發(fā)展科學(xué)思維 促進(jìn)核心概念的建構(gòu)

劉秋芳 黃丹青 葉燕珠

（1.大田縣第六中學(xué)，福建 大田 366100；2.福建省普通教育教學(xué)研究室，福建 福州 350001；3.福建教育學(xué)院化學(xué)教育研究所，福建 福州 350025）

自然科學(xué)教育的核心目標(biāo)是科學(xué)思維的培養(yǎng)，高中物理、高中生物、初中科學(xué)、初中物理、初中化學(xué)等課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)科核心素養(yǎng)都包涵科學(xué)思維。科學(xué)思維是在科學(xué)學(xué)習(xí)中基于事實(shí)與邏輯的思考中，對(duì)不同信息、觀點(diǎn)和結(jié)論進(jìn)行質(zhì)疑與批判，提出創(chuàng)造性見解的能力。［1］能否嫻熟地將科學(xué)思維應(yīng)用于學(xué)習(xí)中，關(guān)系到學(xué)生學(xué)習(xí)效率、學(xué)習(xí)能力和適應(yīng)未來生存和發(fā)展所必需的科學(xué)素養(yǎng)。化學(xué)是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過理性的邏輯進(jìn)行推理，以“宏微符”進(jìn)行表征的學(xué)科，蘊(yùn)含著豐富的、有助于發(fā)展科學(xué)思維的素材，科學(xué)思維是內(nèi)容與過程的統(tǒng)一，［2］其中化學(xué)概念是科學(xué)思維的主要內(nèi)容，是思維的細(xì)胞與基礎(chǔ)。課堂教學(xué)中教師通過設(shè)置多樣化的科學(xué)探究活動(dòng)，利用問題引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用科學(xué)方法自主建構(gòu)化學(xué)概念，體驗(yàn)概念的形成過程，發(fā)展學(xué)生科學(xué)思維，落實(shí)學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。

核心概念是位于學(xué)科中心的概念性知識(shí)，包括對(duì)重要概念、原理、理論等的基本理解和解釋，這些內(nèi)容能夠展現(xiàn)當(dāng)代學(xué)科圖景，是學(xué)科結(jié)構(gòu)的主干部分。［3］啟蒙階段的核心概念教學(xué)對(duì)學(xué)生今后的化學(xué)學(xué)習(xí)起著至關(guān)重要的作用，但往往學(xué)習(xí)效果并不理想，具體原因如下：一是核心概念是對(duì)化學(xué)科學(xué)研究過程中形成的一系列知識(shí)的高度凝練與概括，本身比較抽象、難理解；二是學(xué)生帶著“前理解”（即前概念）進(jìn)入化學(xué)新授課學(xué)習(xí)，而其“前概念”可能是模糊甚至錯(cuò)誤的，對(duì)抽象化學(xué)概念的認(rèn)知障礙勢(shì)必導(dǎo)致其對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)活動(dòng)產(chǎn)生畏懼心理和畏難情緒；三是化學(xué)教師對(duì)核心概念的內(nèi)涵、外延的界定與教學(xué)理解十分有限，或囫圇吞棗，或輕描淡寫，讓學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行簡(jiǎn)單記憶、背誦和重現(xiàn)，導(dǎo)致概念教學(xué)走過場(chǎng)，無法形成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化知識(shí)。

