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摘 要:以来自现实生活中未知结论的原始化学问题设计科学探究活动,有助于突出对科学探究要素的论证,也有助于组织课堂讨论。真实化学问题探究教学,教师事先要亲身经历解决问题的过程,然后编写适合学生的问题。探究过程包括提出猜测、运用证据的论证、评价与交流等环节。
关键词:真实化学问题;科学探究教学;论证;课堂讨论
一、真实化学问题及其探究
(一)真实化学问题的概念
真实化学问题指与化学相关,且没有现成结论和解决方法的实际问题。真实化学问题可以来自日常生活、化学实验、互联网、课本。例如以下的这些问题。
问题1:学生做盐的性质实验时,在碳酸钠溶液中加入硝酸银溶液,产生白色沉淀,再加入稀硝酸,白色沉淀应该全部溶解。但是,一部分学生的沉淀却没有全部溶解。
问题2:为什么洁厕剂中的无机酸通常使用盐酸而不是硫酸?
问题3:微信中流传食醋能去除蔬菜中的残留农药,食用小苏打包装袋上写着小苏打能去除蔬菜中的残留农药。
问题4:用土豆能鉴别加碘盐和无碘盐。
问题5:洗发剂和护发剂的酸碱性。
上述问题1来自化学实验,问题2来自日常生活,问题5来自化学课本。问题3、4是互联网中与化学、生活相关的传言,一种网络传言。
(二)新知识探究教学存在的问题
使用探究的方法学习课本中的化学知识,如质量守恒定律、二氧化碳的性质、水的组成等等,称之为学习(或探索)新知识的探究。学习新知识的探究教学存在两个问题。首先,难以组织有效的课堂讨论。学生面对的是未知的化学知识,等待解决的是陌生又抽象的理论问题,而不是现实中学生熟悉的问题。而且,45分钟的时间限制,学生没有时间阅读大量的背景资料,没有时间准备必要的知识与技能。离开熟悉的情境,没有足够的背景知识与经验,学生就提不出有争论价值的观点,只能被动地应付教师的提问。其次,不利于学生进行探究中的论证(argumentation)。论证有名词和动词两种含义,名词的论证由主张或结论和这些主张或结论的辩护(或理由、支持)构成[1]。动词的论证指运用证据来辩护自己主张的过程。论证是科学探究的一个要素,也是科学探究的一个特征。学生要学会运用证据辩护自己作出的解释,学会评价别人的论证、进行反论证[2]。科学探究中,收集证据后,利用证据和掌握的知识、经验解释提出的主张,判断主张的合理程度,证实或修改甚至推翻主张,得出最可靠的结论,这是一个(科学)论证过程。学习新知识的探究,有正确的结论和探究方法做参照,提出和结论一样的猜测,收集的是少数和结论一致的证据,然后顺利地得出唯一的结论。结果,科学探究中不可缺少的论证被排除在外。
(三)真实化学问题探究与新知识探究教学的区别
真实化学问题探究和学习新知识的探究不同。前者不仅能引起学生的好奇,也是校外许多人关心的问题。学习新知识的探究是一种外加的学习任务,解决真实化学问题很大程度是出于自觉的生活需要,能给日常生活提供一定的帮助。探究真实化学问题除了复杂程度、运用的技术手段和理论深度外,本质上和科学家解决实际问题一样。另外,教师事先经历了解决问题的过程,有亲身的体验,有助于指导学生。总之,和学习新知识的探究相比,真实化学问题探究更有助于调动参与者(学生和教师)的探究主动性,更有助于设计科学论证与课堂讨论。解决真实化学问题的探究和学习新知识的探究的区别如表1所示。
二、真实化学问题探究教学的主要过程
(一)前期准备:问题的筛选与设计
发现真实问题后,一般不适宜直接交给学生。教师要亲自动手实验,经历一遍完整的探究过程。只有这样才能熟悉探究中可能产生的各种情况,评估问题的可探究性,最终设计出适合学生的问题。以前面的问题1为例,这是一个非常好的探究问题。实验中部分学生发现异常现象后,由于异常现象有多种合理的解释,无法立刻给出明确的答复,当时只告诉学生可能是药品问题或者是实验操作问题。课后教师通过实验检测到碳酸钠溶液中的氯离子。原因是碳酸钠固体含有微量的氯化物,微量的氯离子和银离子就能产生显著的白色浑浊现象。
教师经过亲身探究后,将问题1改为:上次做盐的性质实验时,一部分同学发现一个异常现象:在碳酸钠溶液中加入硝酸银溶液,产生白色沉淀,再加入稀硝酸,白色沉淀没有全部溶解。通过探究解释遇到的这一异常现象。探究所需药品:①待检测的稀硝酸、碳酸钠溶液、硝酸银溶液;②用于检测的稀硝酸、硝酸银溶液、氯化钡溶液、稀硫酸;③盛有碳酸钠固体的原装瓶子。
