基于科学思维培养的初中化学教学探索

摘要： 科学思维是义务教育化学学科核心素养的核心内容，情境和活动是发展科学思维的重要载体。以“物质的酸碱性”教学为例，创设真实的情境，引导学生参与酸碱指示剂、新型pH试纸的制作，把学科知识融合在活动中，在质疑、探究、推断中形成科学思维，促进学生的深度学习，实现核心素养在课堂教学中有效落地。

关键词： 科学思维； 深度学习； 物质的酸碱性； 探究与实践

文章编号： 1005-6629（2024）06-0041-04 中图分类号： G633．8 文献标识码： B

化学课程旨在培养学生的核心素养，为学生的终身发展奠定基础，而科学思维是义务教育化学学科核心素养的核心内容。《义务教育化学课程标准（2022年版）》（以下简称“新课标”）明确指出，科学思维是在化学学习中基于事实与逻辑进行独立思考和判断，对不同信息、观点和结论进行质疑与批判，提出创造性见解的能力，是从化学视角研究物质及其变化规律的思路与方法，是从宏观、微观、符号相结合的视角探究物质及其变化规律的认识方式［１］。为了培养科学思维，在教学方式上，教师必须引导学生开展证据与推理、模型与解释等具有化学学科特质的高阶思维活动，在解决化学问题的同时，形成和发展认识化学知识的思路与方法。格拉瑟在探讨教育与思维的著作中也提到：“在教授思维方法时，学生与课程之间需要建立起一种联系，知识和技能要成为质疑、探究和推断的对象。［2］”在日常教学中，教师更应关注知识和技能的落实，任何忽视情境创设和活动的真实性，不利于科学思维的培养。本文以浙教版初中科学“物质的酸碱性”教学为例，在化学启蒙课堂教学中训练学生的科学思维。

1 课标与教材分析

新课标指出，化学科学思维主要包括：在解决化学问题中所运用的比较、分类、分析、综合、归纳等科学方法，基于实验事实进行证据推理、建构模型并推测物质及其变化的思维能力，在解决与化学相关的真实问题中形成的质疑能力、批判能力和创新意识［3］。在义务教育化学课程中培养科学思维，实质是引导学生在获取证据的基础上进行理性思维，以认识物质的性质及其变化，揭示化学反应规律［4］。浙教版初中科学教材“物质的酸碱性”这一主题，主要包括酸性物质和碱性物质、酸碱指示剂及溶液酸碱性的强弱程度三部分内容。结合文献研究及教学实践，“物质的酸碱性”教学设计内容主要侧重于以下两个方面：第一，利用酸碱指示剂和pH试纸测定溶液的酸碱性；第二，溶液的酸碱性在实际生产生活的应用，注重“酸碱指示剂的发现”科学史的融入，激发学生自主学习、探究化学的兴趣。科学思维是在开展的科学活动中形成和发展的，但传统的教学设计大多仅关注知识的整体性、系统性，缺乏引导学生建构有联系的知识的探究实践活动。

2 基于科学思维培养的初中化学教学实践

2.1 创设情境，聚焦学习任务

真实的情境素材是培养学生科学思维的重要载体。在教学中，教师利用科学史故事、生活现象、社会热点、实验等创设情境，使学生的原有认知与真实情境互相矛盾，引发学生的认知冲突，调动其思维的积极性。

例如，在新课引入阶段，教师出示两杯无标签的液体，请学生猜一猜是什么物质？首先学生用手扇动空气，闻一闻气味。其中一杯闻起来有酸味，猜测是食醋；然后用手指蘸取液体，捏一捏，另一杯有滑腻感，猜测是石灰水。教师马上指出，这种从现象到性质，仅从感性上推导物质的方法不一定正确，我们必须从物质的组成上来确认。

教师讲述，人类对酸和碱的认识，在17世纪以前仅根据“味道、触觉感知”来区分酸和碱，认为有酸味的物质是酸，有涩味且有滑腻感的是碱。设问：酸一般有酸味，碱一般有滑腻的感觉，能否仅用品尝和触摸的方法来确定物质是酸或碱？学生认为，这个方法不准确，也不科学，因为有些酸没有酸味，而且还有很多酸和碱有强腐蚀性，甚至毒性，这种方法不安全。教师追问：怎样用科学的方法判定物质的酸碱性呢？

