化学科学探究【真实化学问题在科学探究教学中的运用】

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。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.