批判與循證：元素化合物教學設計的策略研究

法浩

摘要：自然科學研究的問題解決中，“批判與循證”的重要性體現在其既是理念和視角，也是思維和方法。用“批判與循證”進行物質客觀存在與內在理性的互相推理，通過情境創設產生高質量問題，在科學探究中訓練思維張力、邏輯推演及辯證思維，以內容結構化為教學的重要目標，對元素化合物實施“素養為本”的教學。

關鍵詞：批判;循證;情境創設;科學探究;內容結構化

文章編號：1008-0546（ 2019）07-0022-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.07.006

一、問題的提出

近日，筆者受邀參加江蘇省前瞻性項目“普通高中基于‘互聯網+的個性化學習的實踐”活動，并開設主題為“二氧化硫”的實踐研討課。關于此主題，在中國知網搜索到2010-2017年間的教學設計與研究有40余篇，江蘇省“教學新時空”名師課堂2012-2017年間先后有五位教師執教該課，在各級各類公開課活動中更是屢見不鮮?？梢?，化學教師普遍認同二氧化硫內容在元素化合物教學中的典型性，愿意選擇二氧化硫內容作為闡述和實踐自身教學理念的載體。

然而，大多數關于二氧化硫的教學設計存在“千課一面”的現象，教學框架、流程、情境、素材、資源、活動、實驗等環節趨同，使教學設計缺乏個性;部分教學設計仍習慣于對知識的傳授甚至灌輸，教學活動缺乏全面系統、層層深入的思維架構，缺乏解決真問題、經歷真探究的活動空間，很難調動學生深度參與學習的積極性和主動性，致使教學設計的深度、廣度和溫度缺失。

基于此，筆者認為有必要從培養學生批判性思維能力、證據搜集能力和邏輯推演能力的視角，從落實核心素養的視角，從認識物質的“合理和價值”的視角，進行二氧化硫教學設計的深度反思和再造。

二、批判與循證是元素化合物教學設計的重要起點

元素化合物教學是落實化學學科五大核心素養的重要載體，特別在落實“證據推理”“變化觀念”“宏觀辨識”等方面有其獨特之處。從學科觀念的培養看，由于每種物質一般從屬于某物質大類，因而具有同類物質的相似性質;同時，每種物質又具有特立獨行的一面。這就使得元素化合物教學中，更應具有“批判與循證”的思維意識，讓學生在批判性思考中增強思維張力，更能在尋找證據中豐富邏輯推演能力。特別值得一提的是，物質在自然界中能夠存在.就一定合乎其理，也一定有其理性的應用價值，正如黑格爾在1820年《法哲學原理》的序言中有這樣一句話（德語）： Was vernueftig ist， das ist wirklich; und waswirklich ist.das ist vemueftig.通常被翻譯成“存在即合理”，可能更為準確的翻譯為：凡是出于理性的，就會在客觀中存在;凡是真實的客觀存在，就會是符合理性的。

批判性一詞源自希臘，包含“有眼力的判斷”、“標準”的意義，批判性思維即相應理解為“運用恰當的評價標準，進行有意識的思考，并作出有充分依據的判斷”（ Paul&Elder.2006）。孟凡菊教授指出：“批判性思維是有目的的、自我校準的判斷，這種判斷表現為解釋、分析、評價、推斷以及對判斷賴以生存的論據、概念、方法、標準或語境的說明?！盵1]‘批判”所得結論是否合理有效需要“充分依據”，因此“批判”與“循證”密不可分?！把C”是自然科學的基本理念，是重要的科學方法，是自然科學理論研究與實踐活動之間相互統一、相互轉化的核心依據[2]，其本質是以證據為本的實證研究[3]。在自然科學研究的理性認知中，“批判與循證”既是發現問題的理念和視角，也是解決問題的思維和方法，其作用體現如圖l所示。

元素化合物的學習以物質及其轉化為視角，通過以實驗為主的實踐活動和對應用價值的思辨活動，探究物質性質及變化規律，認識物質間內在聯系，實現物質客觀存在與內在理性之間的互相轉化。在元素化合物知識不斷探索的歷史和逐步完善的過程中不難發現，通過物質客觀存在推理其內在理性，或通過內在理性預測其客觀存在，均是在發現問題、提出猜想并解釋論證中完成，其實質是“批判與循證”的過程。元素化合物學習中的“批判與循證”，既是對認知規律的傳承，也是后續創新的思維和方法基礎。

三、基于“批判與循證”的二氧化硫教學設計

2017年版《普通高中化學課程標準》（以下簡稱“2017版課標”）提出“素養為本”的教學，這種素養若從方法論視角審視，更應關注“批判與循證”，具體表現為：“倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力[4]?！笨梢姡處煂η榫硠撛O、探究活動、內容結構化的設計與實施，是培養學生學習興趣、方法和能力的有效策略。情境、探究、知識結構并非新鮮事物，但三者如何和諧融合、深度開發，就必須借助“問題”“批判”“循證”從中串聯。

