基于內(nèi)需激發(fā)的物質(zhì)主題教學(xué)*——以“奇妙的管道通”一課為例

陳廣余

基于內(nèi)需激發(fā)的物質(zhì)主題教學(xué)*——以“奇妙的管道通”一課為例

陳廣余

（常州市教科院附中江蘇常州213001）

物質(zhì)主題是化學(xué)啟蒙教育的重要內(nèi)容。學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中表現(xiàn)出知識與知識的關(guān)聯(lián)性理解不到位、物質(zhì)研究的一般思路與方法運用不到位、知識的遷移不靈活等問題。作者結(jié)合具體課例闡釋情景設(shè)置、思路點撥、能力提升、內(nèi)需發(fā)展、風(fēng)險認知等方面對內(nèi)驅(qū)激發(fā)所起的作用。

物質(zhì)主題；激發(fā)內(nèi)驅(qū)；深度學(xué)習(xí)

化學(xué)是一門以物質(zhì)為研究對象的自然基礎(chǔ)科學(xué)，認識物質(zhì)、利用物質(zhì)、創(chuàng)造物質(zhì)是化學(xué)學(xué)科的基本任務(wù)與基本特征［1］。學(xué)生通過初中化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)，能夠?qū)ρ鯕?、二氧化碳、水、金屬等身邊常見的物質(zhì)有一個比較系統(tǒng)的認識。但是，僅掌握課堂上學(xué)習(xí)的這幾種物質(zhì)，對于學(xué)生需要面對的千變?nèi)f化的生活世界是遠遠不夠的；有限的化學(xué)課堂也不可能將生活中可能接觸到的物質(zhì)窮盡在課本中、課堂上。這就需要我們的物質(zhì)主題教學(xué)必須給予學(xué)生認識物質(zhì)的基本思路與方法。

一、重要文本分析

《義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2011年版）》（以下簡稱“課程標準”）明確提出了物質(zhì)主題學(xué)習(xí)的意義：幫助學(xué)生了解化學(xué)物質(zhì)對人類生活的影響，體會科學(xué)進步對提高人類生活質(zhì)量所做出的巨大貢獻，并從認識性構(gòu)相依、理解人與自然的關(guān)系、形成科學(xué)的物質(zhì)觀等角度對物質(zhì)主題教學(xué)提出了明確要求［2］。課程標準的5項課程內(nèi)容都與物質(zhì)主題有著不可分割的緊密聯(lián)系：認識幾種重要的化學(xué)物質(zhì)（身邊的化學(xué)物質(zhì)）；認知要能夠達到微觀的層面（構(gòu)成物質(zhì)的奧秘）；要能從變化與守恒的辯證關(guān)系等角度認識物質(zhì)（物質(zhì)的化學(xué)變化）；認識物質(zhì)的過程中要注意運用科學(xué)探究的方法（科學(xué)探究）；要能夠站在化學(xué)與社會發(fā)展的高度合理利用物質(zhì)（化學(xué)與社會發(fā)展）?？梢哉f，引導(dǎo)學(xué)生探究和認識身邊的化學(xué)物質(zhì)，了解物質(zhì)變化的奧秘，是化學(xué)啟蒙教育的重要內(nèi)容。

物質(zhì)知識，也貫穿著整個中學(xué)化學(xué)教材的始末，是構(gòu)成中學(xué)化學(xué)知識的骨架［3］。就以滬教版化學(xué)教材為例，教材依據(jù)課程標準對氧氣、碳和碳的氧化物、鐵和常見的金屬、水和溶液、一些酸堿鹽等常見化學(xué)物質(zhì)進行了介紹。相關(guān)物質(zhì)主題素材的選用和內(nèi)容的編排，都蘊藏著豐富的內(nèi)涵。比如，化石燃料的相關(guān)知識，2011年教材修訂前是編排在第四章“燃燒燃料”［4］，無形當中，化石燃料就被定位成燃料；修訂后被調(diào)整到第九章“化學(xué)與社會發(fā)展”［5］，這樣就表達出一個重要信息，化石燃料是重要的自然資源，必須進行綜合利用，這樣就完整體現(xiàn)了化石燃料的價值。再比如，關(guān)于氧氣、二氧化碳、氫氣的實驗室制法，雖然都是實驗室制取氣體，但教材對這三種物質(zhì)的處理各有側(cè)重。在制取氧氣時，既用高錳酸鉀又用雙氧水，不僅讓學(xué)生體驗實驗室制取氣體的完整過程，而且要認識發(fā)生裝置的選擇［6］，到制取二氧化碳時，則側(cè)重于氣體收集裝置的選擇［7］，再到制取氫氣時，教材只是列出一個表格，具體內(nèi)容一帶而過［8］。為什么這樣？因為通過氧氣、二氧化碳的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)掌握了實驗室制取氣體的一般過程。可以看出，教材在素材選擇、結(jié)構(gòu)編排的時候，力求達成三方面的目標，一是掌握相關(guān)物質(zhì)的具體知識，二是體現(xiàn)這些物質(zhì)的應(yīng)用價值，第三還要逐步形成研究物質(zhì)的一般思路與方法。

