證據(jù)鏈：開(kāi)啟化學(xué)探究的“科學(xué)”之門

苗艷秋

摘要：素養(yǎng)為本的化學(xué)課堂更為關(guān)注科學(xué)探究。將“證據(jù)鏈”融入化學(xué)教學(xué)中，基于證據(jù)鏈設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)思，可以讓科學(xué)探究的關(guān)鍵——啟疑、猜想、驗(yàn)證、推理都有理有據(jù)，在真實(shí)而復(fù)雜的問(wèn)題情境中促進(jìn)知識(shí)“生根、發(fā)芽、開(kāi)花、結(jié)果”，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自然生長(zhǎng)，提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：證據(jù)鏈;化學(xué)教學(xué);科學(xué)探究

文章編號(hào)：1008-0546（2019）01-0025-02 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.01.007

一、問(wèn)題的提出

科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng) [1]。化學(xué)，作為一門基礎(chǔ)科學(xué)，知識(shí)的習(xí)得依賴于科學(xué)探究。然而當(dāng)前化學(xué)課堂中“證據(jù)缺位”現(xiàn)象普遍，導(dǎo)致探究“徒有其表、有形無(wú)神”。如何讓化學(xué)探究更科學(xué)？筆者認(rèn)為，將證據(jù)鏈融入科學(xué)探究中，將證據(jù)、問(wèn)題、知識(shí)進(jìn)行科學(xué)圓融，讓推理和探究均有理有據(jù)，可以促進(jìn)知識(shí)自然生長(zhǎng)，提升化學(xué)素養(yǎng)。

二、基于證據(jù)鏈的高中化學(xué)教學(xué)模式建構(gòu)

根據(jù)科學(xué)探究過(guò)程中的核心要素，即“提出問(wèn)題和假設(shè)、設(shè)計(jì)方案、實(shí)施實(shí)驗(yàn)、獲取證據(jù)、分析解釋或建構(gòu)模型、形成結(jié)論及交流評(píng)價(jià)” [2]，筆者認(rèn)為，基于證據(jù)鏈的化學(xué)教學(xué)在對(duì)某一個(gè)知識(shí)點(diǎn)的教學(xué)過(guò)程中遵循如下模式：

1.證據(jù)1：?jiǎn)栴}的孵化器

問(wèn)題是思維驅(qū)動(dòng)的催化劑，也是保證學(xué)生深層次參與的核心。課堂教學(xué)中，教師要提供證據(jù)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問(wèn)題情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突。源于生活的證據(jù)最直接，情理之中的生活常識(shí)卻有意料之外的科學(xué)道理，這樣的頭腦風(fēng)暴最能激發(fā)學(xué)生的探究欲望。

2.證據(jù)2：猜想的助產(chǎn)士

科學(xué)的猜想是獲取科學(xué)知識(shí)必不可少的一步，學(xué)生猜想不是教師誘導(dǎo)和課前預(yù)習(xí)的產(chǎn)物，更不是憑空瞎猜、主觀臆想，而是要有確鑿的證據(jù)輔助。只有合理的猜想和假設(shè)才能讓探究有科學(xué)意義。

3.證據(jù)3：探究的培養(yǎng)皿

獲取證據(jù)，驗(yàn)證猜想，這是一個(gè)證實(shí)或證偽的過(guò)程，也是科學(xué)探究最為重要的一步，是學(xué)生不斷觸及知識(shí)本真的過(guò)程?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)中獲取證據(jù)的最好方法是實(shí)驗(yàn)探究，通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)與優(yōu)化、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與記錄來(lái)獲取直接證據(jù)，這是最有說(shuō)服力的。

4.證據(jù)4：新知的建構(gòu)梯

擺在眼前的事實(shí)證據(jù)，在經(jīng)過(guò)科學(xué)地分析、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)赝评碇?，才能找到新舊知識(shí)的“銜接點(diǎn)”，新知識(shí)的建構(gòu)才能順理成章，水到渠成。這樣獲得的知識(shí)是思維碰撞孕育的產(chǎn)物，會(huì)根植入認(rèn)知深處，不會(huì)輕易遺忘。

