基于學(xué)科價值挖掘的學(xué)優(yōu)生培養(yǎng)研究*
——以蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊“溶液的酸堿性”教學(xué)為例

姜曉明　張賢金　吳新建

（1福建省福州第一中學(xué)　福建福州　350108；2福建教育學(xué)院化學(xué)教育研究所　福建福州　350025)

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基于學(xué)科價值挖掘的學(xué)優(yōu)生培養(yǎng)研究*
——以蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊“溶液的酸堿性”教學(xué)為例

姜曉明1張賢金2吳新建2

（1福建省福州第一中學(xué)福建福州350108；2福建教育學(xué)院化學(xué)教育研究所福建福州350025)

摘要：介紹了蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊“溶液的酸堿性”一課的教學(xué)設(shè)計及實(shí)施過程，基于學(xué)優(yōu)生發(fā)展的實(shí)際需要，應(yīng)用科技前沿素材幫助學(xué)生了解溶液酸堿性在醫(yī)藥領(lǐng)域、納米科技的應(yīng)用以及在科技領(lǐng)域的測量方法，讓學(xué)生感受化學(xué)學(xué)科的價值和科學(xué)技術(shù)的發(fā)展過程，激發(fā)學(xué)生的科學(xué)好奇心、崇敬感，激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)的內(nèi)驅(qū)力，使學(xué)生全身心地投入課堂學(xué)習(xí)活動，提高了教學(xué)效率。

關(guān)鍵詞：酸堿性；學(xué)優(yōu)生；學(xué)科價值；科技前沿

*本文系福建省教育科學(xué)“十二五”規(guī)劃2015年度立項(xiàng)課題“基于學(xué)科本質(zhì)和價值的高中化學(xué)課堂教學(xué)研究”（課題編號：FJJK15-458)的研究成果之一。

溶液的酸堿性是高中化學(xué)重要的基礎(chǔ)理論內(nèi)容，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》對本單元的學(xué)習(xí)提出如下要求和活動建議：（1）能進(jìn)行溶液pH的簡單計算。（2）初步掌握測定溶液pH的簡單方法，知道溶液pH的調(diào)控在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)研究中的重要作用［1］。而這正是化學(xué)學(xué)科價值的體現(xiàn)。針對一些不滿足教材知識的簡單傳授，喜歡挖掘更多學(xué)習(xí)內(nèi)容的學(xué)優(yōu)生，教材中的幾個應(yīng)用略顯簡單，如何適當(dāng)?shù)赝诰蛞恍┏秸n程標(biāo)準(zhǔn)的教學(xué)內(nèi)容，使學(xué)生站得更高，望得更遠(yuǎn)呢？針對這一問題，筆者對蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊“溶液的酸堿性”的內(nèi)容進(jìn)行了教學(xué)設(shè)計，并進(jìn)行了教學(xué)實(shí)施，取得了較好的成效。

一、設(shè)計思路

在教學(xué)中，學(xué)生是主動選擇知識的主體，在教師設(shè)置的教學(xué)情境中，學(xué)生參與度的大小，參與的積極與消極，是對教師教學(xué)智慧的考驗(yàn)。通過一些真實(shí)科技情景、化學(xué)應(yīng)用案例向?qū)W生介紹化學(xué)學(xué)科價值，產(chǎn)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，從而使學(xué)習(xí)活動有的放矢。這種不只是“以考試為目的，盲目地做題與機(jī)械地背誦，”而是一種“真正為了科學(xué)，感興趣，想知道是怎么一回事而學(xué)習(xí)”的學(xué)習(xí)態(tài)度，會使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中產(chǎn)生一種崇敬感，提高所學(xué)知識的學(xué)習(xí)效率。從而也體現(xiàn)了教師的價值。

細(xì)讀蘇教版《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊“溶液的酸堿性”［2］一節(jié)，教材中主體部分有四塊教學(xué)內(nèi)容，兩實(shí)：溶液酸堿性的表示方法、pH_試紙的使用；兩虛：溶液酸堿性測定的意義、pH計的介紹。教材設(shè)計有虛有實(shí)的目的何在？是虛的內(nèi)容一筆代過只教實(shí)，還是先虛引發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動力，更好地教“實(shí)”；抑或是先務(wù)實(shí)再務(wù)虛，讓學(xué)生繼往開來？能否做到夯實(shí)基礎(chǔ)與追求卓越并行，每個教師都有自己的思考和看法。

