化學(xué)教學(xué)中基于不同知識(shí)證據(jù)的教學(xué)策略

張麗

【摘 要】化學(xué)學(xué)科對(duì)化學(xué)概念和基本原理的教學(xué)，需要基于不同類型的知識(shí)證據(jù)解釋知識(shí)的形成，讓學(xué)生習(xí)得化學(xué)學(xué)科的思維，而不是一些記憶性的知識(shí)?？茖W(xué)史實(shí)、生活觀察、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)等不同類型的證據(jù)以教學(xué)實(shí)例展示了不同的教學(xué)策略。

【關(guān)鍵詞】科學(xué)史實(shí)；生活觀察；化學(xué)實(shí)驗(yàn)；教學(xué)策略

在化學(xué)實(shí)際的課堂教學(xué)中，教師在提出某個(gè)觀點(diǎn)之后，學(xué)生如何證明這個(gè)觀點(diǎn)，需要找到不同角度的證據(jù)（資料），如化學(xué)史實(shí)、生活觀察、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等，從多方面相結(jié)合的角度來解釋、證明觀點(diǎn)的合理性。提供資料的可以是學(xué)生，可以是教師。課堂的教學(xué)是基于證據(jù)的推理、論證，這個(gè)過程揭示了隱藏在現(xiàn)象背后的科學(xué)本質(zhì)，從而達(dá)到科學(xué)教育的目的。

對(duì)于一個(gè)問題的研究，一個(gè)證據(jù)可以解釋，多個(gè)證據(jù)可從多角度進(jìn)行解釋，這樣的結(jié)論更可信。本文就化學(xué)教學(xué)中化學(xué)原理或定律的解釋證據(jù)來源，分為科學(xué)史實(shí)、生活觀察、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、數(shù)據(jù)這樣的四類。

1.科學(xué)史實(shí)

1.1什么是科學(xué)史實(shí)

科學(xué)史實(shí)的證據(jù)指歷史上對(duì)與科學(xué)理論研究的一些史實(shí)。科學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的過程中，體現(xiàn)了科學(xué)家勇于探究、為實(shí)現(xiàn)理想而堅(jiān)持不懈的精神，這其中也蘊(yùn)含了很多化學(xué)知識(shí)及科學(xué)方法?？茖W(xué)史實(shí)作為證據(jù)可以讓學(xué)生了解科學(xué)知識(shí)發(fā)展的過程。比如：《必修1》中的彩圖陜西半坡出土的人面魚紋彩陶盆，表明從遠(yuǎn)古開始無機(jī)非金屬陶瓷就進(jìn)入了人類生活；德國(guó)化學(xué)家哈伯（F.Haber，1868-1934）因?yàn)楣I(yè)合成氨，解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓問題獲得了諾貝爾獎(jiǎng)，這些科學(xué)史實(shí)不僅體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的價(jià)值，還充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性。

1.2基于科學(xué)史實(shí)證據(jù)的教學(xué)策略

HPS教學(xué)模式是美國(guó)教育學(xué)家孟克和奧斯本的將科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)相關(guān)內(nèi)容融于一體，針對(duì)不同的科學(xué)家對(duì)該問題的思考、見解、實(shí)驗(yàn)及觀點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生展開學(xué)習(xí)的一種模式。目前，不少的化學(xué)課堂是先告訴學(xué)生理論，再以實(shí)驗(yàn)的形式論證，這種做法不利于學(xué)生形成良好的科學(xué)觀?；瘜W(xué)史實(shí)作為證據(jù)應(yīng)用于教學(xué)過程中，不僅可以讓學(xué)生透徹領(lǐng)悟科學(xué)研究過程中科學(xué)家應(yīng)用的各種科學(xué)方法，更能幫助學(xué)生清楚知識(shí)的來龍去脈，提升學(xué)生的思維水平，從而促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的發(fā)展。HPS教學(xué)模式（如圖1）一般要確定三條教學(xué)路線，一是化學(xué)知識(shí)的發(fā)展線索，二是教學(xué)活動(dòng)的線索，三是化學(xué)知識(shí)與科學(xué)方法的線索。