筆者選取南京江老師（案例1[5]）和蘇州曹老師（案例2[6]）兩節教學案例，并將自己的教學設計（案例3）與之進行共性研究，解析其中所蘊含“批判與循證”的情境創設、探究活動和教學內容結構化策略，以期初步認知元素化合物教學設計的一般規律。

1.三種教學設計的基本框架（表1）（表2）（表3）

2.情境創設應服務于高質量問題的產生

2017版課標要求教師在教學中應重視創設真實且富有價值的問題情境，真實的STSE問題和化學史實等，都是有價值的情境素材。杜威指出，有關引起學習的情境的最重要的問題，就是這個情境所包含的問題屬于什么性質[7]。情境創設中產生問題的性質及價值判斷，需要正確的批判。

案例l、案例3關注的酸雨是與S02知識關聯、亟需研究應對的重大環境及社會問題，案例2則以S02在葡萄酒生產中所發揮的獨有優勢為情境，體現物質研究對生活質量提升的重要意義。物質正面作用的發揮或負面作用的遏制是元素化合物學習常見的情境問題，有研究必要且貼近學生生活體驗，能引發學生強烈的情感共鳴與學習愿望，彰顯情境問題的社會價值與情意價值;三案例分別以S02的危害、應用及硫酸制備為研究主線，研究過程指向物質的性質、轉化及應用的認知，實現情境問題解析與元素化合物知識的密切關聯，體現問題情境的教學價值。

解決或解釋情境問題的思路決定教學設計的整體框架，需要合理的批判。從表l一表3可見三案例的教學設計均對各自情境問題進行多角度思辨，將解析思路轉化分解為若干子問題，通過問題解決或解釋的邏輯引領探究，在探究中完成知識建構，使教學活動成為系統、深度、流暢、科學的情境問題探究活動，從而確定教學設計的總體架構。

在情境中發現問題并有效解析，使問題的蘊含價值、解析思路、探究活動與學生切身體驗、元素化合物知識建構密切聯系，是成功教學設計的起點。

3.活動設計和循證推演應合乎邏輯

2017版課標指出，科學探究是進行科學解釋和發現、創造和應用的科學實踐活動[4]。

科學探究的“批判與循證”思路、取證及推理活動均合乎邏輯，才可使探究結論科學有效。學生在探究實踐中體驗思維的過程、領會思維的規則，對探究活動不僅知其然、也知其所以然，更不斷了解探究的一般思維與實踐方法，逐漸敢于探究、善于探究，從而有力保障學生核心素養的逐步發展。

（1）以證據推理活動培養邏輯思維

證據推理與邏輯思維密不可分，常通過概念、判斷、推理等思維方式，運用比較、歸類、分析、綜合、抽象、概括等方法，或歸納或演繹的進行個別性知識與一般性知識互相轉化，最終達成對物質及轉化學習的結構化、觀念化。

問題解析的邏輯決定取證的視角與方向，因此其是否科學直接決定了證據推理是否有效。從實踐或已被廣泛證明的客觀規律中獲取信息、提取證據，可以有效保障證據的事實性與可信度?；瘜W實驗是對物質及轉化認知的最常見信息資源，此外文獻、史實、影像、數據、圖線等也是重要的信息來源，顧泠沅先生指出，學習活動中的證據是“量化數據、敘事材料、理性思辨等多元互證的結果”。

對來源于生產生活實際的不同形式信息素材的分析、提煉與加工，亦可引發成功的證據推理活動。如案例1中油漆部分嶄新但龍頭銹跡斑駁的自行車照片幫助學生體驗酸雨極具危害且就在自己身邊;包含“煙霧”、“煙囪”的繪畫作品引導學生感悟電氣化和工業化的發展并非只是沉重話題，其深刻地改變和影響著人類的生活。案例2中由紅葡萄酒的原料標識、二氧化硫濃度在葡萄酒發酵過程中的變化圖、查閱資料等認知二氧化硫在葡萄酒生產中所發揮的作用;歐盟、世衛組織等對葡萄酒中二氧化硫含量和成人每天二氧化硫吸入量的數據，推理成人每天葡萄酒攝入量的控制范圍。案例3通過互聯網獲取鎮江近六年酸雨發生率數據變化，形成對當地酸雨狀況及防控成效的總體認識等。通過信息提取證據并獲得認知的推理不僅存在于體系完整的探究活動，也隨時扎根在學生形成觀點、獲得結論的學習過程任意角落。從實驗、生產、生活實際信息中產生的證據推理，是化學學習的學科價值、社會價值的綜合體現。

（2）以多元思辨活動培養辯證思維

“批判與循證”使認知去粗取精、去偽存真，通過抽象概括認知事物內在的本質規律，實現由表及里、循序漸進的深度認知。在實現對事物某一方面屬性深度理解的基礎上，引導學生用辯證的觀念與方法繼續批判，從而全方位、多維度、不斷發展優化的全面認知事物，可從以下視角進行。