设计意图：从闻食醋、捏石灰等方式来猜测物质种类，激发学习兴趣，引导学生像科学家一样去思考，从而引出本节课的主题：如何判断物质的酸碱性，引发深度学习动机。

2.2 设置驱动任务，在探究中训练学生的科学思维

科学探究是获得科学知识的一种基本方式，它是一个不断发现问题，通过多种途径寻找证据，运用创造性思维来解决问题，并通过评价与交流达成共识的过程。在教学中，教师设置相关任务，引导学生在获取证据的基础上，通过宏观、微观、符号相结合的视角探究物质及其变化规律，可以训练学生的科学思维。

2.2.1 酸性物质和碱性物质

［任务1］用石蕊溶液判断溶液的酸碱性。取4支试管，分别加入稀盐酸、稀硫酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液，分别滴入几滴紫色石蕊溶液，观察并记录石蕊溶液的颜色变化。学生汇报实验现象，石蕊遇稀盐酸、稀硫酸变红色；石蕊遇氢氧化钠、氢氧化钙变蓝色。教师指出，在不同酸碱性溶液中能显示不同的颜色的物质，叫做酸碱指示剂。这样我们可以通过溶液的颜色变化，很方便地知道物质的酸碱性。

［任务2］教师提供：纯碱、氨水、食盐溶液、蒸馏水、米醋、柠檬汁等，要求学生用石蕊溶液对上述物质进行分类。学生活动后汇报，纯碱、氨水滴入石蕊变蓝色；食盐溶液、蒸馏水滴入石蕊不变色；米醋、柠檬汁滴入石蕊变红色。

教师引导学生运用分类思想，从紫色石蕊溶液变色情况，对溶液进行分类：滴入石蕊溶液变蓝色的为碱性溶液，滴入石蕊溶液变红色的为酸性溶液。

设计意图：结合相关任务，通过滴加石蕊溶液观察溶液颜色的变化，判断溶液的酸碱性，再建构物质的分类方法，认识酸性物质和碱性物质，培养学生如何将物质进行分类、归纳的科学思想。

2.2.2 自制酸碱指示剂

［教师设问］生活中许多植物的汁液有特殊的颜色，我们能否自制指示剂？教师提供紫甘蓝汁液，引导学生将紫甘蓝溶液分别滴入装有白醋、洁厕灵、肥皂水、柠檬汁、炉具清洗液等的烧杯中，根据颜色变化判断紫甘蓝溶液是否可以作为酸碱指示剂，如图1所示。从图1可以看出，紫甘蓝提取液遇酸性、碱性物质的颜色与本身不同，且有一定的规律性，可以作为酸碱指示剂。

设计意图：利用紫甘蓝提取液自制酸碱指示剂，激发学生的学习兴趣，培养学生分析问题、解决问题的能力，同时也培养学生的证据推理能力。

2.3 组织交流讨论，在质疑中训练学生的科学思维

质疑是指人们经过充分分析后提出疑问，体现出善于发现问题、提出问题并进行解释的批判能力。在教学中，教师可以设置驱动性问题，引导学生分解成各个小问题，在交流讨论中提出质疑，从而训练学生的科学思维。

2.3.1 认识酸

［教师设问］米醋和柠檬汁等是不同的物质，为什么都有酸性？科学研究证明，米醋和柠檬汁的酸性是由于其中含有一类特殊的物质——酸，米醋中含有醋酸，柠檬中含有柠檬酸。那么，哪些物质属于酸类物质呢？

教师引导学生观察盐酸、硫酸、硝酸的化学式，找出酸类物质在组成上的共同特征。学生认为酸都含有氢元素，学生即提出质疑，水中也含有氢元素，但水不是酸。那么，酸还有其他哪些共同特征呢？教师引导学生尝试写出盐酸、硫酸的电离方程式，从微观角度认识酸。学生认为，酸是电离时生成的阳离子是氢离子的化合物。教师又设问：NaHCO3、 NaHSO4是不是酸？酸溶液和酸性溶液相同吗？学生讨论中发现，NaHCO3、 NaHSO4的电离方程式中，阳离子除了氢离子外，还有钠离子，从中文定义中学生认为NaHCO3、 NaHSO4不是酸。酸应是电离时生成的阳离子全部是氢离子的化合物。

2.3.2 认识碱

教师引导学生观察氢氧化钠、氢氧化钙和氢氧化钾的化学式，找出碱类物质的共同特征。学生认为碱都含有氢元素、氧元素，学生即提出质疑，水中含有氢元素和氧元素，但水不是碱。然后根据认识酸的方法，尝试写出碱的电离方程式，学生认为碱溶液中都含有氢氧根离子。教师又追问：Cu2（OH）2CO3是属于碱吗？学生从碱的命名中认识到，Cu2（OH）2CO3不是碱，碱溶液一定有碱性，但有碱性的不一定是碱。碱是电离生成的阴离子全部是氢氧根离子的化合物。

