發(fā)展科學思維 促進核心概念的建構(gòu)

劉秋芳 黃丹青 葉燕珠

（1.大田縣第六中學，福建 大田 366100；2.福建省普通教育教學研究室，福建 福州 350001；3.福建教育學院化學教育研究所，福建 福州 350025）

自然科學教育的核心目標是科學思維的培養(yǎng)，高中物理、高中生物、初中科學、初中物理、初中化學等課程標準的學科核心素養(yǎng)都包涵科學思維。科學思維是在科學學習中基于事實與邏輯的思考中，對不同信息、觀點和結(jié)論進行質(zhì)疑與批判，提出創(chuàng)造性見解的能力。［1］能否嫻熟地將科學思維應用于學習中，關系到學生學習效率、學習能力和適應未來生存和發(fā)展所必需的科學素養(yǎng)?；瘜W是以實驗為基礎，通過理性的邏輯進行推理，以“宏微符”進行表征的學科，蘊含著豐富的、有助于發(fā)展科學思維的素材，科學思維是內(nèi)容與過程的統(tǒng)一，［2］其中化學概念是科學思維的主要內(nèi)容，是思維的細胞與基礎。課堂教學中教師通過設置多樣化的科學探究活動，利用問題引領學生運用科學方法自主建構(gòu)化學概念，體驗概念的形成過程，發(fā)展學生科學思維，落實學科素養(yǎng)的培養(yǎng)。

核心概念是位于學科中心的概念性知識，包括對重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋，這些內(nèi)容能夠展現(xiàn)當代學科圖景，是學科結(jié)構(gòu)的主干部分。［3］啟蒙階段的核心概念教學對學生今后的化學學習起著至關重要的作用，但往往學習效果并不理想，具體原因如下：一是核心概念是對化學科學研究過程中形成的一系列知識的高度凝練與概括，本身比較抽象、難理解；二是學生帶著“前理解”（即前概念）進入化學新授課學習，而其“前概念”可能是模糊甚至錯誤的，對抽象化學概念的認知障礙勢必導致其對后續(xù)學習活動產(chǎn)生畏懼心理和畏難情緒；三是化學教師對核心概念的內(nèi)涵、外延的界定與教學理解十分有限，或囫圇吞棗，或輕描淡寫，讓學生對概念進行簡單記憶、背誦和重現(xiàn)，導致概念教學走過場，無法形成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化知識。

一、化學核心概念建構(gòu)的整體構(gòu)想

運用科學思維建構(gòu)化學核心概念是義務教育階段化學教學的重要內(nèi)容。要讓初中學生理解并掌握化學核心概念，首先教師要明確概念教學的原理和有效策略，設計有針對性的教學任務，消除學生“前概念”的消極影響，幫助學生將模糊（或錯誤）的“前理解”轉(zhuǎn)化為“科學概念”；其次教師要深入了解核心概念的來源，關注學情和學生的迷思概念，通過學生自主建構(gòu)可視化思維模型降低概念的認知負荷；最后教師要理清化學核心概念建構(gòu)的基本思路：提供先于學習任務本身呈現(xiàn)的引導性材料，促進學習遷移；利用問題探究、方法導引，引導學生歸納、演繹、推理，逐步建構(gòu)化學核心概念。例如，溶解度概念建構(gòu)的整體構(gòu)想如圖1 所示：

圖1 溶解度概念建構(gòu)的整體構(gòu)想

二、基于科學思維的核心概念建構(gòu)實踐

溶解度概念是人教版九年級化學下冊第九單元《溶液》教學內(nèi)容中的核心概念，它在單元學習中起著承上啟下的作用，因此學生能否有效建構(gòu)溶解度的概念并進行應用，對整個大單元的學習至關重要。

（一）產(chǎn)生認知沖突，進行邏輯推理

［科學探究一］

1.每組4 支試管（如圖2），思考：它們是溶液嗎？它們是飽和溶液嗎？

圖2 學生分組實驗

2.加熱這4 支試管，觀察現(xiàn)象。試著提出你想探究的問題，做出猜想，并設計實驗證明。

（二）基于生活遷移，進行聯(lián)想重構(gòu)

