高中化学教材中科学方法的表征及其对学习的影响——以沪科版高中化学教材为例，本文主要内容关键词为：教材论文,高中化学论文,表征论文,为例论文,其对论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
科学方法对于提升学生科学素养、实现可持续发展等方面的作用正越来越受到人们的重视，加强科学方法教育已明确写入中学化学课程标准。如何将课程标准中科学方法教育的要求落实到教材中去，上海科学技术出版社出版的高中化学教材（试用本）（后简称高中化学教材）在这方面做了较好的尝试，现就该教材中科学方法的表征及其对学习的影响作以粗浅的探究。
一、高中化学教材中科学方法的表征
高中化学教材中科学方法表征主要有两种形式，第一种为显性表征，第二种为隐性表征。
1.显性表征
所谓显性表征就是明确地提出科学方法名称，介绍或解释这种方法的功能与作用，指导或要求学生运用这种方法。教材中以显性表征的科学方法并不多，主要有实验方法、模型方法、科学探究的一般方法等。如，教材在第1章中明确地提出认识“模型方法”和“实验方法”。在介绍“模型方法”时，教材用较长的篇幅阐述了随着认识的不断深化，对原子结构认识从葡萄干原子模型发展到卢瑟福原子结构行星模型，为学生了解模型方法起到很好的铺垫作用。该章在“小结与思考”中更进一步提出：“从人类探索原子结构的历史过程能感悟科学家的科学精神，认识‘模型方法’在科学研究中的重要作用，启迪人们思考‘创新’在社会发展与进步中的作用。”在介绍“实验方法”及其功能时，明确提出：“实验方法是科学研究的重要方法，是检验事实的重要手段，在科学研究中可以通过对假设进行检验。在实验中会发现新的问题，提出新的思路，实验方法是科学研究不可缺少的手段和方法。”在后续的内容中，教材安排一系列实验，从实验现象的观察到实验结论的得出，从实验鉴别到实验条件的控制，从误差分析到实验设计等，让学生不断地运用实验方法，不断深化对实验方法的认识。再如，教材对科学探究的一般方法的表征，在第11章第一节“探究与实践”栏目中，结合探究甲烷的空间结构，明确提出“问题→假设→实验测定→推论”这样科学探究的基本步骤。
显性表征重在使学生有意识地掌握科学方法，并在学生学习有可能遇到困难的地方及时提供“脚手架”，根据学生的学习需要适时明示有关科学方法的操作规则及注意事项，帮助学生在解决问题中模仿应用，对科学方法进行操作训练。
2.隐性表征
所谓隐性表征就是没有明确的提示语言，不直接明示或解释某种科学方法，只是通过知识间的逻辑编排或是化学过程自然体现，将科学方法隐含在教材之中。之所以这样设计，一是科学方法可以通过内隐学习进行，让学生以潜移默化的方式不知不觉地习得；二是因为在这之前可能已对某一方法作了显性表征，没有必要重复。隐性表征是高中化学教材中蕴含科学方法主要的方式。如，在第1章第2节的“思考与讨论”栏目中，介绍“曹冲称象”与科学家引入相对原子质量之间的“异曲同工”之处，隐性渗透了类比的方法。又如，第6章第1节“化学反应为什么有快有慢”中介绍影响化学反应的速率因素时，教材设计了在其他条件相同的情况下，比较不同浓度或不同温度下硫代硫酸钠溶液与盐酸反应速率的几组实验，隐性表征了实验中常用的控制变量方法。
隐性表征方式重在使学生感受科学方法，受到科学方法的启蒙和熏陶，初步体会到科学研究的方法和策略，感受到探索发现生动的过程和喜悦。
二、高中化学教材中科学方法的体系与主要内容
高中化学教材中的科学方法，依据其适用和概括程度不同，可梳理为相互联系的三个层次：最高层次是在自然科学、社会科学和思维科学领域里普遍适用的哲学方法，主要包括马克思主义哲学和概括程度虽略低一些但仍属于本层次的系统科学方法以及化学思想；中间层次包括自然科学的一般方法，如，获取事实的观察、实验、调查等经验方法，对事实进行加工的比较、分类、归纳、演绎等思维方法；基础层次是适用范围比较狭窄，概括程度也比较低的化学学科的一些特殊方法，如，化学性质实验、化学分离、提纯、合成等化学学科中的特殊方法。其具体的层次关系和主要内容如附图所示。
