劉 婷 潘 睿

（四川師范大學(xué)化學(xué)與材料科學(xué)學(xué)院 四川 成都 610066）

在化學(xué)演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，一線教師通?；诂F(xiàn)象，創(chuàng)設(shè)出相應(yīng)的教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生觀察、分析變化前后的相似性或差異性，以達(dá)到認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的教學(xué)目的。例如，在初中“飽和溶液”單元教學(xué)中，選用硫酸銅溶液和氯化鈉溶液作為演示實(shí)驗(yàn)情境素材。如果預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，是增進(jìn)學(xué)生對(duì)不同溶液達(dá)到“飽和”狀態(tài)時(shí)，所具有的共性的理解，則創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境可以是在硫酸銅溶液和氯化鈉溶液中分別持續(xù)加入相應(yīng)的溶質(zhì)，最終都出現(xiàn)了溶質(zhì)不能繼續(xù)溶解的現(xiàn)象，以突出其“相似性”；如果預(yù)設(shè)的教學(xué)目標(biāo)，是促進(jìn)學(xué)生對(duì)溶解度差異的理解，則創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境可以是通過分別持續(xù)加入相應(yīng)的溶質(zhì)，比較這兩種溶液達(dá)到飽和狀態(tài)時(shí)，各自加入溶質(zhì)的量的不同，以突出其“差異性”。

然而，還有可能出現(xiàn)的情況是，教師花費(fèi)了很長時(shí)間，讓學(xué)生觀察在不同溶液中持續(xù)加入溶質(zhì)的現(xiàn)象，卻因?yàn)槿芤侯伾珜?duì)學(xué)生有著更為直接、敏銳的視覺刺激，導(dǎo)致其關(guān)注點(diǎn)集中在溶液顏色的深淺變化，并轉(zhuǎn)為對(duì)溶液濃度的思考，偏離了原有教學(xué)目標(biāo)的預(yù)設(shè)。究其原因，作為情景素材的硫酸銅溶液和氯化鈉溶液，在“不飽和”轉(zhuǎn)為“飽和”的過程中，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象既涉及了溶質(zhì)不能繼續(xù)溶解的共性，又涉及了溶液顏色變化的差異。前者是本質(zhì)的且內(nèi)隱，后者是現(xiàn)象的且外顯。由此可以看出，在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如果缺少對(duì)現(xiàn)象背后的本原性問題挖掘，以及對(duì)學(xué)生認(rèn)識(shí)視角的有效引導(dǎo)，則很有可能導(dǎo)致教學(xué)目標(biāo)和個(gè)體學(xué)習(xí)效果的南轅北轍。

近期，鄭長龍教授在分析《2022 年版義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》的基礎(chǔ)上，明確了化學(xué)學(xué)科本原性問題和認(rèn)識(shí)視角顯性化，在促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展中的重要性［1］。與此同時(shí)，部分學(xué)者在不同學(xué)科領(lǐng)域中，也就本原性問題進(jìn)行了相關(guān)研究，并對(duì)其促使學(xué)生獲得學(xué)科本質(zhì)認(rèn)識(shí)的效能，達(dá)成了普遍認(rèn)同，其中，楊玉東用反映學(xué)科本質(zhì)的問題，提高了課堂中教與學(xué)活動(dòng)的有效性［2］；曾德琨提出了以本原性問題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生高級(jí)思維的化學(xué)教學(xué)方法［3］；郭海娟就本原性問題為解決“學(xué)之困”與“教不足”，進(jìn)行了深入分析［4］；周文榮圍繞化學(xué)課堂教學(xué)的本原性問題，確立了實(shí)驗(yàn)探究課題設(shè)定的標(biāo)準(zhǔn)［5］；徐文彬?qū)φn堂教學(xué)中的本原性學(xué)科問題理論價(jià)值，及其實(shí)踐意義進(jìn)行了深入剖析［6-7］。

然而，當(dāng)一線教師面臨著不同的具體教學(xué)場(chǎng)景，比如在演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，如何將促進(jìn)學(xué)科思維的本原性問題，滲透進(jìn)基于現(xiàn)象的、一系列即時(shí)的引導(dǎo)性提問，并予以認(rèn)識(shí)視角的顯性化，成為我們將理論應(yīng)用于實(shí)踐，亟需思考和解決的現(xiàn)實(shí)性問題。