一是多元認知視角（如表5）。全面看待物質及其轉化，從不同主體、不同層面認識問題，或從多個視角進行解析，或轉換視角進行論證，是辯證思維的重要特征。

同是案例1論證亞硫酸被氧化是否得到硫酸時，通過檢測溶液pH的變化證明產物酸性顯著增強，進而轉換視角驗證產物中是否存在SO2-，這與上述尋求鐵粉與酸反應證據的邏輯基本一致，都是通過更換認知角度探尋同一變化過程的本質。

二是辯證評價視角（如表6）。從正反兩方面對事物進行分析，創造條件充分發揮正面價值且有效抑制負面價值;認識事物兩面性的客觀存在，自覺運用辯證的方法思考問題，形成對立統一的觀念。

此外，案例2中分別對S02的吸收方法——氨酸法、石灰一石膏法、鈉堿法等進行優缺點全面評價，也是辯證思維的常見策略。

三是調控條件的視角（如表7）。用變化發展的思想看待事物，在多元認知、辯證評價的基礎上，逐漸認識到研究過程的局限與不足，關注條件變化對事物發展趨勢的影響，嘗試通過控制條件不斷優化完善方案，有效調節事物的發展方向，是辯證思維的價值追求。

4.內容結構化是元素化合物教學設計的重要目標

2017版課標指出，教學內容的結構化主要有三種形式——基于知識關聯的結構化、基于認識思路的結構化、基于核心觀念的結構化[4]。知識關聯一認識思路一核心觀念進階是學習的發展路徑，內容結構化則是學習的重要目標。

元素化合物內容以物質認知為主線。從一種物質視角，以“結構一性質一用途”的認識思路與“結構決定性質，性質決定用途”的學科觀念實現內容結構化;從多種物質的視角，則以“分類”和“轉化”的觀念構建物質間相互關聯并實現內容結構化。

（1）分類觀?！胺诸悺迸c“類比”的方法結合，建立相似物質間聯系并深度認識物質。酸性物質或堿性物質、氧化劑或還原劑是物質化學性質常見、主要的分類視角。S02在反應中有無元素化合價變化決定了其類別研究取向，若無變化即研究酸性氧化物屬性，若有則研究還原劑、氧化劑屬性。認知S02的酸性氧化物屬性可類比與其組成相似的另一同類物質C02。案例3通過“求同”參照CO2的性質推理S02與水、堿反應原理及生成鹽的組成（Na2S03、NaHS03組成與相應碳酸鹽極為類似），并完成相關反應的符號表征。案例1則通過“求異”對比SO2與C02在溶解性、水溶液酸性方面的差異，認知S02的溶解性及水溶液酸性更強。通過類比明晰SO2與C02之間的聯系與區別，形成二者（乃至更多酸性氧化物）之間的邏輯關聯和關系網絡，構建酸性氧化物認知的一般模型。認知S02的還原性，三案例均依據氧化還原反應的原理，推理S02與H2O2溶液、碘水、KMn04酸性溶液、O2等氧化劑反應的產物并通過實驗驗證，可見對物質還原性（或氧化性）的認知策略已形成一般共識。但如使用類比方法，將S02與C02、H2S03、S03-鹽等相關物質進行是否有還原性、還原性強弱及氧化產物等橫向比較，將使學生深度理解還原性的判斷、原理、影響因素，從而構建物質還原性的認知模型。

值得注意的是，三案例均未過多涉及S02刺激性氣味、漂白性等性質的介紹，并非認為這些性質可以忽略，而是由于上述具有高辨識度的SO2特性，是對SO2進行宏觀辨識的重要視角。之所以三案例中均如此設計，應是為保障課堂內探究學習活動的時間及空間，從而更加彰顯S02酸性氧化物、還原劑方面性質的重要性，使上述兩方面認知融合更為緊湊和諧的緣故。同理，在有限的課堂時間里，S02氧化性的研究也暫時擱置，過于追求教學的面面俱到反而會沖淡主題。

（2）轉化觀。物質間的轉化研究體現在：①實現物質轉化所需條件及原理分析，并通過控制條件有目的、有意識地得到所需產物。如案例l根據強酸制弱酸的原理，選擇合適的反應物實現由H2S03向H2C03的轉化，從而證明H2S03的酸性強于H2C03。因02對H2S03溶液氧化過程過于緩慢而選擇H202溶液代替02，是H2S03向H2S04轉化條件的優化選擇。案例3則通過SO2分別向S03、H2S04轉化的研究，揭示反應物及反應條件選擇對所得產物的影響;②構建元素各重要物質間轉化關系。案例2、案例3均引導學生形成SO2分別向H2S03、SOj-鹽（正鹽及酸式鹽）、S03、H2S04及SO2-鹽等的轉化關系圖，不僅是對S02性質的小結，也是對含硫物質轉化的結構化加工。

元素化合物教學設計，應重視情境創設，起于問題，重視循證，合“理”批判，建立結構，理解價值;應重視核心素養的落地研究，引導學生合邏輯的推演，有價值的質疑，重實踐的思考。

參考文獻

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