真實化學問題在科學探究教學中的運用真實化學問題在科學探究教學中的運用

一、真實化學問題及其探究

〔一〕真實化學問題的概念

真實化學問題指與化學相關，且沒有現(xiàn)成結論和解決辦法的實際問題。真實化學問題可以來自日常生活、化學實驗、互聯(lián)網(wǎng)、課本。示例下列的這些問題。

問題1：學生做鹽的性質實驗時，在碳酸鈉溶液中參加硝酸銀溶液，產(chǎn)生白色沉淀，再參加稀硝酸，白色沉淀應該全部溶解。但是，一局部學生的沉淀卻沒有全部溶解。

問題2：為什么潔廁劑中的無機酸通常使用鹽酸而不是硫酸？

問題3：中流傳食醋能清除蔬菜中的殘留農藥，食用小蘇打包裝袋上寫著小蘇打能清除蔬菜中的殘留農藥。

問題4：用土豆能鑒別加碘鹽和無碘鹽。

問題5：洗發(fā)劑和護發(fā)劑的酸堿性。

上述問題1來自化學實驗，問題2來自日常生活，問題5來自化學課本。問題3、4是互聯(lián)網(wǎng)中與化學、生活相關的傳言，一種網(wǎng)絡傳言。

〔二〕新知識探究教學存在的問題

使用探究的辦法學習課本中的化學知識，如質量守恒定律、二氧化碳的性質、水的組成等等，稱之為學習〔或探索〕新知識的探究。學習新知識的探究教學存在兩個問題。首先，難以組織有效的課堂討論。學生面對的是未知的化學知識，等待解決的是陌生又抽象的理論問題，而不是現(xiàn)實中學生熟悉的問題。而且，45分鐘的時間限制，學生沒有時間閱讀大量的背景資料，沒有時間準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，學生就提不出有爭論價值的觀點，只能被動地應付教師的提問。其次，不利于學生進行探究中的論證〔argumentation〕。論證有名詞和動詞兩種含義，名詞的論證由主張或結論和這些主張或結論的辯護〔或理由、支持〕構成[1]。動詞的論證指運用證據(jù)來辯護自己主張的過程。論證是科學探究的一個要素，也是科學探究的一個特征。學生要學會運用證據(jù)辯護自己作出的解釋，學會評價別人的論證、進行反論證[2]?？茖W探究中，收集證據(jù)后，利用證據(jù)和掌握的知識、經(jīng)驗解釋提出的主張，判斷主張的合理程度，證實或修改甚至推翻主張，得出最可靠的結論，這是一個〔科學〕論證過程。學習新知識的探究，有正確的結論和探究辦法做參照，提出和結論一樣的猜想，收集的是少數(shù)和結論一致的證據(jù)，然后順利地得出唯一的結論。結果，科學探究中不可短少的論證被排除在外。

〔三〕真實化學問題探究與新知識探究教學的區(qū)別

真實化學問題探究和學習新知識的探究不同。前者不僅能引起學生的好奇，也是校外許多人關懷的問題。學習新知識的探究是一種外加的學習任務，解決真實化學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忙。探究真實化學問題除了復雜程度、運用的技術伎倆和理論深度外，本質上和科學家解決實際問題一樣。另外，教師事先經(jīng)歷了解決問題的過程，有親身的體驗，有助于指導學生。總之，和學習新知識的探究相比，真實化學問題探究更有助于調動參與者〔學生和教師〕的探究主動性，更有助于設計科學論證與課堂討論。解決真實化學問題的探究和學習新知識的探究的區(qū)別如表1所示。

