化學教學中基于不同知識證據(jù)的教學策略

張麗

【摘 要】化學學科對化學概念和基本原理的教學，需要基于不同類型的知識證據(jù)解釋知識的形成，讓學生習得化學學科的思維，而不是一些記憶性的知識。科學史實、生活觀察、化學實驗、數(shù)據(jù)等不同類型的證據(jù)以教學實例展示了不同的教學策略。

【關(guān)鍵詞】科學史實；生活觀察；化學實驗；教學策略

在化學實際的課堂教學中，教師在提出某個觀點之后，學生如何證明這個觀點，需要找到不同角度的證據(jù)（資料），如化學史實、生活觀察、實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)等，從多方面相結(jié)合的角度來解釋、證明觀點的合理性。提供資料的可以是學生，可以是教師。課堂的教學是基于證據(jù)的推理、論證，這個過程揭示了隱藏在現(xiàn)象背后的科學本質(zhì)，從而達到科學教育的目的。

對于一個問題的研究，一個證據(jù)可以解釋，多個證據(jù)可從多角度進行解釋，這樣的結(jié)論更可信。本文就化學教學中化學原理或定律的解釋證據(jù)來源，分為科學史實、生活觀察、化學實驗、數(shù)據(jù)這樣的四類。

1.科學史實

1.1什么是科學史實

科學史實的證據(jù)指歷史上對與科學理論研究的一些史實。科學知識的發(fā)現(xiàn)、發(fā)展的過程中，體現(xiàn)了科學家勇于探究、為實現(xiàn)理想而堅持不懈的精神，這其中也蘊含了很多化學知識及科學方法。科學史實作為證據(jù)可以讓學生了解科學知識發(fā)展的過程。比如：《必修1》中的彩圖陜西半坡出土的人面魚紋彩陶盆，表明從遠古開始無機非金屬陶瓷就進入了人類生活；德國化學家哈伯（F.Haber，1868-1934）因為工業(yè)合成氨，解決了地球上因糧食不足而導(dǎo)致的饑餓問題獲得了諾貝爾獎，這些科學史實不僅體現(xiàn)了化學學科的價值，還充分調(diào)動了學生學習化學的積極性。

1.2基于科學史實證據(jù)的教學策略

HPS教學模式是美國教育學家孟克和奧斯本的將科學史、科學哲學和科學社會學相關(guān)內(nèi)容融于一體，針對不同的科學家對該問題的思考、見解、實驗及觀點，引導(dǎo)學生展開學習的一種模式。目前，不少的化學課堂是先告訴學生理論，再以實驗的形式論證，這種做法不利于學生形成良好的科學觀。化學史實作為證據(jù)應(yīng)用于教學過程中，不僅可以讓學生透徹領(lǐng)悟科學研究過程中科學家應(yīng)用的各種科學方法，更能幫助學生清楚知識的來龍去脈，提升學生的思維水平，從而促進學生化學學科素養(yǎng)的發(fā)展。HPS教學模式（如圖1）一般要確定三條教學路線，一是化學知識的發(fā)展線索，二是教學活動的線索，三是化學知識與科學方法的線索。

2.生活觀察

2.1什么是生活觀察

生活觀察指在自然發(fā)生的條件下，人們對自然現(xiàn)象進行收集、描述和記載的一種手段。化學與社會生產(chǎn)、生活有著密切的聯(lián)系，化學教學中應(yīng)該抓住這一關(guān)系，利用日常生活中觀察的一些現(xiàn)象作為證據(jù)。化學教學可以基于學生生活觀察的情境，讓學生對化學知識有一個感性的認識。培養(yǎng)學生用化學的視角觀察世界，將生活觀察引入課堂，形成解決問題的能力，再運用到生活實踐中，使學生體會到化學知識的價值所在。生活觀察在教學中的應(yīng)用，使學生的學習更主動，并維持學生學習化學興趣。教材中生活觀察證據(jù)有33%以文字形式出現(xiàn)，67%是以插圖的形式出現(xiàn)，主要是物質(zhì)在日常生活中的應(yīng)用。比如：信息高速公路的骨架——石英光導(dǎo)纖維、氧化鐵可作外墻涂料、漂粉精等，可用于游泳池的消毒等都是插圖的形式說明物質(zhì)的用途，學生對這些的認知就比較深刻。

2.2基于生活觀察證據(jù)的教學策略

“結(jié)合學生已有的生活經(jīng)驗和將要經(jīng)歷的社會生活實際，引導(dǎo)他們關(guān)注人類面臨的與化學有關(guān)的社會問題，培養(yǎng)學生的社會責任感、參與意識和決策能力”是新課標的課程理念。采用基于“從生活中來回歸到生活中去”教學理念的教學模式（圖2），從生活觀察的證據(jù)進行教學情境的創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學生學習化學的興趣；學習過程中解釋日常生活的現(xiàn)象和事實，促進知識的內(nèi)化；最后回到生活中，基于已有知識解釋生活中的問題，讓化學學科的價值得以體現(xiàn)。

