发展科学思维 促进核心概念的建构

刘秋芳 黄丹青 叶燕珠

（1.大田县第六中学，福建 大田 366100；2.福建省普通教育教学研究室，福建 福州 350001；3.福建教育学院化学教育研究所，福建 福州 350025）

自然科学教育的核心目标是科学思维的培养，高中物理、高中生物、初中科学、初中物理、初中化学等课程标准的学科核心素养都包涵科学思维。科学思维是在科学学习中基于事实与逻辑的思考中，对不同信息、观点和结论进行质疑与批判，提出创造性见解的能力。［1］能否娴熟地将科学思维应用于学习中，关系到学生学习效率、学习能力和适应未来生存和发展所必需的科学素养。化学是以实验为基础，通过理性的逻辑进行推理，以“宏微符”进行表征的学科，蕴含着丰富的、有助于发展科学思维的素材，科学思维是内容与过程的统一，［2］其中化学概念是科学思维的主要内容，是思维的细胞与基础。课堂教学中教师通过设置多样化的科学探究活动，利用问题引领学生运用科学方法自主建构化学概念，体验概念的形成过程，发展学生科学思维，落实学科素养的培养。

核心概念是位于学科中心的概念性知识，包括对重要概念、原理、理论等的基本理解和解释，这些内容能够展现当代学科图景，是学科结构的主干部分。［3］启蒙阶段的核心概念教学对学生今后的化学学习起着至关重要的作用，但往往学习效果并不理想，具体原因如下：一是核心概念是对化学科学研究过程中形成的一系列知识的高度凝练与概括，本身比较抽象、难理解；二是学生带着“前理解”（即前概念）进入化学新授课学习，而其“前概念”可能是模糊甚至错误的，对抽象化学概念的认知障碍势必导致其对后续学习活动产生畏惧心理和畏难情绪；三是化学教师对核心概念的内涵、外延的界定与教学理解十分有限，或囫囵吞枣，或轻描淡写，让学生对概念进行简单记忆、背诵和重现，导致概念教学走过场，无法形成系统化、结构化知识。

一、化学核心概念建构的整体构想

运用科学思维建构化学核心概念是义务教育阶段化学教学的重要内容。要让初中学生理解并掌握化学核心概念，首先教师要明确概念教学的原理和有效策略，设计有针对性的教学任务，消除学生“前概念”的消极影响，帮助学生将模糊（或错误）的“前理解”转化为“科学概念”；其次教师要深入了解核心概念的来源，关注学情和学生的迷思概念，通过学生自主建构可视化思维模型降低概念的认知负荷；最后教师要理清化学核心概念建构的基本思路：提供先于学习任务本身呈现的引导性材料，促进学习迁移；利用问题探究、方法导引，引导学生归纳、演绎、推理，逐步建构化学核心概念。例如，溶解度概念建构的整体构想如图1 所示：

图1 溶解度概念建构的整体构想

二、基于科学思维的核心概念建构实践

溶解度概念是人教版九年级化学下册第九单元《溶液》教学内容中的核心概念，它在单元学习中起着承上启下的作用，因此学生能否有效建构溶解度的概念并进行应用，对整个大单元的学习至关重要。

（一）产生认知冲突，进行逻辑推理

［科学探究一］

1.每组4 支试管（如图2），思考：它们是溶液吗？它们是饱和溶液吗？

图2 学生分组实验

2.加热这4 支试管，观察现象。试着提出你想探究的问题，做出猜想，并设计实验证明。

（二）基于生活迁移，进行联想重构

［科学探究二］

1.设计实验比较不同固体物质的溶解能力。

2.设计实验比较温度对KNO3 在水中溶解能力的影响。

［教师引导］如何应用控制单一变量法？怎么证明你的跳远能力比他人强？怎么类比迁移到固体物质溶解性的比较？

［学生分析］学生基于生活经验类比迁移（见表1）

表1 基于生活经验类比化学知识

［学生设计实验］见图3

死不认账，是吧？你知道这张照片是谁给我的吗？是王鲶鱼。他已经把我给甩了，是老梅毁了我的幸福。王鲶鱼还知道你是老梅的鸭子。老梅每个月给你两千块钱，对不对？

图3 比较溶解能力的实验设计图

［设计意图］通过剖析学生“前概念”的迷思点进行科学探究教学，创设一个具有挑战性的学习情境，学生根据生活经验，设计实验，找到证据，发表观点和想法，而后分组展开讨论，促进学生科学思维的发展［4］。本环节建立了溶解度概念的初步模型，明确比较溶解能力需要考虑的实验要素。

