化学史教育对促进中职生科学本质观的研究

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  摘要:培养学生科学本质观是科学教育的重要目标之一,也是培养学生科学素养的核心成分之一。众多研究表明化学史中蕴涵着丰富的科学本质内容。文章阐述在中职化学教学中引进化学史,并进行反思性的讨论可以发展学生的科学本质观。
  关键词:中职 科学本质观 化学史
  [中图分类号]G710 [文献标识码]A [文章编号]1009-9646(2009)01-0009-03
  
  提高公民科学素质是世界各国提升综合国力的战略共识,培养学生的科学素养是科学教育的一个永恒目标。正确理解科学本质是科学素养的核心成分之一。美国的科学促进会和国家科学教师协会目前特别强调科学教育要促进学生具备良好的科学本质观。我国在新颁布的科学课程标准中提到,“通过科学教育使学生逐步领会科学的本质”、“发展学生对科学本质的理解”。
  科学史是一种非常重要的教育资源,近年来它的教育价值已逐渐受到重视,科学史教育还成为国际上科学教育改革的一个不容忽视的发展趋势。化学史的教育功能很早就被人们所认识。1851年,当时的英国科学促进协会主席在一次演讲中呼吁:“我们要教给年轻人的。与其说是科学结论不如说是科学方法,更不如说是科学史。”我国著名化学家、教育家傅鹰教授也提出:“化学教育给学生以知识,化学史教育给学生以智慧。”化学发展的历史,是反映化学科学孕育、产生和发展演变规律的历史,也是科学思想取得胜利的历史。在化学发展史上,随处可见中华民族的智慧闪光。本文就如何利用化学史发展学生科学本质观进行了研究。
  
  1、中职生的特点
  
  中职生从年龄、生理上讲和普高学生相差无几,但由于职业教育的特殊性,使得中职生和普通高中学生又有很大不同。尤其20世纪90年代末以来,我国高等教育的年年扩招引发了普遍的“普高热”,再加上初中毕业生中独生子女比例的不断增加,无论家长还是学生都不愿轻易选择职业教育,使得近年来中等职业学校生源质量明显下降。笔者通过多年观察发现中职生普遍存在如下特点:
  
  1.1 思想上没有明确的学习动机,总觉得自己是万不得已才来上中职的,抱着混个文凭的想法,不求上进,做一天和尚撞一天钟:不少学生把较多的时间花在了上网、玩游戏和交朋友、谈恋爱上,甚至去赌博、打架。中职生思想感情不稳定,当遇到自己感兴趣的东西或遇到困难挫折时,其爱好可能马上发生改变,造成与学习目标相偏离。
  
  1.2 中职生普遍缺乏良好的心理素质,不能正确对待成功与失败。多数中职生在以往的学习中体验最多的是失败,这种失败不仅让学生在学习中感受不到学习的乐趣,体会不到成功的喜悦,更可怕的是,它会让学生在教师的冷眼和同学们的嘲笑中逐渐丧失对学习的兴趣和信心,产生自己“脑子笨,不适合学习”的错误心态,进而对能力或智力产生怀疑,从而也就无法真正启动自我提高的内驱力。
  
  1.3 学习基础差,尤其是理化成绩,造成听课困难,很多同学反映上课听不懂,畏惧、害怕、甚至讨厌化学;但调查发现他们和大多数同龄孩子一样喜欢故事,并希望老师课堂上能通过不同方式引入化学发展史中的一些故事。
  
  1.4 个别学生缺乏基本的荣辱观、是非观,不能全面、辨证地看待问题,容易偏激,做事以自我为中心,没有集体主义观念、爱国主义意识。
  从家长的角度讲,有些学生家长在经历了孩子多次学习失败后,对孩子的要求跌入低谷,觉得自己的孩子处处不如别人,已经没有任何发展前途,也不知道如何更好地和孩子相处:还有一部分家长将孩子送学校读书的目的是让学校看管孩子,对其学习成绩、思想操行没有要求或要求不高。家长的态度不知不觉中也对中职生产生了或多或少的影响。
  面对这样的一个学生群体,我认为中职学校的教师比教书更重要、也更艰巨的任务是培养学生的道德品质、学习兴趣、意志、情感等非智力因素及其他基本素质,从而使中职生走出校门后能够适应社会的需要,适应个人发展的需要。通过研究笔者发现化学史不但具有上述功能,而且可以结合中职的特点针对性地实施、教育。
  
