认识论指导下的化学教学策略，本文主要内容关键词为：认识论论文,指导下论文,教学策略论文,化学论文，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。
当学生走进课堂，准备学习知识，只是专注于考试要什么时，笔者一直在想，学习的价值与意义何在？教学的目标到底是为了什么？反思我们的教学，教师权威、书本权威，科学知识客观不变的根深蒂固的观念，导致许多学生走进课堂等待着老师的灌输，被动地接受知识，而不敢对知识有任何怀疑或者怀疑甚少。当然，这与我们的课程内容以及评价方式的设置有着直接关系。作为科学教师，为了培养学生成为具有一定国际视野的思想者、终身学习者、均衡发展的世界公民，有必要改变教学方式，并促使学生学习方式的变革。
受到IB课程的启发，结合对国内外文献资料的研究，笔者一直在探索与实践如何在科学教学中渗透认识论思想，培养学生的科学本质观，以及敢于质疑，批判性接受科学知识的能力。
一、认识论指导下的科学教学
认识论指导下的科学教学应该是建构性的。即在科学知识的教学过程中让学生认识到科学知识的暂时性、相对合理性、创造性、以及科学方法的多元化等，认识科学的本质，从而培养学生的批判性思维与创造性。
认识论指导下的科学教学需要阐明：科学知识是什么？科学知识是怎样产生的？如何评价科学知识的合理性？以及科学知识的价值？（梁永平，2006）
认识论指导下的科学教学需要注意学生的个人经验、情绪状态对于科学知识获得的影响。
认识论指导下的科学本质教学需要教师具备科学本质知识、学科知识以及教学知识，具体如图1。
只有具备了很好的科学本质知识、科学知识以及教学知识的教师才有可能在认识论指导下有效培养学生的科学本质观，培养学生的质疑能力与批判性思维。
认识论指导下的科学本质教学模式如图2。
二、认识论指导下的科学教学策略
（一）注重教学语言选择，培养学生的科学本质观
1.教师语言选择
由于科学知识是暂定性的，科学知识在一定程度上是人类推理、想象和创造的产物，科学知识是植根于社会和文化背景中的（Lederman，2002），在对科学知识进行描述时需要注意语言的谦逊性。
科学家比较自信地认为理解原子更像什么，而没有人知道原子的具体结构（目前尚未观察到原子的结构），模型只是对于科学现实的一种简单描述，不等于现实，因此关于原子结构的确定性，科学家需要选择恰当的合理的语言去描述（qualified language）。
教师在进行模型的教学时，只能说目前的科学事实支持了这种模型的合理性。这样学生就有可能进一步对原子模型进行思考，创造自己的原子模型而不是认定原子模型是永远不变的。
2.对学生语言的纠正
由于长期受到科学知识即真理以及教师、教材的权威性影响，当老师问到“为什么”时，同学们经常出现的话语为：“您不是曾经这样说吗？”“我记得书上是这样说的”“笔记本上是这样写的”。这时，教师需要利用“您是怎样认为的？”“问题的实质是什么？”等等问题，引导学生改变一些错误观念，追求科学知识的本质。
（二）认识论指导下的科学理论与模型的教学
科学理论的特点：科学理论是不断发展的，具有暂定性；科学理论对科学事实具有一定的预测作用；科学事实与理论的吻合增加了科学理论的信度。
科学模型的特点：科学模型是不断发展变化的；科学模型是对科学事实的简单描述；科学模型不等于科学事实（地图不等于版图）。
1.在教学中穿插科学史
基于以上科学理论与模型的特点，一般采用穿插科学史的教学策略，让学生知道，理论与模型是可以发展的，可以被修正的。同时，科学史故事中经常蕴涵着科学方法、科学的想象性、理性与经验性、科学的相对合理性等科学的本质特性，欧美等国家大量的研究表明科学史的穿插确实有利于学生科学本质观与批判性思维的形成（Justi and Gilbert，1999）。主要穿插方式为：阅读与讨论、角色扮演、科学互动小故事等（林裕仁，2006）。其中，科学互动小故事被认为是最有效的方式之一，其基本模式如图3，其中步骤3中互动历史小故事的内容为：介绍科学家；描述当时事件；呈现故事中的科学本质内涵；呈现故事结局等。
研究结果表明，在科学教学中明示科学本质观，可以提高科学史的穿插效果（Abd-El-Khalick与Lederman，2000）。由于传统的教学方式的影响，教师、学生不希望牺牲宝贵的课堂教学时间来学习看似附加的额外知识，师生对认识本质的理解以及一些教师担心过分强调知识的不可靠、科学事业的暂定性会破坏学生对于知识主题本身的自信心（Wandersee，Baudoin Griffard，2002）。
