基于元素化合物內容的科學本質教學模式初探

魏壯偉 周青

摘要：幫助學生適當理解科學本質是科學教育的重要目標之一?；瘜W教育作為科學教育的一個重要分支，理應承載科學本質教育任務。在已構建的科學本質內涵體系的基礎上，結合元素化合物內容自身的特點，提出了以元素化合物內容為載體的科學本質教學模式——EC-NOS教學模式。

關鍵詞：科學本質；元素化合物；EC-NOS教學模式

文章編號：1005–6629（2013）9–0018–04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

幫助學生適當理解科學本質是科學教育的重要目標之一，也是培養(yǎng)學生科學素養(yǎng)的核心成分之一[1]。化學教育作為科學教育的一個重要分支，理應承載科學本質教育的任務，主動幫助學生樹立科學本質的基本觀念[2]。為了更好地完成科學教育中的科學本質教育任務，研究者在堅定“構建一套統(tǒng)一的科學本質內涵體系不僅是可能的，而且是必要的”這一信念的基礎上，以“科學活動”為主線，以真實性、可接受性、完整性和認識論為原則，圍繞科學活動的發(fā)生、過程、方法、結果、評價和主體六個方面，系統(tǒng)構建了一套立體式、全方位的科學本質內涵體系[3]。以上述觀點與研究結論為依據，研究者在分別構建了基于化學史內容和化學概念原理的科學本質教學模式（即HOC-NOS模式和CCP-NOS模式）之后，進一步分析構建了以元素化合物內容為載體的科學本質教學模式——Element Compound-Nature of Science（簡稱EC-NOS）教學模式[4][5]，并希望借此進一步促進一線教師更好地實施科學本質教學。

1 EC-NOS教學模式構建的思路與方法

同HOC-NOS和CCP-NOS兩種科學本質教學模式的構建思路一樣，研究者先是利用史料分析和邏輯分析相結合的方法，客觀而又真實地揭示出元素化合物內容所蘊含的科學本質觀念，并以此為依據分析確定中學階段中利用元素化合物內容進行科學本質教學的可能性與可行性；緊接著再利用文獻分析和文本分析兩種具體研究方法，歸納總結出中學階段元素化合物內容（element compound，簡稱EC）的六個主要特點（即直觀性、經驗性、客觀性、重現(xiàn)性、規(guī)律性和雙貼性）；最后，再將元素化合物內容自身特點與研究者前期構建的科學本質具體內涵，統(tǒng)一于研究者第一步分析確定的可能性和可行性范疇之內，以最終實現(xiàn)集元素化合物內容特點和科學本質觀念于一身的科學本質教學新模式——EC-NOS教學模式的合理構建。

1.1 元素化合物內容所蘊含的科學本質觀念

經史料分析（主要指化學史料的分析）和邏輯分析，我們認為元素化合物內容所蘊含的科學本質觀念，主要包括以下十點[6][7][8]：①在科學活動的方法中，觀察和推論之間存在著區(qū)別，從觀察到推論的認識過程并不是一個連續(xù)的認識序列；②科學知識必須依賴實驗和觀察的證實或證偽；③科學是極為嚴謹的，它建立在實驗的基礎上；④科學具有解釋和預測的功能；⑤科學實驗和觀察是可重復的；⑥科學知識的獲得基于人們對自然界的觀察，但人的推理、想象和創(chuàng)造性起著重要作用；⑦科學充滿挑戰(zhàn)，從事科學活動從來不是一件容易的事，科學又充滿奧秘，從事科學活動也決不是一件痛苦的事；⑧充足、確定、可信的證據（事實證據和邏輯證據）與不斷地質疑和批判在科學社群評價科學活動結果時有著絕對重要的地位；⑨科學研究中有普遍接受的道德規(guī)范，保持記錄的準確性、公開性、可重復驗證性是多數科學家恪守的職業(yè)道德；⑩科學知識只能在一定范圍內適用，科學不能解決所有問題。

1.2 元素化合物內容六個主要特點的具體內涵

經文獻和文本分析（主要指教材文本），我們認為元素化合物內容六個特點的具體內涵如下：①直觀性，也就是元素化合物內容最易為人們感覺器官感知和把握的特性；②經驗性，也就是元素化合物內容作為人們建構、驗證或推翻化學科學各類抽象概念與理論最基本素材的特性；③客觀性，也就是元素化合物內容作為化學基本事實的真實存在性；④重現(xiàn)性，也就是元素化合物內容作為直觀而又客觀的經驗事實能夠在一定條件下多次重復出現(xiàn)的特性；⑤規(guī)律性，也就是看似雜亂的元素化合物內容所具有的內在關聯(lián)性；⑥雙貼性，也就是元素化合物內容與生產生活的密切關聯(lián)性。

