基于化學(xué)觀念建構(gòu)的“知識(shí)情境化”教學(xué)實(shí)踐與思考

基于化學(xué)觀念建構(gòu)的“知識(shí)情境化”教學(xué)實(shí)踐與思考基于化學(xué)觀念建構(gòu)的“知識(shí)情境化〞教學(xué)實(shí)踐與思考

文章編號(hào)：1008-0546〔2022〕11-0015-03中圖分類號(hào)：G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.006

一、對(duì)“知識(shí)情境化〞建構(gòu)化學(xué)觀念的根本認(rèn)識(shí)

1.建構(gòu)化學(xué)觀念是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo)

化學(xué)根本觀念是指學(xué)生通過(guò)化學(xué)課程的學(xué)習(xí)，在深入理解化學(xué)學(xué)科特征的根底上所獲得的對(duì)化學(xué)的總觀性的認(rèn)識(shí)[2]。它具體表現(xiàn)為個(gè)體主動(dòng)運(yùn)用化學(xué)思想辦法認(rèn)識(shí)身邊事物和處理問(wèn)題的自覺(jué)意識(shí)或思維習(xí)慣。畢華林教授將化學(xué)觀念分為：知識(shí)類〔物質(zhì)觀、元素觀、微粒觀、變化觀、能量觀〕，辦法類〔分類觀、實(shí)驗(yàn)觀〕，情感類〔價(jià)值觀、辯證觀〕。?普通高中化學(xué)課程規(guī)范》〔實(shí)驗(yàn)〕“課程目標(biāo)〞中要求“了解化學(xué)科學(xué)開(kāi)展的主要線索，理解根本的化學(xué)概念和原理，認(rèn)識(shí)化學(xué)現(xiàn)象的本質(zhì)，理解化學(xué)變化的根本規(guī)律，形成有關(guān)化學(xué)科學(xué)的根本觀念[3]。〞宋心琦教授曾指出：“學(xué)生能否牢固地、準(zhǔn)確地、哪怕只是定性地建立起根本的化學(xué)觀念，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo)[4]。〞隨著時(shí)間的推移，學(xué)生對(duì)所學(xué)的化學(xué)知識(shí)可能會(huì)有所遺忘，但通過(guò)學(xué)習(xí)所形成的化學(xué)觀念卻不會(huì)被遺忘，也正是這些觀念才能內(nèi)化為他們分析、解釋和解決實(shí)際生活中問(wèn)題的能力，而這恰恰是教育的目的所在。因此，化學(xué)教學(xué)要從傳授知識(shí)、理解原理轉(zhuǎn)變?yōu)樘骄恐R(shí)、建構(gòu)觀念，實(shí)現(xiàn)由“知識(shí)為本〞轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)〞的教學(xué)轉(zhuǎn)變。

2.“知識(shí)情境化〞是建構(gòu)化學(xué)觀念的有效教學(xué)途徑

建構(gòu)主義認(rèn)為，知識(shí)存在于具體的、情境性的、可感知的活動(dòng)之中，學(xué)習(xí)應(yīng)該與情境化的社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)結(jié)合起來(lái)。學(xué)習(xí)不是知識(shí)由教師向?qū)W生的傳遞，而是學(xué)生建構(gòu)自己的知識(shí)的過(guò)程；學(xué)生不是被動(dòng)的信息接受者，而是信息意義的主動(dòng)建構(gòu)者，這種建構(gòu)不可能由其他人代替。因此，教學(xué)要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)理想的學(xué)習(xí)情境，激發(fā)學(xué)生的推理、分析、鑒別等高級(jí)的思維活動(dòng)，同時(shí)給學(xué)生提供豐盛的信息資源、處理信息的工具以及適當(dāng)?shù)膸兔椭С?，促進(jìn)他們自身建構(gòu)意義以及解決問(wèn)題的活動(dòng)[5]。

