基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中化學(xué)教學(xué)探索

摘要： 科學(xué)思維是義務(wù)教育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容，情境和活動(dòng)是發(fā)展科學(xué)思維的重要載體。以“物質(zhì)的酸堿性”教學(xué)為例，創(chuàng)設(shè)真實(shí)的情境，引導(dǎo)學(xué)生參與酸堿指示劑、新型pH試紙的制作，把學(xué)科知識(shí)融合在活動(dòng)中，在質(zhì)疑、探究、推斷中形成科學(xué)思維，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中有效落地。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)思維； 深度學(xué)習(xí)； 物質(zhì)的酸堿性； 探究與實(shí)踐

文章編號(hào)： 1005-6629（2024）06-0041-04 中圖分類號(hào)： G633．8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

化學(xué)課程旨在培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，為學(xué)生的終身發(fā)展奠定基礎(chǔ)，而科學(xué)思維是義務(wù)教育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的核心內(nèi)容。《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“新課標(biāo)”）明確指出，科學(xué)思維是在化學(xué)學(xué)習(xí)中基于事實(shí)與邏輯進(jìn)行獨(dú)立思考和判斷，對(duì)不同信息、觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑與批判，提出創(chuàng)造性見解的能力，是從化學(xué)視角研究物質(zhì)及其變化規(guī)律的思路與方法，是從宏觀、微觀、符號(hào)相結(jié)合的視角探究物質(zhì)及其變化規(guī)律的認(rèn)識(shí)方式［１］。為了培養(yǎng)科學(xué)思維，在教學(xué)方式上，教師必須引導(dǎo)學(xué)生開展證據(jù)與推理、模型與解釋等具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的高階思維活動(dòng)，在解決化學(xué)問題的同時(shí)，形成和發(fā)展認(rèn)識(shí)化學(xué)知識(shí)的思路與方法。格拉瑟在探討教育與思維的著作中也提到：“在教授思維方法時(shí)，學(xué)生與課程之間需要建立起一種聯(lián)系，知識(shí)和技能要成為質(zhì)疑、探究和推斷的對(duì)象。［2］”在日常教學(xué)中，教師更應(yīng)關(guān)注知識(shí)和技能的落實(shí)，任何忽視情境創(chuàng)設(shè)和活動(dòng)的真實(shí)性，不利于科學(xué)思維的培養(yǎng)。本文以浙教版初中科學(xué)“物質(zhì)的酸堿性”教學(xué)為例，在化學(xué)啟蒙課堂教學(xué)中訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

1 課標(biāo)與教材分析

新課標(biāo)指出，化學(xué)科學(xué)思維主要包括：在解決化學(xué)問題中所運(yùn)用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學(xué)方法，基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、建構(gòu)模型并推測(cè)物質(zhì)及其變化的思維能力，在解決與化學(xué)相關(guān)的真實(shí)問題中形成的質(zhì)疑能力、批判能力和創(chuàng)新意識(shí)［3］。在義務(wù)教育化學(xué)課程中培養(yǎng)科學(xué)思維，實(shí)質(zhì)是引導(dǎo)學(xué)生在獲取證據(jù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行理性思維，以認(rèn)識(shí)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化，揭示化學(xué)反應(yīng)規(guī)律［4］。浙教版初中科學(xué)教材“物質(zhì)的酸堿性”這一主題，主要包括酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)、酸堿指示劑及溶液酸堿性的強(qiáng)弱程度三部分內(nèi)容。結(jié)合文獻(xiàn)研究及教學(xué)實(shí)踐，“物質(zhì)的酸堿性”教學(xué)設(shè)計(jì)內(nèi)容主要側(cè)重于以下兩個(gè)方面：第一，利用酸堿指示劑和pH試紙測(cè)定溶液的酸堿性；第二，溶液的酸堿性在實(shí)際生產(chǎn)生活的應(yīng)用，注重“酸堿指示劑的發(fā)現(xiàn)”科學(xué)史的融入，激發(fā)學(xué)生自主學(xué)習(xí)、探究化學(xué)的興趣。科學(xué)思維是在開展的科學(xué)活動(dòng)中形成和發(fā)展的，但傳統(tǒng)的教學(xué)設(shè)計(jì)大多僅關(guān)注知識(shí)的整體性、系統(tǒng)性，缺乏引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)有聯(lián)系的知識(shí)的探究實(shí)踐活動(dòng)。

2 基于科學(xué)思維培養(yǎng)的初中化學(xué)教學(xué)實(shí)踐

2.1 創(chuàng)設(shè)情境，聚焦學(xué)習(xí)任務(wù)

