批判與循證：元素化合物教學設計的策略研究

法浩

摘要：自然科學研究的問題解決中，“批判與循證”的重要性體現(xiàn)在其既是理念和視角，也是思維和方法。用“批判與循證”進行物質(zhì)客觀存在與內(nèi)在理性的互相推理，通過情境創(chuàng)設產(chǎn)生高質(zhì)量問題，在科學探究中訓練思維張力、邏輯推演及辯證思維，以內(nèi)容結(jié)構(gòu)化為教學的重要目標，對元素化合物實施“素養(yǎng)為本”的教學。

關(guān)鍵詞：批判;循證;情境創(chuàng)設;科學探究;內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

文章編號：1008-0546（ 2019）07-0022-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.006

一、問題的提出

近日，筆者受邀參加江蘇省前瞻性項目“普通高中基于‘互聯(lián)網(wǎng)+的個性化學習的實踐”活動，并開設主題為“二氧化硫”的實踐研討課。關(guān)于此主題，在中國知網(wǎng)搜索到2010-2017年間的教學設計與研究有40余篇，江蘇省“教學新時空”名師課堂2012-2017年間先后有五位教師執(zhí)教該課，在各級各類公開課活動中更是屢見不鮮?？梢?，化學教師普遍認同二氧化硫內(nèi)容在元素化合物教學中的典型性，愿意選擇二氧化硫內(nèi)容作為闡述和實踐自身教學理念的載體。

然而，大多數(shù)關(guān)于二氧化硫的教學設計存在“千課一面”的現(xiàn)象，教學框架、流程、情境、素材、資源、活動、實驗等環(huán)節(jié)趨同，使教學設計缺乏個性;部分教學設計仍習慣于對知識的傳授甚至灌輸，教學活動缺乏全面系統(tǒng)、層層深入的思維架構(gòu)，缺乏解決真問題、經(jīng)歷真探究的活動空間，很難調(diào)動學生深度參與學習的積極性和主動性，致使教學設計的深度、廣度和溫度缺失。

基于此，筆者認為有必要從培養(yǎng)學生批判性思維能力、證據(jù)搜集能力和邏輯推演能力的視角，從落實核心素養(yǎng)的視角，從認識物質(zhì)的“合理和價值”的視角，進行二氧化硫教學設計的深度反思和再造。

二、批判與循證是元素化合物教學設計的重要起點

元素化合物教學是落實化學學科五大核心素養(yǎng)的重要載體，特別在落實“證據(jù)推理”“變化觀念”“宏觀辨識”等方面有其獨特之處。從學科觀念的培養(yǎng)看，由于每種物質(zhì)一般從屬于某物質(zhì)大類，因而具有同類物質(zhì)的相似性質(zhì);同時，每種物質(zhì)又具有特立獨行的一面。這就使得元素化合物教學中，更應具有“批判與循證”的思維意識，讓學生在批判性思考中增強思維張力，更能在尋找證據(jù)中豐富邏輯推演能力。特別值得一提的是，物質(zhì)在自然界中能夠存在.就一定合乎其理，也一定有其理性的應用價值，正如黑格爾在1820年《法哲學原理》的序言中有這樣一句話（德語）： Was vernueftig ist， das ist wirklich; und waswirklich ist.das ist vemueftig.通常被翻譯成“存在即合理”，可能更為準確的翻譯為：凡是出于理性的，就會在客觀中存在;凡是真實的客觀存在，就會是符合理性的。

批判性一詞源自希臘，包含“有眼力的判斷”、“標準”的意義，批判性思維即相應理解為“運用恰當?shù)脑u價標準，進行有意識的思考，并作出有充分依據(jù)的判斷”（ Paul&Elder.2006）。孟凡菊教授指出：“批判性思維是有目的的、自我校準的判斷，這種判斷表現(xiàn)為解釋、分析、評價、推斷以及對判斷賴以生存的論據(jù)、概念、方法、標準或語境的說明。”[1]‘批判”所得結(jié)論是否合理有效需要“充分依據(jù)”，因此“批判”與“循證”密不可分?！把C”是自然科學的基本理念，是重要的科學方法，是自然科學理論研究與實踐活動之間相互統(tǒng)一、相互轉(zhuǎn)化的核心依據(jù)[2]，其本質(zhì)是以證據(jù)為本的實證研究[3]。在自然科學研究的理性認知中，“批判與循證”既是發(fā)現(xiàn)問題的理念和視角，也是解決問題的思維和方法，其作用體現(xiàn)如圖l所示。