化學(xué)科學(xué)的實(shí)踐性和應(yīng)用性決定了化學(xué)觀念的建構(gòu)必須將科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)、科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的思想內(nèi)容融入到化學(xué)課程之中?！爸R(shí)情境化〞，即將知識(shí)置于其發(fā)生和應(yīng)用的真實(shí)情境之中，通過(guò)知識(shí)與其發(fā)生和應(yīng)用情境之間的本然聯(lián)系，將學(xué)生已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與知識(shí)情境有機(jī)結(jié)合起來(lái)。其實(shí)質(zhì)是真實(shí)地、客觀地再現(xiàn)知識(shí)的產(chǎn)生、開(kāi)展和應(yīng)用過(guò)程，讓學(xué)生在真實(shí)知識(shí)情境中經(jīng)過(guò)自己的探索、發(fā)現(xiàn)、體驗(yàn)等多重感知深刻領(lǐng)悟化學(xué)核心知識(shí)。把陌生的、外在的知識(shí)內(nèi)化為熟悉的、可以理解的、甚至是融于心智的經(jīng)驗(yàn)，并通過(guò)內(nèi)心體驗(yàn)與認(rèn)知升華形成特定的情感態(tài)度，自覺(jué)主動(dòng)地建構(gòu)化學(xué)觀念。

二、“知識(shí)情境化〞建構(gòu)化學(xué)觀念的乙醇教學(xué)實(shí)踐

1.創(chuàng)設(shè)“焚燒法測(cè)定乙醇分子式〞情境，建構(gòu)“化學(xué)元素觀〞

乙醇的分子式為C2H6O。如何讓學(xué)生分析乙醇的組成并推出其分子式？

有機(jī)物的定量分析最早是由德國(guó)人李比希提出的。他用CuO作氧化劑將僅含C、H、O元素的有機(jī)物氧化，產(chǎn)生的H2O用無(wú)水氯化鈣吸收，CO2用KOH的濃溶液吸收。分別稱出吸收前后吸收劑的質(zhì)量，計(jì)算出碳、氫原子在分子中的含量，殘余的就是氧原子的含量?，F(xiàn)代元素定量分析和有機(jī)物結(jié)構(gòu)確定將在?有機(jī)化學(xué)根底》模塊學(xué)習(xí)。如何確定乙醇的分子式，根據(jù)課程規(guī)范對(duì)必修階段的要求，結(jié)合李比希的定量分析，創(chuàng)設(shè)的“知識(shí)情境〞為：已知乙醇的相對(duì)分子質(zhì)量為46，0.1mol乙醇在純氧中完全焚燒后生成5.4gH2O和8.8gCO2，通過(guò)計(jì)算確定乙醇的分子式。

學(xué)生通過(guò)計(jì)算C、H元素的質(zhì)量，運(yùn)用質(zhì)量守恒定律分析出乙醇中還含有氧元素，求出1mol乙醇中含有2mol碳原子、6mol氫原子、1mol氧原子，得出分子式為C2H6O。顯然，學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)李比希研究有機(jī)物的科學(xué)史實(shí)，認(rèn)識(shí)了有機(jī)物定量分析的根本辦法――“元素分析法〞，建構(gòu)了分析有機(jī)物的“化學(xué)元素觀〞。根據(jù)“化學(xué)元素觀〞，乙醇分子中除了碳、氫元素，還含有氧元素，因此，乙醇不屬于烴，而屬于烴的衍生物。

2.創(chuàng)設(shè)“搭建乙醇球棍模型〞情境，建構(gòu)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀〞

如何從乙醇的分子式推出乙醇的結(jié)構(gòu)式？聯(lián)系到學(xué)生學(xué)過(guò)的水、乙烷的球棍模型，創(chuàng)設(shè)的“知識(shí)情境〞為：根據(jù)水、乙烷的球棍模型，結(jié)合C、H、O元素在有機(jī)物中的價(jià)鍵特征，推測(cè)乙醇的結(jié)構(gòu)式，并用球棍模型來(lái)表示其結(jié)構(gòu)。乙醇分子和乙烷分子最接近，乙烷分子中有2種不同的化學(xué)鍵，在乙烷分子中的不同化學(xué)鍵部位插入氧原子有兩種方式。于是，學(xué)生搭建出甲、乙兩種球棍模型：

從結(jié)構(gòu)上分析，甲的6個(gè)氫原子均與碳原子相連，兩端的―CH3和烷烴兩端的結(jié)構(gòu)式一樣；乙有5個(gè)氫原子與碳原子相連，有1個(gè)氫原子與氧原子相連。比擬結(jié)構(gòu)式甲和乙，可以看出結(jié)構(gòu)式乙和水有相同的基團(tuán)“―OH〞。經(jīng)過(guò)分析比擬，學(xué)生掌握了由有機(jī)物分子式確定結(jié)構(gòu)式的思維辦法，建構(gòu)了“物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀〞。

