基于化學史的學歷案設計：科學本質的外顯化路徑

[中圖分類號] G633.8 [文獻標識碼] A[文章編號] 1674-6058（2025）26-0061-05

一、問題的提出

國際科學教育領域高度重視科學本質及其教學實踐，明確強調需培養學生正確的科學本質觀。然而，國內化學教育中對“化學科學本質\"這一大概念的顯性化教學主張較少，師生對該內容的關注度不足，導致難以深入認識化學學科的基本問題[1]。

不同的研究者對科學本質的界定存在差異，目前學界多采用美國科學促進會對科學本質內涵的闡釋，將其劃分為科學的世界觀、科學探究本質及科學事業本質三大維度。萊德曼教授則認為，科學是獲取知識的重要途徑，其本質具有暫時性、創造性、觀察與推理的關聯性、主觀性及實證性等核心特征[2]?！读x務教育化學課程標準（2022年版）》以發展學生的核心素養為目標，設置五大學習主題，其中“科學探究與化學實驗”主題下的大概念涉及“化學科學本質”，其涵蓋對化學學科特征、科學態度與精神、學科事業及學科與社會的關系等基本問題的認知3；同時，該標準還從化學學科特征、研究方法、研究對象、學科事業、科學態度及科學品質等維度，對化學科學本質的學業要求作出明確規定[4]由此可見，培養學生的科學本質認知具有重要意義。

萊德曼教授指出，需通過外顯化途徑促進學生對科學本質的理解[2]?；瘜W史不僅記錄了化學學科的發展歷程，更蘊含著科學家的思維邏輯與探究過程，是開展科學本質教育的優質資源，可作為科學本質外顯化教學的重要載體。因此，在課堂教學中融入化學發展歷程中的觀點演變、學術爭論、典型案例、實驗探究及認知發展過程，能夠有效幫助學生深化對科學本質的理解，進而提升其化學學科核心素養[5]。

“學歷案”由華東師范大學崔允濘教授團隊提出，是教師圍繞具體的學習單位（如主題、單元等），以學習自標為導向，通過系統設計呈現“學生如何學會”的過程，助力學生建構知識與經驗的專業性方案。作為教師設計的規范性文本，學歷案能夠引導學生學習，是達成學習目標的重要腳手架[6]。一份完整的學歷案包含學習主題與課時、學習目標、評價任務、學習過程、檢測與作業、學后反思等六大結構要素[，既能系統規劃學生的知識學習與建構過程，又能記錄和反饋學生的學習活動情況。學歷案立足學生視角，引導其自主構建知識體系，為以化學史為線索的科學本質外顯化教學提供了適宜的文本載體，有助于提升學生的科學素養。

人教版（2024年）九年級上冊化學教材中，“水的組成\"內容涵蓋氫氣的性質、氫氣燃燒實驗及電解水實驗，是學生系統認識物質及其組成的入門內容。水的組成發現歷程蘊含著豐富的科學本質要素，因此，本文以“水的組成”為教學案例，以科學家探索水的組成的歷史進程為線索，以學歷案為文本載體設計學生的學習過程，通過科學本質的外顯化教學，幫助學生深化對科學本質的理解。

二、科學本質外顯化的學歷案設計

（一）梳理水的組成發現歷程，挖掘化學史實蘊含的科學本質

教材中呈現的化學史材料較為簡略，因此需補充完善相關內容。水的組成發現歷程中的關鍵史實、核心觀點及其所體現的科學本質要素如表1所示。引導學生借助水的組成發現史實，回溯科學家的探索過程，厘清“水的組成”理論的形成脈絡，可促進學生主動建構科學知識，進而深化對科學本質的理解。

表1“水的組成”史實、觀點及其體現的科學本質

（二）基于水的組成發現史實設計學歷案

完整的學歷案包含六大結構要素，本文重點呈現學習目標與學習過程兩部分。以“水的組成”為主題的學歷案，其學習目標設定如下： ① 了解水的組成發現史，掌握氫氣的性質與應用，理解實驗探究和模型建構是化學研究的基本方法，培養科學本質觀中的實證意識，發展科學思維； ② 通過分析兩代科學家對水分解實驗的研究，認識化學發展與技術、社會的密切關聯，明確科學與技術的相互促進關系； ③ 通過探究水的組成，明晰化學研究范疇，能從宏觀組成與微觀構成、定性與定量視角認識物質，并能提煉研究物質組成的一般思路與方法；④ 通過回溯科學家的探索歷程，感悟其追求真理的嚴謹求實態度與勇于批判創新的科學精神。

