促进化学教学中科学本质观的理解

林 萍（福州城门中学，福建福州350018）

促进化学教学中科学本质观的理解

林 萍
（福州城门中学，福建福州350018）

科学本质观教育逐渐成为当今国内外理科教育发展的重要理念，学生对科学本质的理解是科学素养的核心成分之一，作为科学教育重要分支的化学教育，更应在课堂实践中有意识地培养和发展学生的科学本质观。文章尝试从科学史、科学探究、三重表征和反思活动四个方面来探析化学教学中科学本质观的落实。

科学本质；科学史；科学探究；三重表征

当今各国都把提高学生的科学素养作为重要目标之一，我国制定并实施的《全民科学素质行动计划纲要（2006—2010—2020年）》中把“初步认识科学的本质”作为未成年人科学素质行动的主要任务。化学教育作为科学教育的重要分支也不例外，《义务教育化学课程标准（2011年版）》明确指出“引导学生认识化学、技术、社会、环境的相互关系，理解科学的本质，提高学生的科学素养”。［1］《普通高中化学课程标准（实验）》也提出“有利于学生体验科学探究的过程，学习科学研究的基本方法，加深对科学本质的认识”［2］，如何在实践中切实把科学本质教育落实到课堂中，是化学教师不容回避的课题。

一、回顾历史，感悟科学发展历程

建构主义认为：科学观点受历史和时代的影响，科学研究是不同个体在不同文化背景下的探索活动，科学知识是科学家基于已有理论和当时实验建构而来，所以具备暂时性（阶段性）和发展性。科学史这一重要的课程资源中蕴涵着丰富的科学本质观，是学生理解科学本质的重要途径。国外已有研究显示：“学习一些科学史可以使学生们更好地了解科学的本质以及科学本身”。［3］不少化学教师也已经发现了化学史的教育价值，知晓科学史料的丰富性和承载价值的多元性，但由于应试的影响和课堂时间限制，加之没有正确深刻的理解史料背后隐含的科学本质要素，对化学史没有足够重视，而仅当作调味剂或平铺直叙化学家的贡献，或以故事简单呈现，没有将化学史有效融入到课堂教学，没有发挥其科学本质的应有功能。

在“人类对原子结构的认识”设计中，大多数教师仅依次呈现道尔顿、汤姆生、卢瑟福、玻尔等的原子结构模型演变过程，进行结论性知识的教学，关注的落脚点只是学科知识，而忽视了引导学生建立课程内容与科学本质的联系。教师应深入挖掘有关化学史实的研究，巧妙地将科学史实融入到问题情境中：尝试先以“原子构成的微粒以及微粒间的关系”，讲述原子结构模型提出和发展的过程；再以“科学家是如何认识原子构成微粒及其相互关系”，配合呈现各位科学家提出的结构模型；后通过“科学家提出的原子结构模型有什么价值”，对解释现象等方面的价值予以阐明，接着反思“对每个科学家的原子结构模型的合理性如何评价”让学生以历史的视角评价每一次发展的合理性，最后反思“什么是科学”来设计教学主题。这样立足于认识论范式，尝试对知识产生的范式、价值、评价其合理性为基本框架，不但有益于学生在特定的历史背景中建构学科知识的动态生成，同时也渐悟科学知识的诞生发展都历经无数科学家的艰苦奋斗，新的理论替代已被普遍认同的理论需要一个艰辛漫长而曲折的历程，科学研究、科学发展是永无止境的。

二、科学探究，获得直接经验证据

如果仅从外显途径如教材中的科学史为载体，尝试使学生认识科学本质观是不够的，有效地发展还需通过内隐方式如教学方法的改进与灵活运用。科学的真正本质是科学家采用一定的科学方法，不断对前人质疑批判，在已有知识的基础上建立起来的理论或法则，是一种科学探究。建构主义认为科学探究有利于认识科学的本质，通过真实情景的探究过程，有利于主动生成科学知识和技能，理解科学的本质，进而培养科学素养。研究发现：越倾向于使用探究式教学的教师对科学本质认识的程度越高。

如“元素周期律”的教学，教师引导学生发现问题，提出同一周期元素化学性质的递变规律的假设，设计探究钠、镁、铝分别与氧气、与水、与酸反应的金属性强弱对比实验，利用物质的经验性、直观性和客观性等特点，在实验、观察、推理分析直观方法的指引下，客观记录并描述所闻、所见、所感、所想。教师重点指导学生运用各种图表处理实验数据，尝试以原子的原子序数为横坐标、最外层电子数为纵坐标，分别画出柱状图和折线图，讨论观察图表变化趋势，进而直观简洁地得出结论。有序、有效的探究活动，让学生感受获得过程中的艰辛与乐趣，体验科学研究的过程与方法，明白分析实验数据是科学研究的手段，主动感悟科学知识是基于现象的观察，领悟科学知识是提出假设通过科学探究得到证实的科学本质观念。