3.創(chuàng)設(shè)“實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證乙醇的結(jié)構(gòu)〞情境，建構(gòu)“科學(xué)探究觀〞

通過(guò)搭建球棍模型，學(xué)生對(duì)乙醇的分子結(jié)構(gòu)有了初步認(rèn)識(shí)。如何讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究確認(rèn)乙醇的結(jié)構(gòu)。一方面可以通過(guò)知識(shí)情境“金屬鈉保留在煤油中〞，讓學(xué)生思考“烴中碳原子上的氫是否和鈉發(fā)生反饋〞，另一方面讓學(xué)生通過(guò)科學(xué)探究來(lái)驗(yàn)證。

[實(shí)驗(yàn)探究1]：在一支大試管中參加2-3mL的無(wú)水乙醇，再向其中參加一粒新切的、用濾紙擦干外表煤油的黃豆粒大小的金屬鈉。在試管口迅速塞上配有導(dǎo)管的橡膠塞，用小試管收集并驗(yàn)純氣體。氣體純潔后，點(diǎn)燃，并把一枯燥的小燒杯罩在火焰上，片刻后，迅速倒轉(zhuǎn)燒杯，向燒杯中參加少量澄清石灰水。學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究發(fā)現(xiàn)：鈉沉在無(wú)水乙醇液面下，鈉不斷反饋并產(chǎn)生氣體，反饋過(guò)程中鈉塊會(huì)上浮，試管壁發(fā)熱。點(diǎn)燃產(chǎn)生的氣體可以察看到淡藍(lán)色火焰，將枯燥的小燒杯罩在火焰上方，可以察看到燒杯壁上出現(xiàn)液滴，迅速倒轉(zhuǎn)燒杯并向其中參加少量澄清石灰水，沒(méi)有出現(xiàn)渾濁。

通過(guò)[實(shí)驗(yàn)探究1]的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和分析，知道乙醇結(jié)構(gòu)式是乙。為了加深學(xué)生對(duì)乙醇結(jié)構(gòu)的理解，再創(chuàng)設(shè)“定量測(cè)定乙醇與鈉反饋生成氫氣的體積〞的知識(shí)情境來(lái)驗(yàn)證乙醇的分子結(jié)構(gòu)。

如下圖實(shí)驗(yàn)裝置測(cè)得46g乙醇與足量的鈉反饋，可得規(guī)范狀況下11.2L氫氣。顯然，如果是結(jié)構(gòu)式甲，46g乙醇與足量的鈉應(yīng)該生成規(guī)范狀況下67.2L氫氣；而如果是乙，當(dāng)取代與氧原子相連接的氫原子，46克乙醇與足量的鈉恰好生成規(guī)范狀況下11.2L氫氣。因此，乙醇分子的結(jié)構(gòu)式為：

從實(shí)驗(yàn)探究驗(yàn)證到定量測(cè)定分析，不僅幫忙學(xué)生確定了乙醇的分子結(jié)構(gòu)，而且通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究讓學(xué)生建構(gòu)了“科學(xué)探究觀〞。

4.創(chuàng)設(shè)“動(dòng)畫(huà)模擬反饋原理〞情境，進(jìn)一步建構(gòu)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀〞

有機(jī)物的根本學(xué)習(xí)模式為“組成→結(jié)構(gòu)→性質(zhì)→用途〞，幫忙學(xué)生建構(gòu)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀〞的關(guān)鍵是讓學(xué)生明白化學(xué)鍵的形成和斷裂部位。學(xué)生通過(guò)“焚燒法測(cè)定分子式〞得出乙醇的分子式，通過(guò)“搭建球棍模型〞和[實(shí)驗(yàn)探究1]知道了乙醇的結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式、官能團(tuán)〔“―OH〞、“羥基〞〕。教師引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)鍵斷裂和形成的角度來(lái)分析乙醇和鈉的反饋，并通過(guò)動(dòng)畫(huà)模擬讓學(xué)生留下深刻印象。

