詹卫红

【摘 要】本文论述利用学科思想培养学生科学探究能力的策略，提出要渗透顺向探究思想以培养学生基本探究技能，渗透对比思想、控制变量思想以培养科学探究的基本方法，渗透定性、定量思想以培养学生分析问题能力，渗透化隐为显思想以培养学生解决实际问题的能力，渗透类比推理思想以培养学生科学探究思维能力，以期全面提高中学化学教学的有效性。

【关键词】化学 学科思想 科学探究 学科素养

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）05B-0048-04

新的课程改革带来教与学的根本转变，核心素养的提出与实践，必将引导教师注重学科思想的渗透和科学探究能力的培养。学科知识、学科能力、学科思想构成了学科体系。教育家裴斯泰洛齐说：“教学的主要任务不是积累知识，而是发展思维。”在探究性课堂教学中通过教师对文本的理解，将化学最精髓的、最本质的思想渗透于教学设计和教学实践中，让学生通过课堂活动来感悟，形成知识结构网络和学科思维网络。这对提高学生学科素养、培养综合解决问题的能力、培养核心素养有重要意义。

一、培养科学探究能力需要学科思想的指导

（一）学科思想。学科思想是指由学科专家总结提出的对学科的学习和发展最具影响力的规律、思想和见解。学科思想是一个学科的灵魂。

（二）化学学科思想。化学学科思想是人们解决实际问题中运用到的化学方法和规律，是人们理解化学本质、特征的一种策略。化学思想对理解化学知识、掌握化学方法、解决化学问题起到举足轻重的作用。

（三）科学探究。科学探究是一种基于理论指导的探究，《义务教育化学课程标准（2011）》提出科学探究的八大要素：①提出问题;②猜想与假设;③制定计划;④进行实验;⑤收集证据;⑥解释与结论;⑦反思与评价;⑧表达与交流。

（四）培养科学探究能力需要学科思想的指导。苏霍姆林斯基曾说过：“思想好比火星，一颗火星会点燃另一颗火星。”作为教学的精髓，化学思想对学生的知识储备和能力培养非常重要，对学生以后的学习、生活和工作也发挥着作用。

科学探究能力的培养离不开化学思想的指导。在中学进行探究性教学，以课本内容为载体，挖掘相关的思想方法，进行化学思想的渗透，能让学生用化学的眼光学习化学，激发学生兴趣;让学生有依据地解决探究中出现的问题，把握化学学习、探究的关键;同時，培养学生科学思维，提高探究能力;为知识体系和方法体系的构建创设条件，为学生理解和掌握化学的本质提供优化的途径。因此化学思想的渗透使学生具备科学探究能力、创新能力和终身学习的能力，这是教学的需要，也是新课改的要求。

在化学的科学探究过程用到的思想有：顺向探究思想、对比思想、控制变量思想、定性定量思想、化隐为显思想、宏微结合思想等。

二、渗透学科思想，培养科学探究能力是新课程改革的要求

新课标所倡导的主要学习方式是自主、合作、探究。《义务教育化学课程标准（2011）》指出：科学探究是学生获取化学知识、解决化学问题的重要活动，培养学生创新精神和实践能力，对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。

建构主义学习理论认为，学习是个积极主动的建构过程，学习的效能取决于学习者建构意义的能力。强调学生对知识的主动探究和主动发现，特别关注学生对所学知识在原有经验基础上的有意义的生成。因此，在科学板块教学中要渗透化学学科思想，引导学生主动建构。在课堂教学中培养学生主动发现和探究，发展学生思维，提高学生综合能力，发展学生核心素养。

三、利用化学思想培养学生科学探究能力的策略

（一）渗透顺向探究思想，培养学生基本探究技能。学习化学离不开化学实验，学会按照一定的顺序观察实验现象，准确记录实验现象并形成结论，是化学实验的重要技能。《蜡烛及其燃烧探究》是学生走进化学的第一个化学实验，如何观察？科学探究的方法是什么？这些问题将直接影响未来实验探究。因此这节课是一节实验方法课，要注重化学思想和方法的指导。