針對本校學(xué)生學(xué)習(xí)能力很強(qiáng)的特點(diǎn)，筆者大膽地對教材進(jìn)行了二次開發(fā)，增加了一些與本課有關(guān)的前沿性科學(xué)知識、pH試紙的使用實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代pH的測量方法介紹。試圖通過這些學(xué)科價值性知識的開發(fā)，提升化學(xué)學(xué)科在學(xué)生心目中的應(yīng)用價值，使學(xué)生在明確學(xué)習(xí)目的的情況下自主學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)過程

1.教學(xué)環(huán)節(jié)一：為什么引入pH這種表示方法？

［引課，問題1］關(guān)于溶液酸堿性大家已經(jīng)有了一定的了解，請問地球上最常見的酸是什么物質(zhì)？

［學(xué)生討論］有的說醋酸，有的說鹽酸，有的說碳酸，有的說硫酸。

設(shè)計意圖：一個小問題激發(fā)了學(xué)生的思維，也促使學(xué)生另辟蹊徑思考。最后教師給出答案是水，學(xué)生們小小的吃了一驚。（水其實(shí)符合高中化學(xué)酸的定義)馬上就會有一個探究的欲望，產(chǎn)生下一個新的問題。

［問題2］水是酸，可我們知道它不顯酸性，這又是為什么？

經(jīng)過思考，學(xué)生明白判斷一個溶液的酸堿性，只考慮氫離子不全面，還要考慮氫氧根的濃度。

［問題3］常溫下，請分別計算濃度均為0.01mol·L-1的鹽酸、氯化鈉溶液、氫氧化鈉溶液中氫離子及氫氧根離子濃度。

［教師］雖然溶液中的酸堿性同氫離子和氫氧根濃度都有關(guān)系，可是大家發(fā)現(xiàn)因?yàn)樗鼈兊某朔e是常數(shù)，實(shí)際上是此消彼長的關(guān)系，我們只看氫離子也能說明溶液是顯酸性還是堿性，以及酸堿性的強(qiáng)弱。因?yàn)槿芤褐袣潆x子濃度數(shù)值很小，為了表達(dá)更方便，引入了pH的概念。

［板書］pH=-lgc（H+）

pH，是通常意義上溶液酸堿程度的衡量標(biāo)準(zhǔn)。這個概念是1909年由丹麥生物化學(xué)家瑟倫·索倫森（S?ren Peder Lauritz S?rensen）提出的。

設(shè)計意圖：概念是人們對事物本質(zhì)屬性的認(rèn)識，是人們不斷琢磨、精簡出來的人類所認(rèn)知的思維體系中最基本的構(gòu)筑單位。一些概念的提出極大地方便了人們的生產(chǎn)生活。教師循循善誘的設(shè)置問題，展示一些在概念建立過程中的科學(xué)事實(shí)，讓學(xué)生自己通過邏輯思考去建構(gòu)相關(guān)概念，這比單純的記憶和背誦教師講授內(nèi)容要更趣味，像自己發(fā)現(xiàn)的一樣有成就感。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)二：pH測量的意義，pH在現(xiàn)代科技領(lǐng)域有用嗎？

［引導(dǎo)］溶液的酸堿性在生活中和科學(xué)研究中常用嗎？有必要專門用pH來表示嗎？我舉幾個例子：

（1）pH與生物醫(yī)學(xué)

［教師］我們知道，所謂吃藥治病，就是把體內(nèi)細(xì)菌或病變細(xì)胞殺死。服用藥物之后，藥物是如何識別病變細(xì)胞而不誤殺健康細(xì)胞？原來人體不同器官的pH并不相同，同一器官不同部位的pH又不相同（如圖1中A），而病變細(xì)胞如腫瘤細(xì)胞（tumor cells）與健康細(xì)胞（healthy tissue）間也存在差異（如圖1中B）。利用這個性質(zhì)，科學(xué)家們研究出pH敏感材料來識別不同的pH環(huán)境，研究治病的藥物往往是醫(yī)學(xué)研究者的工作，可負(fù)責(zé)包裹藥物分子的能在腫瘤細(xì)胞附近釋放出來進(jìn)而弱化腫瘤分子的藥物包裹層卻需要化學(xué)家來完成，而這層負(fù)責(zé)包裹的材料其實(shí)識別不了細(xì)胞，它識別的是pH。