2 EC-NOS教學模式的構成與流程

綜合以上分析，我們構建了EC-NOS教學模式，它的構成與流程如圖1所示：

2.1 分析主題內容，確定教學目標

本環(huán)節(jié)屬于活動定向階段，其核心任務就是通過確定元素化合物某一特定主題教學所能實現(xiàn)的科學本質目標，為該主題所有教與學的活動指明方向。而確定某一特定主題所能實現(xiàn)的科學本質目標的核心依據，主要包括“元素化合物內容所蘊含的科學本質觀念”和“該主題元素化合物的主要內容與具體特點”兩個方面。關于第一方面，前文已做過論述，在此不再贅述。關于“該主題元素化合物的主要內容與具體特點”，一線教師則需要在宏觀把握中學階段元素化合物基本內容和主要特點的基礎上，具體問題具體分析。

為了幫助一線教師從宏觀上把握中學階段元素化合物的基本內容，我們對現(xiàn)階段化學課程標準和各版本中學化學教材進行了較為客觀的文本分析，結果發(fā)現(xiàn)：①中學階段元素化合物的基本內容主要包括：物質組成（定性與定量兩個角度）、物質性質（包括物理性質和化學性質）或者物質變化、物質結構（包括原子結構、分子結構和晶體結構）、物質制備與相互轉化等的分析與探索以及物質用途或危害的常識性介紹等五個方面。②每一個元素化合物的主題，都包含以上五方面內容的某一或某幾個方面。

事實上，中學階段元素化合物的五個基本內容，并不是同樣份額，同等重要。對大多數元素化合物的主題來說，最能體現(xiàn)科學本質觀念的理想內容都是有關“物質性質（包括物理性質和化學性質）或物質變化分析與探索”的部分。這一方面是因為無論哪個版本化學教材在呈現(xiàn)元素化合物時都必然包含“物質性質（包括物理性質和化學性質）或物質變化分析與探索”這一部分內容；另一方面也是因為這部分內容自身蘊含的科學本質觀念是最多的。與之相對應，分析探索“元素化合物性質”的教學活動也就是EC-NOS教學模式的最核心部分。

2.2 聯(lián)系生產生活，引出性質教學

本環(huán)節(jié)屬于活動啟動階段，其核心任務就是通過對主題引入素材和引入方式的精心選擇與巧妙設計，促使教師和學生都把自身的注意力全部集中到ECNOS教學模式的最核心環(huán)節(jié)——元素化合物性質教學上來，或者說，促使教師的教學活動和學生的學習活動均得到適時、適度而有效的啟動?？紤]到元素化合物內容具有“雙貼性”的特點，因此，“聯(lián)系生產生活”是教師精心選擇該類主題引入素材的最直接思路。至于如何巧妙設計引入方式，要視特定主題內容與引入素材的實際情況具體確定。眾多有關教學情境創(chuàng)設的理論與文獻，也會為一線教師巧妙設計提供思路與案例。

2.3 元素化合物性質教學

本環(huán)節(jié)屬于活動運行階段，其核心任務就是通過元素化合物性質教學的有序、有效開展，幫助學生在經歷、體驗、感受“性質知識”獲得過程中艱辛與樂趣的基礎上，自覺地去感知和領悟蘊藏于這段教學活動中的科學本質觀念。其中，“元素化合物性質教學有序、有效開展”是本環(huán)節(jié)有效實現(xiàn)內隱于該主題中的科學本質目標的關鍵。為此，一線教師在設計、組織這一片段教學時，理應充分利用元素化合物“直觀性”、“經驗性”和“客觀性”等特點，盡可能讓學生在觀察、體驗或回顧已有體驗等直觀方法的幫助下，經歷對觀察現(xiàn)象與各類體驗（主要包括“貯存于記憶中已有的”和“當場獲得的”兩大類）的客觀描述、記錄、分析、推理、討論，直至得出結論的全部過程，進而形成對物質性質或變化的基本認識。

2.3.1 物理性質教學

（1）實物（或圖片）觀察和（或）介紹相關經驗

進入物質物理性質教學以后，教師應根據主題所涉物質具體情況，能夠提供實物的，組織學生觀察實物；實物不易提供或實物有毒、危險性較強的，組織學生觀察圖片；如果受條件限制前兩者均不能提供的，教師應充分利用語言技巧生動描述或設計問題幫助學生回憶已有經驗?？傊瑹o論怎樣設計，讓學生盡可能在感知覺的幫助下獲得物質物理性質的知識，是本片段教學的基本原則。

（2）描述記錄，分析推理，得出結論

引導學生用科學準確的語言和術語，客觀描述并認真記錄所看、所感、所想、所聽，是本片段教學的首要任務。隨后，組織學生依據記錄結果，分析推理，得出有關物質物理性質的初步認識。

2.3.2 化學性質教學

（1）回顧組成元素相關知識

進入物質化學性質教學以后，教師應根據主題所涉物質具體情況，是單質但還沒有學習原子結構知識的（這里主要指的是九年級上冊化學中的部分元素化合物內容，如氧氣），省去這一環(huán)節(jié)直接進入“設計實驗或提供經驗事實驗證”環(huán)節(jié)；是單質且已學習原子結構知識的，組織學生回顧該單質組成元素原子的原子結構、元素化合價等知識；是化合物且已知曉其組成的，組織學生回顧常見化合物的主要類型以及該化合物組成各元素的相關知識。

