邊遠少數(shù)民族地區(qū)高中化學教學中人文素養(yǎng)和科學認知的培養(yǎng)

張金怡

摘要：人文與科學不是對立和矛盾的兩面，而是融通共生的。化學作為一門自然科學，教師在教學中應關注并挖掘蘊藏其中的人文內涵，提升學生人文素養(yǎng)的同時，促進學生認識化學學科的本質，形成科學的認知。作者在邊遠少數(shù)民族地區(qū)，就高中化學教學中人文素養(yǎng)和科學認知的培養(yǎng)展開了教學實踐與探索。

關鍵詞：邊遠地區(qū);少數(shù)民族;人文素養(yǎng);科學認知

文章編號：1008-0546（2021）04-0033-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.010

一、問題的提出

“人文”一詞最早出現(xiàn)在《易經》：“剛柔交錯，天文也。文明以止，人文也?！边@里的“人文”指的是人的傳承屬性，泛指人類創(chuàng)造出來的文化。而“科學”是關于自然界、社會和思維發(fā)展規(guī)律的知識體系，是在人類社會實踐的基礎上產生和發(fā)展起來的實踐經驗總結。它作為一種認識活動，為追求知識和真理而奮斗，為人類的福社和自由而努力，所體現(xiàn)的恰恰是一種最根本的人文精神。因此，人文與科學不是對立和矛盾的兩面，而是融通互動、互動共生的。

作為一門自然科學，化學學科是人類在研究、探索物質的組成、結構、性質及應用的過程中逐步形成?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版）》指出：“應在人類文化背景下構建高中化學課程體系，充分體現(xiàn)化學課程的人文內涵，發(fā)揮化學課程對培養(yǎng)學生人文精神的積極作用。”在我們的教學過程中，有必要重視化學史、科學哲學和社會學中蘊含的人文內涵，加強對化學及科學探究的理解，提倡“化學、技術與社會”的教育，從而在提升學生人文素養(yǎng)的同時，促進學生認識化學學科的本質，形成科學的認知。

2018年8月，響應國家教育部號召，筆者來到了祖國西部邊陲，開展為期一年半的支教工作?，F(xiàn)選擇人教版必修1《碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質》一節(jié)內容，以《隱藏在油條和馕里的化學秘密》為題，開展在邊遠少數(shù)民族地區(qū)高中化學人文素養(yǎng)和科學認知培養(yǎng)的實踐與探索。

二、教學分析

1.人文環(huán)境

支教所在的尼勒克縣，位于新疆維吾爾自治區(qū)伊犁州，是以哈薩克族為主體的多民族聚居地。不同民族的文化在幾千年的歷史變遷中碰撞和交融，造就了獨特的風土人情，具有鮮明的地域特色，為化學教學提供了很多富有人文內涵的素材。

2.學生基礎

全縣只有一所高中，縣內的優(yōu)秀學生通過選拔前往地市級高中就讀。留在本縣高中就讀的學生往往基礎薄弱，層次差異較大。具體表現(xiàn)在幾個方面：首先，不同民族的學生漢語水平參差不齊，對化學知識的理解存在一定程度的語言障礙;其次，對化學物質和化學理論缺少系統(tǒng)性認識，連一些常見物質的化學式都不能正確書寫，沒有良好的學科思維方式和習慣。再者，計算能力弱，定量分析意識缺失。此外，由于地處偏僻、交通不便，校內超過半數(shù)的學生從沒離開過尼勒克，甚至連縣城都是第一次到，這也導致學生學科視野狹窄。因此，提升學生的人文素養(yǎng)，建立對化學學科的科學認知，顯得尤為迫切。