三、三重表征，注重自主建构概念

加强科学本质教育，要立足于学科特点。化学有别于其他学科的基本特征之一是从微观的角度认识研究物质。人的肉眼无法直接观察到微观世界，微观世界科学知识的产生过程并非真实的“发现”或“拷贝”过程，而是负载了人类的创造性与想象力，具有主观性。故化学的微观认识是科学的假设，属于科学理论知识，是人们建构的描述微观领域的可能性认识，之所以相对合理是由于到目前为止较为满意地解释与预测了物质的性质，所以科学知识具有可错性、暂定性和发展性。

“宏观—微观—符号”三重表征认识理解并有机结合，是化学学科特有的思维方式，从知识产生方式上，如果学生无法在宏观—微观—符号三个认知水平之间自如转换，就不利于对化学科学本质的加深理解。所以化学教学中，不但要从宏观现象认识物质的性质变化规律，同时能以微观视角把握宏观变化的本质，另外能够自如运用化学符号这一联系宏观与微观的研究交流工具和特有的语言进行表征。如氧化还原反应的核心知识，贯穿于中学化学始终：初三阶段依托镁、木炭、硫分别在氧气里燃烧等具体反应，学生从宏观视角，初步得出氧化反应的概念。高中化学必修1的认知则由元素化合价变化的特征与电子转移的本质，从微观理论阐释氧化还原反应，同时通过电子转移的表示方法（单线桥法和双线桥法）进一步分析，实现从微观认识到化学符号的升级。高中化学必修2“化学反应与能量”围绕氧化还原反应的应用初步介绍了原电池原理，高中化学选修4《化学反应原理》则深入探究原电池与电解质，进一步建构了氧化还原知识体系。这一认识的产生方式，要求教师需要精致的认识论理解，引导学生认识到电子得失或偏移并非是直接观察的，而是依托实验测定组成，通过建构的化合价知识和原子寻求8电子稳定的“自觉性”做出的推论，多层次宽领域全方位地获得了宏观性质，微观认识的产生与合理性，运用模型化推理假设等思维，借助符号系统的分析描述，不仅促进了概念的建构，还发展了学生的科学本质观。

四、设置反思，深化科学本质理解

对科学本质目前的认识，是人类基于“什么是科学”不断反思的结果，已有研究表明，反思活动对于促进和发展学生的科学本质观具有明显的效果。因此，教师尽可能设置各种反思活动，或反思科学家的认识活动史，或反思自身的认识活动过程，或尝试由知识的“来龙去脉”（“来”即知识的产生方式，“去”是知识的解释指导研究和预测功能）视角综合反思知识的合理性。例如，初三学习了“原子”之后，为了强化学生对科学本质的理解，教师可设置以下的问题引发学生反思：想一想我们描述的“氧化汞分解的示意图”，此过程我们肉眼能否看得见？借助最先进的仪器，可以看得见吗？你如何理解氧化汞是按照教材中描述的情形发生分解的呢？

化学教学实践中，教师可借助实验、生活、网络等渠道收集到的素材，指导学生就实验的局限性、资料的可靠性、素材论据和结论间的合理性等深入思考，提出批判性的建议。例如，学生在探究“原电池”的实验后，教师引导其对原电池装置进行反思评价，了解自行设计的原电池存在电流不稳定，耗损快、效率低的缺陷。认识到即使理论上可行但不一定实用，需要不断改进完善才能发挥出应有的价值。进而引导原电池的改进方案，自然而然地引入双液原电池。教学过程中对科学本质的反思，不但明白了“为什么学，学有什么用”的科学的实用价值，同时渐悟科学认识是在前人不懈研究的基础上发展而来的，会不断地被修正和改进，从实验室的成功到生活中的实用并非一蹴而就。

引导学生认识理解科学本质是教育改革的重要内容之一，理科教师要多维度、多角度挖掘素材，精心思考合理设计，将科学本质有效地根植于课程内容中，融入到知识建构和探究学习的过程中，促进正确的科学本质观的形成与发展。

［1］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）［S］.北京:北京师范大学出版社，2011.

［2］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(实验)［S］.北京:人民教育出版社，2003.

［3］史红霞，梁永平.化学史教学中的科学本质观培养研究［J］.化学教育，2008（5）.

（责任编辑：张贤金）

福建教育学院2015年度基础教育研究课题“中学化学教学中落实科学本质观的研究”（项目编号：JYYB-2015156）。