3.化學實驗

3.1什么是化學實驗

人們依照研究目的，使用科學儀器和設(shè)備，有意識地控制自然條件，模擬自然現(xiàn)象，避開次要矛盾，突出主要因素，使自然過程純化、典型化，在特定條件下去探索客觀規(guī)律，從而認識客觀世界，這種認識方法就是實驗方法。所謂的化學實驗是指為了檢驗化學理論或假設(shè)而進行的操作或?qū)嵺`活動。實驗法是化學學科的重要特征之一，化學實驗是化學理論的重要證據(jù)，可以幫助學生理解化學知識與技能，學到科學研究的方法，獲得基于化學實驗證據(jù)的科學推理的思維能力，從而形成正確的科學態(tài)度和價值觀。

《必修1》《必修2》中的68個化學實驗證據(jù)從內(nèi)容可分為操作性實驗、驗證性實驗、探究性實驗。操作性實驗有自來水的蒸餾、金屬鈉的取用，很多教師認為操作性實驗不能作為證據(jù)。比如：自來水的蒸餾可以作為證據(jù)應(yīng)用于海水淡化工廠原理的理解。再如：金屬鈉的取用實驗過程中可以得到金屬鈉密度比煤油大，質(zhì)軟等物理性質(zhì)。驗證性實驗有38個，很多教師認為驗證性實驗平鋪直敘，難以在很大程度上激發(fā)學生學習化學的熱情；有些教師認為，需將驗證性實驗轉(zhuǎn)換成探究性實驗激發(fā)學生的學習熱情。這些實驗是偏重于收集事實，作為歸納的經(jīng)驗基礎(chǔ)，是否需要改為探究性實驗不能一概而論，比如Fe■的檢驗，就很難改為探究性實驗，也沒有改為探究性實驗的必要。探究性實驗可以促進學生科學概念的理解、興趣與動機的激發(fā)、學生創(chuàng)新意識、懷疑精神和證實或證偽精神的培養(yǎng)，科學思維習慣的養(yǎng)成，科學本質(zhì)的理解。《必修1》《必修2》中探究性實驗為8個，比如：“干燥的氯氣能否漂白”“分析空氣污染形成的原因”，這些探究性實驗在結(jié)論得出之前，通過各方面給出證據(jù)，基于證據(jù)得出結(jié)論。從數(shù)目來看，能培養(yǎng)學生化學思維和能力的探究性實驗偏少。

3.2基于化學實驗證據(jù)的教學策略

一個新論證模式的提出，是基于圖爾敏論證模型（TAP）而提出的，該模式為基于證據(jù)的論證教學提供了理論基礎(chǔ)。該論證模式由主張、證據(jù)和推理三個要素構(gòu)成。研究問題的結(jié)論、猜測、解釋是主張；用于支持主張有效性或合理性的觀測資料，觀測資料可以是實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)，這些統(tǒng)稱為證據(jù)；推理是指證據(jù)為什么支持主張，如何支持主張。證據(jù)為推理提供支撐，而推理也解釋了證據(jù)。

“氯水的漂白性是氯分子還是次氯酸分子”這樣的問題在教材中是以探究實驗的形式出現(xiàn)的，基于TAP新的實驗論證框架為：

在上述框架中，提供的證據(jù)是用對比實驗來解釋的，通過吸入水前后對比，吸入水之前為氯分子，吸入水后氯分子與水作用產(chǎn)生次氯酸分子，吸入水之前干燥的氯氣沒有使有色紙條褪色，吸入水之后有色紙條褪色。化學知識中有不少是對物質(zhì)性質(zhì)的學習，基于TAP新的實驗論證模式，可把研究物質(zhì)性質(zhì)的學習流程歸納為“獲取信息→預(yù)測性質(zhì)得到主張→設(shè)計實驗驗證→對比分析證據(jù)推理→總結(jié)遷移”。通過證據(jù)的驗證確認得到主張的正確性，最終對形成的知識進行遷移，應(yīng)用于解決日常生活中的問題。

4.數(shù)據(jù)

數(shù)據(jù)就是數(shù)值，也就是我們通過觀察、實驗或計算得出的結(jié)果。數(shù)據(jù)有很多種，最簡單的就是數(shù)字。數(shù)據(jù)也可以是文字、圖像、聲音等。數(shù)據(jù)可以用于科學研究、設(shè)計、查證等。以物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)為例，化學教學中的數(shù)據(jù)有：（原子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）原子半徑、電負性、第一電離能；（分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）化學鍵鍵長、鍵角、鍵能、分子的結(jié)構(gòu)、分子間作用力；（晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)）晶胞、晶格能等。其中，分子的結(jié)構(gòu)、晶胞這些人們認為的模型，其實也是在數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上得到的，因而我們也可以認為是數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)的證據(jù)不僅可以是數(shù)值，還可為圖表，比如：原子半徑可以用柱形圖表示，這樣更能直觀地表示它的變化規(guī)律。

新課標中把“能根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測物質(zhì)在特定條件下可能具有的性質(zhì)和發(fā)生的變化，并能解釋其原因”作為課程目標。從結(jié)構(gòu)推測性質(zhì)，微觀結(jié)構(gòu)從哪兒來，一些微觀結(jié)構(gòu)模型其實就是通過實驗測定數(shù)據(jù)模擬而得到的，它可以幫助學生理解宏觀物質(zhì)的性質(zhì)。數(shù)據(jù)使宏觀與微觀之間的解釋更具說服力。

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