真實化學問題在科學探究教學中的運用

季薛慶+季慶燕

摘 要：以來自現實生活中未知結論的原始化學問題設計科學探究活動，有助于突出對科學探究要素的論證，也有助于組織課堂討論。真實化學問題探究教學，教師事先要親身經歷解決問題的過程，然后編寫適合學生的問題。探究過程包括提出猜測、運用證據的論證、評價與交流等環節。

關鍵詞：真實化學問題；科學探究教學；論證；課堂討論

一、真實化學問題及其探究

（一）真實化學問題的概念

真實化學問題指與化學相關，且沒有現成結論和解決方法的實際問題。真實化學問題可以來自日常生活、化學實驗、互聯網、課本。例如以下的這些問題。

問題1：學生做鹽的性質實驗時，在碳酸鈉溶液中加入硝酸銀溶液，產生白色沉淀，再加入稀硝酸，白色沉淀應該全部溶解。但是，一部分學生的沉淀卻沒有全部溶解。

問題2：為什么潔廁劑中的無機酸通常使用鹽酸而不是硫酸？

問題3：微信中流傳食醋能去除蔬菜中的殘留農藥，食用小蘇打包裝袋上寫著小蘇打能去除蔬菜中的殘留農藥。

問題4：用土豆能鑒別加碘鹽和無碘鹽。

問題5：洗發劑和護發劑的酸堿性。

上述問題1來自化學實驗，問題2來自日常生活，問題5來自化學課本。問題3、4是互聯網中與化學、生活相關的傳言，一種網絡傳言。

（二）新知識探究教學存在的問題

使用探究的方法學習課本中的化學知識，如質量守恒定律、二氧化碳的性質、水的組成等等，稱之為學習（或探索）新知識的探究。學習新知識的探究教學存在兩個問題。首先，難以組織有效的課堂討論。學生面對的是未知的化學知識，等待解決的是陌生又抽象的理論問題，而不是現實中學生熟悉的問題。而且，45分鐘的時間限制，學生沒有時間閱讀大量的背景資料，沒有時間準備必要的知識與技能。離開熟悉的情境，沒有足夠的背景知識與經驗，學生就提不出有爭論價值的觀點，只能被動地應付教師的提問。其次，不利于學生進行探究中的論證（argumentation）。論證有名詞和動詞兩種含義，名詞的論證由主張或結論和這些主張或結論的辯護（或理由、支持）構成[1]。動詞的論證指運用證據來辯護自己主張的過程。論證是科學探究的一個要素，也是科學探究的一個特征。學生要學會運用證據辯護自己作出的解釋，學會評價別人的論證、進行反論證[2]。科學探究中，收集證據后，利用證據和掌握的知識、經驗解釋提出的主張，判斷主張的合理程度，證實或修改甚至推翻主張，得出最可靠的結論，這是一個（科學）論證過程。學習新知識的探究，有正確的結論和探究方法做參照，提出和結論一樣的猜測，收集的是少數和結論一致的證據，然后順利地得出唯一的結論。結果，科學探究中不可缺少的論證被排除在外。

（三）真實化學問題探究與新知識探究教學的區別

真實化學問題探究和學習新知識的探究不同。前者不僅能引起學生的好奇，也是校外許多人關心的問題。學習新知識的探究是一種外加的學習任務，解決真實化學問題很大程度是出于自覺的生活需要，能給日常生活提供一定的幫助。探究真實化學問題除了復雜程度、運用的技術手段和理論深度外，本質上和科學家解決實際問題一樣。另外，教師事先經歷了解決問題的過程，有親身的體驗，有助于指導學生。總之，和學習新知識的探究相比，真實化學問題探究更有助于調動參與者（學生和教師）的探究主動性，更有助于設計科學論證與課堂討論。解決真實化學問題的探究和學習新知識的探究的區別如表1所示。

二、真實化學問題探究教學的主要過程

（一）前期準備：問題的篩選與設計

發現真實問題后，一般不適宜直接交給學生。教師要親自動手實驗，經歷一遍完整的探究過程。只有這樣才能熟悉探究中可能產生的各種情況，評估問題的可探究性，最終設計出適合學生的問題。以前面的問題1為例，這是一個非常好的探究問題。實驗中部分學生發現異常現象后，由于異常現象有多種合理的解釋，無法立刻給出明確的答復，當時只告訴學生可能是藥品問題或者是實驗操作問題。課后教師通過實驗檢測到碳酸鈉溶液中的氯離子。原因是碳酸鈉固體含有微量的氯化物，微量的氯離子和銀離子就能產生顯著的白色渾濁現象。

