滲透化學學科思想　培養學生科學探究能力

詹衛紅

【摘 要】本文論述利用學科思想培養學生科學探究能力的策略，提出要滲透順向探究思想以培養學生基本探究技能，滲透對比思想、控制變量思想以培養科學探究的基本方法，滲透定性、定量思想以培養學生分析問題能力，滲透化隱為顯思想以培養學生解決實際問題的能力，滲透類比推理思想以培養學生科學探究思維能力，以期全面提高中學化學教學的有效性。

【關鍵詞】化學 學科思想 科學探究 學科素養

【中圖分類號】G ?【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）05B-0048-04

新的課程改革帶來教與學的根本轉變，核心素養的提出與實踐，必將引導教師注重學科思想的滲透和科學探究能力的培養。學科知識、學科能力、學科思想構成了學科體系。教育家裴斯泰洛齊說：“教學的主要任務不是積累知識，而是發展思維。”在探究性課堂教學中通過教師對文本的理解，將化學最精髓的、最本質的思想滲透于教學設計和教學實踐中，讓學生通過課堂活動來感悟，形成知識結構網絡和學科思維網絡。這對提高學生學科素養、培養綜合解決問題的能力、培養核心素養有重要意義。

一、培養科學探究能力需要學科思想的指導

（一）學科思想。學科思想是指由學科專家總結提出的對學科的學習和發展最具影響力的規律、思想和見解。學科思想是一個學科的靈魂。

（二）化學學科思想。化學學科思想是人們解決實際問題中運用到的化學方法和規律，是人們理解化學本質、特征的一種策略。化學思想對理解化學知識、掌握化學方法、解決化學問題起到舉足輕重的作用。

（三）科學探究。科學探究是一種基于理論指導的探究，《義務教育化學課程標準（2011）》提出科學探究的八大要素：①提出問題;②猜想與假設;③制定計劃;④進行實驗;⑤收集證據;⑥解釋與結論;⑦反思與評價;⑧表達與交流。

（四）培養科學探究能力需要學科思想的指導。蘇霍姆林斯基曾說過：“思想好比火星，一顆火星會點燃另一顆火星。”作為教學的精髓，化學思想對學生的知識儲備和能力培養非常重要，對學生以后的學習、生活和工作也發揮著作用。

科學探究能力的培養離不開化學思想的指導。在中學進行探究性教學，以課本內容為載體，挖掘相關的思想方法，進行化學思想的滲透，能讓學生用化學的眼光學習化學，激發學生興趣;讓學生有依據地解決探究中出現的問題，把握化學學習、探究的關鍵;同時，培養學生科學思維，提高探究能力;為知識體系和方法體系的構建創設條件，為學生理解和掌握化學的本質提供優化的途徑。因此化學思想的滲透使學生具備科學探究能力、創新能力和終身學習的能力，這是教學的需要，也是新課改的要求。

在化學的科學探究過程用到的思想有：順向探究思想、對比思想、控制變量思想、定性定量思想、化隱為顯思想、宏微結合思想等。

二、滲透學科思想，培養科學探究能力是新課程改革的要求

新課標所倡導的主要學習方式是自主、合作、探究。《義務教育化學課程標準（2011）》指出：科學探究是學生獲取化學知識、解決化學問題的重要活動，培養學生創新精神和實踐能力，對發展學生的科學素養具有不可替代的作用。

建構主義學習理論認為，學習是個積極主動的建構過程，學習的效能取決于學習者建構意義的能力。強調學生對知識的主動探究和主動發現，特別關注學生對所學知識在原有經驗基礎上的有意義的生成。因此，在科學板塊教學中要滲透化學學科思想，引導學生主動建構。在課堂教學中培養學生主動發現和探究，發展學生思維，提高學生綜合能力，發展學生核心素養。

三、利用化學思想培養學生科學探究能力的策略

（一）滲透順向探究思想，培養學生基本探究技能。學習化學離不開化學實驗，學會按照一定的順序觀察實驗現象，準確記錄實驗現象并形成結論，是化學實驗的重要技能。《蠟燭及其燃燒探究》是學生走進化學的第一個化學實驗，如何觀察？科學探究的方法是什么？這些問題將直接影響未來實驗探究。因此這節課是一節實驗方法課，要注重化學思想和方法的指導。

