在師范教育中落實(shí)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”

郝向英 劉平 陳志勝

摘要：在師范教育中滲透和指導(dǎo)創(chuàng)新方法十分必要，也是在本科師范教育中落實(shí)驗(yàn)化學(xué)核心素養(yǎng)之“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”的重要措施。本文以中學(xué)化學(xué)知識(shí)及師范生教學(xué)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為例，介紹了思維方式創(chuàng)新及操作方式創(chuàng)新的幾種具體方法，為師范院校相關(guān)學(xué)科教師將這些方法滲透到專業(yè)課教學(xué)和師范生教學(xué)設(shè)計(jì)、模擬授課的指導(dǎo)中去提供參考。

關(guān)鍵詞：創(chuàng)新方法;思維方式創(chuàng)新;操作方式創(chuàng)新;師范生;教學(xué)設(shè)計(jì)

創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，是一個(gè)國(guó)家興旺發(fā)達(dá)的不竭動(dòng)力。提高我們國(guó)家的自主創(chuàng)新能力、建設(shè)創(chuàng)新型國(guó)家，這是我國(guó)發(fā)展戰(zhàn)略的核心，是提高我國(guó)綜合國(guó)力的關(guān)鍵。教育部2016年公布了化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，其中的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”，就是旨在培養(yǎng)具有創(chuàng)新性和世界競(jìng)爭(zhēng)力的社會(huì)主義接班人。師范教育是教育的“前教育”，是培養(yǎng)師資的工作“母機(jī)”，師范專業(yè)的學(xué)生具有創(chuàng)新精神和創(chuàng)新能力，才可能在未來的教師崗位上培養(yǎng)出具有創(chuàng)新精神和能力的學(xué)生。所以，我們應(yīng)該在師范教育中滲透“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”。

如果在師范生的專業(yè)課程開設(shè)、教學(xué)設(shè)計(jì)、模擬授課和教學(xué)技能大賽時(shí)給以創(chuàng)新方法的滲透和指導(dǎo)，對(duì)他們形成創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力將更直接有效。創(chuàng)新的方法可以歸納為思維方式創(chuàng)新法、操作方法創(chuàng)新法、思維形式創(chuàng)新法，本文以化學(xué)師范生的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，談?wù)勥@幾種創(chuàng)新方法。

一、思維方式創(chuàng)新法

思維方式創(chuàng)新法是在推理的方式上進(jìn)行變換而產(chǎn)生的創(chuàng)新?？煞譃榫酆纤季S法、發(fā)散思維法、逆向思維法和類推法。

1.聚合思維法。聚合思維法又稱為求同思維法、集中思維法、輻合思維法、收斂思維和同一思維法等。聚合思維法是把廣闊的思路聚集成一個(gè)焦點(diǎn)的方法。它是一種有方向、有范圍、有條理的收斂性思維方式。如多個(gè)知識(shí)點(diǎn)的共性、多題同解的核心步驟、多儀一用核心功能（多種儀器共同的用途），多物一性（多種元素、多種物質(zhì)具有相似的性質(zhì)和具相似的規(guī)律）等。

例如：人教版《高中化學(xué)必修1》“氧化還原”一節(jié)?？梢越ㄗh在教學(xué)給出以下反應(yīng)：H2 + CuO△H2O+Cu、2Na+Cl2點(diǎn)燃2NaCl、CO+CuO△Cu+CO2、2KClO3△2KCl+3O2↑，NaCl+AgNO3AgCl↓+NaNO3、NH4HCO3△NH3↑+CO2↑+H2O，要求學(xué)生找出前四個(gè)反應(yīng)與后兩個(gè)反應(yīng)有什么不同（提示從化合價(jià)角度）。通過思考或小組討論，前四個(gè)反應(yīng)元素有化合價(jià)升降，后兩個(gè)沒有;進(jìn)一步提示元素化合價(jià)有升降的本質(zhì)是什么？請(qǐng)學(xué)生閱讀教材P36并看“圖2-10”“圖2-11”回答。在教師引導(dǎo)下最后得出“前四個(gè)反應(yīng)有電子得失或電子轉(zhuǎn)移”，從而引出“氧化還原反應(yīng)”的概念。

在進(jìn)行其他的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，只要適合找共性及共同本質(zhì)的內(nèi)容，都可指導(dǎo)師范學(xué)生以用同樣方式設(shè)計(jì)教學(xué)，以訓(xùn)練學(xué)生的聚合思維。