一、化學(xué)核心概念建構(gòu)的整體構(gòu)想

運(yùn)用科學(xué)思維建構(gòu)化學(xué)核心概念是義務(wù)教育階段化學(xué)教學(xué)的重要內(nèi)容。要讓初中學(xué)生理解并掌握化學(xué)核心概念，首先教師要明確概念教學(xué)的原理和有效策略，設(shè)計(jì)有針對(duì)性的教學(xué)任務(wù)，消除學(xué)生“前概念”的消極影響，幫助學(xué)生將模糊（或錯(cuò)誤）的“前理解”轉(zhuǎn)化為“科學(xué)概念”；其次教師要深入了解核心概念的來源，關(guān)注學(xué)情和學(xué)生的迷思概念，通過學(xué)生自主建構(gòu)可視化思維模型降低概念的認(rèn)知負(fù)荷；最后教師要理清化學(xué)核心概念建構(gòu)的基本思路：提供先于學(xué)習(xí)任務(wù)本身呈現(xiàn)的引導(dǎo)性材料，促進(jìn)學(xué)習(xí)遷移；利用問題探究、方法導(dǎo)引，引導(dǎo)學(xué)生歸納、演繹、推理，逐步建構(gòu)化學(xué)核心概念。例如，溶解度概念建構(gòu)的整體構(gòu)想如圖1 所示：

圖1 溶解度概念建構(gòu)的整體構(gòu)想

二、基于科學(xué)思維的核心概念建構(gòu)實(shí)踐

溶解度概念是人教版九年級(jí)化學(xué)下冊(cè)第九單元《溶液》教學(xué)內(nèi)容中的核心概念，它在單元學(xué)習(xí)中起著承上啟下的作用，因此學(xué)生能否有效建構(gòu)溶解度的概念并進(jìn)行應(yīng)用，對(duì)整個(gè)大單元的學(xué)習(xí)至關(guān)重要。

（一）產(chǎn)生認(rèn)知沖突，進(jìn)行邏輯推理

［科學(xué)探究一］

1.每組4 支試管（如圖2），思考：它們是溶液?jiǎn)幔克鼈兪秋柡腿芤簡(jiǎn)幔?/p>

圖2 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

2.加熱這4 支試管，觀察現(xiàn)象。試著提出你想探究的問題，做出猜想，并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明。

（二）基于生活遷移，進(jìn)行聯(lián)想重構(gòu)

［科學(xué)探究二］

1.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較不同固體物質(zhì)的溶解能力。

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)比較溫度對(duì)KNO3 在水中溶解能力的影響。

［教師引導(dǎo)］如何應(yīng)用控制單一變量法？怎么證明你的跳遠(yuǎn)能力比他人強(qiáng)？怎么類比遷移到固體物質(zhì)溶解性的比較？

［學(xué)生分析］學(xué)生基于生活經(jīng)驗(yàn)類比遷移（見表1）

表1 基于生活經(jīng)驗(yàn)類比化學(xué)知識(shí)

［學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)］見圖3

死不認(rèn)賬，是吧？你知道這張照片是誰給我的嗎？是王鯰魚。他已經(jīng)把我給甩了，是老梅毀了我的幸福。王鯰魚還知道你是老梅的鴨子。老梅每個(gè)月給你兩千塊錢，對(duì)不對(duì)？

圖3 比較溶解能力的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)圖

［設(shè)計(jì)意圖］通過剖析學(xué)生“前概念”的迷思點(diǎn)進(jìn)行科學(xué)探究教學(xué)，創(chuàng)設(shè)一個(gè)具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)情境，學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，找到證據(jù)，發(fā)表觀點(diǎn)和想法，而后分組展開討論，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的發(fā)展［4］。本環(huán)節(jié)建立了溶解度概念的初步模型，明確比較溶解能力需要考慮的實(shí)驗(yàn)要素。