這節課的目的是通過對蠟燭及其燃燒的探究，讓學生了解化學學習要關注物質的性質、變化，以及對結果的解釋和討論，使學生學會用順向探究的方法進行科學探究。

實驗探索的整個課程遵循實驗探究的步驟：提出問題、猜想假設、設計方案，實驗驗證、得出結論、交流反思。著重引導學生在實驗中觀察、描述和記錄。探究的思路是：①觀察蠟燭區。②聞一聞。用刀切割蠟燭并將蠟燭放入水中，了解蠟燭的顏色、狀態、氣味、硬度、密度、溶解度和其他物理特性。通過觀察燃燒前、燃燒過程中和燃燒后蠟燭的情況，認識蠟燭的可燃性并推斷出蠟燭燃燒的產物，加深對白煙現象的理解。借助這一探究活動，讓學生了解順向探究思想特征：首先觀察物質的簡單物理性質，然后通過實驗了解其他物理性質，最后在化學變化中了解物質的化學性質及其特殊性質。本課程是學生主動合作和探究的一節課。通過引導學生運用順向探究的思想對比學會動態、辯證地看問題，讓學生學會如何觀察實驗并通過現象得出結論，如何填寫實驗報告。通過教師的指導，使學生認識到觀察化學實驗是一種有目的、有計劃的過程，用到的思想方法是可持續的。教師引導他們積極參與思考和探究，懂得順向探究的思想將會指導學生學習后續知識，如氧氣、二氧化碳等內容。

（二）滲透對比思想、控制變量思想，培養科學探究的基本方法。對比思想、控制變量思想方法是科學探究的重要思想方法。對比思想是對比分析兩個相似或相反的事物之間的異同及其本質和特征。對比的關鍵是控制好變量，中學生的理解力有限，引導他們對控制變量的理解，就是在實驗中只改變影響實驗現象或結論的一個因素，其他因素控制保持不變。通過對比探究可能對實驗產生影響的因素，最終得出結論。影響化學實驗的因素有多種，這些因素都會影響實驗結果。因此，科學探究中對比思想和控制變量思想是好的指導思想。將簡單的對比實驗融于教學之中，幫助學生理解研究的因素和控制的因素的關系，從而理解對比思想、控制變量思想方法的核心內容。

例如，“吸入空氣和呼出氣體的探索”是典型的入門實驗課程。對比思想和控制變量思想是這節課要滲透的思想方法。為了挖掘課本教學素材，讓學生聯系生活實際，經過觀察分析得出有價值的結論，筆者將對比和控制變量思想引入課堂。從生活中常見的呼吸現象入手，引發學生提出問題、假設猜想，并將學生分小組實驗和討論，以得出結論。思想的引導引發學生認知上的飛躍，通過分析現象理清化學本質。設計過程如下：

〖環節一〗以呼吸過程為問題情境，引入主題。

主題內容：化學來源于生活。

問題 1：同學們在體檢的時候都做過肺活量的測試。那么，你們知道人體呼出的氣體和吸入的空氣的成分有什么不同嗎？如何來驗證結論的正確性呢？

任務 1：學生做深呼吸，思考如何比較吸入空氣與呼出氣體的不同。

設計意圖：由學生熟悉的現象入手，激發學生興趣。使學生認識到科學探究并非很深奧，讓學生學會關注生活，從生活中提出有意義的問題。

〖環節二〗實驗探究。

主題內容：對比思想、控制變量思想，科學探究的環節。

[活動一]提出問題，進行猜想。

問題 1：人體吸入的空氣和呼出的氣體一樣嗎？你能具體描述一下它們有什么不一樣嗎？

問題 2：同學們做出這種猜想，有依據嗎？

任務 1：合作學習。

1.結合學過的呼吸作用的知識進行思考、討論。

2.提出猜想：A.兩者的二氧化碳含量不同;B.兩者的氧氣含量不同;C.兩者的水蒸氣含量不同;等等。

設計意圖：讓學生感知科學探究的環節，了解猜想應是有依據的，而不能是胡亂猜測。

[活動二]自主合作探究。

問題 1：如何驗證猜想？設計實驗用到什么思想？

問題 2：通過實驗你能得到什么結論？

〖提供信息〗（1）二氧化碳氣體可使澄清的石灰水變渾濁，且石灰水足夠多時，二氧化碳氣體越多，石灰水越渾濁;（2）氧氣可支持物質燃燒，氧氣越多木條燃燒越旺;（3）二氧化碳不支持物質燃燒，會使燃著的木條熄滅;（4）空氣主要由氮氣、氧氣組成，還含有二氧化碳、水蒸氣等。