（三）模型建构，进行质疑创造

［科学探究三］

1.如何表征固体物质溶解度的概念？

2.以“20℃时，氯化钠的溶解度为36 克”为例，溶解度概念的变式表征有哪些？

3.如何用溶解度区分溶解性？如何用数轴表示？

［教学流程］图4。

图4 溶解度的概念建构流程图

［学生展示］图5。

图5 溶解度区分溶解性的数轴图

［设计意图］概念的延伸，概念模型的建立，应抓住模型要素，但溶解度的要素较多，为了便于学生的理解，让学生对概念进行变式重组，在变中识别概念的关键性特征，在辨识过程中深刻理解概念的本质。通过语言表达、质疑辨析，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据，形成严谨性的科学思维。

（四）数据分析，进行理性思考

［科学探究四］

1.固体溶解度随温度变化的表示方法有几种？说说它们的优缺点。

2.绘制NaCl、KCl、NH4Cl、KNO3的溶解度曲线，并查出上述几种物质在25℃和85℃时的溶解度。

3.从你绘制的溶解度曲线中，你还能得到哪些信息？（提示：可从点、点的移动上观察）

［学生展示］

生1：列表法的数据较准确，但无法读出任何温度下的溶解度，变化趋势不够直观；作图法变化趋势直观，可以读出任何温度下的溶解度，但读取的数据不够准确。

生2：纵坐标取值范围会影响溶解度曲线的坡度，会影响读取25℃和85℃时的溶解度数值。（意识到横纵坐标表示的量会影响曲线）

生3：观察曲线上的点是否为交点；在曲线上的任意一点代表溶液处于饱和状态，曲线上方的点说明还有固体未溶解，曲线下方的点说明溶液处于不饱和状态。（认识四点的涵义）

生4：以硝酸钾的溶解度曲线为例，曲线下方的点向上移动至曲线上，需要加适量硝酸钾固体；曲线上方的点向右移动至曲线上，需要升高一定温度使固体溶质恰好完全溶解。（用图像解释饱和溶液与不饱和溶液的转化，初步学会定性向定量的转化。）

［设计意图］理性思维是一种在明确方向的指导下，依托完善的思维证据，对事物或者问题进行观测、对比、剖析、综合、概括的思维方式。［5］教师精心设计问题，由浅入深，学生对不同个体数据处理的结果进行理性分析，辩证地看待问题；感受曲线的形成过程，对点线面的意义建构有更深刻的理解，应用数形结合的思想解决化学问题，提升学生的数形转换应用思维。

（五）问题解决，进行价值引领

［科学探究五］

1.用所学知识解释科学探究一中的实验现象。

2.解释生活中的现象：青海湖区附近的人们习惯“夏天晒盐，冬天捞碱”的原因。

［设计意图］随着概念建构的过程中，疑问与谜团逐步解开，学生豁然开朗的同时，概念迷思之处迎刃而解，在此基础上解决生活中的现象，感受化学就在身边，消除学生对化学概念的畏惧心理；并明确化学学习的意义与价值，逐步形成化学学习的内驱力。

三、教学反思

（一）思维先行，分析解决真实的复杂问题

课堂上教师精心设计分组实验，根据观察到的实验现象与学生的生活经验和已有知识产生认知冲突，引起学生极大的探究兴趣与学习热情。教师创设真实复杂的问题情境，才能唤醒学生的创新意识，培养学生的问题解决能力。在生活经验和学科逻辑交叉融合中，学生的知识不断累积，能力逐步发展，素养逐渐提升，最终实现知识→能力→素养的进阶。

（二）保障跟进，创设科学探究的教学氛围

创设小组合作学习是科学探究有效性的保障，教师根据学生的学习特点、学习能力程度、个性差异等进行分组；课堂教学中，以学生为主体，关注学生的小组学习动态及个别学生的成长，鼓励互助学习，这是非常高效的输出式学习。语言是思维的载体，输出式学习能外显学生思维，达到有效提取信息，明确表达思维路径的目的。如在建构溶解度概念模型时，学生在组内进行表征训练，更易抓住概念模型的要素，学生间相互纠错，在轻松愉悦的氛围里训练思维的缜密性。在小组汇报环节中，鼓励学生用不同形式来表达与交流，如画实验装置图、概念变式图、数轴、图像等，课堂上再根据学生对知识与方法的掌握情况进行点评与讲解。在生生交流与师生交流中逐渐完善学生的概念认知。当下一些学生对画图表的作业与设计更有兴趣，教师再对学生画得有创意的、概括全面的图表进行展示、解析，并加以表扬，会让学生产生更大的学习热情。

（三）合理布局，发展螺旋上升的科学思维

在课堂教学中教师根据实验事实对比、归纳，根据差异法让学生提出问题，培养抽象思维；以解决问题为目的，根据模型法让学生对异常现象的质疑、做出预测，设计实验进行论证，培养批判性思维；基于模型变式，通过分析、逆向探求，培养反思性思维；根据实验数据进行表征以及数形的动态分析，培养理性思维；明确知识与方法的价值，追求本原，感受科学思维的魅力。在实证、逻辑、定量的学习中发展科学思维，促进核心概念的建构，是“双减”背景下课堂教学质量提高的有力保证。