2.生活觀察

2.1什么是生活觀察

生活觀察指在自然發(fā)生的條件下，人們對(duì)自然現(xiàn)象進(jìn)行收集、描述和記載的一種手段?；瘜W(xué)與社會(huì)生產(chǎn)、生活有著密切的聯(lián)系，化學(xué)教學(xué)中應(yīng)該抓住這一關(guān)系，利用日常生活中觀察的一些現(xiàn)象作為證據(jù)?；瘜W(xué)教學(xué)可以基于學(xué)生生活觀察的情境，讓學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)。培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)的視角觀察世界，將生活觀察引入課堂，形成解決問題的能力，再運(yùn)用到生活實(shí)踐中，使學(xué)生體會(huì)到化學(xué)知識(shí)的價(jià)值所在。生活觀察在教學(xué)中的應(yīng)用，使學(xué)生的學(xué)習(xí)更主動(dòng)，并維持學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)興趣。教材中生活觀察證據(jù)有33%以文字形式出現(xiàn)，67%是以插圖的形式出現(xiàn)，主要是物質(zhì)在日常生活中的應(yīng)用。比如：信息高速公路的骨架——石英光導(dǎo)纖維、氧化鐵可作外墻涂料、漂粉精等，可用于游泳池的消毒等都是插圖的形式說明物質(zhì)的用途，學(xué)生對(duì)這些的認(rèn)知就比較深刻。

2.2基于生活觀察證據(jù)的教學(xué)策略

“結(jié)合學(xué)生已有的生活經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際，引導(dǎo)他們關(guān)注人類面臨的與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感、參與意識(shí)和決策能力”是新課標(biāo)的課程理念。采用基于“從生活中來回歸到生活中去”教學(xué)理念的教學(xué)模式（圖2），從生活觀察的證據(jù)進(jìn)行教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣；學(xué)習(xí)過程中解釋日常生活的現(xiàn)象和事實(shí)，促進(jìn)知識(shí)的內(nèi)化；最后回到生活中，基于已有知識(shí)解釋生活中的問題，讓化學(xué)學(xué)科的價(jià)值得以體現(xiàn)。

3.化學(xué)實(shí)驗(yàn)

3.1什么是化學(xué)實(shí)驗(yàn)

人們依照研究目的，使用科學(xué)儀器和設(shè)備，有意識(shí)地控制自然條件，模擬自然現(xiàn)象，避開次要矛盾，突出主要因素，使自然過程純化、典型化，在特定條件下去探索客觀規(guī)律，從而認(rèn)識(shí)客觀世界，這種認(rèn)識(shí)方法就是實(shí)驗(yàn)方法。所謂的化學(xué)實(shí)驗(yàn)是指為了檢驗(yàn)化學(xué)理論或假設(shè)而進(jìn)行的操作或?qū)嵺`活動(dòng)。實(shí)驗(yàn)法是化學(xué)學(xué)科的重要特征之一，化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)理論的重要證據(jù)，可以幫助學(xué)生理解化學(xué)知識(shí)與技能，學(xué)到科學(xué)研究的方法，獲得基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的科學(xué)推理的思維能力，從而形成正確的科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀。

《必修1》《必修2》中的68個(gè)化學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)從內(nèi)容可分為操作性實(shí)驗(yàn)、驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)、探究性實(shí)驗(yàn)。操作性實(shí)驗(yàn)有自來水的蒸餾、金屬鈉的取用，很多教師認(rèn)為操作性實(shí)驗(yàn)不能作為證據(jù)。比如：自來水的蒸餾可以作為證據(jù)應(yīng)用于海水淡化工廠原理的理解。再如：金屬鈉的取用實(shí)驗(yàn)過程中可以得到金屬鈉密度比煤油大，質(zhì)軟等物理性質(zhì)。驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)有38個(gè)，很多教師認(rèn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)平鋪直敘，難以在很大程度上激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情；有些教師認(rèn)為，需將驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)換成探究性實(shí)驗(yàn)激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。這些實(shí)驗(yàn)是偏重于收集事實(shí)，作為歸納的經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)，是否需要改為探究性實(shí)驗(yàn)不能一概而論，比如Fe■的檢驗(yàn)，就很難改為探究性實(shí)驗(yàn)，也沒有改為探究性實(shí)驗(yàn)的必要。探究性實(shí)驗(yàn)可以促進(jìn)學(xué)生科學(xué)概念的理解、興趣與動(dòng)機(jī)的激發(fā)、學(xué)生創(chuàng)新意識(shí)、懷疑精神和證實(shí)或證偽精神的培養(yǎng)，科學(xué)思維習(xí)慣的養(yǎng)成，科學(xué)本質(zhì)的理解?！侗匦?》《必修2》中探究性實(shí)驗(yàn)為8個(gè)，比如：“干燥的氯氣能否漂白”“分析空氣污染形成的原因”，這些探究性實(shí)驗(yàn)在結(jié)論得出之前，通過各方面給出證據(jù)，基于證據(jù)得出結(jié)論。從數(shù)目來看，能培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)思維和能力的探究性實(shí)驗(yàn)偏少。

