真實(shí)化學(xué)問題在科學(xué)探究教學(xué)中的運(yùn)用

季薛慶+季慶燕

摘 要：以來自現(xiàn)實(shí)生活中未知結(jié)論的原始化學(xué)問題設(shè)計(jì)科學(xué)探究活動(dòng)，有助于突出對科學(xué)探究要素的論證，也有助于組織課堂討論。真實(shí)化學(xué)問題探究教學(xué)，教師事先要親身經(jīng)歷解決問題的過程，然后編寫適合學(xué)生的問題。探究過程包括提出猜測、運(yùn)用證據(jù)的論證、評價(jià)與交流等環(huán)節(jié)。

關(guān)鍵詞：真實(shí)化學(xué)問題；科學(xué)探究教學(xué)；論證；課堂討論

一、真實(shí)化學(xué)問題及其探究

（一）真實(shí)化學(xué)問題的概念

真實(shí)化學(xué)問題指與化學(xué)相關(guān)，且沒有現(xiàn)成結(jié)論和解決方法的實(shí)際問題。真實(shí)化學(xué)問題可以來自日常生活、化學(xué)實(shí)驗(yàn)、互聯(lián)網(wǎng)、課本。例如以下的這些問題。

問題1：學(xué)生做鹽的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，在碳酸鈉溶液中加入硝酸銀溶液，產(chǎn)生白色沉淀，再加入稀硝酸，白色沉淀應(yīng)該全部溶解。但是，一部分學(xué)生的沉淀卻沒有全部溶解。

問題2：為什么潔廁劑中的無機(jī)酸通常使用鹽酸而不是硫酸？

問題3：微信中流傳食醋能去除蔬菜中的殘留農(nóng)藥，食用小蘇打包裝袋上寫著小蘇打能去除蔬菜中的殘留農(nóng)藥。

問題4：用土豆能鑒別加碘鹽和無碘鹽。

問題5：洗發(fā)劑和護(hù)發(fā)劑的酸堿性。

上述問題1來自化學(xué)實(shí)驗(yàn)，問題2來自日常生活，問題5來自化學(xué)課本。問題3、4是互聯(lián)網(wǎng)中與化學(xué)、生活相關(guān)的傳言，一種網(wǎng)絡(luò)傳言。

（二）新知識探究教學(xué)存在的問題

使用探究的方法學(xué)習(xí)課本中的化學(xué)知識，如質(zhì)量守恒定律、二氧化碳的性質(zhì)、水的組成等等，稱之為學(xué)習(xí)（或探索）新知識的探究。學(xué)習(xí)新知識的探究教學(xué)存在兩個(gè)問題。首先，難以組織有效的課堂討論。學(xué)生面對的是未知的化學(xué)知識，等待解決的是陌生又抽象的理論問題，而不是現(xiàn)實(shí)中學(xué)生熟悉的問題。而且，45分鐘的時(shí)間限制，學(xué)生沒有時(shí)間閱讀大量的背景資料，沒有時(shí)間準(zhǔn)備必要的知識與技能。離開熟悉的情境，沒有足夠的背景知識與經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生就提不出有爭論價(jià)值的觀點(diǎn)，只能被動(dòng)地應(yīng)付教師的提問。其次，不利于學(xué)生進(jìn)行探究中的論證（argumentation）。論證有名詞和動(dòng)詞兩種含義，名詞的論證由主張或結(jié)論和這些主張或結(jié)論的辯護(hù)（或理由、支持）構(gòu)成[1]。動(dòng)詞的論證指運(yùn)用證據(jù)來辯護(hù)自己主張的過程。論證是科學(xué)探究的一個(gè)要素，也是科學(xué)探究的一個(gè)特征。學(xué)生要學(xué)會運(yùn)用證據(jù)辯護(hù)自己作出的解釋，學(xué)會評價(jià)別人的論證、進(jìn)行反論證[2]?？茖W(xué)探究中，收集證據(jù)后，利用證據(jù)和掌握的知識、經(jīng)驗(yàn)解釋提出的主張，判斷主張的合理程度，證實(shí)或修改甚至推翻主張，得出最可靠的結(jié)論，這是一個(gè)（科學(xué)）論證過程。學(xué)習(xí)新知識的探究，有正確的結(jié)論和探究方法做參照，提出和結(jié)論一樣的猜測，收集的是少數(shù)和結(jié)論一致的證據(jù)，然后順利地得出唯一的結(jié)論。結(jié)果，科學(xué)探究中不可缺少的論證被排除在外。