元素化合物的學習以物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化為視角，通過以實驗為主的實踐活動和對應用價值的思辨活動，探究物質(zhì)性質(zhì)及變化規(guī)律，認識物質(zhì)間內(nèi)在聯(lián)系，實現(xiàn)物質(zhì)客觀存在與內(nèi)在理性之間的互相轉(zhuǎn)化。在元素化合物知識不斷探索的歷史和逐步完善的過程中不難發(fā)現(xiàn)，通過物質(zhì)客觀存在推理其內(nèi)在理性，或通過內(nèi)在理性預測其客觀存在，均是在發(fā)現(xiàn)問題、提出猜想并解釋論證中完成，其實質(zhì)是“批判與循證”的過程。元素化合物學習中的“批判與循證”，既是對認知規(guī)律的傳承，也是后續(xù)創(chuàng)新的思維和方法基礎。

三、基于“批判與循證”的二氧化硫教學設計

2017年版《普通高中化學課程標準》（以下簡稱“2017版課標”）提出“素養(yǎng)為本”的教學，這種素養(yǎng)若從方法論視角審視，更應關(guān)注“批判與循證”，具體表現(xiàn)為：“倡導真實問題情境的創(chuàng)設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設計，激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力[4]?！笨梢?，教師對情境創(chuàng)設、探究活動、內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的設計與實施，是培養(yǎng)學生學習興趣、方法和能力的有效策略。情境、探究、知識結(jié)構(gòu)并非新鮮事物，但三者如何和諧融合、深度開發(fā)，就必須借助“問題”“批判”“循證”從中串聯(lián)。

筆者選取南京江老師（案例1[5]）和蘇州曹老師（案例2[6]）兩節(jié)教學案例，并將自己的教學設計（案例3）與之進行共性研究，解析其中所蘊含“批判與循證”的情境創(chuàng)設、探究活動和教學內(nèi)容結(jié)構(gòu)化策略，以期初步認知元素化合物教學設計的一般規(guī)律。

1.三種教學設計的基本框架（表1）（表2）（表3）

2.情境創(chuàng)設應服務于高質(zhì)量問題的產(chǎn)生

2017版課標要求教師在教學中應重視創(chuàng)設真實且富有價值的問題情境，真實的STSE問題和化學史實等，都是有價值的情境素材。杜威指出，有關(guān)引起學習的情境的最重要的問題，就是這個情境所包含的問題屬于什么性質(zhì)[7]。情境創(chuàng)設中產(chǎn)生問題的性質(zhì)及價值判斷，需要正確的批判。

案例l、案例3關(guān)注的酸雨是與S02知識關(guān)聯(lián)、亟需研究應對的重大環(huán)境及社會問題，案例2則以S02在葡萄酒生產(chǎn)中所發(fā)揮的獨有優(yōu)勢為情境，體現(xiàn)物質(zhì)研究對生活質(zhì)量提升的重要意義。物質(zhì)正面作用的發(fā)揮或負面作用的遏制是元素化合物學習常見的情境問題，有研究必要且貼近學生生活體驗，能引發(fā)學生強烈的情感共鳴與學習愿望，彰顯情境問題的社會價值與情意價值;三案例分別以S02的危害、應用及硫酸制備為研究主線，研究過程指向物質(zhì)的性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及應用的認知，實現(xiàn)情境問題解析與元素化合物知識的密切關(guān)聯(lián)，體現(xiàn)問題情境的教學價值。

解決或解釋情境問題的思路決定教學設計的整體框架，需要合理的批判。從表l一表3可見三案例的教學設計均對各自情境問題進行多角度思辨，將解析思路轉(zhuǎn)化分解為若干子問題，通過問題解決或解釋的邏輯引領(lǐng)探究，在探究中完成知識建構(gòu)，使教學活動成為系統(tǒng)、深度、流暢、科學的情境問題探究活動，從而確定教學設計的總體架構(gòu)。

在情境中發(fā)現(xiàn)問題并有效解析，使問題的蘊含價值、解析思路、探究活動與學生切身體驗、元素化合物知識建構(gòu)密切聯(lián)系，是成功教學設計的起點。

3.活動設計和循證推演應合乎邏輯

2017版課標指出，科學探究是進行科學解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應用的科學實踐活動[4]。

科學探究的“批判與循證”思路、取證及推理活動均合乎邏輯，才可使探究結(jié)論科學有效。學生在探究實踐中體驗思維的過程、領(lǐng)會思維的規(guī)則，對探究活動不僅知其然、也知其所以然，更不斷了解探究的一般思維與實踐方法，逐漸敢于探究、善于探究，從而有力保障學生核心素養(yǎng)的逐步發(fā)展。