2.發(fā)散思維法。發(fā)散思維又稱求異思維、輻射思維。它是從一個(gè)目標(biāo)或思維起點(diǎn)出發(fā)，沿著不同方向、不同角度，提出各種設(shè)想，尋找各種途徑，從而達(dá)到解決具體問題的思維方法。如一題多解、一儀多用（同一儀器、同一裝置多種用途）和一性多儀（用多種儀器做同一實(shí)驗(yàn)）等。

例如：在人教版《高中化學(xué)選修4》第三章第一節(jié)“弱電解質(zhì)的電離”的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，一般都安排了演示或讓學(xué)生做強(qiáng)弱電解質(zhì)的導(dǎo)電實(shí)驗(yàn)。在指導(dǎo)學(xué)生選擇實(shí)驗(yàn)裝置時(shí)，讓他們想一想哪些裝置可以做為導(dǎo)電性強(qiáng)弱的演示實(shí)驗(yàn)或分組實(shí)驗(yàn)，既方便、又能讓全班學(xué)生有直觀感受。在電解質(zhì)濃度確定并相同情況下，同學(xué)們可以通過發(fā)散思維羅列出：電源可以是220V整流電源（變?yōu)橹绷麟?、降壓?2V）和用干電池組或其他電池;電極可以是電源線、粗銅絲、組鐵絲、干電池石墨電極等，顯示器可以是電流表、電壓表、小燈泡、LED燈泡、賀年卡音樂發(fā)聲器、小風(fēng)扇等。其中有同學(xué)通過試驗(yàn)選用“整流電源+石墨電極+小燈泡”，另外同學(xué)選用“干電池組+粗銅絲+賀年卡音樂發(fā)聲器”。原因是電極太小導(dǎo)電性差，電流表電壓表太小后排學(xué)生看不清楚，LED燈泡試驗(yàn)弱電解質(zhì)時(shí)電流太小可能不發(fā)光;整流電源電流強(qiáng)勁，但體積大而重，不方便攜帶，用做演示實(shí)驗(yàn)比較好;干電池組電量弱一些，多用幾次電壓下降快，但體積小、重量輕方便攜帶，用做學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)比較好。

3.逆向思維法

逆向思維就是反方向思考，從一般方法或問題的對(duì)立面反方向思考和探索。逆向思維具有普遍性（符合對(duì)立統(tǒng)的規(guī)律）、批判性（反判常規(guī)、常識(shí)和慣例）和新穎性（打破僵化、刻板、司空見慣的答案，出人意料和給人耳目一背后之感）。

在教學(xué)設(shè)計(jì)中可引導(dǎo)學(xué)生用于理論和性質(zhì)逆推、反應(yīng)實(shí)驗(yàn)過程的引入、追蹤化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的反?，F(xiàn)象;逆推物質(zhì)流程圖、有機(jī)合成線路和復(fù)雜計(jì)算題等。

例如：學(xué)生在設(shè)計(jì)人教版《高中化學(xué)選修1》第四章第4節(jié)“探究氨氣的性質(zhì)”時(shí)，氨氣的噴泉實(shí)驗(yàn)的引入，就可以這樣設(shè)問：“大家回憶初中化學(xué)‘燃燒與滅火中用碳酸鈉與稀酸反應(yīng)制作的滅火器，為什么里邊的液體會(huì)噴出來呢（見圖1）？”同學(xué)會(huì)回答“瓶里產(chǎn)生CO2氣體壓強(qiáng)增大了?！边@時(shí)引導(dǎo)學(xué)生的逆向思維：“可不可以讓外邊的液體向瓶的里邊噴呢？”讓同學(xué)們思考討論后抽問，總結(jié)出：一是增大外面液體的壓強(qiáng)（如礦泉水塑料瓶導(dǎo)管插入單孔塞錐形瓶，擠壓礦泉水瓶），二是減小瓶?jī)?nèi)壓強(qiáng)，如圖2是林育群同學(xué)設(shè)計(jì)的裝置（獲2019年第七屆廣東省師范生教學(xué)技能大賽獲二等獎(jiǎng)），松開鐵夾，擠壓裝水的礦泉水瓶，使少量水進(jìn)入裝氨氣的瓶，氨溶于水使右瓶形成負(fù)壓，左瓶的水在大氣壓作用下在右瓶形成噴泉。教學(xué)中可以讓學(xué)觀看噴泉實(shí)驗(yàn)后再解釋原理。