教師經過親身探究后，將問題1改為：上次做鹽的性質實驗時，一部分同學發現一個異常現象：在碳酸鈉溶液中加入硝酸銀溶液，產生白色沉淀，再加入稀硝酸，白色沉淀沒有全部溶解。通過探究解釋遇到的這一異常現象。探究所需藥品：①待檢測的稀硝酸、碳酸鈉溶液、硝酸銀溶液；②用于檢測的稀硝酸、硝酸銀溶液、氯化鋇溶液、稀硫酸；③盛有碳酸鈉固體的原裝瓶子。

為了得出不同的探究結論，在待檢測的稀硝酸中，有些組的稀硝酸含有氯離子，另一些組的稀硝酸不含雜質，碳酸鈉溶液都含有氯離子（藥品本身帶來，不是準備實驗時特意加入）。但是，為了避免問題過于復雜，待檢測試劑中沒有混入鋇離子和硫酸根離子。重新設計問題后，與初始提出的問題相比，減小了問題的發散程度，更適合學生探究，但依然是個真實的問題。

（二）問題解決過程

真實問題解決過程除了包括平常科學探究的主要環節外，有兩個不同之處。第一，要學習解決問題的背景知識與技能。例如，食醋能否去除蔬菜中的殘留農藥的實驗，要學會殘留農藥的檢測方法；回答土豆是否能鑒別加碘鹽，要知道加碘鹽中的碘是什么物質。第二，強調運用證據的論證和交流與評價。運用證據的論證是利用證據為主張（猜測與結論）辯護的過程，交流與評價是口頭討論或辯論的過程。下面主要論述運用證據的論證和交流與評價這兩個環節。

1.運用證據做出論證 得出暫時的結論

以問題1為例。回顧鹽的性質實驗情境，出示編寫的問題。指導學生聯系氯化銀和硫酸鋇等物質性質，提出各種猜測（探究記錄單見表2）。設計實驗、收集證據。然后根據證據進行論證，得出暫時的結論，如表2所示。

表中只列出部分猜測和辯護，有的猜測沒有在表中出現。如，猜測4：碳酸鈉溶液中含有硫酸根離子，同時稀硝酸中含有少量鋇離子；猜測5：稀硝酸中含有硫酸，同時，硝酸銀溶液中含有鋇離子；猜測6：試管沒有沖洗干凈，殘留有氯化物；猜測7：使用的水中含有氯離子；猜測8：碳酸鈉和硝酸銀反應后，滴加的稀硝酸的量不夠。“我的辯護”包含結論和支持結論的證據，除了實驗證據外，還有另外的證據（裝碳酸鈉固體瓶子上的標簽注明含有氯化物），但是沒有列出理論（化學理論知識，如氯化銀和硫酸鋇不溶于稀硝酸）證據。

2.交流與評價 確定最終的結論

每個組初步得出結論后，不同小組針對提出的主張和結論進行討論，然后是師生之間的總結性對話。

有些猜測通過實驗直接證實或否定，有實驗現象作為可靠的證據，這一類猜測不會有大的爭議，不必作過多的討論。另外一些猜測，如果不利用實驗，或者無法通過實驗進行驗證，就要通過討論做出決定，如猜測4、5、6、7、8。表3是討論的部分內容。評價交流后，修改、補充表2“探究記錄表”。

從問題1的解決過程可以看出，利用真實化學問題設計探究教學，學生不僅有更多討論機會，而且突出科學探究中的論證特征。提出猜測、交流與評價主要是口頭辯論活動，是運用證據辯護自己主張的過程，是“課堂科學辯論”。科學辯論指運用證據與推理“解決科學爭端的社會互動過程”[3]。課堂科學辯論是高層次的課堂討論。運用證據的論證環節，不是口頭形式的相互辯論，是個體意義上的科學論證，是個體內部的科學思維活動。雖然沒有學習新的化學知識，但是，在解決問題過程中促進科學探究中交流表達能力與論證能力的提高，加深對原有知識的理解。問題1還可以作進一步的擴展。初中化學實驗室中的碳酸鈉含有氯化物雜質，也含有硫酸化合物雜質，硫酸化合物含量比氯化物還高。做碳酸鈉和硝酸銀反應實驗時，產生的氯化銀影響實驗效果。與氯化鋇反應，應該會產生硫酸鋇沉淀，但是沒有觀察到硫酸鋇沉淀。這和氯化銀、硫酸鋇性質差異有關，氯化銀溶解度小于硫酸鋇。可以引導學生討論這個問題。

參考文獻：

[1] ZOHAR A， NEMET F. Fostering students knowledge and argumentation skills through dilemmas in human genetics[J]. Journal of Research in Science Teaching， 2002， 39（1）： 35-62.

[2] National Research Council. A framework for K-12 science education： practices， core ideas， and crosscutting concepts[M]. Washington， D C： National Academy Press， 2012： 71，73.

[3]唐小為，李佳，宋乃慶.課堂科學辯論實施探究——以中美中小學科學課堂案例比較分析為例[J].課程·教材·教法，2012（5）：105-110.