真實(shí)的情境素材是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的重要載體。在教學(xué)中，教師利用科學(xué)史故事、生活現(xiàn)象、社會(huì)熱點(diǎn)、實(shí)驗(yàn)等創(chuàng)設(shè)情境，使學(xué)生的原有認(rèn)知與真實(shí)情境互相矛盾，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，調(diào)動(dòng)其思維的積極性。

例如，在新課引入階段，教師出示兩杯無標(biāo)簽的液體，請(qǐng)學(xué)生猜一猜是什么物質(zhì)？首先學(xué)生用手扇動(dòng)空氣，聞一聞氣味。其中一杯聞起來有酸味，猜測(cè)是食醋；然后用手指蘸取液體，捏一捏，另一杯有滑膩感，猜測(cè)是石灰水。教師馬上指出，這種從現(xiàn)象到性質(zhì)，僅從感性上推導(dǎo)物質(zhì)的方法不一定正確，我們必須從物質(zhì)的組成上來確認(rèn)。

教師講述，人類對(duì)酸和堿的認(rèn)識(shí)，在17世紀(jì)以前僅根據(jù)“味道、觸覺感知”來區(qū)分酸和堿，認(rèn)為有酸味的物質(zhì)是酸，有澀味且有滑膩感的是堿。設(shè)問：酸一般有酸味，堿一般有滑膩的感覺，能否僅用品嘗和觸摸的方法來確定物質(zhì)是酸或堿？學(xué)生認(rèn)為，這個(gè)方法不準(zhǔn)確，也不科學(xué)，因?yàn)橛行┧釠]有酸味，而且還有很多酸和堿有強(qiáng)腐蝕性，甚至毒性，這種方法不安全。教師追問：怎樣用科學(xué)的方法判定物質(zhì)的酸堿性呢？

設(shè)計(jì)意圖：從聞食醋、捏石灰等方式來猜測(cè)物質(zhì)種類，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣去思考，從而引出本節(jié)課的主題：如何判斷物質(zhì)的酸堿性，引發(fā)深度學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

2.2 設(shè)置驅(qū)動(dòng)任務(wù)，在探究中訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)探究是獲得科學(xué)知識(shí)的一種基本方式，它是一個(gè)不斷發(fā)現(xiàn)問題，通過多種途徑尋找證據(jù)，運(yùn)用創(chuàng)造性思維來解決問題，并通過評(píng)價(jià)與交流達(dá)成共識(shí)的過程。在教學(xué)中，教師設(shè)置相關(guān)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生在獲取證據(jù)的基礎(chǔ)上，通過宏觀、微觀、符號(hào)相結(jié)合的視角探究物質(zhì)及其變化規(guī)律，可以訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

2.2.1 酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)

［任務(wù)1］用石蕊溶液判斷溶液的酸堿性。取4支試管，分別加入稀鹽酸、稀硫酸、氫氧化鈉溶液、氫氧化鈣溶液，分別滴入幾滴紫色石蕊溶液，觀察并記錄石蕊溶液的顏色變化。學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，石蕊遇稀鹽酸、稀硫酸變紅色；石蕊遇氫氧化鈉、氫氧化鈣變藍(lán)色。教師指出，在不同酸堿性溶液中能顯示不同的顏色的物質(zhì)，叫做酸堿指示劑。這樣我們可以通過溶液的顏色變化，很方便地知道物質(zhì)的酸堿性。

［任務(wù)2］教師提供：純堿、氨水、食鹽溶液、蒸餾水、米醋、檸檬汁等，要求學(xué)生用石蕊溶液對(duì)上述物質(zhì)進(jìn)行分類。學(xué)生活動(dòng)后匯報(bào)，純堿、氨水滴入石蕊變藍(lán)色；食鹽溶液、蒸餾水滴入石蕊不變色；米醋、檸檬汁滴入石蕊變紅色。

教師引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用分類思想，從紫色石蕊溶液變色情況，對(duì)溶液進(jìn)行分類：滴入石蕊溶液變藍(lán)色的為堿性溶液，滴入石蕊溶液變紅色的為酸性溶液。

設(shè)計(jì)意圖：結(jié)合相關(guān)任務(wù)，通過滴加石蕊溶液觀察溶液顏色的變化，判斷溶液的酸堿性，再建構(gòu)物質(zhì)的分類方法，認(rèn)識(shí)酸性物質(zhì)和堿性物質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生如何將物質(zhì)進(jìn)行分類、歸納的科學(xué)思想。