在此根底上，再來(lái)學(xué)習(xí)乙醇在銅或銀作催化劑時(shí)氧化生成乙醛。創(chuàng)設(shè)“知識(shí)情境〞：

〔1〕在高溫焊接銀器、銅器時(shí)，外表會(huì)生成黑色的氧化物，工藝師傅說(shuō)，可以先把銅、銀器具，趁熱蘸一下酒精，銅、銀會(huì)光亮如初。

〔2〕[實(shí)驗(yàn)探究2]：向試管中參加2-3mL無(wú)水乙醇，將銅絲燒熱，迅速插入乙醇中，反復(fù)屢次，并小心聞試管中液體的氣味。

學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)察看到，紅色Cu受熱變黑色CuO，熱的黑色CuO伸入乙醇中變成光亮紅色，液體沸騰，反復(fù)屢次后，在試管口聞到刺激性氣味。面對(duì)如此奇妙的現(xiàn)象，學(xué)生自然會(huì)產(chǎn)生疑問(wèn)：銅絲由亮變黑的反饋？銅絲由黑變亮的反饋？氧化銅變成了什么？氧化銅中的銅元素、氧元素到哪去了？此時(shí)，教師演示“動(dòng)畫(huà)模擬反饋原理〞，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)乙醇催化氧化時(shí)化學(xué)鍵斷裂的過(guò)程，明白催化氧化的原理是氧氣結(jié)合―OH上的氫原子和羥基碳上的氫原子生成水。

為了加深學(xué)生對(duì)“物質(zhì)結(jié)構(gòu)觀〞的建構(gòu)，再總結(jié)乙醇在化學(xué)反饋中斷鍵位置：與活躍金屬反饋時(shí)斷裂①，在Cu或Ag催化下和O2反饋時(shí)斷裂①③，C2H5OH焚燒時(shí)化學(xué)鍵全部斷裂。

5.創(chuàng)設(shè)“社會(huì)生活中的乙醇〞情境，建構(gòu)“化學(xué)科學(xué)價(jià)值觀〞

乙醇的用途主要有：作燃料〔乙醇汽油、燃料電池〕，有機(jī)溶劑，消毒劑〔體積分?jǐn)?shù)75%〕，制造飲料和香精、乙酸、乙醚等。為了幫忙學(xué)生自主完成知識(shí)學(xué)習(xí)和建構(gòu)“化學(xué)科學(xué)價(jià)值觀〞。創(chuàng)設(shè)了以下知識(shí)情境：

〔1〕白酒標(biāo)簽上“39度〞或“42度〞的含義，解釋“酒香不怕巷子深〞。

〔2〕2022年新交規(guī)對(duì)于酒駕的處分：酒精含量到達(dá)20mg/100mL但缺乏80mg/100mL，屬于飲酒駕駛；酒精含量到達(dá)或超過(guò)80mg/100mL，屬于醉酒駕駛。飲酒駕駛屬于違法行為，醉酒駕駛屬于犯罪行為。交警快速檢查酒后駕車是讓司機(jī)呼出的氣體通過(guò)硫酸酸化的重鉻酸鉀溶液，根據(jù)溶液的變化可測(cè)出呼出的氣體中是否含有乙醇以及乙醇含量的上下。

〔3〕向?qū)W生展示彩色的固體酒精并點(diǎn)燃，介紹乙醇汽油〔由90%的普通汽油與10%的燃料乙醇調(diào)和而成〕。

創(chuàng)設(shè)上述“社會(huì)生活經(jīng)驗(yàn)〞情境，讓學(xué)生交流討論，學(xué)生不僅認(rèn)識(shí)了早已融入日常生活中的固體酒精，了解“39度〞或“42度〞表示“酒中所含酒精的體積分?jǐn)?shù)〞，而且通過(guò)“酒香不怕巷子深〞、交警檢查酒駕，讓學(xué)生知道酒是一種奇特而富有魅力的飲料，中國(guó)酒文化博大精深、源遠(yuǎn)流長(zhǎng)。適量飲酒有益健康，長(zhǎng)期大量飲酒損害身體。青少年正處于生長(zhǎng)期，酒精的刺激會(huì)影響大腦發(fā)育。因此，同學(xué)們一定不要飲酒，也要?jiǎng)窀婕胰?、親友少飲酒，不飲酒。珍愛(ài)生命，拒絕酒駕！同時(shí)，通過(guò)乙醇汽油讓學(xué)生了解能源危機(jī)，關(guān)注人類面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會(huì)問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的可持續(xù)開(kāi)展意識(shí)和社會(huì)責(zé)任感，幫忙學(xué)生建構(gòu)了良好的“化學(xué)科學(xué)價(jià)值觀〞。