这节课的目的是通过对蜡烛及其燃烧的探究，让学生了解化学学习要关注物质的性质、变化，以及对结果的解释和讨论，使学生学会用顺向探究的方法进行科学探究。

实验探索的整个课程遵循实验探究的步骤：提出问题、猜想假设、设计方案，实验验证、得出结论、交流反思。着重引导学生在实验中观察、描述和记录。探究的思路是：①观察蜡烛区。②闻一闻。用刀切割蜡烛并将蜡烛放入水中，了解蜡烛的颜色、状态、气味、硬度、密度、溶解度和其他物理特性。通过观察燃烧前、燃烧过程中和燃烧后蜡烛的情况，认识蜡烛的可燃性并推断出蜡烛燃烧的产物，加深对白烟现象的理解。借助这一探究活动，让学生了解顺向探究思想特征：首先观察物质的简单物理性质，然后通过实验了解其他物理性质，最后在化学变化中了解物质的化学性质及其特殊性质。本课程是学生主动合作和探究的一节课。通过引导学生运用顺向探究的思想对比学会动态、辩证地看问题，让学生学会如何观察实验并通过现象得出结论，如何填写实验报告。通过教师的指导，使学生认识到观察化学实验是一种有目的、有计划的过程，用到的思想方法是可持续的。教师引导他们积极参与思考和探究，懂得顺向探究的思想将会指导学生学习后续知识，如氧气、二氧化碳等内容。

（二）渗透对比思想、控制变量思想，培养科学探究的基本方法。对比思想、控制变量思想方法是科学探究的重要思想方法。对比思想是对比分析两个相似或相反的事物之间的异同及其本质和特征。对比的关键是控制好变量，中学生的理解力有限，引导他们对控制变量的理解，就是在实验中只改变影响实验现象或结论的一个因素，其他因素控制保持不变。通过对比探究可能对实验产生影响的因素，最终得出结论。影响化学实验的因素有多种，这些因素都会影响实验结果。因此，科学探究中对比思想和控制变量思想是好的指导思想。将简单的对比实验融于教学之中，帮助学生理解研究的因素和控制的因素的关系，从而理解对比思想、控制变量思想方法的核心内容。

例如，“吸入空气和呼出气体的探索”是典型的入门实验课程。对比思想和控制变量思想是这节课要渗透的思想方法。为了挖掘课本教学素材，让学生联系生活实际，经过观察分析得出有价值的结论，笔者将对比和控制变量思想引入课堂。从生活中常见的呼吸现象入手，引发学生提出问题、假设猜想，并将学生分小组实验和讨论，以得出结论。思想的引导引发学生认知上的飞跃，通过分析现象理清化学本质。设计过程如下：

〖环节一〗以呼吸过程为问题情境，引入主题。

主题内容：化学来源于生活。

问题 1：同学们在体检的时候都做过肺活量的测试。那么，你们知道人体呼出的气体和吸入的空气的成分有什么不同吗？如何来验证结论的正确性呢？

任务 1：学生做深呼吸，思考如何比较吸入空气与呼出气体的不同。

设计意图：由学生熟悉的现象入手，激发学生兴趣。使学生认识到科学探究并非很深奥，让学生学会关注生活，从生活中提出有意义的问题。

〖环节二〗实验探究。

主题内容：对比思想、控制变量思想，科学探究的环节。

[活动一]提出问题，进行猜想。

问题 1：人体吸入的空气和呼出的气体一样吗？你能具体描述一下它们有什么不一样吗？

问题 2：同学们做出这种猜想，有依据吗？

任务 1：合作学习。

1.结合学过的呼吸作用的知识进行思考、讨论。

2.提出猜想：A.两者的二氧化碳含量不同;B.两者的氧气含量不同;C.两者的水蒸气含量不同;等等。

设计意图：让学生感知科学探究的环节，了解猜想应是有依据的，而不能是胡乱猜测。

[活动二]自主合作探究。

问题 1：如何验证猜想？设计实验用到什么思想？

问题 2：通过实验你能得到什么结论？

〖提供信息〗（1）二氧化碳气体可使澄清的石灰水变浑浊，且石灰水足够多时，二氧化碳气体越多，石灰水越浑浊;（2）氧气可支持物质燃烧，氧气越多木条燃烧越旺;（3）二氧化碳不支持物质燃烧，会使燃着的木条熄灭;（4）空气主要由氮气、氧气组成，还含有二氧化碳、水蒸气等。