［科學探究二］

1.設計實驗比較不同固體物質(zhì)的溶解能力。

2.設計實驗比較溫度對KNO3 在水中溶解能力的影響。

［教師引導］如何應用控制單一變量法？怎么證明你的跳遠能力比他人強？怎么類比遷移到固體物質(zhì)溶解性的比較？

［學生分析］學生基于生活經(jīng)驗類比遷移（見表1）

表1 基于生活經(jīng)驗類比化學知識

［學生設計實驗］見圖3

死不認賬，是吧？你知道這張照片是誰給我的嗎？是王鯰魚。他已經(jīng)把我給甩了，是老梅毀了我的幸福。王鯰魚還知道你是老梅的鴨子。老梅每個月給你兩千塊錢，對不對？

圖3 比較溶解能力的實驗設計圖

［設計意圖］通過剖析學生“前概念”的迷思點進行科學探究教學，創(chuàng)設一個具有挑戰(zhàn)性的學習情境，學生根據(jù)生活經(jīng)驗，設計實驗，找到證據(jù)，發(fā)表觀點和想法，而后分組展開討論，促進學生科學思維的發(fā)展［4］。本環(huán)節(jié)建立了溶解度概念的初步模型，明確比較溶解能力需要考慮的實驗要素。

（三）模型建構(gòu)，進行質(zhì)疑創(chuàng)造

［科學探究三］

1.如何表征固體物質(zhì)溶解度的概念？

2.以“20℃時，氯化鈉的溶解度為36 克”為例，溶解度概念的變式表征有哪些？

3.如何用溶解度區(qū)分溶解性？如何用數(shù)軸表示？

［教學流程］圖4。

圖4 溶解度的概念建構(gòu)流程圖

［學生展示］圖5。

圖5 溶解度區(qū)分溶解性的數(shù)軸圖

［設計意圖］概念的延伸，概念模型的建立，應抓住模型要素，但溶解度的要素較多，為了便于學生的理解，讓學生對概念進行變式重組，在變中識別概念的關鍵性特征，在辨識過程中深刻理解概念的本質(zhì)。通過語言表達、質(zhì)疑辨析，完善模型，加深理解溶解度的四要素，理解溶解性不同表征的依據(jù)，形成嚴謹性的科學思維。

（四）數(shù)據(jù)分析，進行理性思考

［科學探究四］

1.固體溶解度隨溫度變化的表示方法有幾種？說說它們的優(yōu)缺點。

2.繪制NaCl、KCl、NH4Cl、KNO3的溶解度曲線，并查出上述幾種物質(zhì)在25℃和85℃時的溶解度。

3.從你繪制的溶解度曲線中，你還能得到哪些信息？（提示：可從點、點的移動上觀察）

［學生展示］

生1：列表法的數(shù)據(jù)較準確，但無法讀出任何溫度下的溶解度，變化趨勢不夠直觀；作圖法變化趨勢直觀，可以讀出任何溫度下的溶解度，但讀取的數(shù)據(jù)不夠準確。

生2：縱坐標取值范圍會影響溶解度曲線的坡度，會影響讀取25℃和85℃時的溶解度數(shù)值。（意識到橫縱坐標表示的量會影響曲線）

生3：觀察曲線上的點是否為交點；在曲線上的任意一點代表溶液處于飽和狀態(tài)，曲線上方的點說明還有固體未溶解，曲線下方的點說明溶液處于不飽和狀態(tài)。（認識四點的涵義）

生4：以硝酸鉀的溶解度曲線為例，曲線下方的點向上移動至曲線上，需要加適量硝酸鉀固體；曲線上方的點向右移動至曲線上，需要升高一定溫度使固體溶質(zhì)恰好完全溶解。（用圖像解釋飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化，初步學會定性向定量的轉(zhuǎn)化。）

