打破知識(shí)本位及促進(jìn)觀念建構(gòu)的化學(xué)教學(xué)

田軍

摘要：論文提出了建構(gòu)“化學(xué)基本觀念”的化學(xué)教學(xué)，即在化學(xué)教學(xué)中，要從化學(xué)的視角培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)識(shí)事物和解決問題的思想、觀點(diǎn)和方法。論文基于化學(xué)觀念建構(gòu)視角，進(jìn)行了“乙烯”的教學(xué)實(shí)踐，并從“化學(xué)變化觀”和“化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀”的角度進(jìn)行思考。

關(guān)鍵詞：乙烯；教學(xué)；知識(shí)本位；觀念建構(gòu)；化學(xué)基本觀念

文章編號(hào)：1008-0546（2016）08-0013-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.005

一、教學(xué)設(shè)計(jì)理念

德國著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者馮·勞厄（M.vonlaue）曾經(jīng)說過，教育所給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下來的東西。不可否認(rèn)的是，隨著時(shí)間的流逝，人們?cè)趯W(xué)校所學(xué)習(xí)的大量的學(xué)科知識(shí)都將逐漸淡化甚至遺忘，真正伴隨人們一生發(fā)展的是獲得知識(shí)時(shí)的觀念和方法以及知識(shí)升華后留下的思想。在化學(xué)教學(xué)中，通過引導(dǎo)學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)和對(duì)化學(xué)學(xué)科思想的理解，學(xué)生能夠建構(gòu)起從化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)事物和解決問題的思想、觀點(diǎn)和方法，即所謂“化學(xué)基本觀念”。

化學(xué)基本觀念具體包括：元素觀、微粒觀、變化觀、實(shí)驗(yàn)觀、分類觀以及化學(xué)價(jià)值觀。

化學(xué)基本觀念不以現(xiàn)成結(jié)論的形式出現(xiàn)在教材中，而是內(nèi)隱于事實(shí)、概念、原理等具體的化學(xué)知識(shí)及其體系中，并隨知識(shí)層次的推進(jìn)而發(fā)展及深化。

在學(xué)習(xí)乙烯之前學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了以甲烷、乙烷為代表的烷烴結(jié)構(gòu)（結(jié)構(gòu)式、電子式、結(jié)構(gòu)簡式）及性質(zhì)（重點(diǎn)是取代反應(yīng)）等基礎(chǔ)知識(shí)，學(xué)生也掌握了碳的四價(jià)理論，為乙烯的學(xué)習(xí)鋪墊了基礎(chǔ)。

要讓學(xué)生通過對(duì)乙烯分子結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、用途等具體知識(shí)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，親身體驗(yàn)化學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)形成過程，體會(huì)所學(xué)知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值，感悟到化學(xué)知識(shí)中蘊(yùn)含的思想、觀點(diǎn)和方法，將知識(shí)內(nèi)容轉(zhuǎn)化為化學(xué)觀念。

二、教學(xué)過程

1. 乙烯物理性質(zhì)教學(xué)

首先進(jìn)行[知識(shí)競答]：家里有些青桔子和熟蘋果，如何更快地讓青桔子變成熟？

從乙烯的用途之一——催熟劑出發(fā)，通過創(chuàng)設(shè)水果催熟的情境來引入課題，以激起學(xué)生學(xué)習(xí)的好奇心。

然后提出[問題]：乙烯具有哪些物理性質(zhì)？

通過展示儲(chǔ)氣瓶中的乙烯，學(xué)生可以直觀觀察到乙烯的顏色、狀態(tài)、溶解性等性質(zhì)。對(duì)于乙烯的密度，給出提示：“乙烯分子比乙烷分子少兩個(gè)氫原子，可從相對(duì)分子量角度分析其氣體密度”。這也為研究乙烯的結(jié)構(gòu)埋下伏筆。

2. 乙烯分子結(jié)構(gòu)教學(xué)