4.類推思維法

類推法也稱類比法，是利用不同事物的某些相似性類推出其他的相似性，從而預(yù)測(cè)出它們?cè)谄渌矫娲嬖陬愃频目赡苄缘姆椒?。在師范生進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，理論、性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)部分內(nèi)容和習(xí)題講評(píng)等都可以用類推思維法引導(dǎo)或讓學(xué)生自學(xué)。

例如：人教版《高中化學(xué)必修2》第一章第1節(jié)元素周期律，做了鈉的燃燒和與水反應(yīng)實(shí)驗(yàn)后，可以讓學(xué)生自學(xué)教材，類比出原子最外層電子都是1個(gè)電子的鋰、鉀、銣、銫的化學(xué)性質(zhì)，再?gòu)脑影霃讲煌茢嘈再|(zhì)與鈉的不同點(diǎn)，其他主族元素性質(zhì)也可以采取相似的方法。

二、操作方式的創(chuàng)新

操作方式創(chuàng)新可以分為模擬法、分解法、組合法、替換法和改變角度法，這在師范生進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)的實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，或到了一線教學(xué)指導(dǎo)學(xué)生“科技創(chuàng)新”或“小發(fā)明”中用得較多。

1.模擬法。百度百科寫著“模擬法是指以一定的假設(shè)條件和數(shù)據(jù)為前提，借助仿真技術(shù)來估算任務(wù)的工作”。本文這里主要是指受原型啟發(fā)，模擬出新的原型，或模擬出有所改進(jìn)、用于別的方面新事物。如方法模擬、形狀模擬、功能模擬等。

在指導(dǎo)師范生教學(xué)設(shè)計(jì)中，模擬一線教師或前幾屆師范生大賽作品的授課方法再行改進(jìn);用Flash模擬危險(xiǎn)實(shí)驗(yàn)、工業(yè)生產(chǎn)或微觀粒子的行為動(dòng)畫，如2019年在第七屆廣東省師范生教學(xué)能力大賽的教學(xué)設(shè)計(jì)中，劉惠同學(xué)（獲總分第一名）使用了Flash動(dòng)畫翹翹板來模擬氧化還原電子得失的本質(zhì)（見圖3）。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中可以用其它物品進(jìn)行形狀模擬和功能模擬，如模擬啟普發(fā)生器原理設(shè)計(jì)出其他可使反應(yīng)隨時(shí)發(fā)生與停止的裝置（見圖4）;第七屆廣東省師范生教學(xué)能力大賽的教學(xué)設(shè)計(jì)中，賴秀芳同學(xué)模擬試管反應(yīng)設(shè)計(jì)出利用密封西藥的塑料板中的做溶液反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)（圖5）。

2.分解法。分解法是將某一事物拆分成幾個(gè)部分，直接利用單一功能及特性的方法?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)的加熱分解、電解、光譜分析、復(fù)雜功能的儀器拆分為單一功能的小型儀器等都是分解法。在教學(xué)中把一個(gè)較難的知識(shí)點(diǎn)拆分為幾個(gè)小問題設(shè)問，以達(dá)到突破難點(diǎn)的方法也是分解法。

例如：人教版《高中化學(xué)選修4》第四章第1節(jié)“原電池”，師范生在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)往往復(fù)習(xí)了《高中化學(xué)必修2》形成原電池的條件后，由單池電池直接過渡到鹽橋雙池電池，對(duì)為什么要改為雙池電池的難點(diǎn)沒有突破，學(xué)生對(duì)原因是迷茫的。我們可以引導(dǎo)他們利用分解法，將這個(gè)難點(diǎn)拆分為幾個(gè)小步驟設(shè)置問題串：（1）銅-鋅原電池（CuSO4溶液或稀硫酸）連電流表，過一會(huì)兒電流怎樣變化？鋅片上有什么現(xiàn)象（溶液濃度不能太?。?？（2）出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是什么？（3）怎樣避免氧化劑與還原劑直接接觸？（4）與鋅片氧化劑Cu2+或H+分開后，電流表無電流，原因是什么？（5）如何使氧化劑Cu2+或H+不會(huì)擴(kuò)散到放鋅片的池，又能使兩池電中性？

