周建秋 翁慶雙

(1.瑞安市塘下鎮(zhèn)羅鳳中學，浙江 瑞安 325204；2.瑞安市教育發(fā)展研究院，浙江 瑞安 325200)

質(zhì)疑創(chuàng)新是科學思維中的重要內(nèi)容之一，是掌握化學概念與規(guī)律、實踐科學探究、解決實際問題的關(guān)鍵。培養(yǎng)學生的質(zhì)疑創(chuàng)新是化學教學的重要內(nèi)容，是落實核心素養(yǎng)的具體體現(xiàn)。筆者以學習進階理論為指導(dǎo)，以教學實踐為基礎(chǔ)，結(jié)合質(zhì)疑創(chuàng)新能力的內(nèi)涵，就學生“質(zhì)疑創(chuàng)新”能力的培養(yǎng)進行了實踐探索。

一、關(guān)于質(zhì)疑創(chuàng)新能力“學習進階”的認識

1.“學習進階”理論的內(nèi)涵

“學習進階”最早是由美國教育學家史密斯(Smith)和凱特莉(Catley)等專家提出的，并把它界定為學生學習核心概念時所經(jīng)歷的一系列復(fù)雜的、連貫的思維過程。[1]“學習進階”的組成要素有5個：進階的終點即學習目標；進階的維度，即達到學習目標的不同方面；進階的層級即達到學習目標時所表現(xiàn)的不同層次；學生處于不同層次水平的學習表現(xiàn)；不同層次的測評工具。[2]“學習進階”的理論基礎(chǔ)有皮亞杰的認知發(fā)展理論和維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論。[3]皮亞杰的認知發(fā)展理論認為學生學習要經(jīng)歷四個認知發(fā)展水平，即感知運動階段、前運算階段、具體運算階段、形式運算階段，這是一個從簡單到復(fù)雜的發(fā)展過程。維果斯基的最近發(fā)展區(qū)理論認為，教學要走在學生前面，教學設(shè)計的問題要落在學生最近發(fā)展的水平，不能滯后也不能超越。否則，達不到最佳的效果?！皩W習進階”理論為教師判斷學生的認知水平提供了一種清晰精準的測評方法，為教師評判學生的認知水平提供了一種思路，為教師培養(yǎng)學生的能力提供了一種精細有序的路徑。

2.學生質(zhì)疑創(chuàng)新能力“學習進階”的理論架構(gòu)

質(zhì)疑即是提出疑問，它要求學習者不迷信于書本、不拘泥于權(quán)威、不輕信教師的結(jié)論，而是善于思考，發(fā)現(xiàn)問題，并不斷探索、求證，直至得到正確的結(jié)果。朱熹說過，學貴在疑，小疑則小進，大疑則大進。質(zhì)疑是學生學習的動力，能激發(fā)學生學習的興趣，是學生完善知識結(jié)構(gòu)的源泉，是學生進行創(chuàng)造性解決問題的基礎(chǔ)。創(chuàng)新是提出新見解、新看法、新方法，創(chuàng)新包括猜想、分析、設(shè)計、改進、發(fā)現(xiàn)等基本要素。質(zhì)疑行為過程中也即包括創(chuàng)新的思維，創(chuàng)新的行為也即是對質(zhì)疑的問題解決。[4]質(zhì)疑與創(chuàng)新是相互作用、相輔相成的統(tǒng)一過程。質(zhì)疑創(chuàng)新能力是指基于事實證據(jù)與推理對觀點、結(jié)論重新審視、檢驗、批判、修正，進而提出獨到的方法的心智技能。對于學生來說，質(zhì)疑的思維行為可以劃分為5種情況，學生對認知沖突學習情境的質(zhì)疑；學生對已有結(jié)論提出的疑問，從不同方式分析問題，得到結(jié)果；學生對真實情境下的現(xiàn)象提出疑問，并嘗試運用新穎方法解決，得到結(jié)果。這是高階思維的深度學習，教師要鼓勵學生高層次地質(zhì)疑與創(chuàng)新。在化學教學中，教師就是引導(dǎo)學生經(jīng)歷猜想、發(fā)現(xiàn)、設(shè)計、改進等思維過程，不拘泥于書本上的結(jié)論和教材中的標準答案，用批判的眼光看待問題，有意識地培養(yǎng)學生質(zhì)疑創(chuàng)新能力。布盧姆把認知教學目標分為識記、理解、應(yīng)用、分析、綜合和評價六個層次，由低到高形成學生認知發(fā)展學習進階。[5]根據(jù)布盧姆對認知目標的層次性，按照質(zhì)疑創(chuàng)新行為的思維要求等級層次，我們可以把質(zhì)疑創(chuàng)新劃分為5個等級水平，構(gòu)建化學質(zhì)疑創(chuàng)新能力“學習進階”結(jié)構(gòu)模式(如圖1所示)，即學生知道質(zhì)疑和創(chuàng)新的重要性→學生具有質(zhì)疑和創(chuàng)新的意識→學生能從不同角度思考化學問題→學生能采用不同方式分析解決化學問題→學生能解決真實復(fù)雜生活問題。[6]