为了得出不同的探究结论,在待检测的稀硝酸中,有些组的稀硝酸含有氯离子,另一些组的稀硝酸不含杂质,碳酸钠溶液都含有氯离子(药品本身带来,不是准备实验时特意加入)。但是,为了避免问题过于复杂,待检测试剂中没有混入钡离子和硫酸根离子。重新设计问题后,与初始提出的问题相比,减小了问题的发散程度,更适合学生探究,但依然是个真实的问题。
(二)问题解决过程
真实问题解决过程除了包括平常科学探究的主要环节外,有两个不同之处。第一,要学习解决问题的背景知识与技能。例如,食醋能否去除蔬菜中的残留农药的实验,要学会残留农药的检测方法;回答土豆是否能鉴别加碘盐,要知道加碘盐中的碘是什么物质。第二,强调运用证据的论证和交流与评价。运用证据的论证是利用证据为主张(猜测与结论)辩护的过程,交流与评价是口头讨论或辩论的过程。下面主要论述运用证据的论证和交流与评价这两个环节。
1.运用证据做出论证 得出暂时的结论
以问题1为例。回顾盐的性质实验情境,出示编写的问题。指导学生联系氯化银和硫酸钡等物质性质,提出各种猜测(探究记录单见表2)。设计实验、收集证据。然后根据证据进行论证,得出暂时的结论,如表2所示。
从问题1的解决过程可以看出,利用真实化学问题设计探究教学,学生不仅有更多讨论机会,而且突出科学探究中的论证特征。提出猜测、交流与评价主要是口头辩论活动,是运用证据辩护自己主张的过程,是“课堂科学辩论”。科学辩论指运用证据与推理“解决科学争端的社会互动过程”[3]。课堂科学辩论是高层次的课堂讨论。运用证据的论证环节,不是口头形式的相互辩论,是个体意义上的科学论证,是个体内部的科学思维活动。虽然没有学习新的化学知识,但是,在解决问题过程中促进科学探究中交流表达能力与论证能力的提高,加深对原有知识的理解。问题1还可以作进一步的扩展。初中化学实验室中的碳酸钠含有氯化物杂质,也含有硫酸化合物杂质,硫酸化合物含量比氯化物还高。做碳酸钠和硝酸银反应实验时,产生的氯化银影响实验效果。与氯化钡反应,应该会产生硫酸钡沉淀,但是没有观察到硫酸钡沉淀。这和氯化银、硫酸钡性质差异有关,氯化银溶解度小于硫酸钡。可以引导学生讨论这个问题。
参考文献:
[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]唐小为,李佳,宋乃庆.课堂科学辩论实施探究——以中美中小学科学课堂案例比较分析为例[J].课程·教材·教法,2012(5):105-110.
关键词:真实化学问题;科学探究教学;论证;课堂讨论
一、真实化学问题及其探究
(一)真实化学问题的概念
真实化学问题指与化学相关,且没有现成结论和解决方法的实际问题。真实化学问题可以来自日常生活、化学实验、互联网、课本。例如以下的这些问题。
问题1:学生做盐的性质实验时,在碳酸钠溶液中加入硝酸银溶液,产生白色沉淀,再加入稀硝酸,白色沉淀应该全部溶解。但是,一部分学生的沉淀却没有全部溶解。
问题2:为什么洁厕剂中的无机酸通常使用盐酸而不是硫酸?
问题3:微信中流传食醋能去除蔬菜中的残留农药,食用小苏打包装袋上写着小苏打能去除蔬菜中的残留农药。
问题4:用土豆能鉴别加碘盐和无碘盐。
问题5:洗发剂和护发剂的酸碱性。
上述问题1来自化学实验,问题2来自日常生活,问题5来自化学课本。问题3、4是互联网中与化学、生活相关的传言,一种网络传言。
(二)新知识探究教学存在的问题
使用探究的方法学习课本中的化学知识,如质量守恒定律、二氧化碳的性质、水的组成等等,称之为学习(或探索)新知识的探究。学习新知识的探究教学存在两个问题。首先,难以组织有效的课堂讨论。学生面对的是未知的化学知识,等待解决的是陌生又抽象的理论问题,而不是现实中学生熟悉的问题。而且,45分钟的时间限制,学生没有时间阅读大量的背景资料,没有时间准备必要的知识与技能。离开熟悉的情境,没有足够的背景知识与经验,学生就提不出有争论价值的观点,只能被动地应付教师的提问。其次,不利于学生进行探究中的论证(argumentation)。论证有名词和动词两种含义,名词的论证由主张或结论和这些主张或结论的辩护(或理由、支持)构成[1]。动词的论证指运用证据来辩护自己主张的过程。论证是科学探究的一个要素,也是科学探究的一个特征。学生要学会运用证据辩护自己作出的解释,学会评价别人的论证、进行反论证[2]。科学探究中,收集证据后,利用证据和掌握的知识、经验解释提出的主张,判断主张的合理程度,证实或修改甚至推翻主张,得出最可靠的结论,这是一个(科学)论证过程。学习新知识的探究,有正确的结论和探究方法做参照,提出和结论一样的猜测,收集的是少数和结论一致的证据,然后顺利地得出唯一的结论。结果,科学探究中不可缺少的论证被排除在外。