三、證據(jù)鏈在化學(xué)科學(xué)探究中的應(yīng)用——以“氧化鋁為兩性氧化物”為例

1.啟疑，讓知識(shí)生根

（1）啟在認(rèn)知起點(diǎn)

新課程改革倡導(dǎo)“以學(xué)生為主體”，意味著課堂教學(xué)并非始于教師的備課，而應(yīng)該從教師了解學(xué)生知道什么出發(fā)，讓學(xué)生處于“課中央”?？茖W(xué)知識(shí)并非橫空出現(xiàn)，學(xué)生的已有知識(shí)和日常生活經(jīng)驗(yàn)早就埋下了“種子”，只要提供合適的土壤，這粒種子就會(huì)有發(fā)芽的欲望。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的啟疑過(guò)程中，教師首先提出這樣的問(wèn)題：如果將鋁片放入硫酸銅溶液中，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？學(xué)生早就知道鋁的活潑性比銅強(qiáng)，潛意識(shí)認(rèn)為該問(wèn)題非常簡(jiǎn)單，接著教師演示實(shí)驗(yàn)，并未出現(xiàn)預(yù)期的“有紅色的銅析出”的現(xiàn)象，頭腦中新知識(shí)的種子要萌動(dòng)了。

（2）疑在思維痛點(diǎn)

孔子說(shuō)過(guò)：“疑是思之始，學(xué)之端?！眴⒁傻哪康氖且l(fā)認(rèn)知沖突，刺激學(xué)生內(nèi)在的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，激發(fā)學(xué)生探究的欲望和熱情?；瘜W(xué)課堂中的每一個(gè)實(shí)驗(yàn)于學(xué)生而言都是新奇的，未知的。用實(shí)驗(yàn)的“神秘”引發(fā)頭腦風(fēng)暴，讓思維“痛”一下，可以促進(jìn)積極思維活動(dòng)的產(chǎn)生。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的啟疑環(huán)節(jié)，教師用坩堝鉗夾住一小塊鋁箔，在酒精燈上加熱至熔化，輕輕晃動(dòng)，觀察到鋁熔化但并不滴落，好像有一層膜兜著。據(jù)此提出問(wèn)題：是什么物質(zhì)兜住了熔化的鋁？提供實(shí)驗(yàn)事實(shí)作為證據(jù)，讓學(xué)生充分認(rèn)識(shí)氧化鋁的存在，那么氧化鋁具有什么性質(zhì)？對(duì)鋁制品的使用造成什么影響？這樣的問(wèn)題自然冒出來(lái)，種子要生根了。

2.猜想，讓知識(shí)發(fā)芽

（1）猜測(cè)要有理有據(jù)

著名科學(xué)家牛頓有句名言：“沒(méi)有大膽的猜想，便不可能有偉大的發(fā)現(xiàn)和發(fā)明?！痹诳茖W(xué)發(fā)展的道路上，猜想和假說(shuō)是通向真理的橋梁。折射到教學(xué)中，提出假設(shè)也是科學(xué)探究中至關(guān)重要的一步。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的猜想環(huán)節(jié)，教師提供證據(jù)：①使用鋁制高壓鍋后，應(yīng)將食物及時(shí)取出，每次使用后應(yīng)及時(shí)清洗擦干，以免殘留的食物尤其是酸堿性物質(zhì)腐蝕鍋體。②清洗壓力鍋宜用熱清水或熱清水加清潔劑，不要用鋼絲球等摩損性大的東西擦洗。 ③日常生活中，鋁制品不宜長(zhǎng)時(shí)間盛放咸菜等腌制食品。據(jù)此提出問(wèn)題：你猜測(cè)氧化鋁有什么性質(zhì)？基于證據(jù)分析之后的猜想是深思熟慮的產(chǎn)物，是科學(xué)而理性的，也唯有這樣的猜想是有科學(xué)意義的。