3.硬件配套

從硬件環(huán)境來看，在對口援疆的長期幫扶下，學校設施配套整體較為完善，每間教室都裝有“班班通”教學一體機;學校設有錄播教室，可以進行課堂教學的網絡直播。能有效地實現(xiàn)信息技術與學科日常教學的整合，促進教師教學方式和學生學習方式的變革。從實驗室建設來看，學校設有化學教師實驗準備室兩間，化學實驗室五間，常用化學藥品、化學儀器、教具模型等配套完全，這也為學生人文素養(yǎng)和科學認知的培養(yǎng)，提供了有力保障。

三、教學目標

1.理解碳酸鈉和碳酸氫鈉在馕和油條制作過程中發(fā)揮的作用。

2.通過實驗探究與分析，從定性和定量兩個維度，深入認識碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質。

3.感受化學學科對改善人類生活品質、民族飲食文化傳承帶來的積極意義。

四、教學思路與框架

以碳酸鈉和碳酸氫鈉在馕和油條制作過程中的作用為主線，串聯(lián)教師的主導意識和學生的認知途徑。在物質分類的基礎上，結合分組實驗、演示實驗、視頻實驗，宏微結合、由淺入深，逐步認識碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質，從而揭開隱藏在馕和油條里的化學秘密。教學過程立足真實情境，將貼近生活的問題融入課堂教學，激發(fā)學生學習興趣。

五、教學實錄

環(huán)節(jié)1：聯(lián)系生活，以飲食文化中的化學知識為情境

【引入】馕，是新疆地區(qū)飲食文化中一張亮眼的名片，具有鮮明的民族特色，而油條則是全國多地街頭巷尾的民間小吃，它們都是我國歷史悠久的傳統(tǒng)美食。不過，大家是否知道這兩道美食又是如何制作的呢？下面我們就一起通過視頻來簡單了解。

【視頻播放】馕和油條的制作。其中馕的制作節(jié)選自《舌尖上的中國》，視頻中這樣描述：“面粉要先經過發(fā)酵，再揉成面胚，透氣孔可以防止烤炙時膨脹變形，洋蔥碎和芝麻讓香味更加迷人。馕在人類的食譜中已經存在了2000年。馕坑壁上的溫度已經達到180℃。面粉中的糖在高溫下發(fā)生脫水和降解，為馕染上焦糖色，濃郁的麥香也由此而來。從生到熟只要10分鐘，但是傳統(tǒng)已跨越千年歷史。在沙漠中，馕耐腐蝕、抗干燥，保存幾個月都不會變質，是人用食物應對極端環(huán)境的典范?！庇蜅l的制作，則是由網友自制的視頻。

【問題】對比油條和馕的制作原料（表1），除了必要的食材，還添加了什么物質？

【回答】都用到了蘇打粉，油條的制作還使用了含有小蘇打的泡打粉。

【追問】你知道蘇打和小蘇打各是什么化學物質么？嘗試寫出它們的化學式。

【板演】碳酸鈉（Na2CO3）：蘇打

碳酸氫鈉（NaHCO3）：小蘇打。

【問題】碳酸鈉和碳酸氫鈉在馕和油條的制作中主要發(fā)揮了什么作用？這就需要我們來認識這兩種物質的性質。

【分組實驗】1.觀察試劑瓶中的碳酸鈉和碳酸氫鈉樣品，嘗試描述它們的外觀和狀態(tài)。2.兩支大試管內各有1g碳酸鈉和碳酸氫鈉，分別加入幾滴水，觸摸試管外壁你有什么感覺？3.繼續(xù)向試管中分別加入10mL水，用力振蕩，你能觀察到什么現(xiàn)象？（室溫為10℃）

【交流分享】1.均是白色固體。2.加入幾滴水后：裝有碳酸鈉的試管壁微微發(fā)熱;而裝有碳酸氫鈉的一支試管壁略感冰涼。3.加入10mL水，碳酸鈉全部溶解，碳酸氫鈉未能全部溶解。