引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行[問題討論]：乙烷分子中再去掉兩個(gè)氫原子后分子式是C2H4，根據(jù)碳原子形成四個(gè)價(jià)鍵、氫原子形成一個(gè)價(jià)鍵的原則，其可能的結(jié)構(gòu)式應(yīng)該怎樣？

讓學(xué)生自己動(dòng)手搭出乙烯分子的球棍模型——平面形。再寫出乙烯的分子式、電子式、結(jié)構(gòu)式、結(jié)構(gòu)簡式。并回顧乙烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)完成表1。

學(xué)生對(duì)自己搭出的平面結(jié)構(gòu)，和碳碳雙鍵印象很深。再讓他們結(jié)合表1中給出的鍵能數(shù)據(jù)，通過比較碳碳單鍵與碳碳雙鍵鍵能大小，分析得出雙鍵中其中一個(gè)鍵鍵能較小，易斷裂。繼續(xù)探討表1的問題：乙烯與乙烷的結(jié)構(gòu)差別很大，它能否使溴水或酸性高錳酸鉀褪色呢？

3. 乙烯化學(xué)性質(zhì)教學(xué)

進(jìn)行[實(shí)驗(yàn)探究1]：將乙烯注入盛有酸性高錳酸鉀溶液的稱量瓶中，觀察溶液顏色的變化。

學(xué)生討論后發(fā)現(xiàn)將乙烯通入酸性高錳酸鉀溶液發(fā)生了氧化反應(yīng)。乙烷不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，那么它能發(fā)生氧化反應(yīng)嗎，引出乙烷的燃燒氧化。那么乙烯燃燒有怎樣的現(xiàn)象呢？

教師[演示實(shí)驗(yàn)]：點(diǎn)燃儲(chǔ)氣瓶中的乙烯，觀察燃燒時(shí)火焰的顏色。師生分析現(xiàn)象，解釋結(jié)論，并與甲烷燃燒現(xiàn)象作比較。

進(jìn)行[實(shí)驗(yàn)探究2]：將乙烯注入盛有溴水的稱量瓶中，觀察溶液顏色的變化。討論乙烯的加成反應(yīng)。

乙烯的加成反應(yīng)是開展探究教學(xué)的好素材。課堂上教師先給出兩個(gè)信息：

信息1：CH3CH3 + Br2■CH3CH2Br + HBr

信息2：溴乙烷不溶于水，在水中也不能電離出溴離子，是非電解質(zhì)。

讓學(xué)生根據(jù)所給的兩個(gè)信息討論：如何驗(yàn)證溴與乙烯之間的反應(yīng)是不是取代反應(yīng)？接著讓他們自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案（見表2），進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

學(xué)生在討論后提出用AgNO3溶液來檢驗(yàn)生成物HBr中的溴離子，用pH試紙來檢驗(yàn)氫離子。然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把AgNO3溶液加入到褪色后的溶液中，結(jié)果發(fā)現(xiàn)有淡黃色沉淀生成，用pH試紙測(cè)溶液pH約為3。

因此，反應(yīng)后溶液有溴離子和氫離子。那么，問題來了，有這兩種離子能說明此反應(yīng)是取代反應(yīng)嗎？學(xué)生經(jīng)過討論，發(fā)現(xiàn)溴與水就可以反應(yīng)生成氫溴酸和次溴酸，也就是說，溴水中本身就有這兩種離子。上述兩種實(shí)驗(yàn)方案是不嚴(yán)謹(jǐn)?shù)摹W(xué)生思考后，提出新的思路，可以連續(xù)測(cè)定反應(yīng)過程中的氫離子濃度，如果是取代反應(yīng)，會(huì)生成HBr，氫離子濃度會(huì)增大，pH就會(huì)顯著變小。