任務 1：學生分組探究，提出不同方案。通過討論得出設計用對比實驗的方法，同時注意控制變量。

任務 2：分組探究。分別收集等量的兩瓶空氣和呼出氣體，進行氧氣、二氧化碳含量的對比探究。取兩塊相同玻璃片，對其中一片哈氣，進行水蒸氣含量的對比探究。

任務 3：通過實驗形成結論。

設計意圖：幫助學生初步建立科學探究的方法。讓學生感知對比思想、控制變量思想在探究過程中的應用。

〖環節三〗對實驗的反思、知識的拓展延伸。

主題內容：對比思想、控制變量思想的鞏固應用。

問題 1：呼出氣體中的二氧化碳一定是人體呼吸作用產生的嗎？你如何設計實驗排除空氣中二氧化碳的干擾呢？

展示圖片（見下圖）：

問題 2：這個實驗的原理是什么？實驗存在哪些錯誤？實驗的結論是什么？由此你得到什么啟發？

[活動三]合作探究，延伸拓展。

任務 1：學生分小組討論解決空氣中二氧化碳干擾的設計方案。

任務 2：觀察圖片，討論，體會設計實驗要注意干擾的問題。

設計意圖：讓學生學會反思，加深對比思想和控制變量思想的應用，通過設計實驗，學會解決實驗過程中出現的干擾問題，培養探究能力。

整節課力求挖掘課本蘊含的化學思想、方法，通過教師與學生對話、思考，讓學生經歷探究的各個環節：自己猜想、設計實驗、形成結論、交流反思和拓展。在活動探究中通過思想的碰撞，領悟對比思想和控制變量思想，進而初步掌握科學探究的基本方法和基本思想，提高學習的有效性。

受學生知識水平和認知水平的限制，對比思想、控制變量思想的滲透要有漸進性和層次性，在后續學習中的“影響過氧化氫分解速率因素”“物質燃燒條件”“鐵生銹條件”“金屬活動性”“影響固體溶解性”等內容，都可以滲透這些化學思想，且思維要求逐漸加深。

在學習過程中學生常常迷惑的是，哪個是研究的因素？哪個是控制的因素？比如下面的考題是學生常錯的題：

控制變量法是實驗探究的重要方法。利用下圖所示實驗不能實現探究目的的是（ ?）

A.甲中①②對比可探究鐵的銹蝕與植物油是否有關

B.甲中①③對比可探究鐵的銹蝕與水是否有關

C.乙可探究可燃物的燃燒是否需要達到一定溫度

D.乙可探究可燃物的燃燒是否需要與氧氣接觸

學生感覺無從下手，筆者引導他們進行對比，找出相同點和不同點。如 A 答案：①和②相同點是都有水，不同的是①有氧氣，②沒有，植物油的作用是隔絕氧氣，所以研究的因素是氧氣，控制的變量是水。依次類推，B 的答案是可以的。再引導學生對比 C 和 D，銅片上紅磷和白磷對比，銅片上的白磷和水中的白磷對比。通過對比，加深學生對對比思想和控制變量思想的認識。最后引導學生利用思維導圖對比，總結這類題的解題經驗，建立模型。

在教學中，滲透對比思想和控制變量思想，使學生在教師的指導下對變量和控制的變量的概念有一定認識，在由淺入深的探究中逐步對這兩種思想的精髓有一個全面的認識和了解，能增強自身的綜合能力，培養自身的學科素養，為可持續發展奠定基礎。

（三）滲透定性、定量思想，培養學生分析問題能力。定性的思想，主要從是否存在某種性質、存在的程度如何進行初步確定。定量的思想，則在定性判斷的基礎上對事物的性質進行深度的、量化的表達。如，物質溶解性是定性，溶解度的描述是定量。

從定性走向定量是化學發展的必然方向，也是學生思維的發展方向，定性、定量思想的培養是促成學生化學基本觀念形成的重要方面，同時對學生科學素養的提升也有重要意義。在教學中可以循序漸進地、多角度、多方法地進行定性定量思想的培養。讓學生在問題探究、總結反思中循序漸進地完善知識網絡，逐漸形成科學規范的學科思想。比如，上《質量守恒定律》復習課時，筆者從 2017 年四川達州中考試題引導學生從定性到定量分析物質的組成。

