主題式教學(xué)中“問題鏈”的設(shè)計策略
——以“探秘維生素C”為例

黃 燕

(廣東省陽江市廣東兩陽中學(xué))

2018年教育部頒布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的基本理念中提到,以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨,選擇體現(xiàn)基礎(chǔ)性和時代性的化學(xué)課程內(nèi)容,結(jié)合學(xué)生已有經(jīng)驗,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注人類面臨的與化學(xué)有關(guān)的社會問題,培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感、參與意識和決策能力。這意味著在新課標(biāo)新高考背景下,老師要更多的思考如何通過創(chuàng)設(shè)真實情境,培養(yǎng)學(xué)生運用所學(xué)知識分析和解決問題的思維和能力,并提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。而這一目標(biāo)的達(dá)成很大程度上需要通過主題式教學(xué)來實現(xiàn)。

主題式教學(xué)是指教師根據(jù)學(xué)情擬定主題,將學(xué)生所學(xué)知識與鮮活的生活素材創(chuàng)設(shè)有意義的連接來設(shè)計課堂活動?；顒又性趯W(xué)生已有的知識和經(jīng)驗的基礎(chǔ)上設(shè)計問題,學(xué)生在解決問題的過程中獲得知識,體驗合作的學(xué)習(xí)方式,培養(yǎng)思維品質(zhì)和提升學(xué)科核心素養(yǎng),再將其所學(xué)知識融入到生活現(xiàn)象中,進(jìn)行探索、解釋和創(chuàng)新。

“問題鏈”是指教師為了實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),根據(jù)學(xué)情將教材知識轉(zhuǎn)化為一連串有層次性、系統(tǒng)性的教學(xué)問題,是一組有中心、有序列、相對獨立而又相互關(guān)聯(lián)的問題。學(xué)生通過解決老師設(shè)計的“問題鏈”由淺入深地完成課堂活動。而問題鏈的設(shè)計是主題式教學(xué)的核心,高質(zhì)量的問題鏈可以提高課堂教學(xué)的效率,調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

本文將以筆者執(zhí)教過的在廣東省高中化學(xué)優(yōu)秀教學(xué)創(chuàng)新成果中榮獲一等獎的課例——“探秘維生素C”為例,探討主題式教學(xué)中問題鏈的設(shè)計策略。

一、建構(gòu)主義理論下問題鏈的設(shè)計

建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論認(rèn)為,學(xué)生學(xué)習(xí)是根據(jù)原始經(jīng)驗,對外在信息進(jìn)行提取和整合從而主動建構(gòu)知識結(jié)構(gòu)的過程。教師在設(shè)計問題鏈時要充分考慮學(xué)生的個體差異和學(xué)生的原始經(jīng)驗,設(shè)置認(rèn)知沖突,并給予充分的信息,幫助學(xué)生從已有的知識經(jīng)驗中生長出新的知識經(jīng)驗,并引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識分析和解決問題,從而促使學(xué)生建構(gòu)知識體系。比如,在“初識維生素C”的課堂活動中,筆者在與學(xué)生探討維生素C(以下簡稱維C)中烯醇結(jié)構(gòu)能夠相對穩(wěn)定存在的原因時,用建構(gòu)主義理論來指導(dǎo)問題鏈的設(shè)計。

【問題1】請觀察維C的結(jié)構(gòu)簡式(見圖1),寫出維C的分子式,官能團(tuán)名稱,能發(fā)生的有機(jī)反應(yīng)類型,用*標(biāo)出手性碳,預(yù)測其水溶性。(知識層面,原始經(jīng)驗)

圖1 維C的結(jié)構(gòu)簡式

【問題2】維C結(jié)構(gòu)中碳碳雙鍵上為什么可以直接連羥基?(認(rèn)知沖突)

【問題3】根據(jù)以下信息分析(外在信息)

信息1:共軛體系是指具有單鍵—雙鍵交替結(jié)構(gòu)的體系,能降低體系能量,使分子更加穩(wěn)定。

信息2:

【生】反應(yīng)一:烯醇結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定。

反應(yīng)二:分子內(nèi)形成氫鍵,存在共軛體系,烯醇式變得穩(wěn)定。

反應(yīng)三:苯環(huán)結(jié)構(gòu)很穩(wěn)定。(分析和整合信息)