（三）模型建構(gòu)，進(jìn)行質(zhì)疑創(chuàng)造

［科學(xué)探究三］

1.如何表征固體物質(zhì)溶解度的概念？

2.以“20℃時(shí)，氯化鈉的溶解度為36 克”為例，溶解度概念的變式表征有哪些？

3.如何用溶解度區(qū)分溶解性？如何用數(shù)軸表示？

［教學(xué)流程］圖4。

圖4 溶解度的概念建構(gòu)流程圖

［學(xué)生展示］圖5。

圖5 溶解度區(qū)分溶解性的數(shù)軸圖

［設(shè)計(jì)意圖］概念的延伸，概念模型的建立，應(yīng)抓住模型要素，但溶解度的要素較多，為了便于學(xué)生的理解，讓學(xué)生對(duì)概念進(jìn)行變式重組，在變中識(shí)別概念的關(guān)鍵性特征，在辨識(shí)過程中深刻理解概念的本質(zhì)。通過語言表達(dá)、質(zhì)疑辨析，完善模型，加深理解溶解度的四要素，理解溶解性不同表征的依據(jù)，形成嚴(yán)謹(jǐn)性的科學(xué)思維。

（四）數(shù)據(jù)分析，進(jìn)行理性思考

［科學(xué)探究四］

1.固體溶解度隨溫度變化的表示方法有幾種？說說它們的優(yōu)缺點(diǎn)。

2.繪制NaCl、KCl、NH4Cl、KNO3的溶解度曲線，并查出上述幾種物質(zhì)在25℃和85℃時(shí)的溶解度。

3.從你繪制的溶解度曲線中，你還能得到哪些信息？（提示：可從點(diǎn)、點(diǎn)的移動(dòng)上觀察）

［學(xué)生展示］

生1：列表法的數(shù)據(jù)較準(zhǔn)確，但無法讀出任何溫度下的溶解度，變化趨勢(shì)不夠直觀；作圖法變化趨勢(shì)直觀，可以讀出任何溫度下的溶解度，但讀取的數(shù)據(jù)不夠準(zhǔn)確。

生2：縱坐標(biāo)取值范圍會(huì)影響溶解度曲線的坡度，會(huì)影響讀取25℃和85℃時(shí)的溶解度數(shù)值。（意識(shí)到橫縱坐標(biāo)表示的量會(huì)影響曲線）

生3：觀察曲線上的點(diǎn)是否為交點(diǎn)；在曲線上的任意一點(diǎn)代表溶液處于飽和狀態(tài)，曲線上方的點(diǎn)說明還有固體未溶解，曲線下方的點(diǎn)說明溶液處于不飽和狀態(tài)。（認(rèn)識(shí)四點(diǎn)的涵義）

生4：以硝酸鉀的溶解度曲線為例，曲線下方的點(diǎn)向上移動(dòng)至曲線上，需要加適量硝酸鉀固體；曲線上方的點(diǎn)向右移動(dòng)至曲線上，需要升高一定溫度使固體溶質(zhì)恰好完全溶解。（用圖像解釋飽和溶液與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化，初步學(xué)會(huì)定性向定量的轉(zhuǎn)化。）

［設(shè)計(jì)意圖］理性思維是一種在明確方向的指導(dǎo)下，依托完善的思維證據(jù)，對(duì)事物或者問題進(jìn)行觀測(cè)、對(duì)比、剖析、綜合、概括的思維方式。［5］教師精心設(shè)計(jì)問題，由淺入深，學(xué)生對(duì)不同個(gè)體數(shù)據(jù)處理的結(jié)果進(jìn)行理性分析，辯證地看待問題；感受曲線的形成過程，對(duì)點(diǎn)線面的意義建構(gòu)有更深刻的理解，應(yīng)用數(shù)形結(jié)合的思想解決化學(xué)問題，提升學(xué)生的數(shù)形轉(zhuǎn)換應(yīng)用思維。

（五）問題解決，進(jìn)行價(jià)值引領(lǐng)

［科學(xué)探究五］

1.用所學(xué)知識(shí)解釋科學(xué)探究一中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.解釋生活中的現(xiàn)象：青海湖區(qū)附近的人們習(xí)慣“夏天曬鹽，冬天撈堿”的原因。