2.2.2 自制酸堿指示劑

［教師設(shè)問］生活中許多植物的汁液有特殊的顏色，我們能否自制指示劑？教師提供紫甘藍(lán)汁液，引導(dǎo)學(xué)生將紫甘藍(lán)溶液分別滴入裝有白醋、潔廁靈、肥皂水、檸檬汁、爐具清洗液等的燒杯中，根據(jù)顏色變化判斷紫甘藍(lán)溶液是否可以作為酸堿指示劑，如圖1所示。從圖1可以看出，紫甘藍(lán)提取液遇酸性、堿性物質(zhì)的顏色與本身不同，且有一定的規(guī)律性，可以作為酸堿指示劑。

設(shè)計(jì)意圖：利用紫甘藍(lán)提取液自制酸堿指示劑，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，同時(shí)也培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力。

2.3 組織交流討論，在質(zhì)疑中訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維

質(zhì)疑是指人們經(jīng)過充分分析后提出疑問，體現(xiàn)出善于發(fā)現(xiàn)問題、提出問題并進(jìn)行解釋的批判能力。在教學(xué)中，教師可以設(shè)置驅(qū)動(dòng)性問題，引導(dǎo)學(xué)生分解成各個(gè)小問題，在交流討論中提出質(zhì)疑，從而訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維。

2.3.1 認(rèn)識(shí)酸

［教師設(shè)問］米醋和檸檬汁等是不同的物質(zhì)，為什么都有酸性？科學(xué)研究證明，米醋和檸檬汁的酸性是由于其中含有一類特殊的物質(zhì)——酸，米醋中含有醋酸，檸檬中含有檸檬酸。那么，哪些物質(zhì)屬于酸類物質(zhì)呢？

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察鹽酸、硫酸、硝酸的化學(xué)式，找出酸類物質(zhì)在組成上的共同特征。學(xué)生認(rèn)為酸都含有氫元素，學(xué)生即提出質(zhì)疑，水中也含有氫元素，但水不是酸。那么，酸還有其他哪些共同特征呢？教師引導(dǎo)學(xué)生嘗試寫出鹽酸、硫酸的電離方程式，從微觀角度認(rèn)識(shí)酸。學(xué)生認(rèn)為，酸是電離時(shí)生成的陽離子是氫離子的化合物。教師又設(shè)問：NaHCO3、 NaHSO4是不是酸？酸溶液和酸性溶液相同嗎？學(xué)生討論中發(fā)現(xiàn)，NaHCO3、 NaHSO4的電離方程式中，陽離子除了氫離子外，還有鈉離子，從中文定義中學(xué)生認(rèn)為NaHCO3、 NaHSO4不是酸。酸應(yīng)是電離時(shí)生成的陽離子全部是氫離子的化合物。

2.3.2 認(rèn)識(shí)堿

教師引導(dǎo)學(xué)生觀察氫氧化鈉、氫氧化鈣和氫氧化鉀的化學(xué)式，找出堿類物質(zhì)的共同特征。學(xué)生認(rèn)為堿都含有氫元素、氧元素，學(xué)生即提出質(zhì)疑，水中含有氫元素和氧元素，但水不是堿。然后根據(jù)認(rèn)識(shí)酸的方法，嘗試寫出堿的電離方程式，學(xué)生認(rèn)為堿溶液中都含有氫氧根離子。教師又追問：Cu2（OH）2CO3是屬于堿嗎？學(xué)生從堿的命名中認(rèn)識(shí)到，Cu2（OH）2CO3不是堿，堿溶液一定有堿性，但有堿性的不一定是堿。堿是電離生成的陰離子全部是氫氧根離子的化合物。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從宏觀、微觀、符號(hào)的不同角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)，不斷追問逐漸完善酸的概念建構(gòu)，再通過相似方法遷移建構(gòu)堿的概念，培養(yǎng)學(xué)生比較、分析、歸納、質(zhì)疑思維。

2.4 開展實(shí)踐活動(dòng)，在推斷中訓(xùn)練學(xué)生的科學(xué)思維

科學(xué)推理是將已有的科學(xué)知識(shí)和所給的事實(shí)與條件，進(jìn)行邏輯推斷，推出正確的判斷或結(jié)論的個(gè)性心理特征。在教學(xué)中，教師可以組織學(xué)生開展學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)，在科學(xué)推理的基礎(chǔ)上得出結(jié)論，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維。

2.4.1 溶液酸堿性的強(qiáng)弱程度

［教師設(shè)問］指示劑雖然能夠判定物質(zhì)的酸堿性，但不能反映酸堿性L/sH1MHpjHtxAPpkv7xfJQ==的強(qiáng)弱，而物質(zhì)酸堿性的強(qiáng)弱與我們的生活密切相關(guān)。為了了解和控制物質(zhì)的酸堿性，我們需要測(cè)定物質(zhì)酸堿性的強(qiáng)弱。那么如何測(cè)定物質(zhì)的酸堿性強(qiáng)弱呢？

