基于科學(xué)思維培育的高中化學(xué)科學(xué)方法教學(xué)實(shí)踐

【中圖分類號】G633.8 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A【文章編號】2095-3089（2025）12-0082-03

課程標(biāo)準(zhǔn)對科學(xué)思維的內(nèi)涵界定為：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。這種思維方式不僅僅局限于具體的科學(xué)領(lǐng)域，更是一種適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會發(fā)展的必備品格與關(guān)鍵能力。[科學(xué)思維的形式建立在科學(xué)方法之上，科學(xué)方法是思維型課堂的推手。學(xué)習(xí)正確的科學(xué)方法能幫學(xué)生從學(xué)習(xí)知識本身過渡到過程方法再到培養(yǎng)創(chuàng)新能力。因此，在高中化學(xué)課堂中，引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)思維角度出發(fā)，掌握科學(xué)方法，是構(gòu)建高中化學(xué)教學(xué)模式的正確路徑，是發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的重要落腳點(diǎn)。

一、發(fā)展科學(xué)方法的現(xiàn)實(shí)教育背景

究竟把揭示自然規(guī)律的知識本身作為自的，還是把知識作為工具以掌握研究自然規(guī)律的科學(xué)方法為目的，這是當(dāng)前科學(xué)教學(xué)中存在的兩種完全不同的教育思想。中學(xué)化學(xué)教學(xué)多以知識為教學(xué)目標(biāo)，教師不能認(rèn)識到科學(xué)方法的重要性，對適合開展科學(xué)方法的課型不能正確理解。學(xué)生獲取化學(xué)科學(xué)方法的來源單一，主要來自教師講解和教材內(nèi)容。

二、發(fā)展科學(xué)方法的意義

科學(xué)知識是顯性的內(nèi)容，科學(xué)方法是人類認(rèn)識世界的手段方法。科學(xué)研究始于發(fā)現(xiàn)問題，終極目標(biāo)是解決問題。科學(xué)方法似認(rèn)知經(jīng)緯中的線，將科學(xué)概念、邏輯判斷與實(shí)證推理織成系統(tǒng)的知識網(wǎng)，持續(xù)驅(qū)動(dòng)個(gè)體運(yùn)用系統(tǒng)思維破解復(fù)雜問題。這種認(rèn)知范式融人教學(xué)實(shí)踐，學(xué)生可自主建構(gòu)模塊間的邏輯鏈路，明晰知識脈絡(luò)，在思維建模中生成動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)化認(rèn)知網(wǎng)。即使面對陌生的化學(xué)問題，學(xué)生也能依托已建構(gòu)的思維模型，穿透現(xiàn)象直擊問題本質(zhì)，精準(zhǔn)定位解題關(guān)鍵，調(diào)取認(rèn)知思維模式中的科學(xué)方法完成突破。

三、發(fā)展科學(xué)方法的策略

高中化學(xué)課堂的科學(xué)方法體系構(gòu)成、實(shí)施方法的選擇及科學(xué)方法的因素，始終是困擾一線教學(xué)實(shí)踐的三大難題。劉換榮提出從化學(xué)史層面讓學(xué)生親歷科學(xué)家的研究路程，從科學(xué)哲學(xué)視角實(shí)施科學(xué)探究和科學(xué)實(shí)踐，進(jìn)而獲得科學(xué)概念。龔文慧介紹了高中化學(xué)學(xué)科專屬的科學(xué)方法，如宏微結(jié)合法、轉(zhuǎn)化法、平衡法、模型法、分類法、假說法、守恒法、變量控制法、觀察法、實(shí)驗(yàn)法等。本文從化學(xué)學(xué)科本身的知識體系出發(fā)，對高中化學(xué)教材中的化學(xué)概念、規(guī)律、實(shí)驗(yàn)及應(yīng)用四大課型中涉及的化學(xué)科學(xué)方法因素進(jìn)行分析、挖掘，并總結(jié)出相應(yīng)的教學(xué)方法及使用建議。本文立足化學(xué)學(xué)科知識體系，提取高中化學(xué)四大教學(xué)模塊（概念、規(guī)律、實(shí)驗(yàn)、應(yīng)用）中蘊(yùn)含的化學(xué)科學(xué)方法要素，深度挖掘其教育價(jià)值，并構(gòu)建了相應(yīng)教學(xué)策略體系及配套實(shí)施建議。