本文圍繞初中“飽和溶液”概念的3 個(gè)本原性問題，從“條件觀”的認(rèn)識(shí)視角出發(fā)，運(yùn)用變異理論的思維圖式，對(duì)基于現(xiàn)象的演示實(shí)驗(yàn)情境素材進(jìn)行了變式設(shè)計(jì)，以期為一線教師遵循新課標(biāo)導(dǎo)向，基于學(xué)生個(gè)體認(rèn)知差異，在揭示現(xiàn)象、理解本質(zhì)、展示化學(xué)之美的演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)中，以本原性問題驅(qū)動(dòng)學(xué)生對(duì)概念的深度理解，建立學(xué)科觀念，提供一定的應(yīng)用啟示和工具參考。

一、變異理論及其思維圖式的啟示

瑞典著名教學(xué)論專家馬飛龍（Ference Marton）認(rèn)為:“我們之所以能夠認(rèn)識(shí)事物的特征，是因?yàn)檫@些事物有些方面相同，而有些方面不同，在本質(zhì)上是差異性和共同性一起作用的結(jié)果”［8］，并于二十世紀(jì)九十年代正式提出了有效認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的變異理論，即從不同的認(rèn)知角度，通過創(chuàng)設(shè)情境中的變與不變，使事物的差異性和共同性，相互形成對(duì)照，依次受到觀察者的關(guān)注和審辨。其中，創(chuàng)設(shè)情境的變與不變，可通過四種思維圖式呈現(xiàn):分離、類合、對(duì)比和融合［9］。以事物A 和B 為例，如圖1 所示，分離是突出A 的特征，將其從A 的屬性中抽離，有利于對(duì)A 的特征進(jìn)行認(rèn)識(shí)；類合是通過改變背景，強(qiáng)調(diào)A和B作為整體所具有的共同屬性；對(duì)比是審辯A與B屬性的不同，形成對(duì)A和B的差異性認(rèn)識(shí)；融合是審辯A與B的相同，認(rèn)識(shí)A和B的相關(guān)性。

圖1 四種思維圖式

不同于簡(jiǎn)單的分類和歸類，變異理論強(qiáng)調(diào)了對(duì)事物的本質(zhì)認(rèn)識(shí)，需要從不同的認(rèn)知角度（事物本身和背景）對(duì)其差異性和共同性，進(jìn)行同時(shí)、同等的審視。這不僅使該理論得以躋身于“科學(xué)的教學(xué)論”范疇，同時(shí)也與前述研究學(xué)者提出的本原性問題和顯性化認(rèn)識(shí)視角，存在著一定的邏輯契合。更為重要的是，該理論中的4種認(rèn)知思維圖式，及其對(duì)“變”與“不變”情境的創(chuàng)設(shè)，為本原性問題和顯性化認(rèn)識(shí)視角在教學(xué)中的具體實(shí)施，提供了認(rèn)知工具參考和方法啟示。

結(jié)合實(shí)驗(yàn)類情境素材通常為現(xiàn)象的呈現(xiàn)，我們認(rèn)為將變異理論運(yùn)用于演示實(shí)驗(yàn)教學(xué)，著重在于圍繞本原性問題，基于某一特定認(rèn)識(shí)視角，對(duì)現(xiàn)象中的差異和共性，進(jìn)行“變”與“不變”（簡(jiǎn)稱:變式設(shè)計(jì)）的系統(tǒng)化設(shè)計(jì)與組織，以突破原有的單一化、離散化呈現(xiàn)方式，以及即時(shí)、隨意性問題的提出。具體可分為以下4個(gè)實(shí)施步驟:（1）教師通過分析概念或事物本質(zhì)，以及學(xué)生可能產(chǎn)生的迷思，厘清本原性問題；（2）梳理概念或事物的特征屬性，及其相關(guān)認(rèn)識(shí)視角；（3）選取適宜的變異思維圖式，將其中某一特征屬性與其他屬性，分別置于“變”和“不變”情境中，并由此形成對(duì)照；（4）在“不變”的情境中，組織正例素材，突出該特征屬性以促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)；在“變”的情境中，運(yùn)用反例素材，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行審辯以促進(jìn)深度理解。

通過厘清問題、辨析迷思、梳理屬性、選取圖式、組織正例和運(yùn)用反例，將概念或事物所具有的不同特征，依次予以突出，并和其他屬性進(jìn)行對(duì)照。在“變”和“不變”的情境創(chuàng)設(shè)中，確保當(dāng)前強(qiáng)調(diào)的概念或事物特征能夠進(jìn)入學(xué)生的核心意識(shí)，成為當(dāng)前認(rèn)識(shí)的對(duì)象和主題，而其他屬性則暫時(shí)處于外圍意識(shí)或背景，以最終達(dá)成審辯概念或事物本質(zhì)的目的。