［教師講述］為了定量描述溶液的酸堿性強(qiáng)弱，我們可根據(jù)溶液中H+的濃度和OH-的濃度，將酸性和堿性分為七個(gè)等級(jí)：1、 2、 3、 4、 5、 6、 7，像聲音的音調(diào)從低到高一樣，將酸性和堿性的強(qiáng)弱分為酸度和堿度，并從低到高設(shè)置七個(gè)等級(jí)，如圖2所示。

［教師設(shè)問］科學(xué)是追求簡(jiǎn)單的，自然界的規(guī)律也應(yīng)該是簡(jiǎn)單的，我們能否用一個(gè)指標(biāo)同時(shí)來確定溶液的酸堿性強(qiáng)弱呢？1909年丹麥的一位化學(xué)家提出用pH來表示酸堿性的強(qiáng)弱，p來自德語Potenz，意思是濃度、力量，H代表氫離子（H+），引入pH的一大好處是簡(jiǎn)便了書寫，并且方便比較溶液的酸堿性強(qiáng)弱。在標(biāo)準(zhǔn)溫度（25℃）和壓強(qiáng)下，pH=7的水溶液為中性，pH小于7，說明H+的濃度大于OH-的濃度，故溶液顯示酸性，而pH大于7，則說明H+的濃度小于OH-的濃度，故溶液顯示堿性。所以pH越小，溶液的酸性愈強(qiáng)；pH越大，溶液的堿性也就越強(qiáng)。

［教師講述］測(cè)定物質(zhì)酸堿性強(qiáng)弱最常用、最簡(jiǎn)單的方法是使用pH試紙，這種試紙?jiān)谒釅A性強(qiáng)弱不同的溶液里會(huì)顯示出不同的顏色。測(cè)定的方法是：用潔凈的玻璃棒蘸取被測(cè)試的溶液，滴在pH試紙上，將試紙顯示的顏色與標(biāo)準(zhǔn)比色卡對(duì)照，看與哪種顏色最接近，從而確定被測(cè)溶液的pH，根據(jù)pH便可判斷溶液的酸堿性強(qiáng)弱。

教師展示常見物質(zhì)的pH，如圖3所示。學(xué)生紛紛用玻璃棒分別蘸取自選物質(zhì)，滴在pH試紙中部，觀察試紙的顏色變化，確定溶液的酸堿性強(qiáng)弱，并測(cè)試其pH。

2.4.2 自制新型pH試紙

教師提供pH試紙，引導(dǎo)學(xué)生提出問題：pH試紙如何制作？教師講述，pH試紙的制作主要包括榨汁、萃取、過濾、分條、浸潤(rùn)、風(fēng)干、測(cè)試、驗(yàn)證等過程。

［學(xué)生活動(dòng)］撕取一些紫甘藍(lán)的葉片，往榨汁機(jī)加水，榨成紫甘藍(lán)汁，經(jīng)過濾就得到純凈的紫甘藍(lán)汁；用剪刀將廚房用紙，剪成多個(gè)紙條放到托盤上，把紫甘藍(lán)汁均勻地滴到紙條上，用吹風(fēng)機(jī)把它們吹干，試紙就做好了；最后，分別加入白醋、清水和小蘇打，記錄試紙變化的顏色，再用廣泛pH試紙驗(yàn)證。

設(shè)計(jì)意圖：從溶液的酸堿性強(qiáng)弱到pH測(cè)試，再到自制pH試紙，并嘗試驗(yàn)證溶液的酸堿性，實(shí)踐體驗(yàn)新型pH試紙的制作過程，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力和學(xué)習(xí)興趣，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)精神。

3 結(jié)語

在化學(xué)啟蒙教育階段，學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的過程，不僅是對(duì)化學(xué)學(xué)科知識(shí)的理解與掌握，更是化學(xué)科學(xué)思維的訓(xùn)練過程。為此，我們要高度關(guān)注學(xué)生科學(xué)思維的培養(yǎng)，結(jié)合教學(xué)內(nèi)容創(chuàng)設(shè)真實(shí)合理的情境，開展證據(jù)與推理、模型與解釋等具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的高階思維活動(dòng)，為激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣、引領(lǐng)學(xué)生積極投身學(xué)習(xí)活動(dòng)、培養(yǎng)科學(xué)思維提供有力的保障。

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