（一）化學(xué)概念中主要的科學(xué)方法因素

化學(xué)概念的理論性強(qiáng)，又很抽象?；瘜W(xué)概念涉及概念建立、概念同化、概念順應(yīng)方法。化學(xué)概念的引入與建立是一個(gè)復(fù)雜而系統(tǒng)的過程，化學(xué)概念中主要的科學(xué)方法因素如圖1所示。

（二）化學(xué)規(guī)律中主要的科學(xué)方法因素

化學(xué)規(guī)律的形成是實(shí)驗(yàn)、邏輯推理和數(shù)學(xué)建模的綜合結(jié)果，化學(xué)規(guī)律中主要的科學(xué)方法因素如圖2所示。

（三）化學(xué)實(shí)驗(yàn)中主要的科學(xué)方法因素

化學(xué)作為實(shí)驗(yàn)學(xué)科，研究過程包含多維科學(xué)方法體系。運(yùn)用科學(xué)方法，可以設(shè)計(jì)出更加有效的實(shí)驗(yàn)，獲得精準(zhǔn)結(jié)果。同時(shí)，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)思維和實(shí)踐能力?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)中主要的科學(xué)方法因素如圖3所示。

（四）化學(xué)應(yīng)用（練習(xí)）中主要的科學(xué)方法因素

化學(xué)應(yīng)用（練習(xí)）作為方法原理向?qū)嶋H應(yīng)用轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵載體，其方法論框架由化學(xué)思維與數(shù)學(xué)方法雙軌構(gòu)成，共同支撐解題范式的系統(tǒng)構(gòu)建?；瘜W(xué)應(yīng)用（練習(xí)）中主要的科學(xué)方法因素如圖4所示。

四、科學(xué)方法在教學(xué)中的實(shí)踐

本文以人教版（2019）教材必修二第六章第二節(jié)“化學(xué)能與電能”概念教學(xué)為例，通過具體教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)證科學(xué)方法對學(xué)生科學(xué)思維發(fā)展的促進(jìn)作用，進(jìn)而建構(gòu)具有實(shí)踐價(jià)值的課堂教學(xué)模型

【教學(xué)內(nèi)容】化學(xué)能與電能第1課時(shí)

【教學(xué)目標(biāo)通過實(shí)驗(yàn)探究，認(rèn)識化學(xué)能可以轉(zhuǎn)化為電能，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作和觀察能力；掌握原電池的工作原理和構(gòu)成條件，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維與解決問題的能力。

【教學(xué)重難點(diǎn)原電池的工作原理和構(gòu)成條件

【教學(xué)環(huán)節(jié)】

創(chuàng)設(shè)情境：展示火力發(fā)電的圖片。

提問1：在火力發(fā)電過程涉及的能量轉(zhuǎn)化？（問題法）

學(xué)生：能，電池

實(shí)驗(yàn)演示：將電流表的電極用導(dǎo)線分別與Cu片和 Z_n 片相連，再將兩個(gè)金屬片插到橙子上，觀察電流表指針的變化。（演示法）

學(xué)生：指針偏轉(zhuǎn)，說明有電流產(chǎn)生。提問3：電流如何產(chǎn)生？（問題法）分組實(shí)驗(yàn)：（對比實(shí)驗(yàn)法）

【實(shí)驗(yàn)1分別將 Cu 片和 Z_n 片插入稀硫酸，觀察并記錄現(xiàn)象（ Cu 片無明顯現(xiàn)象， Z_n 片產(chǎn)生氣泡）

【實(shí)驗(yàn)2】分別將 Cu 片和 Z_n 片用導(dǎo)線與電流表相連后插入稀硫酸，觀察并記錄現(xiàn)象（ Zn 片無明顯現(xiàn)象， Gu 片產(chǎn)生氣泡，電流表指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)）

教師：分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后的化學(xué)原理（推理法）

【實(shí)驗(yàn) 1]Z_n 片產(chǎn)生氣泡 Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂ 電子轉(zhuǎn)移方式： Zn2H⁺ （直接）