二、學生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)路徑

1.利用科學史資源，讓學生知道質(zhì)疑創(chuàng)新的重要性

科學史體現(xiàn)了科學知識的形成以及發(fā)展脈絡(luò)，可以使原來冰冷又抽象的概念和定理變得鮮活生動起來。翻閱科學發(fā)展歷史，化學上的重大發(fā)現(xiàn)都是由高層次的質(zhì)疑創(chuàng)新引發(fā)的。例如，在原子的模型建立過程中，道爾頓認為原子的結(jié)構(gòu)是實心球模型。在當時，這個模型很大地簡化了我們的認識，在研究分子的時候帶來了很大的便利。但是，湯姆生通過觀察陰極射線的實驗現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)了電子。所以，實心球的模型已經(jīng)無法解釋電子的出現(xiàn)了。湯姆生通過質(zhì)疑和創(chuàng)造，自己建立了一個西瓜模型。因為湯姆生的模型在當時有效地解釋了原子排布的一些規(guī)律，因此在當時廣為流傳。后來，盧瑟福用α粒子轟擊金箔時，發(fā)現(xiàn)湯姆生的西瓜模型不能解釋α粒子實驗現(xiàn)象，因此盧瑟福通過質(zhì)疑和推理創(chuàng)造性地提出了新的原子結(jié)構(gòu)模型——行星模型?？茖W探究依然在繼續(xù)，科學家發(fā)現(xiàn)盧瑟福的模型中電子繞核運動是要有能量損耗的，最后導(dǎo)致的結(jié)果是電子撞擊原子核，經(jīng)計算原子的壽命不超過10-8秒，而這顯然與事實不符合。又過了兩年，丹麥科學家玻爾解決了這個難題。玻爾大膽地進行假設(shè)，電子只能在原子內(nèi)的一些特定軌道上運動，于是又一次修正了原子的結(jié)構(gòu)模型，提出了分層軌道模型。隨著儀器的發(fā)展，原子結(jié)構(gòu)不斷被更新。海森堡通過實驗發(fā)現(xiàn)，電子的軌跡圖很像星云圖，于是又有了現(xiàn)代原子結(jié)構(gòu)的模型——電子云模型。透過原子模型建立的發(fā)展歷史，我們知道科學的發(fā)展是不斷質(zhì)疑與創(chuàng)新的過程，是相對真理逐步無限地逼近絕對真理的過程。

2.基于日常教學，樹立學生具有質(zhì)疑創(chuàng)新的意識

(1)創(chuàng)設(shè)認知沖突情境，激發(fā)學生獲取新知的熱情。生活中處處體現(xiàn)出科學的原理，在初中科學的教學中，教師要創(chuàng)設(shè)科學原理與生活實際相聯(lián)系的情境，讓學生學會用科學知識解釋簡單的生活問題，培養(yǎng)學生對新知識學習的質(zhì)疑意識，引導(dǎo)學生從生活世界走向科學世界。在學習質(zhì)量守恒定律時，學生已學習了“物理性質(zhì)和化學性質(zhì)”的教學內(nèi)容，能夠區(qū)分物理變化和化學變化。在已有經(jīng)驗基礎(chǔ)上，筆者展示蠟燭燃燒和鐵生銹圖片。學生容易判斷出這兩個變化是化學變化，同時引導(dǎo)學生發(fā)現(xiàn)“蠟燭燃燒”質(zhì)量越來越少，最后幾乎為零；而鐵生銹后，質(zhì)量又會變大，繼而再引導(dǎo)學生思考，在化學反應(yīng)前后，物質(zhì)質(zhì)量是否變化？雖然這兩個情景學生很熟悉，但是大部分學生從未思考過反應(yīng)過程中物質(zhì)質(zhì)量的變化。當遇到這個問題時，憑經(jīng)驗和直覺大部分學生認為化學反應(yīng)過程中質(zhì)量應(yīng)該是守恒的。不過，當對立的例子呈現(xiàn)在學生面前時，又無法解釋清楚，從而有效地引發(fā)學生的認知沖突，學生內(nèi)心產(chǎn)生了化學反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量“守恒”與“不守恒”的疑惑。當學生的認知心理上處于失調(diào)狀態(tài)，便會形成強烈的求知欲和濃厚的探究興趣，雖未構(gòu)建“質(zhì)量守恒”模型，但已深度感知到學習的意義。

