摘 要： 科學(xué)方法是構(gòu)成科學(xué)整體框架不可或缺的內(nèi)容。將科學(xué)方法教育從缺失到覺醒，再轉(zhuǎn)變?yōu)樽杂X，其教學(xué)理念從隱性到顯性，教學(xué)實操從知識方法分離到知識方法融合，結(jié)構(gòu)從碎片化到系統(tǒng)性，幫助學(xué)生對科學(xué)方法的認(rèn)識從偶有接觸到多法綜合。實踐證明，科學(xué)方法是學(xué)生思維進(jìn)階的幫手，增強科學(xué)方法與高中化學(xué)課程體系的匹配與銜接，引領(lǐng)學(xué)生從科學(xué)觀視角出發(fā)，運用科學(xué)方法建構(gòu)學(xué)習(xí)高中化學(xué)課程的基本思路，能夠較好地助力學(xué)生完善高中化學(xué)課程體系的一體化架構(gòu)。

關(guān)鍵詞： 科學(xué)方法； 高中化學(xué)； 課程體系； 化學(xué)史； 科學(xué)哲學(xué)

文章編號： 1005-6629（2024）11-0009-05

中圖分類號： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

科學(xué)方法是科學(xué)實踐的產(chǎn)物，也是科學(xué)探究的成果。在基礎(chǔ)教育階段實施科學(xué)方法教育，

是引導(dǎo)學(xué)生獲取正確科學(xué)認(rèn)知的前提與保障，也是學(xué)校能夠給予學(xué)生的最具有生命力的教育。掌握科學(xué)方法的多少和熟練程度，是學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)的有力工具，也是學(xué)生離開學(xué)校忘卻知識，但仍然能夠施展能力的基礎(chǔ)［1］。高中教師要本著倡導(dǎo)科學(xué)方法教育的觀念，將其落實于日常的科學(xué)教學(xué)之中，不僅要傳授學(xué)生基本的科學(xué)知識，更要幫助學(xué)生掌握具有普遍價值的科學(xué)方法。

1 發(fā)展科學(xué)方法教育的現(xiàn)實背景

究竟把揭示自然規(guī)律的知識本身作為目的，還是把知識作為工具以掌握研究自然規(guī)律的科學(xué)方法為目的，這是當(dāng)前科學(xué)教學(xué)中存在的兩種完全不同的教育思想。法國科學(xué)家笛卡爾說：“最有價值的知識，是關(guān)于方法的知識?！碑?dāng)前的高中物理、化學(xué)、生物、地理等科學(xué)學(xué)科中存在的缺乏方法指導(dǎo)的純知識性教學(xué)，容易讓學(xué)生產(chǎn)生多、雜、散、亂的不良感覺和知識的負(fù)遷移，甚至喪失學(xué)科興趣。同樣，缺乏多樣性科學(xué)方法的教學(xué)，學(xué)生往往僅會運用實驗和驗證兩種方法，甚至將實驗操作方法和解題的技巧性方法代替其余的科學(xué)方法。打破這種局面，需要建立學(xué)科特有的思維方法，即構(gòu)建這門學(xué)科符合自身研究對象特征的形式、符號、數(shù)學(xué)模型和實驗?zāi)Ｐ偷姆椒?，并將科學(xué)方法的教學(xué)從隱性滲透轉(zhuǎn)變?yōu)轱@性明示［2］，將學(xué)科獨特的方法與多種科學(xué)思維方法結(jié)合教學(xué)，避免學(xué)生陷入少數(shù)思維方法的缺陷和誤區(qū)中，有效提升學(xué)生綜合運用多種科學(xué)思維方法解決問題的能力［3］。

2 科學(xué)方法的地位與作用

科學(xué)研究始于問題，科學(xué)研究的終極目標(biāo)是解決問題，而解決問題需要方法。因此，在科學(xué)學(xué)習(xí)過程中要把握科學(xué)方法?？茖W(xué)本質(zhì)觀是對科學(xué)本質(zhì)問題的認(rèn)識，科學(xué)的本質(zhì)并不是證實真理，而是發(fā)現(xiàn)已有真理的錯誤，不斷更新真理。通過科學(xué)方法對知識進(jìn)行系統(tǒng)性加工、組織、重建及運用，學(xué)生頭腦中原有的知識結(jié)構(gòu)才會轉(zhuǎn)化為更加清晰的新的認(rèn)知結(jié)構(gòu)［4］。因此，科學(xué)方法對促進(jìn)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的形成意義重大，起著探索新的生長點、確立新的研究方向、揭示科學(xué)思維基本原理的作用。從科學(xué)發(fā)展的歷史來看，科學(xué)方法論經(jīng)歷了“自然哲學(xué)方法論、哲學(xué)方法論、邏輯方法論和理論方法論”四種形態(tài)。若將科學(xué)方法融入科學(xué)本質(zhì)教育中［5］，能更清晰地定位科學(xué)方法，更適切地發(fā)揮科學(xué)方法的功能。