【演示實驗】繼續(xù)向裝有碳酸氫鈉的大試管中再加入10mL水，碳酸氫鈉也全部溶解。

【追問】這說明了什么？

【回答】碳酸鈉和碳酸氫鈉，都可以溶于水，相同條件下，碳酸鈉更易溶。

【投影】碳酸鈉和碳酸氫鈉的物理性質（表2）

設計意圖：選取當?shù)貙W生熟悉的兩種食物制作為代表，創(chuàng)設具有人文內涵的情境，引出本節(jié)課的研究對象——碳酸鈉和碳酸氫鈉。再通過樣品展示和溶解實驗，培養(yǎng)學生的觀察及語言描述能力。從溶解過程中的能量變化和相同條件下溶解能力的對比，引導學生從不同的角度區(qū)分這兩種物質，開拓學生的視野，滲透能量變化的意識。

環(huán)節(jié)2：宏觀辨識，了解碳酸鈉和碳酸氫鈉水溶液的堿性

【提問】除了蘇打之外，碳酸鈉還有其他你熟悉的名稱么？

【回答】純堿、面堿、口堿。

【提問】這些名稱里都有一個“堿”字，那么碳酸鈉是堿么？

【回答】有的說是，有的說不是。

【追問】請認為碳酸鈉不是堿的同學來說一說，你認為碳酸鈉屬于哪類物質？為什么？

【回答】是鹽，因為電離產生了金屬陽離子和酸根離子。

【追問】以此來看，碳酸氫鈉屬于哪類物質？

【回答】也是鹽，是酸式鹽。

【板演】碳酸鈉和碳酸氫鈉的電離方程式：Na2CO3=2Na++CO32- NaHCO3=Na++HCO3-

【提問】怎樣檢測溶液的酸堿性？你有哪些辦法？

【回答】可以用酸堿指示劑或pH試紙

【演示實驗】分別測定0.1mol/L的NaOH、0.1mol/L的Na2CO3、0.1mol/L的NaHCO3溶液的pH。

【回答】均呈堿性，同濃度的三種溶液，NaOH堿性最強，Na2CO3次之，NaHCO3最弱。

【小結1】油條和馕的制作要加入碳酸鈉和碳酸氫鈉，正是利用了這一點。發(fā)酵過程中，酵母菌在面團里繁殖分泌酵素，會產生一些有機酸類物質，影響面食的口感，適量的蘇打粉和小蘇打可以起到中和這些有機酸的作用，使食物更加美味可口。不僅僅是馕、油條的制作，對碳酸鈉和碳酸氫鈉水溶液堿性的利用，還滲透到了生活中的各種情形（表3）。

【提問】基于對碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液堿性的認識，判斷下列說法是否正確？

（1）酸的溶液呈酸性，堿的溶液呈堿性。

（2）鹽的溶液一定呈中性。

（3）呈堿性的溶液一定是堿的溶液。

（4）呈酸性的溶液一定是酸的溶液。

【回答】1是正確的，2和3是錯誤的，4不是很確定。

【提示】NaHSO4屬于什么類別的物質？結合它在水中的電離方程式，想一想硫酸氫鈉的水溶液呈什么性？

【回答】NaHSO4是鹽，在水中能電離產生氫離子，所以呈酸性，呈酸性的溶液也不一定是酸。

【小結2】化學學習的過程中，我們需要正確理解概念之間的邏輯關系。

設計意圖：分類是認識事物的一種重要方式，基于分類的思想有助于我們更加系統(tǒng)地認識化學物質。酸、堿、鹽的分類以電離后產生微粒的種類為依據(jù)。在分類的基礎上，結合實驗，判斷兩種鹽溶液的酸堿性，再與同濃度的氫氧化鈉溶液比較堿性強弱關系。從而正確地理解溶液酸堿性和酸、堿、鹽概念之間的辯證關系，樹立正確的學科認知。同時，也使學生明白了碳酸鈉和碳酸氫鈉在油條和馕加工時的作用，體會到化學學科知識與日常生活之間的密切關系。充分展示了“性質決定用途，用途體現(xiàn)性質”的化學學科思想。