能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能 $$ 熱能

【實(shí)驗(yàn)2】

Cu片 2H⁺+2e^-=H₂ （還原反應(yīng)）Z_n 片 Zn-2e^-=Zn²⁺ （氧化反應(yīng)）

電子轉(zhuǎn)移方式： Zn 導(dǎo)線 Cu2H⁺ （間接）

能量轉(zhuǎn)化：化學(xué)能 $$ 電能

提出概念：原電池一 一將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置

提問4：原電池就是電池的原始模型，電池都有正負(fù)極，如何規(guī)定正負(fù)極？

學(xué)生：負(fù)極為電子流出極，正極為電子流入極，所以 Z_n 片為負(fù)極，Cu片為正極。

提問5：電子遷移方向怎樣？

學(xué)生：電子從負(fù)極出發(fā)沿導(dǎo)線流向正極。

提問6：外電路中產(chǎn)生電流靠電子定向移動(dòng)，那么內(nèi)電路的電流是如何形成的，離子的遷移方向如何？（教師引導(dǎo)： Z_n 失電子后 Z_n 上布滿正電荷，電子遷移到Cu片，使Cu片布滿負(fù)電荷，教師畫出電子遷移時(shí)極板的電荷圖，讓學(xué)生根據(jù)異性相吸的原理分析溶液中離子的遷移方向）（模型法）

學(xué)生：內(nèi)電路靠離子的定向遷移形成電流陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極。

提問7：把實(shí)驗(yàn)2裝置中的 Z_n 片換成Cu片或Cu片換成石墨是否仍有電流產(chǎn)生？

對比實(shí)驗(yàn)： （1）Zn 片換成Cu片電流表指針無偏轉(zhuǎn)； （2）Cu 片換成石墨電流表指針偏轉(zhuǎn)

解釋：（1）將 Z_n 片換成Cu片，兩極金屬活動(dòng)性相同，電勢差為零，電流無法流動(dòng)，原理如同物理中水平面無勢差水不流動(dòng)；（2）換用石墨后，仍有電勢差，故有電流產(chǎn)生。（類比、推理法）

提問8：將上述裝置中的稀硫酸換成硫酸銅溶液是否能形成原電池？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：將稀硫酸換成硫酸銅溶液，電流表指針偏轉(zhuǎn)。

教師引導(dǎo)：請根據(jù)以上現(xiàn)象總結(jié)原電池的構(gòu)成條件。

學(xué)生討論總結(jié)：原電池構(gòu)成條件：兩極-一液-一連接-一反應(yīng)（歸納法）

練習(xí)鞏固：下圖裝置中，屬于原電池且有電流產(chǎn)生的是 （填序號）。

用 畫 共中中共 T 中 3 酒精 稀硫酸 稀硫酸 CSO溶液稀鹽酸 稀鹽酸 稀硫酸 CSO溶液 CuSO溶液AgNO溶液 ① ② ③ ④ ⑤ ⑥ 1 8 ⑨

學(xué)生：答案 ④⑦⑧⑨

實(shí)踐活動(dòng)：根據(jù)本節(jié)課的內(nèi)容設(shè)計(jì)簡易原電池（實(shí)驗(yàn)法）

學(xué)生自主設(shè)計(jì)：見右圖

五、教學(xué)效果及反思

本課利用水果電池激發(fā)學(xué)生探究原電池的興趣，使學(xué)生始終處于積極思考狀態(tài)。通過類比法將學(xué)生熟悉的物理知識中的勢能差遷移到我們的化學(xué)課堂突破難點(diǎn)。原電池中電解質(zhì)溶液中離子的遷移方向也并不是直接讓學(xué)生死記結(jié)論，而通過圖示讓學(xué)生明白異性相吸的道理，從而推出陽離子移向正極，陰離子移向負(fù)極;最后本節(jié)課通過實(shí)踐作業(yè)，發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性，顯化學(xué)生學(xué)習(xí)的思維過程，落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)的培育。

綜上，聚焦化學(xué)科學(xué)思維培育方法，通過概念性課堂教學(xué)實(shí)踐，促進(jìn)學(xué)生建構(gòu)系統(tǒng)的科學(xué)方法，強(qiáng)化自主探究能力，激活內(nèi)在學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)，形成持續(xù)性科學(xué)思維范式。

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