2.1 科學(xué)方法與科學(xué)四維度的關(guān)系

科學(xué)分為相互關(guān)聯(lián)、相互依存的四個維度：科學(xué)知識、科學(xué)方法、科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神。它們共同構(gòu)成了科學(xué)的本質(zhì)特征，如圖1所示。唯有四者有機(jī)結(jié)合，才能產(chǎn)生真正的科學(xué)研究成果?？茖W(xué)方法本質(zhì)上歸屬于科學(xué)認(rèn)識，是認(rèn)識主體與客體發(fā)生互動中采用的工具和手段，是人類在科學(xué)認(rèn)識的發(fā)展過程中總結(jié)形成的?？茖W(xué)方法貫穿于整個科學(xué)領(lǐng)域，維系科學(xué)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定。科學(xué)方法是科學(xué)發(fā)現(xiàn)的手段，是形成與發(fā)展科學(xué)理論的催化劑，也是規(guī)范和優(yōu)化科學(xué)研究程序的指南。

2.2 科學(xué)方法與科學(xué)思維的關(guān)聯(lián)

思維是建立在實踐活動表象基礎(chǔ)上的感性認(rèn)識，借助于語言以知識為媒介而實現(xiàn)表達(dá)?？茖W(xué)思維主要包括模型、推理、論證、批判性思維、創(chuàng)新性思維等?？茖W(xué)思維的形式建立在科學(xué)方法掌握之上，科學(xué)方法的結(jié)構(gòu)見圖2?？茖W(xué)思維的基本形式和科學(xué)方法幾乎疊加在一起。因此，科學(xué)方法的運用離不開思維，思維形式的展開也離不開科學(xué)方法。在實際教學(xué)中，科學(xué)方法是思維型課堂的推手。其中，哲學(xué)方法能夠引導(dǎo)學(xué)生運用正確的思維方法解決問題。因此，科學(xué)方法教育要以哲學(xué)方法體系為總指導(dǎo)綱領(lǐng)，將哲學(xué)與自然科學(xué)融合。

3 科學(xué)方法指導(dǎo)下建構(gòu)高中化學(xué)課程體系

從認(rèn)識論的角度看，科學(xué)教育必須納入科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會學(xué)的內(nèi)容?？茖W(xué)史是科學(xué)方法的來源寶庫，科學(xué)哲學(xué)是科學(xué)方法的載體，科學(xué)社會學(xué)是科學(xué)方法的價值體現(xiàn)。高中化學(xué)學(xué)科具有專屬的科學(xué)方法，如宏微結(jié)合法、轉(zhuǎn)化法、平衡法、模型法、分類法、假說法、守恒法、變量控制法、觀察法、實驗法等［7］。一般采用想象、歸納、演繹法從化學(xué)史層面讓學(xué)生親歷科學(xué)家的研究路程，采用觀察、實驗、推理、論證法從科學(xué)哲學(xué)視角實施科學(xué)探究和科學(xué)實踐，采用比較、分類、類比、分析、綜合、模型法進(jìn)行四重表征（包括宏觀、微觀、符號、曲線），進(jìn)而獲得科學(xué)概念，落實科學(xué)本質(zhì)觀。

正確理解學(xué)科的研究方法有助于學(xué)生從“應(yīng)該知道什么”向“如何才能知道”以及“為什么要這樣做”轉(zhuǎn)變，也就是從知識到過程再到思考的轉(zhuǎn)變。因此，在高中化學(xué)教學(xué)中，讓學(xué)生從科學(xué)觀視角出發(fā)，運用科學(xué)方法認(rèn)識高中化學(xué)課程體系，是構(gòu)建高中化學(xué)課程基本框架和思路的正確路徑，更加符合學(xué)生的學(xué)習(xí)規(guī)律。

3.1 課程標(biāo)準(zhǔn)中高中化學(xué)課程體系的建構(gòu)思路

高中化學(xué)必修課程打通了化學(xué)1和化學(xué)2的邊界隔閡，不設(shè)模塊，只設(shè)主題。選擇性必修課程依據(jù)化學(xué)學(xué)科的基礎(chǔ)性研究領(lǐng)域，設(shè)置3個模塊，其內(nèi)容取向各有選擇性，其理論知識在必修課程基礎(chǔ)上深化拓展，體現(xiàn)發(fā)展性，并反映出學(xué)科核心素養(yǎng)的高階要求。但選擇性必修課程各模塊依然依據(jù)主題組織實施。