二、學(xué)習(xí)情況分析

通過對不同層次的學(xué)生進行課堂觀察和問卷調(diào)查，發(fā)現(xiàn)多數(shù)學(xué)生在物質(zhì)主題學(xué)習(xí)方面存在一些問題。

一是獨立的知識掌握較好，知識與知識之間的關(guān)聯(lián)性理解不夠。舉個簡單的例子，氧氣的物理性質(zhì)有哪些？實驗室常用哪些方法收集氧氣？氧氣為什么可以用這些方法收集？學(xué)生回答第3個問題的正確率明顯低于第1、第2個。究其原因，就是學(xué)生在學(xué)習(xí)第1、第2個問題的時候是相互割裂的，沒有在氧氣性質(zhì)與收集方法這兩個知識之間建立起必要聯(lián)系。有些學(xué)生甚至依靠背誦來學(xué)習(xí)化學(xué)，到了總復(fù)習(xí)階段，背和默甚至成為某些初中化學(xué)課堂的常態(tài)，化學(xué)學(xué)習(xí)怎么會不枯燥乏味、一潭死水呢？

二是對教科書上重點要求的物質(zhì)掌握較好，對研究物質(zhì)的思路方法掌握不夠。比如，學(xué)生知道實驗室可以用高錳酸鉀制取氧氣，也知道實驗室通常用排水法或向上排空氣法收集氧氣，還知道可以用帶火星的木條檢驗氧氣是否已經(jīng)集滿。但面對諸如實驗室制取氣體的一般思路與方法是什么、選擇實驗室制取氣體發(fā)生裝置或收集裝置時一般需要考慮哪些因素之類的問題時，許多學(xué)生顯得無從下手。能知道某些具體的知識內(nèi)容，但是對知識內(nèi)在規(guī)律的掌握明顯不到位，只見樹木，不見森林。這個問題只有在知識的不斷應(yīng)用中逐步解決。

三是物質(zhì)知識的具體內(nèi)容掌握較好，但知識運用的靈活性不夠。如果僅僅知道學(xué)科知識而不能運用，該知識真正的價值就很難體現(xiàn)出來。就像僅知道酸和堿能發(fā)生中和反應(yīng)是不夠的，還要在吃皮蛋的時候能正確選擇蘸酸醋還是醬油（這里暫不考慮個人口味因素），這才體現(xiàn)知識的生命與價值。“學(xué)”和“習(xí)”都只是一種生命過程，“學(xué)會”和“習(xí)得”才給學(xué)生核心素養(yǎng)的提升插上翅膀。

筆者認為，物質(zhì)主題教學(xué)不僅在于幫助學(xué)生掌握幾種重要的化學(xué)物質(zhì)，還必須幫助學(xué)生理解化學(xué)學(xué)科研究物質(zhì)的一般思路與方法，否則就不能稱之為“學(xué)會”或“習(xí)得”。思路與方法的掌握，僅僅靠講解、告知是不能達成的，學(xué)生必須在經(jīng)常性的運用過程中不斷體驗與感悟，才能內(nèi)化為自身的科學(xué)素養(yǎng)。