三、高中化学教材中科学方法的表征对学习科学方法的影响
1.对学生学习的影响
为了解科学方法不同的表征对学生习得的影响，课题组开展了问卷调查和访谈，问卷设计成三个连贯的问题：（1）写出你熟悉的几种科学方法（表中留有5个空格）；（2）你熟悉这种科学方法的主要原因；（3）你认为教材中以何种方式呈现更有利于你学习和掌握这种科学方法。调查共获得有效答卷251份，其中高一128份，高二123份。
（1）调查结果（见表1、表2、表3、表4）
（2）结论与分析
结论1：学生对教材中的显性表征的科学方法比隐性表征的印象更深刻，同是显性表征的科学方法中，教材对这种科学方法重复度越高，学生对这种方法的熟悉程度越高。
从表1的数据可看出，实验方法、模型方法学生有较高的熟悉度，被调查的高一和高二学生选择熟悉实验方法的比率分别为65.63%和65.85%，选择熟悉模型方法的分别为67.19%和43.90%。因为实验方法和模型方法在高一教材第1章“小结与思考”中都作了重点介绍，并在后续内容中多次提及，显性程度高，学生对此两种方法有较深的印象。归纳方法和调查方法在教材中虽是显性表征，但并没有像实验方法和模型方法一样进行重点介绍，显性程度不及实验方法和模型方法，选择率也低于这两种方法，但明显高于在教材中隐性表征的类比方法和演绎方法。表2的数据也支持这一结论。
由表4分析得出，从学生的主观感受来看，多数学生认为显性表征更有利于科学方法的学习。
结论2：教材中有运用要求的科学方法更易被学生所熟悉，且掌握的水平层次相对也较高。
从表1和表3的数据可看到，实验方法和模型方法，虽然教材都重点介绍，高一选择熟悉实验方法和模型方法的人数和比率相差无几，但因实验方法在后续的学习中学生有更多的机会运用，而模型方法运用相对较少，随着时间的推移，学生对实验方法的印象更深，高二学生选择实验方法和模型方法的比例分别为65.85%和43.90%。再如，归纳方法在教材中多次提出运用要求，高一和高二学生选取率分别为26.56%和34.96%，调查方法虽也在高一教材中有过2次运用要求（第2章第2节“探究与实践”中提出“自来水生产过程调查”和第5章第2节“探究与实践”中提出“调查本地区酸雨情况”），本来学生也有一定的熟悉度，但高一和高二学生选择率并不高，分别为21.09%和13.01%，从访谈中发现，无论是化学教师还是学生都未对调查活动予以应有的重视，多数学生没有真正开展过实际调查，所以选择率低也就在情理之中。从掌握的水平层次来看，由于实验方法学生有较多的运用机会，选择熟悉该种方法学生的水平层次较高，达到“运用”层次的占到72.12%。归纳方法由于教材中有较多次运用的要求，虽选择熟悉该种方法的学生数不如模型方法多，但选择该种方法的学生达到“理解”和“运用”层次的比率远高于模型方法，达到“运用”层次学生的绝对数也多于模型方法。
结论3：隐性表征的科学方法虽然没有显性表征的科学方法易于被学生所熟悉，但一旦习得，水平层次都较高。
从表3可以看出，选择熟悉隐性表征科学方法的学生，掌握的水平层次相对较高，因为能从隐性表征的科学方法发现它，说明学生有一定的感悟能力，已对这种方法真正消化吸收，内化为自己的知识。从教师了解的情况也印证了这一结论，选择熟悉隐性表征科学方法的学生，绝大多数认知水平都较高。
2.对教师教学的影响
（1）调查结果
为了解高中化学教材中科学方法表征对教师开展科学方法教育的影响，课题组通过查阅教师的备课笔记和进行访谈的方式，就有关科学方法内容在教学准备中的情况对31位化学教师进行调查，得出表5所示数据。