3.2基于化學(xué)實(shí)驗(yàn)證據(jù)的教學(xué)策略

一個(gè)新論證模式的提出，是基于圖爾敏論證模型（TAP）而提出的，該模式為基于證據(jù)的論證教學(xué)提供了理論基礎(chǔ)。該論證模式由主張、證據(jù)和推理三個(gè)要素構(gòu)成。研究問題的結(jié)論、猜測(cè)、解釋是主張；用于支持主張有效性或合理性的觀測(cè)資料，觀測(cè)資料可以是實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，這些統(tǒng)稱為證據(jù)；推理是指證據(jù)為什么支持主張，如何支持主張。證據(jù)為推理提供支撐，而推理也解釋了證據(jù)。

“氯水的漂白性是氯分子還是次氯酸分子”這樣的問題在教材中是以探究實(shí)驗(yàn)的形式出現(xiàn)的，基于TAP新的實(shí)驗(yàn)論證框架為：

在上述框架中，提供的證據(jù)是用對(duì)比實(shí)驗(yàn)來解釋的，通過吸入水前后對(duì)比，吸入水之前為氯分子，吸入水后氯分子與水作用產(chǎn)生次氯酸分子，吸入水之前干燥的氯氣沒有使有色紙條褪色，吸入水之后有色紙條褪色?；瘜W(xué)知識(shí)中有不少是對(duì)物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)，基于TAP新的實(shí)驗(yàn)論證模式，可把研究物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)流程歸納為“獲取信息→預(yù)測(cè)性質(zhì)得到主張→設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→對(duì)比分析證據(jù)推理→總結(jié)遷移”。通過證據(jù)的驗(yàn)證確認(rèn)得到主張的正確性，最終對(duì)形成的知識(shí)進(jìn)行遷移，應(yīng)用于解決日常生活中的問題。

4.數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)就是數(shù)值，也就是我們通過觀察、實(shí)驗(yàn)或計(jì)算得出的結(jié)果。數(shù)據(jù)有很多種，最簡(jiǎn)單的就是數(shù)字。數(shù)據(jù)也可以是文字、圖像、聲音等。數(shù)據(jù)可以用于科學(xué)研究、設(shè)計(jì)、查證等。以物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)為例，化學(xué)教學(xué)中的數(shù)據(jù)有：（原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）原子半徑、電負(fù)性、第一電離能；（分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）化學(xué)鍵鍵長(zhǎng)、鍵角、鍵能、分子的結(jié)構(gòu)、分子間作用力；（晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）晶胞、晶格能等。其中，分子的結(jié)構(gòu)、晶胞這些人們認(rèn)為的模型，其實(shí)也是在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得到的，因而我們也可以認(rèn)為是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的證據(jù)不僅可以是數(shù)值，還可為圖表，比如：原子半徑可以用柱形圖表示，這樣更能直觀地表示它的變化規(guī)律。

新課標(biāo)中把“能根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)物質(zhì)在特定條件下可能具有的性質(zhì)和發(fā)生的變化，并能解釋其原因”作為課程目標(biāo)。從結(jié)構(gòu)推測(cè)性質(zhì)，微觀結(jié)構(gòu)從哪兒來，一些微觀結(jié)構(gòu)模型其實(shí)就是通過實(shí)驗(yàn)測(cè)定數(shù)據(jù)模擬而得到的，它可以幫助學(xué)生理解宏觀物質(zhì)的性質(zhì)。數(shù)據(jù)使宏觀與微觀之間的解釋更具說服力。

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