  2 研究方法
  
  2.1 研究对象。研究对象是中职一年级两个普通班的学生,他们入学成绩相当,男女生比例相当。其中男生58人,女生51人。
  2.2 研究工具。研究工具是研究者自行编制的中学生科学本质调查前测问卷和后测问卷。本问卷分别共计35题,包括科学知识的暂定性和非真理性、观察与实验、定理理论与假设、科学知识的创造性和想象性以及科学知识的经验性本质五大方面。其中每一方面包含7个题目。
  
  2.3 研究程序。
  2.3.1 在学期开始时用科学本质前测问卷对所选两个班的学生进行测试;
  2.3.2 利用制定的教学设计进行教学实施,在教学中引入化学史并进行反思性的讨论:
  2.3.3 学期结束时用科学本质后测问卷再一次对学生进行测试:测量学生的科学本质观发展情况。
  
  2.4 研究的实施。研究是在中职化学的“化学反应”、“碱金属”、“物质的最”、“卤素”等章节进行化学史的反思性教学,历时四个多月。
  
  2.5 数据分析。根据评分规则对中职学生科学本质观从科学知识的暂定性和非真理性、观察与实验、定理与理论、科学的创造性和想象性以及科学知识的经验性本质五大方面进行评分,并用社会统计学软件SPSS10.0 for Windows与Ex-cel软件对收集的数据进行管理与统计分析。
  化学史反思性教学。
  例《碱金属元素的发现》。
  研究者:同学们,通过老师的检查,觉得大家对碱金属元素的发现史料知识收集得比较多,也比较全。下面我们就以课本及所收集到的资料讨论以下几个问题:
  ①1807年,戴维在几天之内连续制得了钾和钠的单质,但是当时没有人相信它们是金属,因为它们的密度比水还小。你们认为戴维得出的这个结论是想象出来的还是以实验为依据得出来的?
  ②戴维在电解熔融的氢氧化钾时,发现阴极表面上出现有金属光泽、酷似水银滴的颗粒,有的颗粒刚形成就燃烧掉了,发出火焰,并发生爆炸。有的颗粒逐渐失去光泽,表面形成一层白色薄膜。把这种小的金属颗粒投进水中,即出现火焰。由此戴维确定它是一种新的元素,因为是从钾碱制得的,所以定名为钾。几天之后,戴维又电解氢氧化钠而制得金属钠。戴维从以上实验现象怎么就确定它是一种新的元素而不是其它呢?他的推断是靠想象还是已有的知识经验?
  学生讨论后,研究者一起和大家探讨上面的问题,我们列出通过化学史的学习从而提高学生对科学本质的认识的片段,如下:   ①1807年,戴维在几天之内连续制得了钾和钠的单质,但是当时没有人相信它们是金属,因为它们的密度比水还小。你们认为戴维得出的这个结论是想象出来的还是以实验为依据得出来的?
  S86:是以实验为依据得出的。
  研究者:可是它的密度特小啊?金属怎么会很轻呢?
  S75:虽然它的密度小,但可以利用其它方法证明它是金属啊。
  研究者:什么方法?是想象吗?
  S56:当然不是了,我查到的资料说戴维从它们的光泽、延展性、导电性及其它性质确定它们是金属。
  研究者:也就是说还是以实验为依据了,那我想问大家,能不能靠想象说明它就是金属啊?
  S75:不能。凡事不能想当然。必须以事实为基础。
  ②戴维在电解熔融的氢氧化钾时,发现阴极表面上出现有金属光泽、酷似水银滴的颗粒,有的颗粒刚形成就燃烧掉了,发出火焰,并发生爆炸。有的颗粒逐渐失去光泽,表面形成一层白色薄膜。把这种小的金属颗粒投进水中,即出现火焰。由此戴维确定它是一种新的元素,因为是从钾碱制得的,所以定名为钾。几天之后,戴维又电解氢氧化钠而制得金属钠。戴维从以上实验现象怎么就确定它是一种新的元素而不是其它呢?他的推断是靠想象还是已有的知识经验?
  S62:应该不是靠想象,是根据已有的知识经验推断它是一种新的元素。
  S58:我觉得也是靠已有的知识经验推断出来的,凭借他多年进行实验研究的经验。
  研究者:很好,那我还想知道化学知识可不可以靠想象来推断?
  S87:不可以吧?
  S69:……(摇头)
  研究者:在初中我们接触过C60分子吧?那大家知道它的结构是象什么吗?
  SS:足球。
  研究者:对。那有没有同学知道它的足球状的结构是如何得出来的?
  (投影)C60分子结构的来龙去脉。
  研究者:对大家有什么启示?
  S65:C60分子的结构是科学家想象出来的。
  研究者:是凭空想象吗?
  S65:不是,是在一定的事实基础之上的想象和创造。
  研究者:对,也就是说科学知识也可以想象,但不能空想,必须有一定的事实作根基,在此基础上创造出合理的科学知识。
  