環(huán)節(jié)3：微觀探析，建立對碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應本質的科學認知

【講述】結合初中所學知識，并基于對碳酸鈉和碳酸氫鈉水溶液堿性的認識，請寫出兩種物質分別與鹽酸反應的化學方程式，并改寫成離子方程式。

【板演】（1）Na2CO3+2HCl=NaCl+CO2↑+H2O（CO32-+2H+=CO2↑+H2O）

（2）NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O（HCO3-+H+=CO2↑+H2O）

【提問】從離子反應方程式不難看出，碳酸鈉和碳酸氫鈉與鹽酸反應的本質是CO32-和HCO3-與H+的反應。但同樣是和酸反應產生二氧化碳，兩者又有何不同呢？

【回答】每生成1mol CO2，1mol CO32-消耗2mol H+，而每1mol HCO3-消耗1mol H+。

【提問】具體反應時，在現(xiàn)象上又會表現(xiàn)出什么不同之處呢？

【實驗視頻】碳酸鈉和碳酸氫鈉分別與同濃度鹽酸反應，你觀察到了哪些現(xiàn)象？

【回答】（1）將鹽酸加入碳酸鈉溶液，開始沒有氣泡，一段時間后才有氣泡出現(xiàn)（圖1）。（2）從數(shù)據(jù)圖像可以看出，相同條件下，碳酸氫鈉與鹽酸的反應產生二氧化碳的速率更快（圖2）。

【提問】你能揭示其中的原因么？（該問題學生回答有困難）

【分析】其實，我們從離子方程式就不難看出，HCO3-只需要再結合一個H+就可以轉化為HZCO3，再分解為二氧化碳，而co32-需要結合兩個H+才能轉化為H2CO3。因此，同濃度的兩種溶液均和鹽酸反應，碳酸氫鈉反應更快一些。如果酸的量比較少，碳酸根只能結合一個H+生成NaHCO3，所以開始沒有氣泡出現(xiàn)，而隨著鹽酸量的增加，生成的NaHCO3可以繼續(xù)與鹽酸反應產生CO2。

【板書】Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3（CO32-+H+=HCO3-）

【小結4】由此可見，碳酸鈉與鹽酸的反應是分步進行的，鹽酸用量不同，反應的產物也不同。我們也再次感受到了化學反應的復雜性，對于一個反應的認識，不僅僅從定性，還需從定量的角度思考。

【板書】如圖3。

設計意圖：碳酸鈉與鹽酸的分步反應是本節(jié)教學的難點，教學過程中采用了逐層推進的方式化解難點。首先通過實驗現(xiàn)象的觀察，使學生明晰碳酸鈉和碳酸氫鈉均能與鹽酸反應產生二氧化碳，加深了對兩種物質水溶液堿性的認識。將反應改寫成離子方程式，能看出兩個反應的本質是CO32-和HCO3-分別結合了2個H+和1個H+轉化為碳酸，再分解產生二氧化碳，強化了從微觀的角度理解化學反應的本質。其次，結合數(shù)字實驗系統(tǒng)數(shù)據(jù)圖表的直觀反映，碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸反應產生二氧化碳速率的差異一目了然。再者，視頻實驗拍攝了兩種物質與鹽酸反應的細節(jié)現(xiàn)象，從而幫助學生意識到碳酸鈉與鹽酸的反應是分步進行，相同的物質有可能因為反應物用量的不同，導致不同的反應發(fā)生，深刻感受化學反應的復雜性。