［設(shè)計(jì)意圖］隨著概念建構(gòu)的過程中，疑問與謎團(tuán)逐步解開，學(xué)生豁然開朗的同時(shí)，概念迷思之處迎刃而解，在此基礎(chǔ)上解決生活中的現(xiàn)象，感受化學(xué)就在身邊，消除學(xué)生對(duì)化學(xué)概念的畏懼心理；并明確化學(xué)學(xué)習(xí)的意義與價(jià)值，逐步形成化學(xué)學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力。

三、教學(xué)反思

（一）思維先行，分析解決真實(shí)的復(fù)雜問題

課堂上教師精心設(shè)計(jì)分組實(shí)驗(yàn)，根據(jù)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，引起學(xué)生極大的探究興趣與學(xué)習(xí)熱情。教師創(chuàng)設(shè)真實(shí)復(fù)雜的問題情境，才能喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的問題解決能力。在生活經(jīng)驗(yàn)和學(xué)科邏輯交叉融合中，學(xué)生的知識(shí)不斷累積，能力逐步發(fā)展，素養(yǎng)逐漸提升，最終實(shí)現(xiàn)知識(shí)→能力→素養(yǎng)的進(jìn)階。

（二）保障跟進(jìn)，創(chuàng)設(shè)科學(xué)探究的教學(xué)氛圍

創(chuàng)設(shè)小組合作學(xué)習(xí)是科學(xué)探究有效性的保障，教師根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)特點(diǎn)、學(xué)習(xí)能力程度、個(gè)性差異等進(jìn)行分組；課堂教學(xué)中，以學(xué)生為主體，關(guān)注學(xué)生的小組學(xué)習(xí)動(dòng)態(tài)及個(gè)別學(xué)生的成長(zhǎng)，鼓勵(lì)互助學(xué)習(xí)，這是非常高效的輸出式學(xué)習(xí)。語言是思維的載體，輸出式學(xué)習(xí)能外顯學(xué)生思維，達(dá)到有效提取信息，明確表達(dá)思維路徑的目的。如在建構(gòu)溶解度概念模型時(shí)，學(xué)生在組內(nèi)進(jìn)行表征訓(xùn)練，更易抓住概念模型的要素，學(xué)生間相互糾錯(cuò)，在輕松愉悅的氛圍里訓(xùn)練思維的縝密性。在小組匯報(bào)環(huán)節(jié)中，鼓勵(lì)學(xué)生用不同形式來表達(dá)與交流，如畫實(shí)驗(yàn)裝置圖、概念變式圖、數(shù)軸、圖像等，課堂上再根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)與方法的掌握情況進(jìn)行點(diǎn)評(píng)與講解。在生生交流與師生交流中逐漸完善學(xué)生的概念認(rèn)知。當(dāng)下一些學(xué)生對(duì)畫圖表的作業(yè)與設(shè)計(jì)更有興趣，教師再對(duì)學(xué)生畫得有創(chuàng)意的、概括全面的圖表進(jìn)行展示、解析，并加以表?yè)P(yáng)，會(huì)讓學(xué)生產(chǎn)生更大的學(xué)習(xí)熱情。

（三）合理布局，發(fā)展螺旋上升的科學(xué)思維

在課堂教學(xué)中教師根據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)對(duì)比、歸納，根據(jù)差異法讓學(xué)生提出問題，培養(yǎng)抽象思維；以解決問題為目的，根據(jù)模型法讓學(xué)生對(duì)異常現(xiàn)象的質(zhì)疑、做出預(yù)測(cè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行論證，培養(yǎng)批判性思維；基于模型變式，通過分析、逆向探求，培養(yǎng)反思性思維；根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行表征以及數(shù)形的動(dòng)態(tài)分析，培養(yǎng)理性思維；明確知識(shí)與方法的價(jià)值，追求本原，感受科學(xué)思維的魅力。在實(shí)證、邏輯、定量的學(xué)習(xí)中發(fā)展科學(xué)思維，促進(jìn)核心概念的建構(gòu)，是“雙減”背景下課堂教學(xué)質(zhì)量提高的有力保證。