圖1　人體器官的pH

［投影］

（2）pH與納米科學(xué)

［教師］納米材料的物理性質(zhì)以及應(yīng)用性能，取決于材料的尺寸和形貌，pH對形狀調(diào)控有決定性的影響。圖2中給出的是一種Au-Pd合金構(gòu)成的一種納米晶體材料。在晶體成長過程中，隨著pH的降低，減慢了晶體在某一方向上的生長速率，而晶體在不同方向上生長速率的不同，就會決定晶體的形貌。據(jù)此科學(xué)家理論上可以通過調(diào)控pH，生成理想形貌特征的晶體。（圖中2最左側(cè)模型的晶體治療腫瘤效果較好，而最右側(cè)模型的晶體是很好的催化劑。）

［投影］

圖2　Au-Pd合金構(gòu)成的一種納米晶體材料

（3）pH與生活

［教師］不同的洗發(fā)水，在配方過程中都有嚴(yán)格的pH。早期的洗滌劑大多是堿性，可在洗發(fā)過程中人們發(fā)現(xiàn)會出現(xiàn)頭發(fā)不順滑的現(xiàn)象，現(xiàn)在常用洗發(fā)水幾乎都是酸性。

［投影］

圖3　不同洗發(fā)水pH

由此，學(xué)生們得出結(jié)論：精確pH的測量，具有重要意義。

設(shè)計意圖：筆者選取了幾個略顯前沿的pH應(yīng)用案例，較好地吸引了學(xué)生的注意力，幻燈片中采用具有濃郁科研氣息的圖片素材也給學(xué)生以科學(xué)視野的啟迪。同時，圖片的學(xué)術(shù)性和專業(yè)性，也能使學(xué)生“親其師而信其道”。而最后一個洗發(fā)水的例子，筆者選取了一個最近的社會熱點(diǎn)，明星所代言的洗發(fā)產(chǎn)品引起網(wǎng)絡(luò)和社會熱議的圖片素材，學(xué)生在捧腹大笑的同時，也從嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)視野中放松過來，準(zhǔn)備進(jìn)行教學(xué)的下一實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

3.教學(xué)環(huán)節(jié)三：pH用途這么多，如何測量呢？

pH測量方法一：比色法——pH試紙

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］常見物質(zhì)pH測量（藥品準(zhǔn)備：0.01mol·L-1的鹽酸、氯化鈉溶液、氫氧化鈉溶液及學(xué)生自備的學(xué)校的飲用水、洗發(fā)露、精油、檸檬水、農(nóng)夫山泉等）。

［投影］pH試紙使用注意事項(xiàng)。

［任務(wù)一］桌面藥品及生活中感興趣溶液pH測量。

［任務(wù)二］將鹽酸、燒堿溶液稀釋100倍后測溶液pH。

［實(shí)驗(yàn)探究］如何用pH試紙解決生活中問題？

［資料信息］已知有反應(yīng)：

HCHO+Na2SO3+H2O=H2C（OH）SO3Na+NaOH，利用該反應(yīng)可以解決的一個生活問題是什么？

［引導(dǎo)］用什么辦法可以快速判斷反應(yīng)發(fā)生？

［學(xué)生1］因?yàn)橛袩龎A生成就會有pH變化，可用試紙測pH變化。

［學(xué)生2］可以通過這個反應(yīng)測量空氣室內(nèi)污染的甲醛［3］。

［引導(dǎo)］室內(nèi)污染的甲醛一般含量很少，我給大家準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)藥品甲醛雖然濃度已經(jīng)很低，但可能比空氣中的含量還是高怎么辦？

［學(xué)生］可將其稀釋100倍后滴到沾有亞硫酸鈉溶液的pH試紙上，看滴加前后pH變化。

設(shè)計意圖：通過教材中固有實(shí)驗(yàn)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)的基本操作。而探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計是讓學(xué)生感受生活中一些試紙比如“甲醛含量測試簡易試紙”的基本原理也可能是我們使用的pH試紙的升級版本，將所學(xué)知識與生活實(shí)際相聯(lián)系，給學(xué)生以“學(xué)而有用”的啟發(fā)，繼而將會“學(xué)以致用”。這就是我們所學(xué)知識的一個直觀應(yīng)用，體現(xiàn)了所學(xué)知識的實(shí)用價值。