環(huán)節(jié)4：回歸情境，升華化學知識背后的人文內涵

【提問】既然碳酸鈉和碳酸氫鈉的水溶液均為堿性，且相同條件下碳酸氫鈉的堿性更弱，那為什么在油條制作的過程中還要加入碳酸氫鈉呢？

【思考】不會回答。

【追問】這兩種美食，我想同學們都吃過，你能描述一下它們在口感上有什么不同么？

【回答】馕吃起來比較勁道，而油條比較酥脆。

【敘述】很好。我們來對比一下油條下鍋前后的變化。

【描述】下鍋前，油條是一根細細的實心面條，油炸之后，油條體積明顯變大，截面還可以看到很多氣孔，說明在加熱的過程中有氣體生成。

【提問】那么油條下鍋后產生的氣體又從何而來？與碳酸鈉還是碳酸氫鈉相關呢？我們通過實驗進一步了解。

【演示實驗】分別加熱碳酸鈉和碳酸氫鈉固體，將產物通入澄清石灰水。

【學生分析】碳酸鈉較穩(wěn)定，受熱不分解。碳酸氫鈉不穩(wěn)定，受熱分解產生二氧化碳，使澄清石灰水變渾。

【板書】2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑

【小結5】碳酸氫鈉是一種重要的食品疏松劑。比如蘇打餅干的配料中也有碳酸氫鈉。它的加入可以使食品疏松可口。當然，不管是碳酸鈉還是碳酸氫鈉的添加，都需注意用量，用量過大也會使面食發(fā)黃，口感變差，還會對身體健康造成不良影響。所以，食品添加劑的用量在食品加工過程中需要嚴格控制，我們應該科學合理地使用食品添加劑。

【總結】至此，隱藏在馕和油條中有關化學的秘密，已被揭示。我們對于食物的認識，不再只是滿足口腹之需。一方面，它承載著中華飲食文明的傳承與創(chuàng)新，特別是“一帶一路”建設以來，不同民族之間的交往交流也更為密切，文化也因此相互滲透和融合?，F(xiàn)如今，馕早已跨越千山萬水，出現(xiàn)在全國各族人民的餐桌之上。另一方面，從化學的視角來看，在食品制作的過程中包含了人們對不同化學物質的認識與應用，學會多觀察、多思考、多實踐，相信你會感受到更多化學帶給生活的積極意義！

設計意圖：圍繞情境繼續(xù)挖掘隱含其中的化學秘密，找到碳酸鈉和碳酸氫鈉在熱穩(wěn)定性上的差異。碳酸氫鈉作為一種重要的食品疏松劑，能改善食物的口感，是人類在生產生活實踐中對化學物質合理使用的智慧體現(xiàn)。但不管是碳酸鈉還是碳酸氫鈉的添加，都需注意用量，用量過大也會對面食的外觀、口感及人體健康造成不良影響。所以，食品添加劑的用量需要嚴格控制?？茖W地使用食品添加劑，是化學改善人類生活起到積極作用的體現(xiàn)。

環(huán)節(jié)5：延伸拓展，促進學生課后思考

【演示實驗】雪碧中加入兩藥匙碳酸鈉粉末，蓋緊瓶塞，充分振蕩，你觀察到了什么現(xiàn)象？能否嘗試在今天所學知識的基礎上分析解釋這個現(xiàn)象背后的原理是什么？

設計意圖：將問題延伸到課后，鼓勵學生對知識的活學活用，滿足不同層次學生的學習需求，促進學生的積極思考。

六、教學反思

在尼勒克支教期間，筆者對當?shù)馗咧谢瘜W課堂教學進行了連續(xù)性跟蹤觀察，并對在校師生進行了訪談。調查發(fā)現(xiàn)，在該地區(qū)高中化學課堂的教學中，人文素養(yǎng)和科學認知的培養(yǎng)較難落實。一方面和學生的基礎薄弱有關;另一方面，部分教師非化學專業(yè)出身，有的是食品檢驗專業(yè)，有的是獸醫(yī)專業(yè)，實驗員還會出現(xiàn)堿性溶液用玻璃瓶塞這樣常識性知識的錯誤，教師隊伍的專業(yè)素養(yǎng)參差不齊。再者，盡管硬件設施配套完整，但教師使用的頻率并不高，課堂教學方法和模式相對單一，實驗教學基本不開展。