二、應(yīng)用

以“飽和溶液”概念為例，“在一定溫度下，向一定量溶劑里加入某種溶質(zhì)，當(dāng)溶質(zhì)不能繼續(xù)溶解時(shí)，所得到的溶液叫作這種溶質(zhì)的飽和溶液”。按照上述4個(gè)實(shí)施步驟，首先，明確概念中所蘊(yùn)含的3個(gè)本原性問題:（1）是什么（溶質(zhì)、溶劑）；（2）解決什么（溶解限度）；（3）如何解決（溶液達(dá)到“飽和”的條件）。學(xué)生對(duì)于該概念容易出現(xiàn)的迷思有:（a）關(guān)于溶質(zhì)——向已飽和的溶液中加入其他溶質(zhì)，也不能再溶解；關(guān)于溶劑——有水就能繼續(xù)溶解溶質(zhì)。（b）關(guān)于溶解限度——溶液達(dá)到飽和后，就不能再溶解更多的溶質(zhì)。（c）達(dá)到“飽和”的條件——“不飽和”溶液和“飽和”溶液的轉(zhuǎn)換，只涉及溶質(zhì)的多與少［10-12］。

其次，圍繞“本原性”問題和迷思，梳理出概念所具有的三個(gè)屬性:“一定溫度”“一定量溶劑”以及“（這種）溶質(zhì)”，涉及了化學(xué)學(xué)科中的條件觀——關(guān)于溫度、溶劑的量，以及溶質(zhì)類別的限定。

接下來，依次選定某一特征屬性，選取適宜的變異思維圖式，為當(dāng)次選定的特征屬性及其他屬性，組織正例素材和運(yùn)用反例素材，進(jìn)行“變”與“不變”的情境創(chuàng)設(shè)。

1.選取特征屬性——“一定溫度”

【設(shè)計(jì)意圖】將“一定溫度”作為特征屬性，運(yùn)用分離變異圖式。如表1所示，在正例中，強(qiáng)調(diào)溫度和溶劑的“不變”，通過添加溶質(zhì)，使學(xué)生明確在該溫度下，飽和溶液不能繼續(xù)溶解該溶質(zhì)；在反例中，強(qiáng)調(diào)溫度的“變”，通過反例1（升高溫度）和反例2（降低溫度），分別呈現(xiàn)燒杯中溶質(zhì)繼續(xù)溶解和溶質(zhì)析出的現(xiàn)象，將學(xué)生的注意力集中于溫度的“變”與“不變”，確保學(xué)生當(dāng)前的核心意識(shí)圍繞“一定溫度”的特征屬性進(jìn)行，突出飽和溶液對(duì)溫度的依賴性。

表1 基于“一定溫度屬性的情境素材變式設(shè)計(jì)度”特征

【教師導(dǎo)入】同學(xué)們，燒杯中放置的是NaCl飽和溶液，如果繼續(xù)向燒杯中添加NaCl 固體，大家能預(yù)測(cè)到會(huì)發(fā)生什么情況嗎？

【學(xué)生回答】加入的NaCl固體不能繼續(xù)溶解，因?yàn)槿芤阂呀?jīng)是飽和狀態(tài)。

【演示實(shí)驗(yàn)正例1】確實(shí)如同學(xué)的預(yù)測(cè)，在繼續(xù)加入NaCl 固體后，我們觀察到燒杯底部出現(xiàn)了沉淀，NaCl固體不能繼續(xù)溶解。此時(shí)，我們將燒杯轉(zhuǎn)移至酒精燈上，稍稍加熱，大家注意觀察，發(fā)生了什么變化？

【演示實(shí)驗(yàn)反例1】將裝有NaCl 飽和溶液的燒杯進(jìn)行加熱。

【學(xué)生觀察】燒杯底部的NaCl固體沉淀消失了，說明升高溫度后，溶質(zhì)繼續(xù)被溶解了。

【教師提點(diǎn)】當(dāng)我們維持“溫度”不變時(shí)，飽和溶液確實(shí)不能再繼續(xù)溶解其中的溶質(zhì)。但當(dāng)我們升高溫度的，該溶液又能夠?qū)θ苜|(zhì)繼續(xù)進(jìn)行溶解。這說明飽和溶液，是“一定溫度”條件下的飽和溶液。如果對(duì)具體的溫度不加以明確，則不能對(duì)飽和溶液進(jìn)行準(zhǔn)確判定。