  3 研究结果
  
  通过对数据的处理,我们发现利用化学史发展学生的科学本质观具有明显作用,从中得出了许多有理论和实践价值的结果。
  
  3.1 利用化学史教学对发展学生的科学本质观有明显的作用。利用化学史教学对学生的科学本质观的五个维度都有不同程度的发展,但五个维度中,发展最为明显的是经验性本质,而不很明显的是刨造性和想象性。我们认为培养学生的创造性和想象性需要的时间长些,这与科学知识的产生和发展有密切的关系,观察我们可以直接观察或借助仪器,可是创造性和想象并不是一朝一夕就能培养起来的。
  
  3.2 男生和女生之间对科学本质的认识没有显著性差异。不管前测还是后测中,男生在科学本质观的平均分都略高于女生,但男生和女生之间对科学本质的认识没有显著性差异。我们在课堂教学中利用化学史进行教学时发现,学生在学习化学史时,不管男生还是女生都具有浓厚的兴趣,对一些科学知识的发现过程和化学史中的小故事都比较关注,使得他们的科学本质观在发展的同时基本没有显著性差异。
  
  3.3 化学史引入教学中能够激发学生的兴趣,加强学生对概念、规律等的认识。在教学过程中,我们发现化学史融入教学中使学生产生较大的兴趣,不仅仅是对科学本质观的发展有较大的影响,同时也加深了学生学习概念、规律等的认识。在教学中运用历史的方法,引导学生去追踪化学发展的足迹,让学生置身于化学发现和发明的情景和过程中,和化学家一起经历矛盾、困惑、惊讶、甚至失败的情感体验,感受猜测、直觉、想象、顿悟的欢乐和为追求真理而运用实验、理论的研究方法的过程,使学生品尝到科学研究、探索的乐趣,无疑可以唤起学生浓厚的学化学、探索化学的内在兴趣,唤起他们的主动求知精神。这样不仅发展了他们的科学本质观,也加深了学生对科学知识的认识。
  
  4 对教师教学的建议
  
  4.1 教师须加强对科学本质的认识。已有研究表明,很多教师持有朴素的科学本质观。在教学中,教师过度重视科学知识的层面,认为科学知识就是科学的全部,忽略科学本质也包括科学探究的层面。在教学表现方面就会强调科学术语的重要性、而且甚至很少安排实验活动。而各种提高教师的科学本质观的活动很难实施,大多数教师持一种抵制、不乐意合作或者借故搪塞推辞的态度。这就需要我们的教师转变这种观念,加强自身对科学本质的认识。
  
  4.2 教师应实施符合科学本质的教学。本研究在“化学反应”、“碱金属”、“物质的量”、“卤素”等章节引入化学史教学并进行反思性讨论,结果发现学生的科学本质观有了一定的发展。所以建议教师:
  ①要形成WWHW的认识论思考模型,即知识内容是什么(What)?知识的价值是什么(What)?知识是如何产生的(How)?知识为什么是合理的(Why)?以WWHW模型为认识论思考框架,就能建构出体现当代科学本质的具体教育目标;
  ②为学生提供科学知识发生和发展的社会和文化背景,即把科学史、科学哲学和科学社会学(HPS)的有关内容作为科学教育的内容,同时教师在教学前应该有规划或教学进行中适时地引导探讨科学本质的议题,教师要善于把握情境,适时地引导学生进行科学本质议题的讨论,借着这些问题的讨论,澄清科学本质的概念,以促进学生对科学本质的理解。
  
  4.3 教师须灵活运用教学方法。要想发展学生的科学本质观,仅让学生阅读教材上的科学史内容是不行的,要求教师的教学方法也必须灵活多样。科学本质中创造性的发展,不仅仅只是以课本上的知识为载体,还需要教学方法上的灵活运用和改进,这样才能更有效的发展学生的科学本质观。如可以安排学生实地进行科学探究活动,让学生感觉自己像个科学家,是使学生重视科学探究层面最有效的策略。而且学生将会由“从事科学探究活动”中学习到科学化的思考,以及发展科学过程技能,从而发展他们的科学本质观。
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