課程標(biāo)準(zhǔn)提出高中化學(xué)課程體系建構(gòu)的基本思路是采取“主題—學(xué)科觀念—課程內(nèi)容”的體例，這種組織方式使得課程內(nèi)容層級細(xì)化，有利于知識結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化。即在確定課程內(nèi)容時，先構(gòu)建若干個主題，在每個主題的統(tǒng)攝下提煉若干個核心概念，然后對核心概念進(jìn)行認(rèn)識性描述，而具體的知識點就蘊含在其中。課程標(biāo)準(zhǔn)中高中化學(xué)課程體系內(nèi)容組織方式及其多重價值見圖3。將“從科學(xué)方法視角認(rèn)識高中化學(xué)課程體系的思路建構(gòu)”放在各主題實施過程中，在主題式教學(xué)中運用科學(xué)方法幫助學(xué)生跳出知識的束縛，能較好地幫助學(xué)生實現(xiàn)核心觀念的結(jié)構(gòu)化。

3.2 必修課程體系的建構(gòu)

必修課程是為全體學(xué)生奠定共同的基礎(chǔ)而設(shè)置的。在必修課程階段，化學(xué)的邏輯主線尚未明晰，教師要引導(dǎo)學(xué)生圍繞少數(shù)大概念來學(xué)習(xí)各章節(jié)的內(nèi)容，厘清必修知識學(xué)習(xí)的價值所在，突出化學(xué)觀念的統(tǒng)領(lǐng)作用和科學(xué)方法的指引作用，不必過于糾結(jié)瑣碎的具體知識。

課程標(biāo)準(zhǔn)提出必修課程內(nèi)容可以依據(jù)5個主題組織，目的是提高課程實施的整體性。主題1“化學(xué)科學(xué)與實驗探究”涉及的內(nèi)容包括“化學(xué)科學(xué)的主要特征、科學(xué)探究過程、化學(xué)實驗、科學(xué)態(tài)度與安全意識、學(xué)生必做實驗”。教師要采用“分類、模型、化學(xué)實驗設(shè)計、變量控制”等方法整體規(guī)劃實驗及探究教學(xué)，讓學(xué)生能基于物質(zhì)的量認(rèn)識物質(zhì)組成及其化學(xué)變化。主題2“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”涉及的內(nèi)容包括“元素與物質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、電離與離子反應(yīng)、金屬及其化合物、非金屬及其化合物、物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)轉(zhuǎn)化的價值、學(xué)生必做實驗”。當(dāng)前高中化學(xué)對元素化合物的教學(xué)主要集中在鈉、氯、硫、氮、鐵這5種元素，淡化了諸多元素化合物具體性質(zhì)的學(xué)習(xí)。教師要秉持“認(rèn)識元素及其化合物性質(zhì)的視角和預(yù)測法”，著力在元素化合物學(xué)習(xí)的基本方法如分類與轉(zhuǎn)化，認(rèn)識途徑如化合價和物質(zhì)類別的關(guān)系上。主題3“物質(zhì)結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)及化學(xué)反應(yīng)規(guī)律”涉及的內(nèi)容包括“原子結(jié)構(gòu)與元素周期律、化學(xué)鍵、化學(xué)反應(yīng)的限度和快慢、化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化、學(xué)生必做實驗”。人類對元素周期律的漫長認(rèn)識歷程與對物質(zhì)的認(rèn)知過程一致。但現(xiàn)代化學(xué)已經(jīng)從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途的關(guān)系研究升華到依據(jù)需求制造新的物質(zhì)。主題4“簡單的有機(jī)化合物及其應(yīng)用”涉及的內(nèi)容包括“有機(jī)物的結(jié)構(gòu)特點、典型有機(jī)物的性質(zhì)、有機(jī)化學(xué)研究的價值、學(xué)生必做實驗”。教師要本著認(rèn)識有機(jī)物的一般思路，引導(dǎo)學(xué)生采用觀察實驗現(xiàn)象、聯(lián)系生產(chǎn)生活實際、歸納總結(jié)等方法學(xué)習(xí)典型有機(jī)物的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及應(yīng)用。主題5“化學(xué)與社會發(fā)展”涉及的內(nèi)容包括“化學(xué)促進(jìn)可持續(xù)發(fā)展，化學(xué)科學(xué)在材料科學(xué)、人類健康等方面的重要作用，化學(xué)在自然資源和能源綜合利用方面的重要價值，化學(xué)在環(huán)境保護(hù)中的作用，化學(xué)應(yīng)用的安全與規(guī)則意識”。教師要引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注化學(xué)的功能價值，比如“物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化與社會生產(chǎn)生活的聯(lián)系，對人類、自然和社會可持續(xù)發(fā)展的作用”等，充分理解化學(xué)學(xué)科對社會的作用和意義。