任务 1：学生分组探究，提出不同方案。通过讨论得出设计用对比实验的方法，同时注意控制变量。

任务 2：分组探究。分别收集等量的两瓶空气和呼出气体，进行氧气、二氧化碳含量的对比探究。取两块相同玻璃片，对其中一片哈气，进行水蒸气含量的对比探究。

任务 3：通过实验形成结论。

设计意图：帮助学生初步建立科学探究的方法。让学生感知对比思想、控制变量思想在探究过程中的应用。

〖环节三〗对实验的反思、知识的拓展延伸。

主题内容：对比思想、控制变量思想的巩固应用。

问题 1：呼出气体中的二氧化碳一定是人体呼吸作用产生的吗？你如何设计实验排除空气中二氧化碳的干扰呢？

展示图片（见下图）：

问题 2：这个实验的原理是什么？实验存在哪些错误？实验的结论是什么？由此你得到什么启发？

[活动三]合作探究，延伸拓展。

任务 1：学生分小组讨论解决空气中二氧化碳干扰的设计方案。

任务 2：观察图片，讨论，体会设计实验要注意干扰的问题。

设计意图：让学生学会反思，加深对比思想和控制变量思想的应用，通过设计实验，学会解决实验过程中出现的干扰问题，培养探究能力。

整节课力求挖掘课本蕴含的化学思想、方法，通过教师与学生对话、思考，让学生经历探究的各个环节：自己猜想、设计实验、形成结论、交流反思和拓展。在活动探究中通过思想的碰撞，领悟对比思想和控制变量思想，进而初步掌握科学探究的基本方法和基本思想，提高学习的有效性。

受学生知识水平和认知水平的限制，对比思想、控制变量思想的渗透要有渐进性和层次性，在后续学习中的“影响过氧化氢分解速率因素”“物质燃烧条件”“铁生锈条件”“金属活动性”“影响固体溶解性”等内容，都可以渗透这些化学思想，且思维要求逐渐加深。

在学习过程中学生常常迷惑的是，哪个是研究的因素？哪个是控制的因素？比如下面的考题是学生常错的题：

控制變量法是实验探究的重要方法。利用下图所示实验不能实现探究目的的是（  ）

A.甲中①②对比可探究铁的锈蚀与植物油是否有关

B.甲中①③对比可探究铁的锈蚀与水是否有关

C.乙可探究可燃物的燃烧是否需要达到一定温度

D.乙可探究可燃物的燃烧是否需要与氧气接触

学生感觉无从下手，笔者引导他们进行对比，找出相同点和不同点。如 A 答案：①和②相同点是都有水，不同的是①有氧气，②没有，植物油的作用是隔绝氧气，所以研究的因素是氧气，控制的变量是水。依次类推，B 的答案是可以的。再引导学生对比 C 和 D，铜片上红磷和白磷对比，铜片上的白磷和水中的白磷对比。通过对比，加深学生对对比思想和控制变量思想的认识。最后引导学生利用思维导图对比，总结这类题的解题经验，建立模型。

在教学中，渗透对比思想和控制变量思想，使学生在教师的指导下对变量和控制的变量的概念有一定认识，在由浅入深的探究中逐步对这两种思想的精髓有一个全面的认识和了解，能增强自身的综合能力，培养自身的学科素养，为可持续发展奠定基础。

（三）渗透定性、定量思想，培养学生分析问题能力。定性的思想，主要从是否存在某种性质、存在的程度如何进行初步确定。定量的思想，则在定性判断的基础上对事物的性质进行深度的、量化的表达。如，物质溶解性是定性，溶解度的描述是定量。

从定性走向定量是化学发展的必然方向，也是学生思维的发展方向，定性、定量思想的培养是促成学生化学基本观念形成的重要方面，同时对学生科学素养的提升也有重要意义。在教学中可以循序渐进地、多角度、多方法地进行定性定量思想的培养。让学生在问题探究、总结反思中循序渐进地完善知识网络，逐渐形成科学规范的学科思想。比如，上《质量守恒定律》复习课时，笔者从 2017 年四川达州中考试题引导学生从定性到定量分析物质的组成。