三、基于內(nèi)需驅(qū)動的復(fù)習(xí)教學(xué)過程

基于課程標準和教材對物質(zhì)主題的應(yīng)然狀態(tài)的分析，結(jié)合學(xué)生實然狀態(tài)中出現(xiàn)的這些問題，筆者在激發(fā)學(xué)生深度學(xué)習(xí)物質(zhì)主題方面做了一些思考與實踐，“奇妙的管道通”一課就是總復(fù)習(xí)階段的典型課例。本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標確定為：

（1）以管道通為背景，再認識常見堿、常見金屬、常見鹽的性質(zhì)與用途；

（2）依據(jù)常見堿、金屬、鹽的學(xué)科知識，形成分析與探究物質(zhì)成分、性質(zhì)、用途、獲得的一般思路與方法，提升認識物質(zhì)的能力；

（3）進一步運用科學(xué)探究的學(xué)習(xí)方式，體驗物質(zhì)變化之美。

本節(jié)課主要包括三個教學(xué)環(huán)節(jié)。

環(huán)節(jié)一廚房間的下水道堵塞了，怎么辦？

問題：廚房間的下水道堵了，怎么辦？并用視頻展示使用管道通疏通下水道的效果。

交流：學(xué)生分析可能導(dǎo)致廚房間下水道堵塞的物質(zhì)有哪些，并自由言說可能的解決方法，以及每一種解決方法涉及的原理。

設(shè)計意圖：根據(jù)日常生活經(jīng)驗——下水道堵塞，學(xué)生的第一反應(yīng)自然是用鐵絲等硬物進行疏通，但看了管道通方便而快捷的疏通效果之后，很自然地調(diào)動起學(xué)生探究其工作原理的欲望。此時，教師給予一定的引導(dǎo)，先思考哪些物質(zhì)可能會堵塞廚房間的下水道，再通過觀察管道通的成分標簽，自然引導(dǎo)到下一個環(huán)節(jié)。

環(huán)節(jié)二管道通為什么能夠疏通下水道？

問題：管道通中的各成分分別能起什么作用？

討論：學(xué)生根據(jù)管道通的成分——氫氧化鈉、鋁、硝酸鈉，分別回顧堿、金屬、鹽的化學(xué)性質(zhì)，并將這些性質(zhì)與可能導(dǎo)致下水道堵塞的物質(zhì)進行一一比對，嘗試尋求管道通的工作原理。學(xué)生比較容易發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉對油脂、蛋白質(zhì)的強腐蝕作用，困難發(fā)生在難以找到鋁、硝酸鈉所起的作用。在此基礎(chǔ)上，教師演示氫氧化鈉固體、鋁粉、硝酸鈉固體混合物滴加水時發(fā)生的變化。

問題：管道通使用過程中，氣體是怎么產(chǎn)生的？

方法指導(dǎo)與實驗探究：引導(dǎo)學(xué)生用排列組合的方式，結(jié)合分組實驗，探究氫氧化鈉、鋁、硝酸鈉怎樣組合時，遇水產(chǎn)生氣體。通過實驗發(fā)現(xiàn)氫氧化鈉、鋁和水混合時能產(chǎn)生氣體，再進一步猜想、驗證硝酸鈉的可能作用。

問題：氫氧化鈉、鋁和水反應(yīng)產(chǎn)生的氣體是什么？

方法指導(dǎo)與實驗探究：引導(dǎo)學(xué)生分析面對的問題，從實驗室制取氣體相關(guān)知識出發(fā)，選擇適當?shù)陌l(fā)生裝置、收集裝置，并猜想氣體可能的成分、選擇對應(yīng)的檢驗方法，最終得出結(jié)論：有氫氣產(chǎn)生。進而猜想產(chǎn)生氣體對疏通管道起到的作用。

設(shè)計意圖：金屬、堿、鹽都是初中化學(xué)學(xué)習(xí)中必須掌握的重要物質(zhì)，如何進行復(fù)習(xí)？如果只是回顧一下所學(xué)知識，應(yīng)用這些知識解幾道題，雖不能說這種教學(xué)無效，但可以說這種教學(xué)是不可能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)內(nèi)需的，更無法真正形成研究物質(zhì)的思路與方法。當把所學(xué)知識無痕嵌入學(xué)生觸手可及的生活情景中，這種情景對學(xué)生來說既有一定的挑戰(zhàn)，又在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)內(nèi)，學(xué)生學(xué)習(xí)的欲望自然高漲，運用知識就變得順理成章，并在運用的過程中逐步形成能力，提升素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三怎樣使用、保存和獲得管道通？