必修課程要努力體現(xiàn)化學(xué)基本觀念與發(fā)展趨勢，以適應(yīng)未來社會發(fā)展的需求。采用針對性的科學(xué)方法挖掘知識背后“具有生長功能的開放系統(tǒng)”，可以幫助學(xué)生經(jīng)歷一個由靜態(tài)到動態(tài)、由孤立到關(guān)聯(lián)的有意義的學(xué)習(xí)過程。

3.3 選擇性必修課程體系的建構(gòu)

課程標(biāo)準(zhǔn)提出選擇性必修課程的內(nèi)容和目標(biāo)是依據(jù)學(xué)生對必修課程認(rèn)識的發(fā)展而設(shè)置的，教師要將選擇性必修課程與化學(xué)科學(xué)發(fā)展的方向關(guān)聯(lián)，幫助學(xué)生實現(xiàn)對化學(xué)基本觀念的發(fā)展性理解。這就需要教師將選擇性必修課程與大學(xué)化學(xué)關(guān)聯(lián)，實現(xiàn)自身對化學(xué)知識內(nèi)容的本原性理解，才能游刃有余地站在科學(xué)方法的視角引領(lǐng)學(xué)生學(xué)習(xí)選擇性必修課程［8］。

選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》課程模塊的邏輯主線是從認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)到調(diào)控化學(xué)反應(yīng)，教師要抓住這條邏輯主線實施相關(guān)科學(xué)方法引領(lǐng)的教學(xué)［9］?！痘瘜W(xué)反應(yīng)原理》課程內(nèi)容可以依據(jù)3個主題組織。主題1“化學(xué)反應(yīng)與能量”涉及的內(nèi)容包括“體系與能量、化學(xué)反應(yīng)與熱能、化學(xué)反應(yīng)與電能”，教師要引導(dǎo)學(xué)生運用圖像分析法、定性分析與定量分析法，建立物質(zhì)與能量、化學(xué)反應(yīng)與能量轉(zhuǎn)化之間的聯(lián)系。主題2“化學(xué)反應(yīng)的方向、限度和速率”涉及的內(nèi)容包括“化學(xué)反應(yīng)的方向與限度、化學(xué)反應(yīng)速率、化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控”，教師要引導(dǎo)學(xué)生運用化學(xué)方程式中的變化與守恒法、平衡思想建立認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)、調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的熱力學(xué)與動力學(xué)兩大角度。主題3“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”涉及的內(nèi)容包括“電解質(zhì)在水溶液中的行為、電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡、離子反應(yīng)與平衡的應(yīng)用”，教師要運用電解質(zhì)溶液中的電荷守恒與元素質(zhì)量守恒法，以及平衡思想分析、解釋與溶液中離子反應(yīng)相關(guān)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化問題。“化學(xué)反應(yīng)與電能”往往在主題3結(jié)束后再將其置于主題1的統(tǒng)領(lǐng)下實施，采用電化學(xué)過程的系統(tǒng)思想與方法，圍繞電子導(dǎo)體與離子導(dǎo)體界面的電極反應(yīng)建立調(diào)控電極反應(yīng)的角度，豐富和發(fā)展學(xué)生調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的思路。

選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》將“物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的概念、原理、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系”這些模塊大概念作為教學(xué)結(jié)構(gòu)的中心［10］。其課程內(nèi)容可以依據(jù)3個主題組織，均較多采用想象、類比、模型法來學(xué)習(xí)。主題1“原子結(jié)構(gòu)與元素的性質(zhì)”重在幫助學(xué)生建立“位置、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)”關(guān)系的系統(tǒng)思維框架。涉及的內(nèi)容包括“原子核外電子的運動狀態(tài)，核外電子排布規(guī)律，核外電子排布與元素周期律（表）”。主題2“微粒間的相互作用與物質(zhì)的性質(zhì)”以模塊大概念“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”統(tǒng)領(lǐng)第二、三兩章，依照邏輯關(guān)系，闡明分子結(jié)構(gòu)與性質(zhì)、晶體結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系［11］。涉及的內(nèi)容包括“微粒間的相互作用、共價鍵的本質(zhì)和特征、分子的空間結(jié)構(gòu)、晶體和聚集狀態(tài)”。主題3“研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法與價值”貫穿于主題1和2的始終，涉及的內(nèi)容包括“物質(zhì)結(jié)構(gòu)的探索是無止境的，研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的方法，研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的價值”。