（2）结论与分析
从对化学教师的访谈和查看教师备课笔记了解的情况可看到，显性表征的科学方法更容易使教师在教学准备中考虑该种科学方法教育。从访谈中得知，就目前中学化学教学现状而言，在新课改的推动下，广大教师虽然对科学方法教育不断重视，但限于对科学方法教育重要性的认识不到位和自身对科学方法知识掌握不够，在教学准备中往往只是对教材中显性表征的科学方法能有所体现，对隐性表征的科学方法则少有挖掘。在教学中教材是教师组织教学活动的重要依据，教材中科学方法的表征方式对教师尤其是青年教师能产生很大的影响。
四、对高中化学教材编写中科学方法表征的几点思考
学生对科学方法的掌握很大程度上依赖于教材中科学方法的表征，教材中科学方法的表征也影响着教师的教学，如何使教材中科学方法表征更符合学生认知规律，更有利于学生学习和掌握，更有利于教师教学，以下几方面值得重视。
1.整体设计科学方法教育内容
科学方法教育是化学学科教学目标的重要组成部分，化学教材要有效地承载这一目标，就必然要系统思考，整体设计。
一是把握全面性。沪科版高中化学教材有着很好的科学方法体系框架，但部分内容还有待进一步加强，如，演绎方法，这是和归纳方法对应的一种重要方法，可通过从一般性的原理推论个别事物，能促进知识的有效迁移和灵活运用。现行教材降低了元素化合物知识的要求，改变了以往教材中以卤族元素和碱金属等知识为前提归纳出元素周期律，然后运用元素周期律分别对氮族和氧族等元素性质的相似性和递变性进行理论推演，再加上缺少了一些化学过程的介绍，一些概念和原理在运用时推演也用墨不多，使学生对这种方法了解不多，掌握有困难，需要加强。再如，类比方法，这是创造性思维的一种方式，是由已知推出未知的过程，应该加以重视。教材中虽有这种方法的体现，但较少，且过于内含，如，在第二章第二节“海水中的氯”，在已给出氢氧化钠与氯气反应的化学方程式后，在接着学习氯气和消石灰反应制漂粉精时，可用“氢氧化钙也是碱，也能发生反应
”这样的方式来隐性表征类比方法。又如，非逻辑思维，这也是一种非常重要的思维方式，很多科学发现都离不开这种思维方式，教材中可适当编入一些这样的内容，对培养学生创新精神大有裨益。其实化学中有很多这方面的素材，如，凯库勒确定苯的结构，克罗托等确定富勒烯结构，齐格勒发现催化剂等都是这类方法的好材料。还有，化学思想是化学学科中的哲学思考，教材中除对“结构决定性质”“动态平衡”“守恒”等化学思想有进一步明确体现外，还需进一步突出体现化学学科特征的“创造思想”（化学是一门中心的实用的创造性的学科——美国前化学会主席布里斯罗对化学的定义）和化学发展方向的“绿色化学思想”。
二是突出重点。高中化学教材中涉及的科学方法较多，根据学生的发展需要，在编写过程中可分学习阶段突出重点，如，对分类、类比、比较、归纳、演绎等学习和研究中常用的科学方法也应像观察、实验等方法一样予以重点介绍，并有一定的重复度。科学方法兼有知识性和操作性，可通过设置活动性栏目和回顾主题及作业，给学生进行练习的机会，以对所学的科学方法进行巩固运用。
三是层次递进。根据学生的认知特点和对科学方法掌握的难易程度，在编写化学教材时，可结合化学知识内容，有计划、有步骤地引导学生学习和掌握科学方法。可先重点突出观察、测量、记录、分类、比较、归纳和简单的实验设计等科学方法内容，在稍后逐部分重点学习类比、假说、模型、演绎、分析、综合、系统科学等科学方法内容，力求循序渐进。对同一方法，在不同的学习阶段，也体现不同的层次要求，如，实验中的观察，较低层次是简单的定性观察，主要是掌握观察重点，较高要求是观察的全面性和精细化，再高一点的要求是定量观察，由观察形成推论。一些科学方法在教材中会反复出现，在不同时段可有不同的层次的要求，实现螺旋上升。
2.隐性起步，适时显化