本學歷案以水的組成發現歷程為主線，精選化學史實制作微視頻，通過設計引導性科學本質問題，構建以任務活動和驅動性問題為核心的設計框架，旨在通過完成任務與思考問題，啟發學生理解科學知識形成背后的科學本質。學歷案共設置三個教學環節：評價古人眼中的水、認識科學家眼中的水、構建我們眼中的水分子。具體學習過程如圖1所示。

（三）學歷案使科學本質顯性化，強化學生對科學本質的理解

學歷案作為學生的學習文本，其核心目標是培養學生的自主學習與知識建構能力。教師在此過程中主要發揮引導作用，而學生則借助學歷案提供的腳手架開展深度思考與學習活動。

1.將科學本質作為學習目標進行顯性化闡述學歷案的學習目標圍繞科學本質的四大維度展開：學習目標 ① 聚焦化學科學研究的基本方法，凸顯科學的實證性；學習目標 ② 闡釋科學與技術、社會的關聯，體現科學的社會性；學習目標 ③ 提煉研究物質組成的一般思路與方法；學習目標 ④ 則涵蓋科學的暫時性，強調科學探究所需的創造力、想象力，以及嚴謹求實的態度與質疑創新的精神。通過這一目標設計，學生在使用學歷案之初即可建立對科學本質的初步認知，進而在后續學習中逐步深化理解。

2.將科學本質設計為驅動性問題進行顯性化設計

在教學過程中，教師可通過創設化學史情境引導學生代人科學家角色：從古代到現代，隨著科技的進步，水的組成真相逐步被揭示，人類已能利用先進的設備觀察甚至操縱水分子。這一從哲學思辨到實證研究、從宏觀組成到微觀構成、從定性分析到定量研究的認知演進過程，使學生跟隨科學家的探索軌跡開展實驗探究、推理論證與分析解釋，既親身體驗了科學真相的探索歷程，又深化了對科學暫時性與實證性的理解。

學歷案中學習內容的組織，尤其是問題串的設計，要著重凸顯科學本質。結合具體學習內容的顯性化問題設計如下：問題1要求學生基于現有認知評價古人對水的認識并分析成因，學生在學習水的組成前多認為水由“水元素”組成，與古人的認知相似，均體現了想象力，但缺乏實證支撐；問題2先引導學生根據視頻推測氫氣的性質并說明依據，再讓學生通過教師演示實驗驗證猜想，符合“問題一猜想一實驗一證實”的科學探究邏輯；問題5促使學生從科學家的視角分析卡文迪許與普里斯特利的實驗，并推導水的元素組成，同時認識到二人因受當時主流學說的影響而錯失了重大發現，體現了科學的社會性；問題6要求學生反思上述實驗的不足并設計更嚴謹的方案，再通過科學史話印證學生設計與科學家探究的一致性，凸顯了科學的創造性與嚴謹性；問題7及科學史話1引導學生借鑒拉瓦錫探究空氣組成的方法模型設計水的組成探究實驗，通過視頻3展示拉瓦錫確定水組成的實驗后，再通過問題8進一步分析論證實驗推導水元素組成的過程，體現了科學的推理論證屬性；問題9通過對比尼科爾森、卡里斯爾利用伏打電池電解水與拉瓦錫未采用該方法的差異，說明科學實驗手段與科技發展水平的密切關聯及相互促進關系；問題13在學生掌握水組成及物質組成的探究方法后提出，將學生的認知從宏觀引入微觀，引導學生在推導水分子中氫、氧原子個數比時關聯分子、原子、元素、化學變化本質及守恒觀念，體現了化學學科的獨特認知方式；書寫科技小短文“水的微觀世界\"并思考問題14，既是對知識內容、思路方法的總結，也是對科學精神與品質的提升，構成了科學本質外顯化教學的關鍵環節。