（三）真實(shí)化學(xué)問題探究與新知識探究教學(xué)的區(qū)別

真實(shí)化學(xué)問題探究和學(xué)習(xí)新知識的探究不同。前者不僅能引起學(xué)生的好奇，也是校外許多人關(guān)心的問題。學(xué)習(xí)新知識的探究是一種外加的學(xué)習(xí)任務(wù)，解決真實(shí)化學(xué)問題很大程度是出于自覺的生活需要，能給日常生活提供一定的幫助。探究真實(shí)化學(xué)問題除了復(fù)雜程度、運(yùn)用的技術(shù)手段和理論深度外，本質(zhì)上和科學(xué)家解決實(shí)際問題一樣。另外，教師事先經(jīng)歷了解決問題的過程，有親身的體驗(yàn)，有助于指導(dǎo)學(xué)生?？傊?，和學(xué)習(xí)新知識的探究相比，真實(shí)化學(xué)問題探究更有助于調(diào)動(dòng)參與者（學(xué)生和教師）的探究主動(dòng)性，更有助于設(shè)計(jì)科學(xué)論證與課堂討論。解決真實(shí)化學(xué)問題的探究和學(xué)習(xí)新知識的探究的區(qū)別如表1所示。

二、真實(shí)化學(xué)問題探究教學(xué)的主要過程

（一）前期準(zhǔn)備：問題的篩選與設(shè)計(jì)

發(fā)現(xiàn)真實(shí)問題后，一般不適宜直接交給學(xué)生。教師要親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，經(jīng)歷一遍完整的探究過程。只有這樣才能熟悉探究中可能產(chǎn)生的各種情況，評估問題的可探究性，最終設(shè)計(jì)出適合學(xué)生的問題。以前面的問題1為例，這是一個(gè)非常好的探究問題。實(shí)驗(yàn)中部分學(xué)生發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象后，由于異常現(xiàn)象有多種合理的解釋，無法立刻給出明確的答復(fù)，當(dāng)時(shí)只告訴學(xué)生可能是藥品問題或者是實(shí)驗(yàn)操作問題。課后教師通過實(shí)驗(yàn)檢測到碳酸鈉溶液中的氯離子。原因是碳酸鈉固體含有微量的氯化物，微量的氯離子和銀離子就能產(chǎn)生顯著的白色渾濁現(xiàn)象。

教師經(jīng)過親身探究后，將問題1改為：上次做鹽的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)時(shí)，一部分同學(xué)發(fā)現(xiàn)一個(gè)異?，F(xiàn)象：在碳酸鈉溶液中加入硝酸銀溶液，產(chǎn)生白色沉淀，再加入稀硝酸，白色沉淀沒有全部溶解。通過探究解釋遇到的這一異?，F(xiàn)象。探究所需藥品：①待檢測的稀硝酸、碳酸鈉溶液、硝酸銀溶液；②用于檢測的稀硝酸、硝酸銀溶液、氯化鋇溶液、稀硫酸；③盛有碳酸鈉固體的原裝瓶子。

為了得出不同的探究結(jié)論，在待檢測的稀硝酸中，有些組的稀硝酸含有氯離子，另一些組的稀硝酸不含雜質(zhì)，碳酸鈉溶液都含有氯離子（藥品本身帶來，不是準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)特意加入）。但是，為了避免問題過于復(fù)雜，待檢測試劑中沒有混入鋇離子和硫酸根離子。重新設(shè)計(jì)問題后，與初始提出的問題相比，減小了問題的發(fā)散程度，更適合學(xué)生探究，但依然是個(gè)真實(shí)的問題。

（二）問題解決過程

真實(shí)問題解決過程除了包括平?？茖W(xué)探究的主要環(huán)節(jié)外，有兩個(gè)不同之處。第一，要學(xué)習(xí)解決問題的背景知識與技能。例如，食醋能否去除蔬菜中的殘留農(nóng)藥的實(shí)驗(yàn)，要學(xué)會殘留農(nóng)藥的檢測方法；回答土豆是否能鑒別加碘鹽，要知道加碘鹽中的碘是什么物質(zhì)。第二，強(qiáng)調(diào)運(yùn)用證據(jù)的論證和交流與評價(jià)。運(yùn)用證據(jù)的論證是利用證據(jù)為主張（猜測與結(jié)論）辯護(hù)的過程，交流與評價(jià)是口頭討論或辯論的過程。下面主要論述運(yùn)用證據(jù)的論證和交流與評價(jià)這兩個(gè)環(huán)節(jié)。