【引導(dǎo)性思考】剛才我們?cè)诓惶砑尤軇┑那闆r下，采用升高溫度，使原本飽和的溶液轉(zhuǎn)為不飽和狀態(tài)。接下來，如果不再添加溶質(zhì)，我們還能采用什么方法，使當(dāng)前的NaCl 不飽和溶液，再次回到原有的飽和狀態(tài)呢？請(qǐng)同學(xué)們觀察以下實(shí)驗(yàn)，回答并解釋該現(xiàn)象的原因。

【演示實(shí)驗(yàn)反例2】將裝有NaCl不飽和溶液（臨近飽和狀態(tài)）的燒杯，冰浴降溫一段時(shí)間。

【學(xué)生回答】燒杯底部出現(xiàn)了少量沉淀，應(yīng)該是溶液溫度降低，使得原本溶解的溶質(zhì)慢慢析出了。

【教師小結(jié)】看來溶液的“飽和”和“不飽和”狀態(tài)，是可以通過溫度來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換的，而并非一定是要通過改變?nèi)苜|(zhì)的量來進(jìn)行。換句話說，“一定溫度”是界定飽和溶液的一個(gè)重要條件。離開明確的溫度條件，闡述溶液的“飽和”與否，是沒有意義的，也是不準(zhǔn)確的。

2.關(guān)鍵屬性——“一定量溶劑”

【設(shè)計(jì)意圖】將“一定量溶劑”作為特征屬性，運(yùn)用“分離”變異圖式。如表2所示，在正例中，強(qiáng)調(diào)溶劑和溫度“不變”，通過添加NaCl 溶質(zhì)，明確飽和溶液不能繼續(xù)溶解該溶質(zhì)；在反例中，強(qiáng)調(diào)溶劑的“變”，通過反例1（添加溶劑）和反例2（溶劑揮發(fā)），分別呈現(xiàn)燒杯底部溶質(zhì)溶解與析出的現(xiàn)象，將學(xué)生的注意力集中于溶劑及其量的變化，確保學(xué)生當(dāng)前的核心意識(shí)圍繞“一定溶劑”的特征屬性進(jìn)行。以突出飽和溶液對(duì)溶劑的量的依賴性。

表2 基于“一定量溶劑”特征屬性的情境素材變式設(shè)計(jì)

【教師導(dǎo)入】同學(xué)們，通過上一環(huán)節(jié)及演示實(shí)驗(yàn)正例1，我們已經(jīng)認(rèn)識(shí)到在界定“飽和溶液”概念時(shí)，需要明確溫度的條件。另外，我們可以通過升高溫度，使當(dāng)前溶液的狀態(tài)，由“飽和”轉(zhuǎn)為“不飽和”。如果我們保持溫度不變，基于生活經(jīng)驗(yàn)，要使燒杯底部的NaCl固體沉淀得以繼續(xù)溶解，最簡(jiǎn)單的方法是什么呢？

【學(xué)生回答】如果不限定溶劑的話，最簡(jiǎn)單的辦法是加入更多的蒸餾水，這樣就可以繼續(xù)溶解NaCl固體了。

【演示實(shí)驗(yàn)反例1】通過實(shí)驗(yàn)的演示，我們驗(yàn)證了生活經(jīng)驗(yàn)的正確性，在既定溫度條件下，增加溶劑可以溶解更多的溶質(zhì)。這說明通過增加溶劑的方法，同樣可以使溶液由“飽和”狀態(tài)轉(zhuǎn)為“不飽和”狀態(tài)。

【教師引導(dǎo)】接下來，如果我們實(shí)施逆向操作，使此時(shí)燒杯中的不飽和NaCl 溶液，溶劑的量逐漸減少，比如長期放置或者通過抽取部分真空的方式，促使蒸餾水不斷揮發(fā)，最終我們能看到什么現(xiàn)象呢？

【演示實(shí)驗(yàn)反例2】將放置有不飽和NaCl溶液的燒杯，置于密閉玻璃器皿中并抽取部分真空，使溶劑部分揮發(fā)，或展示已經(jīng)提前放置較長時(shí)間的NaCl溶液。

【學(xué)生回答】可以看到燒杯底部有少量溶質(zhì)的析出。

【教師小結(jié)】由此看來，在溫度不變的情況下，我們同樣可以通過改變?nèi)軇┑牧康姆绞剑谷芤籂顟B(tài)發(fā)生變化。若增加溶劑，可使溶液由原本“飽和”狀態(tài)轉(zhuǎn)為“不飽和”狀態(tài)；反之，則可通過減少溶劑的方式加以實(shí)現(xiàn)，而并不一定通過溶質(zhì)的量的改變。