4.教學(xué)環(huán)節(jié)四：真正的科研活動中又是怎么測量pH呢？

［引導(dǎo)］通過剛才的試紙的使用，及同學(xué)們pH測量結(jié)果的匯報，老師感受到大家學(xué)習(xí)的熱情，以及已經(jīng)學(xué)會了試紙的使用，但大家覺得試紙有沒有什么局限？

［學(xué)生］有時候感覺所測藥品的pH介于7-8，4-5之間并不好說具體是多少，所以不夠精確。

［教師］這個問題，其實(shí)我們可以換更精確的精密pH試紙就可以比較好的解決，但它的另外局限性就很難解決了，比如它適用于宏觀體系，而且比較浪費(fèi)藥品（滴的過程中損耗）。那真正的科研領(lǐng)域如何測量呢？

pH測量方法二：電化學(xué)法——pH計

［投影資料］世界上第一支pH計（酸度計）。

pH計原理——原電池原理

簡單說，pH計的內(nèi)部原理是兩個電極，其中一個電極用特殊材料做成，可以吸引并只允許氫離子通過，而氫離子濃度和電極電動勢之間有線性關(guān)系，科學(xué)家利用這個原理將電動勢大小轉(zhuǎn)變成pH大小，并可以直接從pH計屏幕上讀出讀數(shù)。

［投影］

［學(xué)生活動］請幾個學(xué)生用pH計測量剛才用pH試紙測的試劑，并投影展示。

圖4　pH計外觀、原理和內(nèi)部結(jié)構(gòu)

設(shè)計意圖：pH計采用的是我們曾經(jīng)學(xué)過的原電池及陽離子交換膜的原理，而對pH計原理的介紹可以加深學(xué)生對pH的理解，正如一個哲學(xué)話題“感覺到了的東西我們不能立刻理解它，只有理解了的東西才能更深刻地感覺它?！边€有值得一提的是在介紹pH電極的同時，學(xué)生們還認(rèn)出了一個我們熟悉的名字，哈伯（Fritz Haber)這一化學(xué)史上赫赫有名的合成氨反應(yīng)的發(fā)明者。也讓學(xué)生們感受了科學(xué)家們的科研領(lǐng)域之廣，對社會貢獻(xiàn)之大。

［引導(dǎo)］pH計測量pH的優(yōu)點(diǎn)顯而易見，快速、靈敏、準(zhǔn)確，也不耗藥品。但缺點(diǎn)是要宏觀體系，試劑量太少不能測，也不能測活體pH。那還有別的辦法嗎？

pH測量方法三：熒光探針——熒光傳感器

科學(xué)家發(fā)現(xiàn)溶液酸堿性不同會引起一些納米材料表面電荷變化（如圖5中a），繼而影響納米材料發(fā)光強(qiáng)度（如圖5中b）或者顏色改變（如圖5中c），因此在光源照射下，不同pH環(huán)境下納米材料會發(fā)出不同光。而納米材料空間上的優(yōu)勢，以及不產(chǎn)生生物損傷的優(yōu)勢使活體檢測pH成為可能，因此常作為熒光探針，進(jìn)行生物體內(nèi)病變處的活體檢測（因病變體細(xì)胞和健康細(xì)胞pH不同）。如圖6可以檢測出小白鼠健康狀態(tài)和病變狀態(tài)pH的不同，繼而確定病變部位。

［投影］

圖5　溶液酸堿性對納米材料表面的影響

圖6　白鼠健康狀態(tài)和病變狀態(tài)pH的不同

［總結(jié)］“化學(xué)——人類的生活，人類的未來”。大家看了這里展示的pH測量的三種方法，可以看到科學(xué)的進(jìn)步極大地改變了這個社會。每個人都有自己的夢想，你的夢想又是什么呢？這里送給大家一句話，這句話是發(fā)明酸堿指示劑的偉大科學(xué)家波義爾所說“人之所以能效力于世界，莫過于勤在實(shí)驗(yàn)上下功夫?！?/p>