（1）以證據(jù)推理活動培養(yǎng)邏輯思維

證據(jù)推理與邏輯思維密不可分，常通過概念、判斷、推理等思維方式，運用比較、歸類、分析、綜合、抽象、概括等方法，或歸納或演繹的進行個別性知識與一般性知識互相轉(zhuǎn)化，最終達成對物質(zhì)及轉(zhuǎn)化學習的結(jié)構(gòu)化、觀念化。

問題解析的邏輯決定取證的視角與方向，因此其是否科學直接決定了證據(jù)推理是否有效。從實踐或已被廣泛證明的客觀規(guī)律中獲取信息、提取證據(jù)，可以有效保障證據(jù)的事實性與可信度?；瘜W實驗是對物質(zhì)及轉(zhuǎn)化認知的最常見信息資源，此外文獻、史實、影像、數(shù)據(jù)、圖線等也是重要的信息來源，顧泠沅先生指出，學習活動中的證據(jù)是“量化數(shù)據(jù)、敘事材料、理性思辨等多元互證的結(jié)果”。

對來源于生產(chǎn)生活實際的不同形式信息素材的分析、提煉與加工，亦可引發(fā)成功的證據(jù)推理活動。如案例1中油漆部分嶄新但龍頭銹跡斑駁的自行車照片幫助學生體驗酸雨極具危害且就在自己身邊;包含“煙霧”、“煙囪”的繪畫作品引導學生感悟電氣化和工業(yè)化的發(fā)展并非只是沉重話題，其深刻地改變和影響著人類的生活。案例2中由紅葡萄酒的原料標識、二氧化硫濃度在葡萄酒發(fā)酵過程中的變化圖、查閱資料等認知二氧化硫在葡萄酒生產(chǎn)中所發(fā)揮的作用;歐盟、世衛(wèi)組織等對葡萄酒中二氧化硫含量和成人每天二氧化硫吸入量的數(shù)據(jù)，推理成人每天葡萄酒攝入量的控制范圍。案例3通過互聯(lián)網(wǎng)獲取鎮(zhèn)江近六年酸雨發(fā)生率數(shù)據(jù)變化，形成對當?shù)厮嵊隊顩r及防控成效的總體認識等。通過信息提取證據(jù)并獲得認知的推理不僅存在于體系完整的探究活動，也隨時扎根在學生形成觀點、獲得結(jié)論的學習過程任意角落。從實驗、生產(chǎn)、生活實際信息中產(chǎn)生的證據(jù)推理，是化學學習的學科價值、社會價值的綜合體現(xiàn)。

（2）以多元思辨活動培養(yǎng)辯證思維

“批判與循證”使認知去粗取精、去偽存真，通過抽象概括認知事物內(nèi)在的本質(zhì)規(guī)律，實現(xiàn)由表及里、循序漸進的深度認知。在實現(xiàn)對事物某一方面屬性深度理解的基礎上，引導學生用辯證的觀念與方法繼續(xù)批判，從而全方位、多維度、不斷發(fā)展優(yōu)化的全面認知事物，可從以下視角進行。

一是多元認知視角（如表5）。全面看待物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化，從不同主體、不同層面認識問題，或從多個視角進行解析，或轉(zhuǎn)換視角進行論證，是辯證思維的重要特征。

同是案例1論證亞硫酸被氧化是否得到硫酸時，通過檢測溶液pH的變化證明產(chǎn)物酸性顯著增強，進而轉(zhuǎn)換視角驗證產(chǎn)物中是否存在SO2-，這與上述尋求鐵粉與酸反應證據(jù)的邏輯基本一致，都是通過更換認知角度探尋同一變化過程的本質(zhì)。

二是辯證評價視角（如表6）。從正反兩方面對事物進行分析，創(chuàng)造條件充分發(fā)揮正面價值且有效抑制負面價值;認識事物兩面性的客觀存在，自覺運用辯證的方法思考問題，形成對立統(tǒng)一的觀念。

此外，案例2中分別對S02的吸收方法——氨酸法、石灰一石膏法、鈉堿法等進行優(yōu)缺點全面評價，也是辯證思維的常見策略。

三是調(diào)控條件的視角（如表7）。用變化發(fā)展的思想看待事物，在多元認知、辯證評價的基礎上，逐漸認識到研究過程的局限與不足，關(guān)注條件變化對事物發(fā)展趨勢的影響，嘗試通過控制條件不斷優(yōu)化完善方案，有效調(diào)節(jié)事物的發(fā)展方向，是辯證思維的價值追求。