教師[演示實(shí)驗(yàn)]：用pH傳感器測(cè)定乙烯通入溴水的pH值變化，實(shí)驗(yàn)結(jié)果見圖1。

從圖1可知，反應(yīng)過程中氫離子濃度沒有明顯增大，反而有所減小，因此，上述反應(yīng)不是取代反應(yīng)。那么它是什么反應(yīng)類型呢？聯(lián)想乙烯的結(jié)構(gòu)，乙烯分子中的雙鍵中的一個(gè)碳碳鍵容易斷裂，再輔以動(dòng)畫，讓學(xué)生建立化學(xué)反應(yīng)的模型，進(jìn)而形成加成反應(yīng)的概念，完成相應(yīng)化學(xué)反應(yīng)方程式。再讓學(xué)生鞏固應(yīng)用，寫出乙烯與H2、Cl2、HCl、H2O的加成反應(yīng)方程式，強(qiáng)化概念，深化對(duì)加成反應(yīng)的理解。

[過渡]在適當(dāng)?shù)臏囟取簭?qiáng)和催化劑條件下，乙烯雙鍵里的一個(gè)鍵會(huì)斷裂，可與其它物質(zhì)發(fā)生加成反應(yīng)，若不外加其它物質(zhì)，若有反應(yīng)發(fā)生將是怎樣呢？

請(qǐng)幾名同學(xué)張開雙臂，手拉手，演示乙烯加聚過程，加深對(duì)加聚反應(yīng)的理解。寫出反應(yīng)方程式。

同時(shí)聯(lián)系生活，強(qiáng)調(diào)聚乙烯塑料的應(yīng)用和污染。學(xué)生[觀看視頻]：乙烯在生產(chǎn)和生活中的應(yīng)用，并總結(jié)。再師生討論乙烯的用途。最后進(jìn)行課堂小結(jié)與達(dá)標(biāo)測(cè)評(píng)。

三、教學(xué)反思

1. 依據(jù)化學(xué)變化觀，進(jìn)行基于學(xué)科思想建構(gòu)的教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

化學(xué)學(xué)科思想蘊(yùn)含在人們對(duì)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及其變化的根本認(rèn)識(shí)過程之中?；瘜W(xué)基本觀念之一——變化觀有兩個(gè)基本觀點(diǎn)。第一，認(rèn)識(shí)分子結(jié)構(gòu)的基本思路：分子式→結(jié)構(gòu)式（電子式、結(jié)構(gòu)簡式）→立體構(gòu)型；第二，物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途的認(rèn)識(shí)關(guān)系：結(jié)構(gòu)決定并能解釋性質(zhì)，性質(zhì)決定用途并印證了結(jié)構(gòu)，用途反映了性質(zhì)。它們的關(guān)系可以用圖2表示：

綜合考慮化學(xué)科學(xué)的知識(shí)邏輯和學(xué)生學(xué)習(xí)的認(rèn)知邏輯，本節(jié)課從學(xué)習(xí)思維方式看，讓學(xué)生通過與乙烷的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的比較，動(dòng)手搭出乙烯的結(jié)構(gòu)模型，運(yùn)用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)變化觀念，又從性質(zhì)印證結(jié)構(gòu)的方法學(xué)習(xí)乙烯，再通過實(shí)驗(yàn)事實(shí)與現(xiàn)象研究乙烯的性質(zhì)，形成對(duì)有機(jī)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系的認(rèn)識(shí)，為學(xué)生應(yīng)用正確的思路與方法學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)奠定基礎(chǔ)。

2. 依據(jù)化學(xué)實(shí)驗(yàn)觀，設(shè)計(jì)可行性強(qiáng)且讓學(xué)生手腦并用的探究性實(shí)驗(yàn)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)是化學(xué)學(xué)科賴以產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)。正如著名化學(xué)家傅鷹先生所說：“化學(xué)是實(shí)驗(yàn)的科學(xué)，只有實(shí)驗(yàn)才是最高法庭。”實(shí)驗(yàn)探究是研究物質(zhì)的重要手段和途徑，基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)的分析和推理是發(fā)現(xiàn)問題、解決問題以及形成新的疑問的關(guān)鍵。