鑒于上述調查了解，筆者在日常教學中主要從兩點入手，著力提升高中化學課堂的人文內涵，樹立學生的科學認知。

1.緊扣日常生活和化學史實，滲透化學學科中的人文知識

人文知識包括歷史知識、文學知識、哲學知識等[3]。這些知識滲透到了生活、生產的各個領域。課堂上每認識一種新的化學物質時，學生常常會問這個物質能不能吃，因此認識碳酸鈉和碳酸氫鈉的性質時，選擇構建以飲食文化為中心的教學情境。油條是遍布全國的小吃，馕則帶有鮮明的新疆地域特色，這兩種食物都是勞動人民智慧的結晶，也是民族文化的一種傳承，對于尼勒克的學生來說都很熟悉。所以，就以《隱藏在油條和馕背后的化學秘密》為題，從碳酸鈉、碳酸氫鈉水溶液的堿性人手，再到碳酸氫鈉受熱分解產生氣體，使學生明晰在油條和馕制作過程中加入碳酸鈉和碳酸氫鈉的化學原理，情境貫穿了整個教學的始終，不斷引發(fā)學生的思考。學生逐步體會人類在生活生產實踐中的探索，是認識物質性質一種重要途徑。學會多觀察、多思考，將會發(fā)現(xiàn)生活中處處皆化學，它讓我們的生活更加美好。

2.重視實驗探究，體驗科學研究的方法

實驗是化學學習的基礎，同時也滿足了學生的內心需求。正如蘇霍姆林斯基所說：“每個青少年內心都渴望自己是一個探索者和研究者?！北竟?jié)課的實驗采用了多樣化的形式，有教師演示實驗，也有學生分組實驗。演示實驗中，碳酸鈉和碳酸氫鈉的溶解實驗比較便于觀察就直接采用常規(guī)試管實驗;碳酸氫鈉受熱分解實驗則采用現(xiàn)場投影實驗的方式，讓所有同學能更清楚地同時看到氣泡的產生，并使澄清石灰水變渾的現(xiàn)象;而碳酸鈉、碳酸氫鈉與鹽酸的反應則利用了原工作學校的數(shù)字化實驗，將其拍成視頻，以直觀的方式，呈現(xiàn)兩者與鹽酸反應速率的差異，并理解碳酸鈉與鹽酸反應時的少量和過量問題，有效降低了知識的難度，更加適合這里的學生。其實，不管是哪種實驗方法，都是為了便于學生的觀察，促使學生從發(fā)現(xiàn)問題到分析問題，最終解決問題，形成開展科學探究的一般思路。此外，對實驗現(xiàn)象的觀察與描述還強調了對比意識，如同濃度的氫氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉溶液堿性強弱的對比等，培養(yǎng)學生科學嚴謹?shù)乃季S方式。

當然，落實邊遠少數(shù)民族地區(qū)高中化學人文素養(yǎng)和科學認知的培養(yǎng)，不可能一蹴而就。除此之外，筆者還開設了一系列帶有人文背景的主題教學，如以“尋味記”為題認識乙酸、以“揭秘祥云火炬”為題認識烷烴，以“沉睡的能量塊”為題認識甲烷等等，這些課堂教學得到了當?shù)亟處煹囊恢潞迷u，也有效地提升了學生學習化學的興趣。作為支教老師，希望通過自己的教學實踐，起到良好的示范作用，帶動當?shù)亟處熥⒅厝粘５姆e累，不斷大膽地嘗試與改變，從而實現(xiàn)培養(yǎng)目標。

參考文獻

[1][2]張婷，江軍.比較碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸反應快慢的新方法[J].實驗教學與儀器，2017（10）：40-41

[3]艾進達.初中化學課堂中人文情懷的培養(yǎng)[J].中學化學教學參考，2018（9）：27-29