科学方法教育不能靠说教，必须是在学生感悟的基础上深化认识，逐步掌握。隐性表征的科学方法能使学生初步体会到科学研究的方法和策略，增强感性认识，在潜移默化中感受和初步了解科学方法。同时，隐性表征的方法一旦被学生所揭示，也会使学生感受到探索发现生动的过程和喜悦。因此，教材在编写时有意识地将一些科学方法以隐性表征的方式置于教材是非常必要的，但要使学生更好、更自觉和有效地掌握、运用某种科学方法，显性化就显得非常重要。教材在编排过程中，可以通过隐性起步，在学生对某种科学方法有所感悟的基础上，将一些需要重点掌握的科学方法提炼出来，使之显性化，成为学生知识结构中的程序性知识，以便学生更好地掌握和应用。教材中适时对科学方法显性化的方法有多种：一是用显性话语对科学方法进行显性化，如“经过无数次实验验证，科学家们归纳出……”“通过对不同条件合成氨产率的综合分析，确定了合成氨的最佳生产条件……”；又如为了使观察方法显性化，可在教材某个实验中不失时机地插入一个方框，明确告诉学生什么是观察、观察什么、怎样观察。二是专门设置“方法指导”栏目，重点介绍某种科学方法。三是利用章节小结，对科学方法进行总结提炼，既有利于学生对科学方法教育内容和目标的把握，又有利于唤起学生对这种科学方法的注意和重视，使科学方法从隐性走向显性。教材的第一章已做了很好的模板，对实验方法、模型方法进行了总结提炼，只是后续各章未能延续这种做法。可结合教材内容，对一些重点要掌握的科学方法，如归纳方法、演绎方法等在小结时以总结提炼的方式显性化。四是明确提出对一些科学方法的运用要求或设置练习，如让学生尝试运用某种科学方法。
3.适当增加化学史的比例
化学史是对学生进行科学方法教育的好素材。化学上每一项发现，往往都是各种科学方法综合运用的结果，体现了问题解决过程和科学工作者的思维方法。弗莱明通过大量观察发现了青霉素，戴维将伏打电池引入化学实验，发现了钾、钠、钙等金属元素，阿伦尼乌斯通过假说提出著名的“电离学说”，米拉德氏通过大量调查发明的波尔多液，这一系列化学史中都体现着科学方法。沪科版高中化学教材对化学史的作用高度重视，专门设置了“化学史话”栏目，并有20多处介绍，较好地发挥了化学史的教育功能，但也存在着一些不足，其内容多为介绍科学家生平、研究的成果和获得的荣誉，而对科学发展过程特征、解决问题中的思维过程和方法运用介绍不多，不利于学生了解化学知识的建构过程和动态生成过程，不利于学生了解化学知识的不断修正、充实的过程，不利于学生区别定律和理论的产生方式。可通过选择一些典型的科学探究案例，让学生通过个别“范例”来了解科学家是如何提出问题、建立猜想和假设、进行实验、收集证据、解释与辩论、表达与交流的，掌握科学探究的一般过程和科学探究中的若干创造性思维方法，感受到人类揭开自然规律奥妙而进行了令人兴奋的探索历程，获得人类在发现自然规律过程中所形成的科学思想和科学方法的深刻感悟，更好地理解科学发展的本质。
4.提升探究活动的方法引导功能
教材中设置的科学探究活动既是解决“问题”、得出结论的设计，更是一种促进学生转变学习方式、掌握科学方法的手段。教材在编排探究活动时，不仅要考虑活动的可操作性，更要考虑活动中蕴含的解决问题的“思维模型”，并加以显性说明，使学生对活动过程中的科学知识的产生、过程、方法有所了解。在探究实验的呈现方式上可通过一些提示语，如提出问题、预测与假设、实验方案、实验记录、实验结论、归纳整理等引导学生经历、体验科学探究的不同要素和过程，并在不同阶段有所侧重。如，“比较氯、溴、碘的化学活泼性”这一探究实践活动，可通过几个问题设置问题情境，从而进行预测和假设，进而进行实验方案设计，并通过实验验证假设得出结论，最后归纳整理。通过这样的形式，让学生体验科学探究的学习方法，从而使学生在活动过程中对科学实验知识的产生、过程、方法有所了解，进而提升学生掌握科学方法的程度。