〖例題〗某純凈物 3 g 在氧氣中完全燃燒，生成 8.8 g 二氧化碳和 5.4 g 水。下列說法不正確的是（ ? ）

A.該純凈物中含有 C、H 元素，不含 O 元素

B.該反應中 O2 和 CO2 的質量比為 14∶11

C.該反應中 O2 和 H2O 的分子數之比為 7∶6

D.該純凈物中 C、H 原子的個數比為 1∶4

筆者讓學生分組探究，先讓學生思考討論：

1.如何知道純凈物肯定有什么元素，依據是什么？

2.怎么判斷純凈物是否有氧元素，依據是什么？你有多少種方法？

3.這道題用到了哪些基礎知識，用到了哪些化學思想和方法？

通過學生之間、師生之間的對話，引導學生從定性的角度根據反應前后元素的種類不變推出純凈物肯定有碳元素、氫元素;再從定量的角度算出純凈物碳氫元素質量，進而判斷是否有氧元素，也可以判斷生成物氧元素質量，并通過與反應物氧氣質量比較判斷純凈物是否有氧元素;最后引導學生歸納這道題需要的基礎知識和基本方法。在探究中定性定量思想、守恒思想在潤物細無聲中漸漸被學生吸收和消化。

定性、定量思想是一種重要的化學思想，從認識科學家探究的定性、定量到學生自主探究的定性定量的過程，學生的定量思想會因此而扎根。將定性和定量思想融合，并將之滲透于科學探究中，使學生的思維水平因此而升華，使學生的科學素養因此而提升。

（四）滲透化隱為顯思想，培養學生解決實際問題的能力。“空氣中氧氣含量的探究”蘊含了一個重要的壓強差原理：紅磷燃燒消耗氧氣，造成集氣瓶內氧氣減小，壓強減小。待裝置冷卻到室溫，打開彈簧夾，大氣壓將水壓入集氣瓶。理論上，進入集氣瓶中水的體積就是消耗的氧氣的體積。整個實驗，看不到紅磷消耗氧氣，但是集氣瓶水面的上升，就可以讓學生“看到”消耗的“氧氣的體積”，這就是科學探究中常用到的化隱性為顯性的思想。再比如，探究分子運動現象。氨分子運動看不到，氨氣與水反應也沒有現象，借助指示劑酚酞，不但能看到了“氨氣與水反應”，而且還了解到它生成了氨水。因此化隱為顯思想能把抽象的看不到的東西變成有形的具體的可以觀察的現象，幫助學生理解知識、原理，培養學生分析思考、解決實際問題的能力。

（五）滲透類比推理思想，培養學生科學探究思維能力。英國的培根有一句名言：“類比聯想支配發明。”不論是創造還是解決問題都離不開類比推理。所謂類比推理，就是根據兩個（或兩類）對象之間具有某些相同或相似屬性，并知道其中的一個對象還具有其他一些屬性，從而推出另一個對象也具有相同或相似的其他屬性的一種推理。化學探究中常常用到類比的思想，開拓自己的思路，結合自己已有的知識或經驗，創造性地解決問題。比如，“水的組成”的探究。筆者首先介紹英國科學家普利斯特里、卡文迪許的研究歷程，接著介紹拉瓦錫的研究。通過討論、分析，總結出不管是用化合法還是分解法，本質就是讓物質反應，再通過元素守恒來研究物質的組成。類比拉瓦錫的方法，引導學生進行科學探究。利用元素守恒的原理，用“拆水”的方法研究水的組成。學生經歷了提問、猜想、設計并進行試驗，通過宏觀的現象、微觀的分析得出結論。最后筆者引導學生進行創新，如何證明酒精中含有碳、氫元素。在教學中滲透類比推理思想，引導學生重走科學家的道路，像科學家一樣去思考，讓他們認識客觀世界蘊含的科學過程和方法，增強課堂的深刻性和靈活性，培養學生的創新思維和探究能力。

此外，在科學探究中還可以向學生滲透環保、節能、綠色化學的思想。科學探究來源于生活，因此還要培養學生為生活而學的思想。在課堂教學中幫助學生建構自己的化學思想，培養學生的觀察能力、思維能力、解決問題能力等關鍵能力，進而培養化學學科素養。

【參考文獻】

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（責編 盧建龍）