帅佳宏 吴琼
【摘 要】论证式教学是一种以学生为主体的较为有效的探究式教学模式,是当前国际科学教育研究的热点之一。论证式教学将科学论证引入课堂,引导学生加深对科学本质的理解,以此培养学生的逻辑思维及核心素养。本文以高中化学必修1中化学能与电能一节内容为例,介绍论证式教学的具体运用。
【关键词】论证式教学;核心素养;化学能与电能
近几年,许多化学教师在课堂上采用讲授式教学,省去了科学论证的过程,虽然省时省力,但没有将学生放在主体地位,缺少师生之间的互动交流及思维过程,使学生知其然而不知其所以然,并未体验到科学探究的过程,不利于学生化学概念的构建与核心素养的发展。采用论证式教学,就是将科学探究的论证活动引入课堂,使得学生对知识记忆进行精加工,深化对知识的理解,不仅知道是什么,更知道为什么,对学生认知和逻辑思维能力的发展产生巨大的作用。
一、论证式教学
论证由论题、论据和论证方法三个要素构成,即用一个或一些真实的命题来确定另一命题真实性的思维模式。论证的种类有直接论证、间接论证、演绎论证、归纳论证和类比论证。著名的Toulmin论证模型(图1)结合了直接论证和间接论证,认为论证过程是由资料推理产生主张,并说明推论依据,他的论证架构包括了资料、主张、论据、支持、限制条件、反驳六个因素。
图1 Toulmin论证模型
论证式教学就是将科学论证引入课堂教学中,引导学生经历类似科学家的论证过程,围绕某一论题,运用所学的知识、相关实验数据以及所收集的相关资料,通过论证进行判断、解释,分析评价自己与他人的论证的合理性,以达到深度思考、思维碰撞的效果,最终形成了可普遍接受结论的活动过程。其具体流程为:1.教师与学生借助教材、图书馆、实验室、网络等工具收集论证推理所需的资料;2.设置思考问题,引导学生通过资料和论据推论出观点主张;3.在课堂上引导学生展开讨论,鼓励学生基于附加论据进行质疑、辩论和反驳,从而形成可普遍接受的结论。
科学探究是化学教学中的重要组成部分,但是,探究不能仅停留在动手做实验的层面,而缺少对探究过程等诸多因素的论证,这样不利于发展学生的科学思维能力。笔者以“化学能与电能”这一节内容为例,探讨论证式教学模式的运用过程。
二、论证式教学的化学课例教学流程
1.创设情境,提问引出主张
教师根据教学内容,创设真实情境:张大爷70多岁了,当他开怀大笑时,人们可以发现他的一排牙齿中镶有一颗黄金及一颗不锈钢的假牙。令人百思不解的是,自从有了这两颗假牙以后,张大爷经常头痛、失眠、心情烦躁,医生对此也无能为力。一位年轻的化学家来看望张大爷,为张大爷揭开了病因,让他重新开怀大笑起来。
根据情境,导入问题:今天,假设一下同学们就是那位年轻的化学家,请你们为张大爷诊断一下他的病因在哪里,并为他开一个处方可使他重新开怀大笑。
初步猜想:病因到底出自哪里呢?会不会是那两颗假牙。
提出主张:张大爷的两颗牙使张大爷产生了不良反应。
2.依据主张,设计探究实验
到底是不是假牙引起的呢?我们现在模拟口腔中的环境,把烧杯想象成口腔,稀硫酸当成口腔中的唾液,用Zn和Cu分别代表口腔中的两颗假牙——不锈钢和黄金,并通过以下实验进行探究,引导学生观察并记录实验现象查找病因,见图2。
图2 探究实验:铜锌原电池原理
探究实验一:将锌棒、铜棒平行插入同一烧杯中(烧杯中装有稀硫酸)。
探究实验二:在实验一的基础上用一根导线将铜棒和锌棒连接起来。
探究实验三:在实验二的基础上,在导线中接入一电流计和开关,先断开再闭合开关。
探究实验四:在实验三的基础上,先将锌棒换成碳棒,然后将铜棒和锌棒换成两个铜棒,最后,再将两个铜棒换成两个锌棒。
3.根据实验,论证完善主张
探究实验一中锌棒溶解且有气泡产生,铜棒处没有现象。探究实验二的现象为锌棒溶解并有气泡产生、铜棒上有大量气泡冒出。探究实验三开关断开时,电流计没有偏转,锌棒溶解且有气泡产生,铜棒处没有现象;开关闭合时,现象同实验二电流计偏转。探究实验四,锌棒换成碳棒后,碳棒、铜棒均无现象,电流计指针不偏转,然后将铜棒和锌棒换成两个铜棒,铜棒无现象并且指针不偏转,再把两个铜棒换成两个锌棒,锌棒溶解并有气泡冒出,但是指针依然不偏转。
学生此前学过金属活动顺序表,排在氢前面的金属可从酸中置换出氢气,排在氢后面的则不能,学生根据实验一锌棒溶解产生气泡,推断发生的反应是Zn+2H■=Zn■+H■↑,这是电解质溶液与电极发生自发的氧化还原反应。实验二推测,铜棒上的气泡是氢离子获得了锌棒的电子生成氢气,反应为2H■+2e■=H■↑。实验三中电流计偏转说明有电流产生,有电流产生就可向外界输出电功,因此,这是一套什么装置?学生的回答为电池装置。由实验四可知,电极与电解质无自发氧化还原反应或电极活泼性相同的条件下,该装置均无电流产生。通过论证验证了此主张:即张大爷的假牙和唾液形成了原电池产生电流,张大爷因此产生了不良反应。
学生通过探究实验二、三直接论证,推论出“张大爷产生不良反应是由于该装置构成原电池产生电流”的主张。通过探究实验一、三、四间接论证,提出反驳:相同金属做电极,开路,电解质溶液与电极无自发氧化还原反应,均无电流产生。再由反驳论据间接论证得到限制条件:两极金属活泼性需有差异;有电解质溶液且能够与活泼性较强的电极发生自发的氧化还原反应;构成闭合回路。最后总结论证完善主张:张大爷的假牙和唾液构成原电池产生电流使他产生了不良反应,并形成了原电池构成条件的概念:①两极金属活泼性需有差异;②有电解质溶液,并能与电极发生自发的氧化还原反应;③构成闭合回路(图3)。
图3 张大爷的假牙和唾液形成原电池的论证过程
进一步引導,那么如何为张大爷开处方让他重新开怀大笑呢?学生通过讨论为张大爷开的处方为将限制条件由满足变为不满足,将他的不锈钢的假牙也换成黄金,这样一来张大爷的口腔就不会构成原电池,因此无法产生电流使他出现不良反应,他就可以重新开怀大笑了。
三、论证式教学的启示
1.有利于促进学生自主建构化学概念
在教师的引导下,学生通过科学论证,自主构建化学概念模型形成了可普遍接受的主张,锻炼了逻辑思维能力。在教授“化学能与电能”这一节内容时,教师可创设情境提出问题,引导学生提出主张,然后设计实验,以实验为资料,并由实验现象得出论据,再以论据直接论证验证该主张,反驳论据间接论证完善主张,形成了原电池构成条件的概念。
2.有利于培养学生的批判性思维能力
学生通过论证不再盲目迷信,树立了独立思考的意识,形成了自己的观点立场,并有理有据地捍卫自己的主张。学生在论证中形成了严谨的科学态度,在交锋中形成了深度的理解能力,并在反驳中形成了科学的批判性思维。
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(项目基金:本文系湖北省教育科学规划重点课题(课题编号:2017GA014)研究成果。)