（2）設(shè)想要有深度和廣度

如果只有淺層的“猜”而沒(méi)有深層次的“想”，猜就失去了意義。心中有了假設(shè)之后，該設(shè)計(jì)什么樣的方案、通過(guò)什么樣的方法來(lái)驗(yàn)證是更為重要的事情。在化學(xué)教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)是檢驗(yàn)真理的最高法庭，設(shè)計(jì)、討論并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案可以避免不科學(xué)的操作，讓實(shí)驗(yàn)成為獲取真實(shí)可信證據(jù)的方法。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的猜想環(huán)節(jié)，教師在學(xué)生給出假設(shè)后提出這樣的問(wèn)題：怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明？預(yù)測(cè)出現(xiàn)什么現(xiàn)象可以證實(shí)你的假設(shè)？學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，并通過(guò)小組之間的交流評(píng)價(jià)，對(duì)方案不斷加以優(yōu)化，最終制定科學(xué)可行的方法。正是在與同伴合作的過(guò)程中，學(xué)生的盲點(diǎn)得以逐漸明晰，知識(shí)的種子得以發(fā)芽。

3.驗(yàn)證，讓知識(shí)開(kāi)花

（1）實(shí)驗(yàn)取證要精細(xì)精確

開(kāi)花，是植物綻放最美姿態(tài)的過(guò)程，同樣的，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證在知識(shí)建構(gòu)過(guò)程中也有舉足輕重的作用。知識(shí)開(kāi)花需要汲取“營(yíng)養(yǎng)”，自主獲取的證據(jù)就是最肥沃的養(yǎng)分?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，學(xué)生自己動(dòng)手獲取的證據(jù)是最客觀的。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的驗(yàn)證環(huán)節(jié)，教師提供儀器和所需試劑，讓學(xué)生小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，并觀察記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。教師對(duì)實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性進(jìn)行個(gè)別指導(dǎo)，幫助學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。通過(guò)各個(gè)小組代表的展示，讓實(shí)驗(yàn)事實(shí)證據(jù)逐漸明晰。提出問(wèn)題：你的猜測(cè)正確嗎？實(shí)驗(yàn)取證要“手動(dòng)、眼動(dòng)、心動(dòng)”，才能獲得最科學(xué)的證據(jù)。此時(shí)也要發(fā)揮集體的力量，在小組中分工，有“組代表”、“操作員”、“觀察員”、“記錄員”等，確保實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

（2）證實(shí)證偽皆尊重事實(shí)

既然是驗(yàn)證，實(shí)驗(yàn)結(jié)果可能與預(yù)測(cè)相符，即證實(shí)，也有可能與預(yù)期不符，即證偽。不管是證實(shí)還是證偽，都是在實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)之上的，都是基于證據(jù)開(kāi)出的“花”，不過(guò)是形態(tài)或顏色不同而已。實(shí)驗(yàn)中遇到異?，F(xiàn)象，得到與教材上所述不一致的結(jié)論時(shí)，也要深度反思原因，不能盲目篡改證據(jù)。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的驗(yàn)證環(huán)節(jié)，教師讓小組代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果時(shí)，有一個(gè)小組也是采取“將未打磨的鋁片放入酸中”的方案，但是卻未觀察到有氣泡產(chǎn)生的現(xiàn)象，這與其他小組不同。師生討論后認(rèn)為，問(wèn)題應(yīng)該出現(xiàn)在酸上，果然該小組看到試劑瓶上注明“濃硫酸”，才恍然大悟。教師當(dāng)即表?yè)P(yáng)該小組尊重實(shí)驗(yàn)事實(shí)、不盲目照本宣科的精神。