二、真實化學問題探究教學的主要過程

〔一〕前期準備：問題的篩選與設計

發(fā)現(xiàn)真實問題后，一般不合適直接交給學生。教師要親自動手實驗，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，最終設計出適合學生的問題。以前面的問題1為例，這是一個非常好的探究問題。實驗中局部學生發(fā)現(xiàn)異?，F(xiàn)象后，由于異?，F(xiàn)象有多種合理的解釋，無法立刻給出明確的回答，當時只告訴學生可能是藥品問題或者是實驗操作問題。課后教師通過實驗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：上次做鹽的性質實驗時，一局部同學發(fā)現(xiàn)一個異?，F(xiàn)象：在碳酸鈉溶液中參加硝酸銀溶液，產(chǎn)生白色沉淀，再參加稀硝酸，白色沉淀沒有全部溶解。通過探究解釋遇到的這一異常現(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，碳酸鈉溶液都含有氯離子〔藥品本身帶來，不是準備實驗時特意參加〕。但是，為了防止問題過于復雜，待檢測試劑中沒有混入鋇離子和硫酸根離子。重新設計問題后，與初始提出的問題相比，減小了問題的發(fā)散程度，更適合學生探究，但依然是個真實的問題。

〔二〕問題解決過程

真實問題解決過程除了包括平?？茖W探究的主要環(huán)節(jié)外，有兩個不同之處。第一，要學習解決問題的背景知識與技能。示例，食醋能否清除蔬菜中的殘留農藥的實驗，要學會殘留農藥的檢測辦法；答復土豆是否能鑒別加碘鹽，要知道加碘鹽中的碘是什么物質。第二，強調運用證據(jù)的論證和交流與評價。運用證據(jù)的論證是利用證據(jù)為主張〔猜想與結論〕辯護的過程，交流與評價是口頭討論或答辯的過程。下面主要論述運用證據(jù)的論證和交流與評價這兩個環(huán)節(jié)。

1.運用證據(jù)做出論證得出暫時的結論

以問題1為例?；貞淃}的性質實驗情境，出示編寫的問題。指導學生聯(lián)系氯化銀和硫酸鋇等物質性質，提出各種猜想〔探究記錄單見表2〕。設計實驗、收集證據(jù)。然后根據(jù)證據(jù)進行論證，得出暫時的結論，如表2所示。

表中只列出局部猜想和辯護，有的猜想沒有在表中出現(xiàn)。如，猜想4：碳酸鈉溶液中含有硫酸根離子，同時稀硝酸中含有少量鋇離子；猜想5：稀硝酸中含有硫酸，同時，硝酸銀溶液中含有鋇離子；猜想6：試管沒有沖洗干凈，殘留有氯化物；猜想7：使用的水中含有氯離子；猜想8：碳酸鈉和硝酸銀反饋后，滴加的稀硝酸的量不夠?！拔业霓q護〞包含結論和支持結論的證據(jù)，除了實驗證據(jù)外，還有另外的證據(jù)〔裝碳酸鈉固體瓶子上的標簽注明含有氯化物〕，但是沒有列出理論〔化學理論知識，如氯化銀和硫酸鋇不溶于稀硝酸〕證據(jù)。

2.交流與評價確定最終的結論

每個組初步得出結論后，不同小組針對提出的主張和結論進行討論，然后是師生之間的總結性對話。

有些猜想通過實驗直接證實或否認，有實驗現(xiàn)象作為可靠的證據(jù)，這一類猜想不會有大的爭議，不必作過多的討論。另外一些猜想，如果不利用實驗，或者無法通過實驗進行驗證，就要通過討論做出決定，如猜想4、5、6、7、8。表3是討論的局部內容。評價交流后，修改、補充表2“探究記錄表〞。

從問題1的解決過程可以看出，利用真實化學問題設計探究教學，學生不僅有更多討論時機，而且突出科學探究中的論證特征。提出猜想、交流與評價主要是口頭答辯活動，是運用證據(jù)辯護自己主張的過程，是“課堂科學答辯〞?？茖W答辯指運用證據(jù)與推理“解決科學爭端的社會互動過程〞[3]。課堂科學答辯是高層次的課堂討論。運用證據(jù)的論證環(huán)節(jié)，不是口頭形式的相互答辯，是個體意義上的科學論證，是個體內部的科學思維活動。雖然沒有學習新的化學知識，但是，在解決問題過程中促進科學探究中交流敘述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