但是更多的研究者坚信：匆忙提取知识（rush to abstraction）或结论性的科学知识的告知（final form science）其实是通过切断（cutting off）所有的人类以及认识论的背景而使学生对于科学知识的深刻理解产生短路（short-circuits）现象（Duschl，1990），这样的后果是他们将会认为科学知识是教条的、永远正确的而且没有任何局限性，具有这种观点的学生就会缺乏质疑、探究以及创新的思想。
笔者在教学过程中也经常穿插科学发展史，比如：原子结构模型的发展过程、元素周期表的发展过程等，这样的科学史介绍确实能让学生认识到科学发展以及科学知识的本质，但是具体明示相应的科学本质是相当重要的。例如：原子结构模型发展过程中蕴涵着科学理论的发展受到科学技术、社会环境等的影响，科学理论的暂时性以及想象在科学发展中的作用等；元素周期律与元素周期表的发展过程蕴涵着科学研究成果需要被科学群体接受，科学家需要勇气与胆量坚持自己的研究成果，科学方法的多样性，科学理论的预测性等，以及门捷列夫在坚信具有相似性质的元素处于同一列时，将碲与碘元素位置的大胆调换以及对铀元素原子量的修改等，体现了科学假设对于科学工作的指导作用，科学发展过程中的创新、冒险精神的必要性。如果不对学生明示这些科学本质，学生很少能自己悟出其中的道理。
2.充分利用科学理论对科学事实的预测性以及科学事实对科学理论的支持性设计教学
设计对宏观现象进行微观解释的评价题目以及让学生通过实验观察，推论其内部结构等的教学策略都能深化学生对于科学理论或科学模型的理解。
原子结构、元素的周期性、化学键以及化学式的教学，应该让学生充分认识到理论（模型）与科学事实间的关系。例如：设置让学生运用理论预测物质的性质，结合物质的性质证实物质的结构问题。比如：从原子结构角度分析（理论分析，微观预测），当钠原子与氯原子结合到一起时应该通过得失电子形成氯化钠，因此氯化钠应该是离子化合物，氯与钠靠离子键相结合。氯化钠的熔点，熔融氯化钠的导电性的宏观现象可以支持微观预测的正确性。如果再要求学生用电子式这一特有的化学语言表示氯化钠的形成过程，他们将会更加深刻与持久地理解氯化钠的微观结构。另外，同一周期、同一主族的元素性质的预测等等都体现了微观预测与宏观事实之间的关系以及化学语言对学生理解科学本质的重要性。因此设计对宏观现象进行微观解释的评价题目，让学生通过实验观察推论其内部结构等问题，都能深化学生对于科学理论或科学模型的理解与应用，避免学生仅仅停留在对知识的记忆层面。
3.设计认识论问题促使学生对知识进行深层次思考
例如：原子结构一章内容学完后，笔者曾经提出以下问题供学生思考与讨论：
（1）不同领域的知识中原子模型的重要性是什么？模型与理论是科学家所创造的对自然世界的描述，还是为了预测、解释和对自然界的控制所进行的一种阐释？搜集有关原子结构模型发展的资料，对以上问题给出你的观点。
（2）在画原子结构时，我们对微观世界有一种想象，哪种认知方式提供我们认识微观世界的途径？原子中的质子、中子、电子都还不能被直接观察，运用哪种认知方式解释通过使用现代仪器而得到的间接证据。
（3）科学家在形成一个理论后，这个理论还会变化吗？如果理论在不断变化，请解释我们学习科学理论的意义如何？请运用具体实例支持你的观点。
一些国际课程的原子结构一章，除了原子结构的描述外，还设置了第一电离能、连续电离能等概念以及氢原子发射光谱、质谱等，有力地支持了核外电子分层排布等的微观模型的合理性。学生学习了这些相关概念与知识后，回答以上3个认识论问题应该没有太大的障碍。因此，学科指南中课程内容的设置对学生的科学本质观的建立也起到一定的影响作用。
三、认识论指导下的科学探究教学策略
（一）设计探究实验与探究课题，让学生在经历科学探究的过程中深化对科学本质的理解
科学探究是科学课程内容的一部分，同时是增强学生对科学本质理解的重要手段。科学探究过程是解决问题的一般过程，是对科学知识进行深刻反思的过程，对探究技能进行选择与应用的过程。学生通过完成探究任务知道、了解并运用科学探究的一般过程解决实际问题，经历探究过程的失望与惊喜的情绪波动，通过观察并进行有效推论，进一步理解科学探究过程所涉及的知识问题的实质。探究实验一般在课内完成，探究课题一般对紧密联系实际的问题进行探究，需要小组合作，在课外完成。比如：游泳池中消毒剂的消毒效果与对水质的影响研究；不同船体形状对船只与水之间的摩擦力的影响研究等等。笔者已经带领学生做了10年的探究实验与探究课题研究。从学生的反思中可以看出，学生在完成探究实验特别是探究课题时的收获是常规的课堂教学无法比拟的：