(三)真实化学问题探究与新知识探究教学的区别
真实化学问题探究和学习新知识的探究不同。前者不仅能引起学生的好奇,也是校外许多人关心的问题。学习新知识的探究是一种外加的学习任务,解决真实化学问题很大程度是出于自觉的生活需要,能给日常生活提供一定的帮助。探究真实化学问题除了复杂程度、运用的技术手段和理论深度外,本质上和科学家解决实际问题一样。另外,教师事先经历了解决问题的过程,有亲身的体验,有助于指导学生。总之,和学习新知识的探究相比,真实化学问题探究更有助于调动参与者(学生和教师)的探究主动性,更有助于设计科学论证与课堂讨论。解决真实化学问题的探究和学习新知识的探究的区别如表1所示。
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二、真实化学问题探究教学的主要过程
(一)前期准备:问题的筛选与设计
发现真实问题后,一般不适宜直接交给学生。教师要亲自动手实验,经历一遍完整的探究过程。只有这样才能熟悉探究中可能产生的各种情况,评估问题的可探究性,最终设计出适合学生的问题。以前面的问题1为例,这是一个非常好的探究问题。实验中部分学生发现异常现象后,由于异常现象有多种合理的解释,无法立刻给出明确的答复,当时只告诉学生可能是药品问题或者是实验操作问题。课后教师通过实验检测到碳酸钠溶液中的氯离子。原因是碳酸钠固体含有微量的氯化物,微量的氯离子和银离子就能产生显著的白色浑浊现象。
教师经过亲身探究后,将问题1改为:上次做盐的性质实验时,一部分同学发现一个异常现象:在碳酸钠溶液中加入硝酸银溶液,产生白色沉淀,再加入稀硝酸,白色沉淀没有全部溶解。通过探究解释遇到的这一异常现象。探究所需药品:①待检测的稀硝酸、碳酸钠溶液、硝酸银溶液;②用于检测的稀硝酸、硝酸银溶液、氯化钡溶液、稀硫酸;③盛有碳酸钠固体的原装瓶子。
为了得出不同的探究结论,在待检测的稀硝酸中,有些组的稀硝酸含有氯离子,另一些组的稀硝酸不含杂质,碳酸钠溶液都含有氯离子(药品本身带来,不是准备实验时特意加入)。但是,为了避免问题过于复杂,待检测试剂中没有混入钡离子和硫酸根离子。重新设计问题后,与初始提出的问题相比,减小了问题的发散程度,更适合学生探究,但依然是个真实的问题。
(二)问题解决过程
真实问题解决过程除了包括平常科学探究的主要环节外,有两个不同之处。第一,要学习解决问题的背景知识与技能。例如,食醋能否去除蔬菜中的残留农药的实验,要学会残留农药的检测方法;回答土豆是否能鉴别加碘盐,要知道加碘盐中的碘是什么物质。第二,强调运用证据的论证和交流与评价。运用证据的论证是利用证据为主张(猜测与结论)辩护的过程,交流与评价是口头讨论或辩论的过程。下面主要论述运用证据的论证和交流与评价这两个环节。
1.运用证据做出论证 得出暂时的结论
以问题1为例。回顾盐的性质实验情境,出示编写的问题。指导学生联系氯化银和硫酸钡等物质性质,提出各种猜测(探究记录单见表2)。设计实验、收集证据。然后根据证据进行论证,得出暂时的结论,如表2所示。
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从问题1的解决过程可以看出,利用真实化学问题设计探究教学,学生不仅有更多讨论机会,而且突出科学探究中的论证特征。提出猜测、交流与评价主要是口头辩论活动,是运用证据辩护自己主张的过程,是“课堂科学辩论”。科学辩论指运用证据与推理“解决科学争端的社会互动过程”[3]。课堂科学辩论是高层次的课堂讨论。运用证据的论证环节,不是口头形式的相互辩论,是个体意义上的科学论证,是个体内部的科学思维活动。虽然没有学习新的化学知识,但是,在解决问题过程中促进科学探究中交流表达能力与论证能力的提高,加深对原有知识的理解。问题1还可以作进一步的扩展。初中化学实验室中的碳酸钠含有氯化物杂质,也含有硫酸化合物杂质,硫酸化合物含量比氯化物还高。做碳酸钠和硝酸银反应实验时,产生的氯化银影响实验效果。与氯化钡反应,应该会产生硫酸钡沉淀,但是没有观察到硫酸钡沉淀。这和氯化银、硫酸钡性质差异有关,氯化银溶解度小于硫酸钡。可以引导学生讨论这个问题。
参考文献:
[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]唐小为,李佳,宋乃庆.课堂科学辩论实施探究——以中美中小学科学课堂案例比较分析为例[J].课程·教材·教法,2012(5):105-110.