【生】結(jié)論:維C結(jié)構(gòu)中碳碳雙鍵與碳氧雙鍵形成共軛結(jié)構(gòu),分子內(nèi)形成氫鍵。(問題解決,形成新的知識經(jīng)驗)

課堂教學(xué)不僅是知識的傳遞,更是知識的靈活運用。課堂上我們不能以學(xué)生教材現(xiàn)有知識的權(quán)威去壓服學(xué)生,而是要讓學(xué)生自己來完成知識建構(gòu)。學(xué)生在解決問題的過程中,不僅對新信息進(jìn)行分析與整合,還要對原有經(jīng)驗進(jìn)行改造和重組。該環(huán)節(jié)從學(xué)生觀察并分析維C的結(jié)構(gòu)開始,激起學(xué)生原始的經(jīng)驗。接著其烯醇結(jié)構(gòu)引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突,老師提供信息,學(xué)生自行獲取并整合信息,通過數(shù)據(jù)證據(jù)推理,最終解決問題,提高分析和解決問題的能力,并產(chǎn)生新的知識經(jīng)驗——烯醇結(jié)構(gòu)在一定條件下可以穩(wěn)定存在。

二、最近發(fā)展區(qū)理論下問題鏈的設(shè)計

前蘇聯(lián)心理學(xué)家維果斯基提出的“最近發(fā)展區(qū)”理論認(rèn)為,學(xué)生的發(fā)展包括學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平,即獨立解決問題的水平;潛在的發(fā)展水平,需要借助外界幫助才能解決問題的水平。這兩種水平之間的差距就是“最近發(fā)展區(qū)”?！白罱l(fā)展區(qū)”理論強(qiáng)調(diào)了教學(xué)在學(xué)生發(fā)展中具有主導(dǎo)性和決定性作用,教學(xué)應(yīng)以學(xué)生發(fā)展的明天為方向,而教學(xué)應(yīng)該超越最近發(fā)展區(qū)。這意味著教師在設(shè)計問題鏈時,可以從學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平,創(chuàng)設(shè)螺旋式上升的問題,最終達(dá)到甚至超越學(xué)生的潛在發(fā)展水平。比如,在“再識維生素C”的課堂活動中,為達(dá)到讓學(xué)生認(rèn)識α—H的終極目標(biāo),運用“最近發(fā)展區(qū)”理論來指導(dǎo)問題鏈的設(shè)計。

【問題1】維C被稱為抗壞血酸,根據(jù)維C的結(jié)構(gòu),你認(rèn)為是哪一部分結(jié)構(gòu)在表達(dá)酸性?

【生】維C具有與苯酚類似的烯醇結(jié)構(gòu),推測應(yīng)該是連在碳碳雙鍵上的兩個羥基體現(xiàn)酸性。(學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平)

【問題2】與碳碳雙鍵相連的羥基上的氫具有一定的酸性。再比如羧酸、肟、黃原酸等分子,體現(xiàn)酸性的H如圖2所示,我們可以從中建構(gòu)一個模型嗎?(根據(jù)學(xué)生現(xiàn)有的發(fā)展水平,走向潛在發(fā)展水平)

圖2

【問題3】經(jīng)過查閱信息,等物質(zhì)的量濃度的尿素和甲胺溶液的pH如下,請運用以上模型,解釋兩者pH差異。(學(xué)生潛在的發(fā)展水平)

pH=7.06 pH=12.3

【問題4】運用上述模型分析,乙酸—CH3上的氫是否具有酸性?請設(shè)計實驗方案證明。(達(dá)到甚至超越最近發(fā)展區(qū))

