真实化学问题在科学探究教学中的运用

　　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。

　　表中只列出部分猜测和辩护，有的猜测没有在表中出现。如，猜测4：碳酸钠溶液中含有硫酸根离子，同时稀硝酸中含有少量钡离子；猜测5：稀硝酸中含有硫酸，同时，硝酸银溶液中含有钡离子；猜测6：试管没有冲洗干净，残留有氯化物；猜测7：使用的水中含有氯离子；猜测8：碳酸钠和硝酸银反应后，滴加的稀硝酸的量不够。“我的辩护”包含结论和支持结论的证据，除了实验证据外，还有另外的证据（装碳酸钠固体瓶子上的标签注明含有氯化物），但是没有列出理论（化学理论知识，如氯化银和硫酸钡不溶于稀硝酸）证据。

　　2.交流与评价 确定最终的结论

　　每个组初步得出结论后，不同小组针对提出的主张和结论进行讨论，然后是师生之间的总结性对话。

　　有些猜测通过实验直接证实或否定，有实验现象作为可靠的证据，这一类猜测不会有大的争议，不必作过多的讨论。另外一些猜测，如果不利用实验，或者无法通过实验进行验证，就要通过讨论做出决定，如猜测4、5、6、7、8。表3是讨论的部分内容。评价交流后，修改、补充表2“探究记录表”。

　　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。

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