“在进行研究的过程中，我深刻体会到：等待告知知识结果、告知实验方法的习惯不能在科学探究过程中继续保留，我们需要提出假设并自己设计实验方案，当实验结果与假设不相吻合时，我们在小组内进行了激烈的争论，对我们的方案进行了质疑与调整，当最后实验成功后我们高兴地跳了起来……”（学生反思）
（二）设计符合科学探究过程的教学过程，让学生在学习、理解知识的同时感受与了解科学探究过程
科学教师应该以科学的方式组织教学，教学设计符合科学探究的一般过程，即以问题开始，组织学生提出假设并寻找证据，以小组形式展开讨论，收集证据，最后小组呈现自己的研究结果，其他小组的同学进行评估。
探究能真实地呈现科学知识形成的过程、涉及科学方法与科学责任。教师适时地运用探究教学，安排学生进行探究学习，学生就有机会理解科学本质的内涵。
（三）设计认识论问题明示有关科学探究的本质
在研究结束后，设计认识论问题明示科学探究的本质促使学生对探究过程进行反思，比如：“在多大程度上你可以支持或否定你的假设？所有问题都是直截了当可以解决的吗？”“所有问题的解决都是经历科学研究的一般过程吗？直觉与想象在你的研究中起了什么作用？”“自然科学与人文科学所运用的科学研究方法有何异同？”
四、认识论指导下的全球化问题教学
认识论指导下的科学教学需要学生从不同角度分析同一问题，需要结合不同的文化、伦理、宗教等对全球化问题（global issues）进行思考与讨论。笔者经常采用小组角色分担与小组辩论的形式进行教学。
比如环境问题：温室效应、臭氧层空洞、大气污染以及水污染等等问题的教学，可以通过角色分担让学生从不同角度对同一问题进行分析，对环境问题进行深刻探讨，体现不同价值观、伦理道德对同一问题认识的影响。在讲温室效应和全球变暖问题时，为同学们播放了《不可忽视的真相》电影中的一段剪辑（戈尔对温室效应的严重性阐释，并举了许多实例），然后把同学们分成不同的小组，分别以科学家、市政专家、经济学家以及普通公民的身份，让他们从自己的角度分析全球变暖问题。从同学们观点的阐述以及不同身份小组间的争论可以看出，这样的教学增强了学生的思辨能力，更体会到不同认知者由于伦理道德、价值观的不同对于同一问题认识的差异。
再比如克隆人、基因食品、核能电厂的兴建等两难的争议性问题，经常采用小组辩论的形式进行。这样的问题需要学生用智慧来处理，需要结合价值判断等活动，培养他们批判性思考与怀疑证据的能力（Hammerich，1998），也借此明示科学本质的内涵。
五、认识论指导下的科学知识本质教学
通过哲学诘问，设计认识论问题可以帮助学生探究知识的实质。比如：知识是什么？你是怎样知道的？怎样解释你的观点？能否举出实例论证你的观点？两者之间有什么联系与区别？化学键摸不着，看不到，你用怎样的证据支持它的合理性？等等问题，促使学生对知识的本质进行思考。哲学是语言的，而且我们试图建构或反映现实的方式是用词语表达的。因此，通过哲学诘问了解学生对于问题的真实看法，对于周围世界的真实看法（罗伯特·费舍尔，2007）。关键性的是，通过示范性的哲学诘问，最终目的即学生向自己提问题。笔者经常采用思考一同伴一共享的办法组织讨论。实践证明这种方法有利于学生对知识的本质进行探究，提高学生提出有关知识问题的能力。
另外，观察与推理之间是有区别的。如果对观察和推论不加区别，就会导致学生对于知识内容的不理解，学生会认为科学知识就是事实本身。只有将观察和推论加以区别，才有可能有目的地设计出跨越观察到推论之间的问题，真正实现学生认识上的跨越（梁永平，2005）。例如，在化学键学完后，同学们需要测试不同类型的物质：氯化钠、氢氧化钠、葡萄糖、乙醇以及盐酸等，在不同状态下的导电性（固态、融化状态以及水溶液），对观察结果进行记录与解释，并由此进行推论。事实却是：同学们可以经过仔细观察并科学记录所观察到的现象，但当对现象进行解释时，他们往往与课堂中所学知识完全隔绝，认为固态氯化钠不导电是由于氯化钠中没有离子，盐酸可以导电是由于氢与氯元素靠离子键相接合。同时，多数同学把结果与结论混为一谈，认为所得到的结果就是结论，或者不能将实验结果确切地归纳为结论，即认识不到现象背后的实质，不能对知识的实质进行有效掌握。因此，在课堂教学中或实验教学中引导学生进行观察与推理之间的转化，有利于学生认识科学知识的本质，避免机械记忆。
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