3.關(guān)鍵屬性——“（這種）溶質(zhì)”

【設(shè)計(jì)意圖】將“（這種）溶質(zhì)”作為特征屬性，運(yùn)用“對(duì)比”變異圖式，分別對(duì)這種溶質(zhì)在“量”和“類別”方面進(jìn)行情境創(chuàng)設(shè)。如表3所示，在正例中，強(qiáng)調(diào)溶質(zhì)的類別“不變”，通過改變?nèi)苜|(zhì)的量（添加這種溶質(zhì)），明確該種溶質(zhì)不能繼續(xù)溶解在其飽和溶液里；在反例中，強(qiáng)調(diào)溶質(zhì)的量“不變”，改變?nèi)苜|(zhì)的不同類別，在反例1（添加KCl固體）和反例2（添加蔗糖），呈現(xiàn)這兩種物質(zhì)均能溶解在NaCl飽和溶液中的現(xiàn)象，將學(xué)生的注意力集中于不同溶質(zhì)的類別差異，確保學(xué)生當(dāng)前的核心意識(shí)圍繞“（這種）溶質(zhì)”的特征屬性進(jìn)行，認(rèn)識(shí)到“飽和溶液”只是針對(duì)某一種溶質(zhì)飽和的特性。

表3 基于“（這種）溶質(zhì)”特征屬性的情境素材變式設(shè)計(jì)

【教師銜接】同學(xué)們，通過前兩個(gè)環(huán)節(jié)，我們已經(jīng)明確了在一定溫度和一定溶劑的前提下，飽和NaCl溶液都不能繼續(xù)溶解NaCl 固體，但如果我們加入的是KCl固體或蔗糖，它們還能溶解嗎？

【演示實(shí)驗(yàn)正例1、反例1 和2】室溫下，準(zhǔn)備三份相同的飽和NaCl溶液，分別標(biāo)號(hào)①、②和③，依次分別添加等量的NaCl固體、KCl固體和蔗糖。

【學(xué)生回答】標(biāo)號(hào)①的燒杯中出現(xiàn)沉淀，而標(biāo)號(hào)②和③的燒杯中，沒有沉淀。說明加入的KCl固體和蔗糖，都溶解在了飽和NaCl溶液中。

【教師總結(jié)】對(duì)比三組不同現(xiàn)象，我們能夠得出，在保持一定溫度和定量溶劑的條件下，飽和溶液的“飽和”只是針對(duì)自身含有的這種溶質(zhì)，但依然可以溶解其他不同類別的物質(zhì)。

【引導(dǎo)性思考】如果我們?cè)跓诤廷壑?，分別繼續(xù)添加KCl固體和蔗糖，最終會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？請(qǐng)同學(xué)們思考后，動(dòng)手嘗試來驗(yàn)證自己的猜想是否正確，并在學(xué)習(xí)筆記中進(jìn)行解釋。

三、結(jié)論

新課標(biāo)的導(dǎo)向，是一線教師在教學(xué)實(shí)踐中的風(fēng)向標(biāo)，但如何設(shè)定航線，使教學(xué)行為能夠沿著正確的方向前行，并最終達(dá)成既定目標(biāo)，并不是一件容易的事情。這不僅需要適宜的教學(xué)理論指導(dǎo)，同時(shí)也需要切實(shí)可行的認(rèn)知工具來加以輔助。

變異理論的創(chuàng)設(shè)起點(diǎn)，源于學(xué)習(xí)者的認(rèn)知規(guī)律，強(qiáng)調(diào)對(duì)事物本質(zhì)的聚焦，這與認(rèn)識(shí)本原性問題的目的相一致。同時(shí)，該理論把對(duì)事物的認(rèn)識(shí)，視為一種不孤立看待多重屬性的審辯過程，凸顯出了認(rèn)識(shí)視角的重要性。這不僅拓展了有關(guān)學(xué)生核心素養(yǎng)有效生成的理論深度與實(shí)踐廣度，其蘊(yùn)含的4種思維圖式在“變”與“不變”情境創(chuàng)設(shè)中的運(yùn)用，也為實(shí)踐教學(xué)中融入本原性問題的情境創(chuàng)設(shè)，提供了認(rèn)知工具和實(shí)施方法的參考。