4.內(nèi)容結(jié)構(gòu)化是元素化合物教學設計的重要目標

2017版課標指出，教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化主要有三種形式——基于知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、基于認識思路的結(jié)構(gòu)化、基于核心觀念的結(jié)構(gòu)化[4]。知識關(guān)聯(lián)一認識思路一核心觀念進階是學習的發(fā)展路徑，內(nèi)容結(jié)構(gòu)化則是學習的重要目標。

元素化合物內(nèi)容以物質(zhì)認知為主線。從一種物質(zhì)視角，以“結(jié)構(gòu)一性質(zhì)一用途”的認識思路與“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的學科觀念實現(xiàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化;從多種物質(zhì)的視角，則以“分類”和“轉(zhuǎn)化”的觀念構(gòu)建物質(zhì)間相互關(guān)聯(lián)并實現(xiàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。

（1）分類觀。“分類”與“類比”的方法結(jié)合，建立相似物質(zhì)間聯(lián)系并深度認識物質(zhì)。酸性物質(zhì)或堿性物質(zhì)、氧化劑或還原劑是物質(zhì)化學性質(zhì)常見、主要的分類視角。S02在反應中有無元素化合價變化決定了其類別研究取向，若無變化即研究酸性氧化物屬性，若有則研究還原劑、氧化劑屬性。認知S02的酸性氧化物屬性可類比與其組成相似的另一同類物質(zhì)C02。案例3通過“求同”參照CO2的性質(zhì)推理S02與水、堿反應原理及生成鹽的組成（Na2S03、NaHS03組成與相應碳酸鹽極為類似），并完成相關(guān)反應的符號表征。案例1則通過“求異”對比SO2與C02在溶解性、水溶液酸性方面的差異，認知S02的溶解性及水溶液酸性更強。通過類比明晰SO2與C02之間的聯(lián)系與區(qū)別，形成二者（乃至更多酸性氧化物）之間的邏輯關(guān)聯(lián)和關(guān)系網(wǎng)絡，構(gòu)建酸性氧化物認知的一般模型。認知S02的還原性，三案例均依據(jù)氧化還原反應的原理，推理S02與H2O2溶液、碘水、KMn04酸性溶液、O2等氧化劑反應的產(chǎn)物并通過實驗驗證，可見對物質(zhì)還原性（或氧化性）的認知策略已形成一般共識。但如使用類比方法，將S02與C02、H2S03、S03-鹽等相關(guān)物質(zhì)進行是否有還原性、還原性強弱及氧化產(chǎn)物等橫向比較，將使學生深度理解還原性的判斷、原理、影響因素，從而構(gòu)建物質(zhì)還原性的認知模型。

值得注意的是，三案例均未過多涉及S02刺激性氣味、漂白性等性質(zhì)的介紹，并非認為這些性質(zhì)可以忽略，而是由于上述具有高辨識度的SO2特性，是對SO2進行宏觀辨識的重要視角。之所以三案例中均如此設計，應是為保障課堂內(nèi)探究學習活動的時間及空間，從而更加彰顯S02酸性氧化物、還原劑方面性質(zhì)的重要性，使上述兩方面認知融合更為緊湊和諧的緣故。同理，在有限的課堂時間里，S02氧化性的研究也暫時擱置，過于追求教學的面面俱到反而會沖淡主題。

（2）轉(zhuǎn)化觀。物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化研究體現(xiàn)在：①實現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化所需條件及原理分析，并通過控制條件有目的、有意識地得到所需產(chǎn)物。如案例l根據(jù)強酸制弱酸的原理，選擇合適的反應物實現(xiàn)由H2S03向H2C03的轉(zhuǎn)化，從而證明H2S03的酸性強于H2C03。因02對H2S03溶液氧化過程過于緩慢而選擇H202溶液代替02，是H2S03向H2S04轉(zhuǎn)化條件的優(yōu)化選擇。案例3則通過SO2分別向S03、H2S04轉(zhuǎn)化的研究，揭示反應物及反應條件選擇對所得產(chǎn)物的影響;②構(gòu)建元素各重要物質(zhì)間轉(zhuǎn)化關(guān)系。案例2、案例3均引導學生形成SO2分別向H2S03、SOj-鹽（正鹽及酸式鹽）、S03、H2S04及SO2-鹽等的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖，不僅是對S02性質(zhì)的小結(jié)，也是對含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)化加工。

元素化合物教學設計，應重視情境創(chuàng)設，起于問題，重視循證，合“理”批判，建立結(jié)構(gòu)，理解價值;應重視核心素養(yǎng)的落地研究，引導學生合邏輯的推演，有價值的質(zhì)疑，重實踐的思考。

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