任務(wù)：每位學(xué)生寫一則管道通“使用注意事項”和“保存注意事項”，并與商品標簽提供的信息進行比對，交流各自的優(yōu)點和缺點。

設(shè)計與交流：如果你是一家化工廠的工程師，你會怎樣生產(chǎn)管道通？

設(shè)計意圖：真正認識一種物質(zhì)，需要有一個立體而全面的了解。撰寫使用說明書和保存注意事項，完全可以考查學(xué)生對管道通中各組分的性質(zhì)究竟掌握到什么程度，是科學(xué)的還是錯誤的，是全面的還是片面的。當學(xué)生設(shè)計出一個相對合理、完善的獲得管道通的流程的時候，甚至依稀感覺到自己可以生產(chǎn)管道通了，雖然這與真正的生產(chǎn)流程還有一段距離，但這種感覺對激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的內(nèi)驅(qū)力，是無法估量的。

四、特色分析

美國教育學(xué)家施瓦布（JosephJ.Schwab）認為，學(xué)生是主動、積極的探究者；教師是具有反思性能力的指導(dǎo)者，教師不是把單一結(jié)論傳授給學(xué)生，要幫助學(xué)生結(jié)合知識產(chǎn)生的情境來理解學(xué)科知識［9］。學(xué)生學(xué)習(xí)的困難之處，就是教學(xué)設(shè)計的著力點，也是學(xué)習(xí)內(nèi)需提升的制高點。“奇妙的管道通”一課在這里著力，無疑對學(xué)生更好地掌握氫氧化鈉和鋁的相關(guān)知識、提升化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)是有益的。

（1）真實而切合的情景設(shè)置

在《一個孤獨漫步者的遐想》的作者盧梭看來，教師應(yīng)該不斷地向?qū)W生提供能夠激發(fā)他們興趣、好奇心、思考甚至能讓他們激動的活動。康德甚至把這一原則確定為“人類理解力的基礎(chǔ)”之一。廚房間下水道堵塞，不僅是非常真實的生活經(jīng)驗，而且能很好地切合到金屬、堿、鹽等學(xué)科知識。將類似的、與學(xué)生生活經(jīng)驗緊密相關(guān)的情景運用到物質(zhì)主題的復(fù)習(xí)教學(xué)中來，要求學(xué)生深入理解學(xué)習(xí)情境，把握情境的關(guān)鍵要素，在情境與學(xué)科知識之間建立鏈接，從而順利實現(xiàn)學(xué)科知識的遷移運用。這時，深度學(xué)習(xí)也就發(fā)生了。

（2）及時而恰當?shù)乃悸伏c撥

美國課程專家艾里克森（H.LynnErickson）認為：“提高學(xué)業(yè)標準更多的是要求思維能力的提升，而不是掌握更多的事實內(nèi)容”。比如，物質(zhì)的組成結(jié)構(gòu)、性質(zhì)變化等具體知識是靜態(tài)的，只有不斷地運用這些具體的知識，學(xué)生才會逐漸感悟、提煉出物質(zhì)研究的一般思路與方法：性構(gòu)相依、實驗探究等。如果學(xué)生能夠熟練運用這些，那么他就不是僅僅掌握教材上有限的那幾種物質(zhì)了。類似的，學(xué)生也可以獲得更多概念與原理等其他知識。

（3）切實而有效的能力提升

化學(xué)學(xué)習(xí)能力的形成和發(fā)展，是通過化學(xué)知識、技能和策略的獲得及其廣泛遷移，從而使它們得到不斷綜合和概括化而實現(xiàn)的［10］。氫氧化鈉溶液與鋁粉這個反應(yīng)本身已經(jīng)超越了初中階段的要求，但本課并未從化學(xué)反應(yīng)的角度提具體要求，而是緊緊圍繞常見金屬、堿、鹽的性質(zhì)，氣體制備與檢驗等關(guān)鍵知識或方法進行展開，具體事實僅作為工具來幫助學(xué)生發(fā)展深層理解力，學(xué)習(xí)重心已經(jīng)從記憶事實轉(zhuǎn)移到理解可遷移的核心觀念和更為根本的知識結(jié)構(gòu)。這與《學(xué)會生存》中提出的要突破學(xué)校教育的狹隘眼界的觀點是一致的。把化學(xué)學(xué)習(xí)擴展到人的一生，成為每個人最基本的生存能力之一，成為整個生命的重要組成部分。