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)的同時，感受到一場科學(xué)研究的盛宴。作為21世紀(jì)的中心學(xué)科，“迅猛發(fā)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)域的重要基礎(chǔ)，它在解決人類社會發(fā)展過程中面臨的有關(guān)問題、提高人類的生活質(zhì)量、促使人與自然和諧相處等方面發(fā)揮著重要的作用?！保?］但近年來，生命科學(xué)、醫(yī)學(xué)、計算機(jī)技術(shù)等學(xué)科在媒體及網(wǎng)絡(luò)的宣傳下，埋沒了化學(xué)的相關(guān)成就，事實(shí)上，當(dāng)代科學(xué)是多學(xué)科交叉的結(jié)果，筆者挖掘出來的幾個例子讓學(xué)生深切體會到了化學(xué)學(xué)科在當(dāng)代科學(xué)研究中的重要價值，它貼近生產(chǎn)生活及科研實(shí)際，讓學(xué)生感受化學(xué)知識不可替代的實(shí)用價值，也為學(xué)生未來的職業(yè)規(guī)劃提供選擇的依據(jù)。［5］

三、教學(xué)反思

學(xué)習(xí)有價值的知識，是所有學(xué)習(xí)者的正常思維。作為學(xué)生認(rèn)識化學(xué)、學(xué)習(xí)化學(xué)、喜歡化學(xué)的引路人，能夠認(rèn)真精準(zhǔn)的挖掘教材學(xué)科知識背后隱藏的學(xué)科價值，并以適當(dāng)?shù)姆绞秸故窘o學(xué)生，透過這些有價值的知識本身，將學(xué)生吸引，繼而闡述化學(xué)學(xué)科博大精深的學(xué)科觀念、思想方法、人文內(nèi)涵就會水到渠成［6］，而非矯揉造作?；诖耍瘜W(xué)教師有責(zé)任在備課講課時充分挖掘生活中、科研中的學(xué)科價值，并將這些同自己所教學(xué)生特點(diǎn)、課程內(nèi)容、目標(biāo)設(shè)計、教學(xué)實(shí)施等相關(guān)教育環(huán)節(jié)相結(jié)合，通過合理設(shè)置，將學(xué)科價值發(fā)揮到最大。學(xué)生在天生的好奇心、求知欲的驅(qū)使下就會自然而然產(chǎn)生學(xué)習(xí)的積極性，最后結(jié)合適當(dāng)?shù)膭邮謱?shí)驗(yàn)，不斷強(qiáng)化，使學(xué)生產(chǎn)生一種化學(xué)“有用、會用、想用”的情感。

公眾科學(xué)素養(yǎng)是科技發(fā)展的土壤，“對科學(xué)研究喜歡、好奇、有一定的了解”是起碼的科學(xué)素養(yǎng)。許多同學(xué)在學(xué)習(xí)化學(xué)的時候并不理解化學(xué)學(xué)習(xí)的意義，它的價值是什么？學(xué)了能干什么？這樣久而久之，必然學(xué)習(xí)樂趣全無，只為應(yīng)付考試，也就無從談起科學(xué)素養(yǎng)，這樣也很難持續(xù)不斷地推動我國的科技創(chuàng)新，真正趕上發(fā)達(dá)國家。誠然，一節(jié)課不敢妄談什么學(xué)生就有了科學(xué)精神，但涓涓細(xì)流，終成大海，教師在每一堂課中都有所涉及，必然會潛移默化的影響學(xué)生們，不斷挖掘有利于開闊科學(xué)視野的課程資源［7］，定能提高學(xué)生對科學(xué)研究的熱愛。更讓筆者想起以前畢業(yè)典禮上大學(xué)教授的一段話：“你們將來教化學(xué)，目的不應(yīng)該是造就幾個專業(yè)的化學(xué)家，而是用你們的熱忱盡力啟蒙學(xué)生們愛科學(xué)的精神，讓他們感悟到科

學(xué)也是美的?！?/p>

參考文獻(xiàn)

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［2］王祖浩主編.高中化學(xué)教學(xué)參考書·化學(xué)反應(yīng)原理（選修) ［M］.南京：江蘇教育出版社，2005

［3］孔小波.巧用pH試紙測甲醛［J］.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2002，（10)

［4］中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)) ［M］.北京：人民教育出版社，2003

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doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.04.018

文章編號：1008-0546（2016）04-0049-04

中圖分類號：G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B