三、對(duì)“知識(shí)情境化〞建構(gòu)化學(xué)觀念的思考

1.創(chuàng)設(shè)的知識(shí)情境要能夠促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)化學(xué)觀念

?普通高中化學(xué)課程規(guī)范》〔實(shí)驗(yàn)〕[6]“課程的根本理念〞中要求“通過(guò)以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的過(guò)程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強(qiáng)化科學(xué)探究的意識(shí)，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。〞“知識(shí)情境化〞要體現(xiàn)以學(xué)生為本的理念，教師要選取富有感染力的典型素材，根據(jù)不同的內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)不同的情境，及時(shí)把握情境設(shè)計(jì)的機(jī)會(huì)和切入點(diǎn)，到達(dá)知識(shí)與情境的有效融合。因此，在創(chuàng)設(shè)知識(shí)情境時(shí)要認(rèn)真選擇，可以是有關(guān)生活常識(shí)、社會(huì)生產(chǎn)中的實(shí)際應(yīng)用、化學(xué)史實(shí)、最新科技成果、新聞事件；也可以是視頻、圖片、模型、文字、實(shí)驗(yàn)。無(wú)論采用哪種形式，知識(shí)情境的價(jià)值更多地凸顯它對(duì)教學(xué)目標(biāo)的撐持，能夠促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)建構(gòu)化學(xué)觀念。

2.創(chuàng)設(shè)的知識(shí)情境要能夠增進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)觀念的理解

美國(guó)心理學(xué)家布魯納說(shuō)過(guò)“學(xué)習(xí)最好的刺激，乃是對(duì)所學(xué)材料的興趣。〞“知識(shí)情境化〞的目的是通過(guò)將知識(shí)置于其發(fā)生和應(yīng)用的真實(shí)情境之中讓學(xué)生學(xué)習(xí)真實(shí)的化學(xué)、有趣的化學(xué)、實(shí)用的化學(xué)，它能真實(shí)反映化學(xué)學(xué)科的特點(diǎn)和獨(dú)特價(jià)值。知識(shí)情境的創(chuàng)設(shè)應(yīng)依據(jù)教學(xué)目標(biāo)，緊扣教學(xué)主題，能夠有效激發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突和求知欲，引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)參與、積極思考、合作探究，體會(huì)化學(xué)知識(shí)產(chǎn)生、形成和開(kāi)展的過(guò)程，幫忙學(xué)生有效突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，掌握根底知識(shí)和根本技能。要?jiǎng)?chuàng)設(shè)貼近學(xué)生“最近開(kāi)展區(qū)〞的知識(shí)情境，架設(shè)學(xué)生“最近開(kāi)展區(qū)〞到“現(xiàn)有開(kāi)展水平〞之間的橋梁，培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)，啟迪學(xué)生的思維。讓學(xué)生在發(fā)現(xiàn)、分析、解決問(wèn)題的過(guò)程中，逐步提高自身的思維能力、分析能力和自主學(xué)習(xí)能力，增進(jìn)其對(duì)化學(xué)觀念的理解。

3.創(chuàng)設(shè)的知識(shí)情境能夠促進(jìn)學(xué)生形成科學(xué)的世界觀

迅猛開(kāi)展的化學(xué)已成為生命科學(xué)、材料科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、能源科學(xué)、信息科學(xué)等領(lǐng)域的重要根底，它在解決人類社會(huì)開(kāi)展過(guò)程中面臨的有關(guān)問(wèn)題、提高人類的生活質(zhì)量、促進(jìn)人與自然和諧相處等方面發(fā)揮著重要的作用[7]。因此，教師要全面把握化學(xué)課程中的學(xué)科觀念體系，從學(xué)生已有的經(jīng)驗(yàn)和將要經(jīng)歷的社會(huì)生活實(shí)際出發(fā)，結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與化學(xué)科學(xué)開(kāi)展的趨勢(shì)，精心創(chuàng)設(shè)“知識(shí)情境〞，讓