1.運(yùn)用證據(jù)做出論證 得出暫時(shí)的結(jié)論

以問題1為例。回顧鹽的性質(zhì)實(shí)驗(yàn)情境，出示編寫的問題。指導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系氯化銀和硫酸鋇等物質(zhì)性質(zhì)，提出各種猜測（探究記錄單見表2）。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集證據(jù)。然后根據(jù)證據(jù)進(jìn)行論證，得出暫時(shí)的結(jié)論，如表2所示。

表中只列出部分猜測和辯護(hù)，有的猜測沒有在表中出現(xiàn)。如，猜測4：碳酸鈉溶液中含有硫酸根離子，同時(shí)稀硝酸中含有少量鋇離子；猜測5：稀硝酸中含有硫酸，同時(shí)，硝酸銀溶液中含有鋇離子；猜測6：試管沒有沖洗干凈，殘留有氯化物；猜測7：使用的水中含有氯離子；猜測8：碳酸鈉和硝酸銀反應(yīng)后，滴加的稀硝酸的量不夠。“我的辯護(hù)”包含結(jié)論和支持結(jié)論的證據(jù)，除了實(shí)驗(yàn)證據(jù)外，還有另外的證據(jù)（裝碳酸鈉固體瓶子上的標(biāo)簽注明含有氯化物），但是沒有列出理論（化學(xué)理論知識，如氯化銀和硫酸鋇不溶于稀硝酸）證據(jù)。

2.交流與評價(jià) 確定最終的結(jié)論

每個(gè)組初步得出結(jié)論后，不同小組針對提出的主張和結(jié)論進(jìn)行討論，然后是師生之間的總結(jié)性對話。

有些猜測通過實(shí)驗(yàn)直接證實(shí)或否定，有實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作為可靠的證據(jù)，這一類猜測不會有大的爭議，不必作過多的討論。另外一些猜測，如果不利用實(shí)驗(yàn)，或者無法通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，就要通過討論做出決定，如猜測4、5、6、7、8。表3是討論的部分內(nèi)容。評價(jià)交流后，修改、補(bǔ)充表2“探究記錄表”。

從問題1的解決過程可以看出，利用真實(shí)化學(xué)問題設(shè)計(jì)探究教學(xué)，學(xué)生不僅有更多討論機(jī)會，而且突出科學(xué)探究中的論證特征。提出猜測、交流與評價(jià)主要是口頭辯論活動(dòng)，是運(yùn)用證據(jù)辯護(hù)自己主張的過程，是“課堂科學(xué)辯論”。科學(xué)辯論指運(yùn)用證據(jù)與推理“解決科學(xué)爭端的社會互動(dòng)過程”[3]。課堂科學(xué)辯論是高層次的課堂討論。運(yùn)用證據(jù)的論證環(huán)節(jié)，不是口頭形式的相互辯論，是個(gè)體意義上的科學(xué)論證，是個(gè)體內(nèi)部的科學(xué)思維活動(dòng)。雖然沒有學(xué)習(xí)新的化學(xué)知識，但是，在解決問題過程中促進(jìn)科學(xué)探究中交流表達(dá)能力與論證能力的提高，加深對原有知識的理解。問題1還可以作進(jìn)一步的擴(kuò)展。初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)室中的碳酸鈉含有氯化物雜質(zhì)，也含有硫酸化合物雜質(zhì)，硫酸化合物含量比氯化物還高。做碳酸鈉和硝酸銀反應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí)，產(chǎn)生的氯化銀影響實(shí)驗(yàn)效果。與氯化鋇反應(yīng)，應(yīng)該會產(chǎn)生硫酸鋇沉淀，但是沒有觀察到硫酸鋇沉淀。這和氯化銀、硫酸鋇性質(zhì)差異有關(guān)，氯化銀溶解度小于硫酸鋇。可以引導(dǎo)學(xué)生討論這個(gè)問題。

參考文獻(xiàn)：

[1] ZOHAR A， NEMET F. Fostering students knowledge and argumentation skills through dilemmas in human genetics[J]. Journal of Research in Science Teaching， 2002， 39（1）： 35-62.

[2] National Research Council. A framework for K-12 science education： practices， core ideas， and crosscutting concepts[M]. Washington， D C： National Academy Press， 2012： 71，73.

[3]唐小為，李佳，宋乃慶.課堂科學(xué)辯論實(shí)施探究——以中美中小學(xué)科學(xué)課堂案例比較分析為例[J].課程·教材·教法，2012（5）：105-110.