驗(yàn)證環(huán)節(jié)，是學(xué)生帶著疑問(wèn)和猜想，逐步見(jiàn)證自己的實(shí)驗(yàn)方案得以實(shí)施，期待出現(xiàn)預(yù)想中的結(jié)果的過(guò)程。此時(shí)，學(xué)生是一個(gè)研究者，是追尋前人的腳步，不斷抽絲剝繭、去偽存真，最終讓知識(shí)再現(xiàn)的探索家。這不僅是獲取證據(jù)，更重要的是體現(xiàn)了化學(xué)探究的精神。

4.推理，讓知識(shí)結(jié)果

（1）凝煉證據(jù)，科學(xué)推理

通過(guò)實(shí)驗(yàn)獲取的證據(jù)如果不經(jīng)歷思維活動(dòng)加工，只是一盤散沙，基于證據(jù)進(jìn)行深層次的推理才能在科學(xué)探究與知識(shí)建構(gòu)之間架起橋梁。推理，是知識(shí)的種子經(jīng)歷萌芽、開(kāi)花之后結(jié)出的果實(shí)，是順著知識(shí)形成的藤蔓慢慢摸到的“瓜”。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的推理環(huán)節(jié)，教師讓學(xué)生回憶已經(jīng)學(xué)過(guò)的酸性氧化物和堿性氧化物的概念，提出問(wèn)題：氧化鋁具備什么性質(zhì)，應(yīng)該歸屬哪一類氧化物？此時(shí)的推理建立在多層證據(jù)的基礎(chǔ)之上，已經(jīng)是一個(gè)簡(jiǎn)單的思維活動(dòng)，“兩性氧化物”的概念呼之欲出。歷經(jīng)分析、獲取、推理證據(jù)的磨練，知識(shí)變得鮮活起來(lái)。

（2）研煉異常，敢于質(zhì)疑

高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)要培養(yǎng)學(xué)生“能尊重事實(shí)和證據(jù)，破除迷信，反對(duì)偽科學(xué);養(yǎng)成獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的精神”[3]?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)不是流水線上的產(chǎn)品，化學(xué)反應(yīng)也有多變性，面對(duì)探究過(guò)程中的異?，F(xiàn)象，不能輕易忽視，教師更不能置之不理，要鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑，創(chuàng)造條件讓學(xué)生能在課后進(jìn)行更深入的研究。

在“氧化鋁是兩性氧化物”的推理過(guò)程中，有學(xué)生提出這樣的問(wèn)題：將打磨后的鋁片放入硫酸銅溶液中，除了有紅色物質(zhì)析出，還看到了氣泡，這是為什么呢？學(xué)生親自嘗試的實(shí)驗(yàn)出現(xiàn)“意外”的現(xiàn)象，產(chǎn)生了強(qiáng)烈的疑惑感。教師首先肯定了他實(shí)驗(yàn)的客觀性，再教給他查閱文獻(xiàn)資料的方法，最終獲得正確結(jié)論。

四、結(jié)束語(yǔ)

布魯納曾說(shuō)：“不經(jīng)歷真正獲得知識(shí)的過(guò)程而單純接受知識(shí)，不能成為生動(dòng)的知識(shí)。”在課堂教學(xué)中，傳遞化學(xué)知識(shí)固然是化學(xué)學(xué)科價(jià)值的重要體現(xiàn)，但是化學(xué)的基本思想、觀念和方法卻必須在獲取知識(shí)的過(guò)程中才能有深刻的領(lǐng)悟?！昂诵乃仞B(yǎng)”時(shí)代的化學(xué)課堂，糅合“證據(jù)推理”有助于學(xué)生擺脫“紙上得來(lái)終覺(jué)淺”的困境，在“絕知此事要躬行”的科學(xué)探究中體會(huì)知識(shí)生命的涌動(dòng)和成長(zhǎng)。

參考文獻(xiàn)

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