三、反思與啟示

科學本質上是一個持續探究、追求真理的過程。相較于科學結論本身，科學探究中運用的研究方法、蘊含的思維邏輯及體現的研究態度，即科學本質，更具教學價值，這對教師的專業能力提出了更高的要求。

（一）創設歷史情境，明示科學本質

“水的組成”學歷案通過整合化學發展歷程的微視頻、設計驅動性問題與任務活動，實現科學本質的顯性化呈現。在“水的組成”發現歷程中，多位科學家作出了重要貢獻：從卡文迪許通過實驗制備氫氣，到普里斯特利完成氫氣爆鳴實驗，再到拉瓦錫通過水蒸氣與紅熱鐵槍管反應生成氫氣和四氧化三鐵，發現水的組成。這一系列史實不僅有助于學生深刻理解教材選用氫氣燃燒以及電解水實驗驗證水的組成的合理性，還讓其認識到科學是人類共同的事業。

通過創設歷史情境引導學生代人科學家角色，經歷猜想假設、觀點表達等過程，這既能讓學生體會到科學家探索的艱辛，又能使其認識到科學的嚴謹性、思維的創造性及豐富的想象力與科學實證同等重要。這有助于學生理解科學的暫時性、主觀性及社會文化對科學發展的影響，避免將科學認知局限于孤立的事實層面。

（二）借助學歷案，促進思維外顯

“水的組成”學歷案立足學生視角，依據課程標準要求與學習目標，系統地呈現學生自主研習科學史、開展科學探究及解決問題的過程。鑒于學生是學歷案的使用主體，學歷案的內容呈現需符合學生的認知特點與水平：通過系列科學史話及視頻材料補充學生科學探究所需的學習資源；驅動性問題與任務活動的設計聚焦“水的組成\"相關知識的發生、發展過程，旨在促使學生科學思維外顯，使其親身經歷知識的生成過程，成為知識的主動建構者。此外，學歷案還設置了“評價‘元素說’與‘五行說’”“評價三位科學家的貢獻”“想象水的微觀世界\"等開放性任務，引導學生客觀看待科學知識的發展歷程，深化學生對科學暫時性與主觀性的理解

（三）外顯化教學，促進本質理解

在科學本質視角下，科學是一種認知方式，蘊含著科學知識發展過程中固有的信念與價值觀7]。若教師對科學本質認知不足，課堂教學就易局限于傳授僵化的累積性科學知識，而非引導學生掌握科學的認知方式。因此，科學本質的呈現需采用顯性化的教學方式：一方面要求教師深化對科學本質的理解，以指導教學實踐；另一方面需將科學本質納入學習目標，在學習內容組織中注重科學本質的顯性化提問，在教學活動中滲透科學本質的外顯化理念，引導學生關注知識的生成方式一一科學知識的形成往往依賴觀察、實驗證據、合理論證及質疑精神[8]

［參考文獻]

[1」房喻，王磊.義務教育化學課程標準（2022年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2022.

[2」白建娥.體現科學本質的化學教學：以復習課“有機合成路線設計”為例[J].中學化學教學參考，2018（15）：14-17.

[3]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準：2022年版[M].北京：北京師范大學出版社，2022.

[4」胡巢生.義務教育“化學科學本質”大概念：內涵解讀與培養路向[J].中小學教師培訓，2024（2）：86-91.

[5」張海艷，許燕紅.利用化學史進行科學本質外顯化教學初探：以“質量守恒定律”為例[J].教育與裝備研究，2021，37（1）：54-57.

[6]盧明，崔允.教案的革命：基于課程標準的學歷案[M].上海：華東師范大學出版社，2016.

[7]LEDERMAN N G.Students' and teachers'conceptionsofthe nature of science：A review of the research[J].Journal of research in science teaching，1992，29（4）：331-359.

[8]顏石珍，張曉艷.基于科學本質和化學核心素養的教學：以“質量守恒定律”為例[J」.中學化學教學參考，2022（4）：56-59.

（責任編輯 羅艷）