圖2 過氧化氫溶液制取氧氣實驗裝置

三、對已有結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，從不同角度思考科學問題

測定空氣中氧氣含量的實驗裝置還存在著一定局限性。因此，教師可以引導(dǎo)學生提出有依據(jù)的質(zhì)疑，不斷地改進與完善，采用不同方式分析改進實驗裝置。把燒杯改成量筒，通過量筒中水的減少，計算出氧氣的體積含量。為了減少點燃白磷燃燒的氧氣，可以改成電熱棒點燃白磷。為了能動態(tài)地顯示氣體壓強變化的過程，直觀地揭示容器中的水進入廣口瓶中的原因，可以利用氣體壓強傳感器，測量空氣中氧氣含量的不同裝置改進如表1所示。

表1 測量空氣中氧氣含量的不同裝置

續(xù)表1

四、對已有結(jié)論提出有依據(jù)的質(zhì)疑，采用不同方式分析解決科學問題

圖8 氫氧化銅與不同濃度的氫氧化鈉溶液反應(yīng)現(xiàn)象

五、在真實情境中讓學生創(chuàng)造性解決問題，得出結(jié)論

在課堂中，教師要創(chuàng)設(shè)真實問題情境，引導(dǎo)學生進行科學探究，用新穎的方法研究生活中的問題，得出結(jié)論，助推學生創(chuàng)新能力的提高。學生只有在掌握科學知識以后，在新情境中運用科學方法，創(chuàng)造性地解決生活問題，才能真正地成為一個具有化學素養(yǎng)的人。

例如，在學習了“物質(zhì)粒子的大小與質(zhì)量”內(nèi)容以后，有的學生對課本上原子、分子的半徑在10-10米數(shù)量級產(chǎn)生疑問，原子、分子的半徑這么小，科學家是怎樣測量出來的呢？我們能否測量呢？為了答疑解惑，提高學生學習的積極性，培養(yǎng)學生質(zhì)疑創(chuàng)新能力，教師可以引導(dǎo)學生以測量油酸分子的直徑為例開展項目化學習，研究分子直徑數(shù)量級的測定方法，體驗創(chuàng)造性解決問題、得出結(jié)論的過程。教師先讓學生積極思考，討論明確實驗方法。利用溶液的稀釋原理可以計算出一定量純油酸的體積，再利用累計法計算出一滴純油酸的體積。假設(shè)油酸溶液濃度非常小，在水中形成一層薄膜，如圖9所示，只要測定一滴純油酸的體積，和形成薄膜的面積，油酸分子的直徑就等于其體積除以面積。實驗步驟如下：(1)利用有機物相互溶解原理，取1毫升純油酸，滴入500毫升的酒精溶液中，配置成油酸的稀溶液。(2)用膠頭滴管吸取一定已稀釋的油酸溶液，逐滴滴入量筒中，記錄體積為1毫升油酸稀溶液的滴數(shù)。(3)取一個邊長為30×40厘米的水槽，倒入適量的水，然后在水槽中均勻地撒一些印刷碳粉，用膠頭滴管滴一滴油酸的稀溶液，油酸分子會立刻散開，形成了一層薄膜。(4)等待油酸薄膜形狀穩(wěn)定以后，用透明的玻璃板蓋在水槽上面，描出油酸薄膜的大致形狀。把描好的輪廓放在坐標紙上，數(shù)出坐標紙上正方形的個數(shù)，不足半格的舍去，超過半格計算為一格。根據(jù)油酸所占坐標紙的正方形個數(shù)乘以每一正方形的面積，就可以算出油酸薄膜的總面積。(5)根據(jù)事先配制的油酸溶液，計算出一滴純油酸的體積，再根據(jù)一滴純油酸的體積除以油酸薄膜的面積，就是油酸分子的直徑。這個實驗由于油酸、酒精取材方便、研究目的明確、結(jié)果未知、原理簡單、方法新穎、操作簡單、具有挑戰(zhàn)性與創(chuàng)造性，學們積極性很高。通過估測油酸分子的直徑實驗，學生真真切切地體驗到如何用宏觀的實驗來認識與研究微觀分子直徑的方法；懂得了根據(jù)溶液的濃度計算少量溶液的體積，真正地明白累計方法在科學實驗中應(yīng)用。學生學到的內(nèi)容不是教師灌輸?shù)臅局R，而是學生身同感受、真實體驗到的真知灼見。

圖9 油酸分子分布示意圖

總之，質(zhì)疑創(chuàng)新能力學習進階是針對大多數(shù)學生來說的，由于學生知識背景、生活經(jīng)驗、認知方式等不同，不同的學生質(zhì)疑創(chuàng)新能力的培養(yǎng)路徑可能有所不同，并不是唯一不變的。教師應(yīng)立足于學生的實際情況，精心設(shè)計好有針對性的問題，提供學生一個質(zhì)疑與創(chuàng)新的機會，凸顯學生問題解決的思維過程，才能有計劃、有步驟、有序列地培養(yǎng)學生的質(zhì)疑創(chuàng)新能力，發(fā)展學生的化學核心素養(yǎng)。