（2）預測單質或化合物的可能性質

在上一片段教學的基礎上，引導學生預測單質或化合物的可能性質。在單質化學性質教學時，我們可以利用該單質組成元素的原子結構將該單質歸類，如金屬或非金屬，進而預測該單質可能的性質，或可能發(fā)生的具體反應；在化合物化學性質教學時，我們同樣可以按照該化合物的元素組成將其歸類，如無機物（酸、堿、鹽、氧化物等）、有機物（烷烴、烯烴、醇、酚等），進而預測該物質可能的性質，或可能發(fā)生的具體反應。

總之，讓學生盡可能在回顧、加工已有知識和經驗的基礎上開始學習物質化學性質，是上述兩個片段教學的基本原則。

（3）實驗驗證

在預測單質或化合物的可能性質以后，緊接著要進行的就是實驗驗證了。通常，中學階段的實驗驗證主要存在兩種具體做法，即實驗操作直接驗證和提供事實間接驗證。在具體的元素化合物教學中，這兩種實驗驗證往往結合使用。如果反映物質化學性質的實驗操作簡單安全、現(xiàn)象明顯，則盡可能利用“實驗操作直接驗證”的方法；相反，如果反映物質化學性質的實驗操作復雜或存有安全隱患或無明顯現(xiàn)象，則最好采用“提供事實間接驗證”的方法。

（4）描述記錄，分析推理，得出結論

如果上一環(huán)節(jié)采用的是“實驗操作直接驗證”法，那么這一環(huán)節(jié)教師就應該：首先，引導學生用科學準確的語言和術語，客觀描述并認真記錄所看、所感、所想、所聽；其次，組織學生依據記錄結果，分析推理，得出有關物質化學性質的初步認識。

如果上一環(huán)節(jié)采用的是“提供事實間接驗證”法，那么這一環(huán)節(jié)教師就應該：首先，引導學生準確理解并認真總結有關本主題元素化合物的各種事實；其次，組織學生依據事實總結結果，分析推理，得出有關物質化學性質的初步認識。

2.3.3 概括總結，物質性質最終確定

這一環(huán)節(jié)是元素化合物性質教學的最后一個環(huán)節(jié)，也是最為關鍵的一個環(huán)節(jié)。本環(huán)節(jié)教學，一方面希望教師能以科學簡練的語言再次明確主題所涉物質的物理與化學性質，能用巧妙的設計促使元素化合物教學順利進入下一環(huán)節(jié)；另一方面，希望教師能簡明扼要地概括和總結學生探究物質性質的過程、方法與結果，幫助學生在“性質知識”獲得過程中經歷、體驗、感受艱辛與樂趣，讓學生自覺地去感知和領悟蘊藏于這段教學活動中的科學本質觀念。

2.4 物質存在形式、制備、鑒定方法、用途或危害等其他元素化合物內容的教學

本環(huán)節(jié)屬于活動拓展階段，其核心任務是為教師靈活處理不同類型的元素化合物教學預留出可以自由拓展的時間和空間。換句話說，并不是每一主題的元素化合物教學都必須涉及這一環(huán)節(jié)，都必須涉及這一環(huán)節(jié)中的每一個內容，用不用這一環(huán)節(jié)、用這一環(huán)節(jié)中的哪一部分內容，主要視具體主題內容而定，視具體課時容量而定，視具體教材版本而定，視具體教師安排而定。

2.5 聯(lián)系整合，形成具體物質概念

本環(huán)節(jié)屬于總結提升階段，其核心任務是通過對“活動運行”和“活動拓展”兩階段教學的反思與總結，幫助學生在清晰再現(xiàn)本課題“物質知識”（包括性質知識和制備等其他拓展知識）及其獲得過程的基礎上，盡可能將這些“知識”與已有的知識經驗聯(lián)系起來，將這些“知識”整合到自己原有的認知結構當中，從而形成更加清晰、客觀而又穩(wěn)定的具體物質概念。

3 EC-NOS教學模式的適用范圍與研究展望

本文構建的EC-NOS教學模式，主要適用于“已知元素組成的某一單質或化合物”的性質教學。由于在中學階段還存在“分析探討物質元素組成”或“分析探討某一類物質性質或變化”以及EC-NOS教學模式拓展環(huán)節(jié)中提到的“物質存在形式、制備、鑒定方法、用途或危害”等其他各類元素化合物內容的教學，因此，分析構建適合這些元素化合物內容的科學本質教學模式將是研究者今后需要進一步研究和探索的重要課題。

參考文獻：

[1] AAAS， American Association for the Advancement of Science. Science for all Americans. New York： Oxford University Press， 1990.

[2]魏壯偉.“質量守恒定律”的教學設計[J].化學教學，2008，（3）：37～38.

[3][4][5]魏壯偉. 基于化學史內容的科學本質教學模式初探[J].內蒙古師范大學學報，2009，22（8）：58～60.

[6][7]韓秋萍、魏壯偉.基于化學概念原理的科學本質教學模式初探[J].教學與管理，2011，（7）：151～152.

[8]張開遜.理解科學本質，駕馭現(xiàn)代技術，守望人類家園[J].科技導報，2001，（1）：3～5，51.