设计意图：引导学生从宏观、微观、符号的不同角度认识物质，不断追问逐渐完善酸的概念建构，再通过相似方法迁移建构碱的概念，培养学生比较、分析、归纳、质疑思维。

2.4 开展实践活动，在推断中训练学生的科学思维

科学推理是将已有的科学知识和所给的事实与条件，进行逻辑推断，推出正确的判断或结论的个性心理特征。在教学中，教师可以组织学生开展学科实践活动，在科学推理的基础上得出结论，发展学生的科学思维。

2.4.1 溶液酸碱性的强弱程度

［教师设问］指示剂虽然能够判定物质的酸碱性，但不能反映酸碱性L/sH1MHpjHtxAPpkv7xfJQ==的强弱，而物质酸碱性的强弱与我们的生活密切相关。为了了解和控制物质的酸碱性，我们需要测定物质酸碱性的强弱。那么如何测定物质的酸碱性强弱呢？

［教师讲述］为了定量描述溶液的酸碱性强弱，我们可根据溶液中H+的浓度和OH-的浓度，将酸性和碱性分为七个等级：1、 2、 3、 4、 5、 6、 7，像声音的音调从低到高一样，将酸性和碱性的强弱分为酸度和碱度，并从低到高设置七个等级，如图2所示。

［教师设问］科学是追求简单的，自然界的规律也应该是简单的，我们能否用一个指标同时来确定溶液的酸碱性强弱呢？1909年丹麦的一位化学家提出用pH来表示酸碱性的强弱，p来自德语Potenz，意思是浓度、力量，H代表氢离子（H+），引入pH的一大好处是简便了书写，并且方便比较溶液的酸碱性强弱。在标准温度（25℃）和压强下，pH=7的水溶液为中性，pH小于7，说明H+的浓度大于OH-的浓度，故溶液显示酸性，而pH大于7，则说明H+的浓度小于OH-的浓度，故溶液显示碱性。所以pH越小，溶液的酸性愈强；pH越大，溶液的碱性也就越强。

［教师讲述］测定物质酸碱性强弱最常用、最简单的方法是使用pH试纸，这种试纸在酸碱性强弱不同的溶液里会显示出不同的颜色。测定的方法是：用洁净的玻璃棒蘸取被测试的溶液，滴在pH试纸上，将试纸显示的颜色与标准比色卡对照，看与哪种颜色最接近，从而确定被测溶液的pH，根据pH便可判断溶液的酸碱性强弱。

教师展示常见物质的pH，如图3所示。学生纷纷用玻璃棒分别蘸取自选物质，滴在pH试纸中部，观察试纸的颜色变化，确定溶液的酸碱性强弱，并测试其pH。

2.4.2 自制新型pH试纸

教师提供pH试纸，引导学生提出问题：pH试纸如何制作？教师讲述，pH试纸的制作主要包括榨汁、萃取、过滤、分条、浸润、风干、测试、验证等过程。

［学生活动］撕取一些紫甘蓝的叶片，往榨汁机加水，榨成紫甘蓝汁，经过滤就得到纯净的紫甘蓝汁；用剪刀将厨房用纸，剪成多个纸条放到托盘上，把紫甘蓝汁均匀地滴到纸条上，用吹风机把它们吹干，试纸就做好了；最后，分别加入白醋、清水和小苏打，记录试纸变化的颜色，再用广泛pH试纸验证。

设计意图：从溶液的酸碱性强弱到pH测试，再到自制pH试纸，并尝试验证溶液的酸碱性，实践体验新型pH试纸的制作过程，培养学生的动手能力和学习兴趣，发展学生的创新意识和科学精神。

3 结语

在化学启蒙教育阶段，学生学习化学知识的过程，不仅是对化学学科知识的理解与掌握，更是化学科学思维的训练过程。为此，我们要高度关注学生科学思维的培养，结合教学内容创设真实合理的情境，开展证据与推理、模型与解释等具有化学学科特质的高阶思维活动，为激发学生的学习兴趣、引领学生积极投身学习活动、培养科学思维提供有力的保障。

参考文献：

［1］［3］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2022年版）［S］. 北京： 北京师范大学出版社， 2022： 6.

［2］何季军. 初中物理跨学科实践教学策略与思考［J］. 物理教师， 2023， 44（2）： 43～45.

［4］周业虹. 研究新课标情境素材培养学生科学思维［J］. 化学教学， 2023， （4）： 23～27.