學(xué)生觀察現(xiàn)象，受教師啟發(fā)引導(dǎo)、討論依次得出結(jié)論是：（1）1分鐘后電流開始不斷下降，鋅片上有少量銅析出或氣泡放出;（2）有副反應(yīng)發(fā)生，原因是鋅片直接接觸到氧化劑Cu2+或H+直接發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，故而造成總反應(yīng)削弱使電流減小，且氧化劑濃度在下降也使電流減小;（3）將還原劑鋅片與氧化劑分離，變?yōu)閮蓚€(gè)池;（4）當(dāng)鋅片上電子流向銅片，鋅片池帶上正電荷、銅片池帶上負(fù)電荷，阻礙了電子進(jìn)一步流動(dòng)（或阻礙了氧化還原進(jìn)一步進(jìn)行）所以無電流;（5）將兩池連通。但直接連通因擴(kuò)散仍然會(huì)跑到鋅片池，只好口從上面連，用裝含電解質(zhì)的瓊膠鹽橋，鹽橋中的陽(yáng)離子移向銅片池、陰離子移向鋅片池從而保持兩池電中性使氧化還原反應(yīng)（電流）持續(xù)發(fā)生。

任何學(xué)科的知識(shí)難點(diǎn)，都可以用這種分解法拆分為幾個(gè)小步驟，遞進(jìn)式?jīng)]置問題串來予以突破。

3.組合法。組合法與分解法是思路剛好相反的兩種方法，這種方法則是將某幾個(gè)簡(jiǎn)單事物組合成多種功能的事物，如發(fā)光二極管加在球鞋成為發(fā)光鞋、把多種功能的軟件裝入通話的手機(jī)成為現(xiàn)在的智能手機(jī)等。在教學(xué)設(shè)計(jì)組合法主要應(yīng)用在教學(xué)方法的組合、實(shí)驗(yàn)裝置組合式創(chuàng)新方面。

例如《高中化學(xué)選修4》第四章第1節(jié)原電池的教學(xué)設(shè)計(jì)，從復(fù)習(xí)必修1知識(shí)、引入、新課、小結(jié)、練習(xí)，整個(gè)過程可以是：復(fù)習(xí)法、情境法、設(shè)問法、實(shí)驗(yàn)法、討論法、練習(xí)法等教學(xué)方法的組合。其實(shí)每課包含了幾個(gè)的教學(xué)環(huán)節(jié)，不同教學(xué)環(huán)節(jié)就應(yīng)該采用不同的教學(xué)方法穿插組合，才可能使課堂更加生動(dòng)活潑。

4.替代法。替代法在教學(xué)中可以是師生角色互換、演示實(shí)驗(yàn)改為學(xué)生實(shí)驗(yàn)等。如抽學(xué)生上臺(tái)代替教師演示實(shí)驗(yàn)、某些難點(diǎn)知識(shí)讓成績(jī)好的學(xué)生代替教師講;又如溶液酸堿性測(cè)試、焰色反應(yīng)，本來安排是演示實(shí)驗(yàn)，可以抽學(xué)生上臺(tái)演示，還可以設(shè)計(jì)為學(xué)生實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)儀器的改進(jìn)中，可以用其它物品替代常規(guī)儀器，如用礦泉水瓶和青霉素瓶替代集氣瓶和反應(yīng)容器，用一次性注射器替代滴管，用V形管、W管替代試管或玻璃管。

還有一類“思維形式創(chuàng)新法”包括抽象思維法、形象思維法、靈感思維法，主要用在科研和發(fā)明創(chuàng)造中，本文不再此討論。

要在師范教育中落實(shí)核心素養(yǎng)的“科學(xué)探究和創(chuàng)新意識(shí)”，可以把思維方式創(chuàng)新法、操作方法創(chuàng)新法、思維形式創(chuàng)新法滲透到專業(yè)課教學(xué)中，還可以應(yīng)用到師范生的教學(xué)設(shè)計(jì)和模擬授課之中，使他們少走彎路、形成習(xí)慣，應(yīng)用到今后的教學(xué)各項(xiàng)活動(dòng)之中，對(duì)創(chuàng)新型人才培養(yǎng)盡一點(diǎn)綿薄之力。

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責(zé)任編輯 錢昭君