（4）持續(xù)而深化的內(nèi)需發(fā)展

要讓學(xué)生真正地喜歡化學(xué)，就需要教師“引發(fā)學(xué)生的深層興趣，把他推向課堂學(xué)習(xí)的關(guān)鍵性問題，而不是滿足于維持一種只在活動期間占據(jù)其思維的淺層興趣［11］”。如何才能引發(fā)學(xué)生的深層興趣？本課從三個方面給出了答案。一是真實的教學(xué)情景：廚房間的下水道堵塞了，怎么辦？二是形成認知沖突：氫氧化鈉、鋁、硝酸鈉分別與水都不會發(fā)生反應(yīng)，為什么管道通加水時會發(fā)生劇烈反應(yīng)，還產(chǎn)生氣體？三是讓學(xué)生體會到認知價值：學(xué)好化學(xué)，我也能為產(chǎn)品撰寫使用、保存說明書，甚至還能“生產(chǎn)”管道通。

（5）科學(xué)而合理的風(fēng)險認知

“功與過”“利益與風(fēng)險”“價值與危害”歷來都是造成化學(xué)與社會關(guān)系復(fù)雜的根源，也是人們經(jīng)常需要權(quán)衡、甚至“做出決定”的問題。濃氫氧化鈉溶液能夠很好地腐蝕油脂和蛋白質(zhì)，使用不當也會對人造成傷害；管道通在使用過程中產(chǎn)生氫氣，能夠有助于疏通管道，但遇到明火又極易產(chǎn)生爆炸……我們教學(xué)設(shè)計的情景來源于學(xué)生生活實際，但教學(xué)過程不能簡單化和模式化［12］。我們不但要使用生活實例來設(shè)計教學(xué)，賦予化學(xué)課程以生命的活力，還要把學(xué)科知識與學(xué)生的認知水平、能力水平與情感發(fā)展的多重需求相結(jié)合，從這些情景中尋找出與化學(xué)教學(xué)相適應(yīng)的信息和線索，讓學(xué)生逐步形成科學(xué)而合理的風(fēng)險認知，將其編織成真實而奇妙的化學(xué)課堂！

［1］［2］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2011年版）［M］.北京：北京師范大學(xué)出版社，2012：1，18

［3］許燕紅，邱桂凱.元素化合物知識教學(xué)方法的探討［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2006（5）：22-23

［4］中學(xué)化學(xué)國家課程標準研制組.義務(wù)教育課程標準實驗教科書·化學(xué)（上冊）［M］.上海：上海教育出版社，2008：103-108

［5］中學(xué)化學(xué)國家課程標準研制組.義務(wù)教育課程標準實驗教科書·化學(xué)（下冊）［M］.上海：上海教育出版社，2015：90-98

［6］［7］［8］中學(xué)化學(xué)國家課程標準研制組.義務(wù)教育課程標準實驗教科書·化學(xué)（上冊）［M］.上海：上海教育出版社，2015：35-37，43-45，117

［9］韋冬余.施瓦布科學(xué)探究教學(xué)思想研究［D］.上海：華東師范大學(xué)，2013

［10］高劍南，王祖浩.化學(xué)教育展望［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2001：76

［11］安德烈·焦爾當.學(xué)習(xí)的本質(zhì)［M］.上海：華東師范大學(xué)出版社，2015：81

［12］胡崇安，丁偉.化學(xué)元素符號的巧妙教學(xué)［J］.化學(xué)教育，2012（8）：73-74

1008-0546（2016）11-0013-03

G633.8

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10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.005

*本文為教育部基礎(chǔ)教育課程教材發(fā)展中心“深度學(xué)習(xí)”教育改進項目的研究成果之一。