［設計意圖］理性思維是一種在明確方向的指導下，依托完善的思維證據(jù)，對事物或者問題進行觀測、對比、剖析、綜合、概括的思維方式。［5］教師精心設計問題，由淺入深，學生對不同個體數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進行理性分析，辯證地看待問題；感受曲線的形成過程，對點線面的意義建構(gòu)有更深刻的理解，應用數(shù)形結(jié)合的思想解決化學問題，提升學生的數(shù)形轉(zhuǎn)換應用思維。

（五）問題解決，進行價值引領

［科學探究五］

1.用所學知識解釋科學探究一中的實驗現(xiàn)象。

2.解釋生活中的現(xiàn)象：青海湖區(qū)附近的人們習慣“夏天曬鹽，冬天撈堿”的原因。

［設計意圖］隨著概念建構(gòu)的過程中，疑問與謎團逐步解開，學生豁然開朗的同時，概念迷思之處迎刃而解，在此基礎上解決生活中的現(xiàn)象，感受化學就在身邊，消除學生對化學概念的畏懼心理；并明確化學學習的意義與價值，逐步形成化學學習的內(nèi)驅(qū)力。

三、教學反思

（一）思維先行，分析解決真實的復雜問題

課堂上教師精心設計分組實驗，根據(jù)觀察到的實驗現(xiàn)象與學生的生活經(jīng)驗和已有知識產(chǎn)生認知沖突，引起學生極大的探究興趣與學習熱情。教師創(chuàng)設真實復雜的問題情境，才能喚醒學生的創(chuàng)新意識，培養(yǎng)學生的問題解決能力。在生活經(jīng)驗和學科邏輯交叉融合中，學生的知識不斷累積，能力逐步發(fā)展，素養(yǎng)逐漸提升，最終實現(xiàn)知識→能力→素養(yǎng)的進階。

（二）保障跟進，創(chuàng)設科學探究的教學氛圍

創(chuàng)設小組合作學習是科學探究有效性的保障，教師根據(jù)學生的學習特點、學習能力程度、個性差異等進行分組；課堂教學中，以學生為主體，關注學生的小組學習動態(tài)及個別學生的成長，鼓勵互助學習，這是非常高效的輸出式學習。語言是思維的載體，輸出式學習能外顯學生思維，達到有效提取信息，明確表達思維路徑的目的。如在建構(gòu)溶解度概念模型時，學生在組內(nèi)進行表征訓練，更易抓住概念模型的要素，學生間相互糾錯，在輕松愉悅的氛圍里訓練思維的縝密性。在小組匯報環(huán)節(jié)中，鼓勵學生用不同形式來表達與交流，如畫實驗裝置圖、概念變式圖、數(shù)軸、圖像等，課堂上再根據(jù)學生對知識與方法的掌握情況進行點評與講解。在生生交流與師生交流中逐漸完善學生的概念認知。當下一些學生對畫圖表的作業(yè)與設計更有興趣，教師再對學生畫得有創(chuàng)意的、概括全面的圖表進行展示、解析，并加以表揚，會讓學生產(chǎn)生更大的學習熱情。

（三）合理布局，發(fā)展螺旋上升的科學思維

在課堂教學中教師根據(jù)實驗事實對比、歸納，根據(jù)差異法讓學生提出問題，培養(yǎng)抽象思維；以解決問題為目的，根據(jù)模型法讓學生對異?，F(xiàn)象的質(zhì)疑、做出預測，設計實驗進行論證，培養(yǎng)批判性思維；基于模型變式，通過分析、逆向探求，培養(yǎng)反思性思維；根據(jù)實驗數(shù)據(jù)進行表征以及數(shù)形的動態(tài)分析，培養(yǎng)理性思維；明確知識與方法的價值，追求本原，感受科學思維的魅力。在實證、邏輯、定量的學習中發(fā)展科學思維，促進核心概念的建構(gòu)，是“雙減”背景下課堂教學質(zhì)量提高的有力保證。