化學(xué)來源于生活并服務(wù)于生活。筆者從農(nóng)藥店里買到40%的乙烯利水溶液，它是一種常用的水果催熟劑。乙烯利在酸性介質(zhì)中穩(wěn)定，隨著酸性的減弱，逐漸分解釋放出乙烯。乙烯利在堿性環(huán)境中發(fā)生的反應(yīng)為：ClCH2CH2PO3H2+4NaOH→NaCl+CH2=CH2↑+Na3PO4+3H2O以上制備，獲得的乙烯純度高，可以直接進(jìn)行性質(zhì)實(shí)驗(yàn)。與用濃硫酸與乙醇反應(yīng)相比較操作簡單，不需要加熱，也不需要除雜處理。

化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究應(yīng)融入現(xiàn)代技術(shù)。近代化學(xué)的飛速發(fā)展和進(jìn)步，有賴于現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)方法和技術(shù)的運(yùn)用。利用數(shù)字實(shí)驗(yàn)中的pH傳感器探究乙烯與溴水反應(yīng)時(shí)溶液的pH變化來判斷反應(yīng)的類型。乙烯跟溴水反應(yīng)比較復(fù)雜，資料認(rèn)為乙烯與溴水反應(yīng)的主要產(chǎn)物有1，2-二溴乙烷和2-溴乙醇。有的有機(jī)化學(xué)教材認(rèn)為反應(yīng)過程是鹵素單質(zhì)首先與水發(fā)生歧化反應(yīng)，生成次鹵酸，然后烯烴再與次鹵酸加成生成鹵代醇；也有教材認(rèn)為鹵代醇的生成主要是烯烴與鹵素單質(zhì)及水共同作用的結(jié)果，會(huì)產(chǎn)生活性中間體溴鎓離子。通過傳感器測(cè)定反應(yīng)過程中溶液的pH沒有明顯減小，反而有所增加，說明沒有產(chǎn)生大量H+，我們更傾向于前一種看法。當(dāng)然，毫無疑問，乙烯與溴水的反應(yīng)不是取代反應(yīng)。

探究性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不是讓學(xué)生只是簡單地按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行操作，而是讓他們理解實(shí)驗(yàn)操作和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)之間的關(guān)系。在實(shí)驗(yàn)探究中，學(xué)生既動(dòng)手完成了操作，又積極動(dòng)腦進(jìn)行思考，學(xué)會(huì)分析思考，當(dāng)發(fā)現(xiàn)新的疑問后能及時(shí)調(diào)整實(shí)驗(yàn)方案，帶著批判的眼光去解決問題，這是實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)所追求的目標(biāo)。正如布魯納所說：“孩子們?cè)诮淌依锏乃鶠楹涂茖W(xué)家在實(shí)驗(yàn)室里的所為，只有程度不同，沒有本質(zhì)區(qū)別?！?/p>

宋心琦教授曾精辟地指出：“學(xué)生能牢固地、準(zhǔn)確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學(xué)觀念，應(yīng)當(dāng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)的第一目標(biāo)。背誦或記憶某些具體的化學(xué)事實(shí)性知識(shí)，當(dāng)然是有價(jià)值的，但是更重要的價(jià)值在于它們是化學(xué)觀念及某些基本觀念的載體。”因此，中學(xué)化學(xué)教學(xué)必須超越對(duì)具體知識(shí)的學(xué)習(xí)，要以具體知識(shí)為載體，引導(dǎo)學(xué)生通過高水平的思維活動(dòng)，形成化學(xué)基本觀念，即從“知識(shí)為本”轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)”。

需要強(qiáng)調(diào)的是，倡導(dǎo)“觀念建構(gòu)”的化學(xué)教學(xué)，并不是任何一節(jié)課、任何知識(shí)內(nèi)容都能建立起化學(xué)基本觀念。值得重視的是在具體化學(xué)知識(shí)教學(xué)中要關(guān)注知識(shí)內(nèi)容本質(zhì)，引領(lǐng)學(xué)生通過深刻思考和積極反思，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)和理解所學(xué)化學(xué)知識(shí)。

參考文獻(xiàn)

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