〖例题〗某纯净物 3 g 在氧气中完全燃烧，生成 8.8 g 二氧化碳和 5.4 g 水。下列说法不正确的是（   ）

A.该纯净物中含有 C、H 元素，不含 O 元素

B.该反应中 O2 和 CO2 的质量比为 14∶11

C.该反应中 O2 和 H2O 的分子数之比为 7∶6

D.该纯净物中 C、H 原子的个数比为 1∶4

笔者让学生分组探究，先让学生思考讨论：

1.如何知道纯净物肯定有什么元素，依据是什么？

2.怎么判断纯净物是否有氧元素，依据是什么？你有多少种方法？

3.这道题用到了哪些基础知识，用到了哪些化学思想和方法？

通过学生之间、师生之间的对话，引导学生从定性的角度根据反应前后元素的种类不变推出纯净物肯定有碳元素、氢元素;再从定量的角度算出纯净物碳氢元素质量，进而判断是否有氧元素，也可以判断生成物氧元素质量，并通过与反应物氧气质量比较判断纯净物是否有氧元素;最后引导学生归纳这道题需要的基础知识和基本方法。在探究中定性定量思想、守恒思想在润物细无声中渐渐被学生吸收和消化。

定性、定量思想是一种重要的化学思想，从认识科学家探究的定性、定量到学生自主探究的定性定量的过程，学生的定量思想会因此而扎根。将定性和定量思想融合，并将之渗透于科学探究中，使学生的思维水平因此而升华，使学生的科学素养因此而提升。

（四）渗透化隐为显思想，培养学生解决实际问题的能力。“空气中氧气含量的探究”蕴含了一个重要的压强差原理：红磷燃烧消耗氧气，造成集气瓶内氧气减小，压强减小。待装置冷却到室温，打开弹簧夹，大气压将水压入集气瓶。理论上，进入集气瓶中水的体积就是消耗的氧气的体积。整个实验，看不到红磷消耗氧气，但是集气瓶水面的上升，就可以让学生“看到”消耗的“氧气的体积”，这就是科学探究中常用到的化隐性为显性的思想。再比如，探究分子运动现象。氨分子运动看不到，氨气与水反应也没有现象，借助指示剂酚酞，不但能看到了“氨气与水反应”，而且还了解到它生成了氨水。因此化隐为显思想能把抽象的看不到的东西变成有形的具体的可以观察的现象，帮助学生理解知识、原理，培养学生分析思考、解决实际问题的能力。

（五）渗透类比推理思想，培养学生科学探究思维能力。英国的培根有一句名言：“类比联想支配发明。”不论是创造还是解决问题都离不开类比推理。所谓类比推理，就是根据两个（或两类）对象之间具有某些相同或相似属性，并知道其中的一个对象还具有其他一些属性，从而推出另一个对象也具有相同或相似的其他属性的一种推理。化学探究中常常用到类比的思想，开拓自己的思路，结合自己已有的知识或经验，创造性地解决问题。比如，“水的组成”的探究。笔者首先介绍英国科学家普利斯特里、卡文迪许的研究历程，接着介绍拉瓦锡的研究。通过讨论、分析，总结出不管是用化合法还是分解法，本质就是让物质反应，再通过元素守恒来研究物质的组成。类比拉瓦锡的方法，引导学生进行科学探究。利用元素守恒的原理，用“拆水”的方法研究水的组成。学生经历了提问、猜想、设计并进行试验，通过宏观的现象、微观的分析得出结论。最后笔者引导学生进行创新，如何证明酒精中含有碳、氢元素。在教学中渗透类比推理思想，引导学生重走科学家的道路，像科学家一样去思考，让他们认识客观世界蕴含的科学过程和方法，增强课堂的深刻性和灵活性，培养学生的创新思维和探究能力。

此外，在科学探究中还可以向学生渗透环保、节能、绿色化学的思想。科学探究来源于生活，因此还要培养学生为生活而学的思想。在课堂教学中帮助学生建构自己的化学思想，培养学生的观察能力、思维能力、解决问题能力等关键能力，进而培养化学学科素养。

【参考文献】

[1]周存軍.化学思想和方法培养的探究性教学[J].现代教育科学（普教研究），2010（6）

[2]田保华.学科思想是教学的灵魂[N].北京：中国教师报，2011.11.23

[3]陆君君.借控制变量思想方法引初中化学实验教学源头活水[J].理科考试研究，2016（12）

[4]朱立峰.论中学化学学科思想[J].教学新思维，2012（4）

[5]陈建姣.浅谈化学定量思想在初中化学教学中的应用[J].数理化学习（初中版），2015（12）

（责编 卢建龙）