基于科學思維培育的高中化學科學方法教學實踐

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

課程標準對科學思維的內涵界定為：在解決化學問題中所運用的比較、分類、分析、綜合、歸納等科學方法，基于實驗事實進行證據推理、建構模型并推測物質及其變化的思維能力，在解決與化學相關的真實問題中形成的質疑能力、批判能力和創新意識。這種思維方式不僅僅局限于具體的科學領域，更是一種適應個人終身發展和社會發展的必備品格與關鍵能力。[科學思維的形式建立在科學方法之上，科學方法是思維型課堂的推手。學習正確的科學方法能幫學生從學習知識本身過渡到過程方法再到培養創新能力。因此，在高中化學課堂中，引導學生從科學思維角度出發，掌握科學方法，是構建高中化學教學模式的正確路徑，是發展學生核心素養的重要落腳點。

一、發展科學方法的現實教育背景

究竟把揭示自然規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律的科學方法為目的，這是當前科學教學中存在的兩種完全不同的教育思想。中學化學教學多以知識為教學目標，教師不能認識到科學方法的重要性，對適合開展科學方法的課型不能正確理解。學生獲取化學科學方法的來源單一，主要來自教師講解和教材內容。

二、發展科學方法的意義

科學知識是顯性的內容，科學方法是人類認識世界的手段方法。科學研究始于發現問題，終極目標是解決問題。科學方法似認知經緯中的線，將科學概念、邏輯判斷與實證推理織成系統的知識網，持續驅動個體運用系統思維破解復雜問題。這種認知范式融人教學實踐，學生可自主建構模塊間的邏輯鏈路，明晰知識脈絡，在思維建模中生成動態的結構化認知網。即使面對陌生的化學問題，學生也能依托已建構的思維模型，穿透現象直擊問題本質，精準定位解題關鍵，調取認知思維模式中的科學方法完成突破。

三、發展科學方法的策略

高中化學課堂的科學方法體系構成、實施方法的選擇及科學方法的因素，始終是困擾一線教學實踐的三大難題。劉換榮提出從化學史層面讓學生親歷科學家的研究路程，從科學哲學視角實施科學探究和科學實踐，進而獲得科學概念。龔文慧介紹了高中化學學科專屬的科學方法，如宏微結合法、轉化法、平衡法、模型法、分類法、假說法、守恒法、變量控制法、觀察法、實驗法等。本文從化學學科本身的知識體系出發，對高中化學教材中的化學概念、規律、實驗及應用四大課型中涉及的化學科學方法因素進行分析、挖掘，并總結出相應的教學方法及使用建議。本文立足化學學科知識體系，提取高中化學四大教學模塊（概念、規律、實驗、應用）中蘊含的化學科學方法要素，深度挖掘其教育價值，并構建了相應教學策略體系及配套實施建議。

（一）化學概念中主要的科學方法因素

化學概念的理論性強，又很抽象。化學概念涉及概念建立、概念同化、概念順應方法。化學概念的引入與建立是一個復雜而系統的過程，化學概念中主要的科學方法因素如圖1所示。

（二）化學規律中主要的科學方法因素

化學規律的形成是實驗、邏輯推理和數學建模的綜合結果，化學規律中主要的科學方法因素如圖2所示。

（三）化學實驗中主要的科學方法因素

化學作為實驗學科，研究過程包含多維科學方法體系。運用科學方法，可以設計出更加有效的實驗，獲得精準結果。同時，培養了學生的科學思維和實踐能力。化學實驗中主要的科學方法因素如圖3所示。

（四）化學應用（練習）中主要的科學方法因素

化學應用（練習）作為方法原理向實際應用轉化的關鍵載體，其方法論框架由化學思維與數學方法雙軌構成，共同支撐解題范式的系統構建。化學應用（練習）中主要的科學方法因素如圖4所示。

四、科學方法在教學中的實踐

本文以人教版（2019）教材必修二第六章第二節“化學能與電能”概念教學為例，通過具體教學設計實證科學方法對學生科學思維發展的促進作用，進而建構具有實踐價值的課堂教學模型

【教學內容】化學能與電能第1課時

【教學目標通過實驗探究，認識化學能可以轉化為電能，培養學生實驗操作和觀察能力；掌握原電池的工作原理和構成條件，培養學生創造性思維與解決問題的能力。

【教學重難點原電池的工作原理和構成條件

【教學環節】

創設情境：展示火力發電的圖片。

提問1：在火力發電過程涉及的能量轉化？（問題法）

學生：能，電池

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

學生：指針偏轉，說明有電流產生。提問3：電流如何產生？（問題法）分組實驗：（對比實驗法）

【實驗1分別將 Cu 片和 Z_n 片插入稀硫酸，觀察并記錄現象（ Cu 片無明顯現象， Z_n 片產生氣泡）

【實驗2】分別將 Cu 片和 Z_n 片用導線與電流表相連后插入稀硫酸，觀察并記錄現象（ Zn 片無明顯現象， Gu 片產生氣泡，電流表指針發生偏轉）

教師：分析實驗現象后的化學原理（推理法）

【實驗 1]Z_n 片產生氣泡 Zn+2H⁺=Zn²⁺+H₂ 電子轉移方式： Zn2H⁺ （直接）

能量轉化：化學能 $$ 熱能

【實驗2】

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

電子轉移方式： Zn 導線 Cu2H⁺ （間接）

能量轉化：化學能 $$ 電能

提出概念：原電池一 一將化學能轉化為電能的裝置

提問4：原電池就是電池的原始模型，電池都有正負極，如何規定正負極？

學生：負極為電子流出極，正極為電子流入極，所以 Z_n 片為負極，Cu片為正極。

提問5：電子遷移方向怎樣？

學生：電子從負極出發沿導線流向正極。

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

學生：內電路靠離子的定向遷移形成電流陽離子移向正極，陰離子移向負極。

提問7：把實驗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生？

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

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

學生實驗：將稀硫酸換成硫酸銅溶液，電流表指針偏轉。

教師引導：請根據以上現象總結原電池的構成條件。

學生討論總結：原電池構成條件：兩極-一液-一連接-一反應（歸納法）

練習鞏固：下圖裝置中，屬于原電池且有電流產生的是 （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

學生：答案 ④⑦⑧⑨

實踐活動：根據本節課的內容設計簡易原電池（實驗法）

學生自主設計：見右圖

五、教學效果及反思

本課利用水果電池激發學生探究原電池的興趣，使學生始終處于積極思考狀態。通過類比法將學生熟悉的物理知識中的勢能差遷移到我們的化學課堂突破難點。原電池中電解質溶液中離子的遷移方向也并不是直接讓學生死記結論，而通過圖示讓學生明白異性相吸的道理，從而推出陽離子移向正極，陰離子移向負極;最后本節課通過實踐作業，發揮學生的能動性，顯化學生學習的思維過程，落實學生核心素養的培育。

綜上，聚焦化學科學思維培育方法，通過概念性課堂教學實踐，促進學生建構系統的科學方法，強化自主探究能力，激活內在學習動機，形成持續性科學思維范式。

參考文獻：

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