從高中化學(xué)課程的整體看，選擇性必修3《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》是收官模塊，其教學(xué)應(yīng)該成為學(xué)生科學(xué)方法學(xué)習(xí)的發(fā)展高地［12］，課程內(nèi)容可以依據(jù)3個主題組織。主題1“有機(jī)化合物的組成與結(jié)構(gòu)”涉及的內(nèi)容包括“有機(jī)物的分子結(jié)構(gòu)、官能團(tuán)、化學(xué)鍵”，可以引導(dǎo)學(xué)生從碳骨架、官能團(tuán)、原子團(tuán)之間的相互影響這三個方面，基于系統(tǒng)思維優(yōu)化認(rèn)識有機(jī)物的一般思路。主題2“烴及其衍生物的性質(zhì)與應(yīng)用”涉及的內(nèi)容包括“烴的性質(zhì)與應(yīng)用、烴的衍生物的性質(zhì)與應(yīng)用、有機(jī)反應(yīng)類型與有機(jī)合成、有機(jī)物的安全使用”，這是將反應(yīng)原理和結(jié)構(gòu)模型遷移運用的良好實踐平臺，可以運用“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”模塊的科學(xué)方法研究有機(jī)反應(yīng)，運用反應(yīng)原理的科學(xué)方法解釋有機(jī)反應(yīng)，盡可能幫助學(xué)生實現(xiàn)化學(xué)科學(xué)方法的飛躍發(fā)展。主題3“生物大分子及合成高分子”涉及的內(nèi)容包括“聚合物的結(jié)構(gòu)特點、生物大分子、合成高分子”，內(nèi)容既豐富又獨特，教師要有針對性地選擇素材、創(chuàng)設(shè)情境，帶領(lǐng)學(xué)生運用多樣化的科學(xué)方法深入知識的意義系統(tǒng)。

4 普通高中實施科學(xué)方法教育的反思

科學(xué)有法，但無定法?？茖W(xué)方法對于高中學(xué)科課程體系的整體建構(gòu)和組織實施起著指導(dǎo)性和指引性的作用。在科學(xué)方法教育中要始終注意以下三個方面：一是要在特定的情境中選擇合適的方法解決實際問題，不能生搬硬套某一種科學(xué)方法［13］，學(xué)會運用跨學(xué)科的綜合科學(xué)方法和思維方式解決真實問題已經(jīng)成為趨勢。化學(xué)學(xué)科中，學(xué)生只有在思維方法和化學(xué)方法的協(xié)同作用下才能獲得活化的具有實際價值的知識。二是嫻熟的科學(xué)方法可以避免學(xué)生思想受限，有助于培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)有發(fā)展前途的研究方向的科學(xué)鑒賞力?；瘜W(xué)學(xué)科中，化學(xué)方法教育可以培養(yǎng)學(xué)生預(yù)見化學(xué)研究工作可能產(chǎn)生的結(jié)果的敏銳判斷力。三是看似普通的日?，F(xiàn)象，可能蘊含著深刻的科學(xué)原理，這就需要方法創(chuàng)新?；瘜W(xué)學(xué)科中，化學(xué)科學(xué)方法對解釋和理解生活現(xiàn)象發(fā)揮著不可替代的作用。

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［9］陳進(jìn)前. 從認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)到調(diào)控化學(xué)反應(yīng)——論選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》的理解思路［J］. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2024， （4）： 1～5.

［10］王換榮， 肖中榮. 學(xué)科大概念多重層級下的主題大概念教學(xué)路徑——以人教版（2019版）選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》為例［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2023， （9）： 25～28.

［11］王云生. 發(fā)揮教科書對教學(xué)的引領(lǐng)作用——人教版2020年版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》教材的編寫特色［J］. 化學(xué)教學(xué)， 2022， （5）： 19～22.

［12］蔣維云， 陳進(jìn)前. 《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》應(yīng)該成為核心素養(yǎng)發(fā)展的高地［J］. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考， 2023， （19）： 1～4.

［13］萬東升， 魏冰. 以當(dāng)代科學(xué)實踐為情境的科學(xué)教學(xué)模式初探［J］. 課程·教材·教法， 2016， 36（12）： 85～90.