從學(xué)生的現(xiàn)有發(fā)展水平出發(fā),由維C的結(jié)構(gòu)來推測其酸性,再從表達(dá)酸性的官能團(tuán)中抽出模型,并運用模型來描述和解釋物質(zhì)的性質(zhì),并預(yù)測有探究價值的問題——乙酸中—CH3上的氫是否具有酸性?接著從問題和假設(shè)出發(fā),依據(jù)探究目的,設(shè)計實驗方案驗證。課堂活動中,老師通過設(shè)計一系列層層滲透,螺旋式上升的問題鏈來搭建學(xué)習(xí)支架,逐步將學(xué)生的思維引向深處,達(dá)到深度學(xué)習(xí),從中幫助學(xué)生形成從建構(gòu)模型到利用模型來解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架。在解決問題鏈過程中幫助學(xué)生從現(xiàn)有的發(fā)展水平走向潛在的發(fā)展水平,最終掌握新的化學(xué)知識,即達(dá)到認(rèn)識α—H這一潛在的發(fā)展水平目標(biāo)。

三、人本主義理論下問題鏈的設(shè)計

美國心理學(xué)家A.H馬斯洛創(chuàng)立的人本主義理論認(rèn)為,教師要尊重學(xué)生的個性,充分發(fā)揮學(xué)生的創(chuàng)造性,還要將認(rèn)知與情感相結(jié)合。這意味著教師在設(shè)計問題鏈的時候,從學(xué)生自身的需求開展教學(xué)活動,激發(fā)學(xué)生的獨立思考能力和創(chuàng)造性思維,引導(dǎo)學(xué)生樹立正確科學(xué)態(tài)度與形成社會責(zé)任。比如,在“應(yīng)用維生素C”的課堂活動中,筆者在維生素C產(chǎn)品的應(yīng)用與改進(jìn)環(huán)節(jié),用人本主義理論來指導(dǎo)問題鏈的設(shè)計。

【問題1】學(xué)了維C的結(jié)構(gòu),請同學(xué)們思考黃瓜敷面膜抗衰老有效嗎?

【生】抗衰老可能效果不大,因為維C易被氧化,還沒有來得及進(jìn)入皮膚,它就被氧化了。

【問題2】正因如此,需要對維C結(jié)構(gòu)進(jìn)行改造,如某知名品牌通過添加維生素C葡萄糖苷(見圖3)來達(dá)到抗衰老的目的。請觀察該物質(zhì)的結(jié)構(gòu),評價它改進(jìn)的優(yōu)點。(學(xué)生獨立思考)

圖3 維生素C葡萄糖苷

【生】維C中烯醇結(jié)構(gòu)上的羥基被保護(hù),不易被氧化。

【問題3】維生素C葡萄糖苷有多個羥基,是親水物質(zhì),而我們皮膚細(xì)胞膜的磷脂雙分子層是親脂的,所以此類產(chǎn)品較難進(jìn)入皮膚。那我們可以從什么方向去繼續(xù)改造呢?(上升到創(chuàng)造性思維)

【生】在羥基的位置上加親脂的基團(tuán)。

【問題4】于是就有了另一種產(chǎn)品——維生素C棕櫚酸酯(見圖4)。這個更容易被皮膚吸收,但依然有缺陷,同學(xué)們還可以從什么方向去繼續(xù)改造呢?(創(chuàng)造性思維進(jìn)一步提高)

圖4 維生素C棕櫚酸酯

【生】烯醇結(jié)構(gòu)上的羥基沒有被保護(hù),如果把維C結(jié)構(gòu)中的所有羥基全部酯化,不就可以達(dá)到加入親脂基團(tuán),又可以保護(hù)羥基的目的了嗎?(創(chuàng)造性思維的完美展現(xiàn))

【師】哇,同學(xué)們太棒了,把維C改造成了維生素C四異棕櫚酸酯(見圖5),該產(chǎn)品相對穩(wěn)定,又容易被人體吸收。

圖5 維生素C四異棕櫚酸酯

【問題5】2015年某化妝品公司一則廣告宣傳語是“我們恨化學(xué)”,你如何看待?

【生】陷入沉思,并發(fā)表觀點。

【師】同學(xué)們,從維C結(jié)構(gòu)被發(fā)現(xiàn),到人工合成,再到衍生品的開發(fā),化學(xué)帶給了我們健康和美麗,沒有哪一個護(hù)膚品是不含化學(xué)成分的。相反,利用化學(xué)技術(shù)可以讓天然的產(chǎn)品變得更適合人體吸收,被人類更高效地利用。我們恨的不應(yīng)該是化學(xué),而是那些沒有專業(yè)素養(yǎng)的,濫用和亂添加一些對人體有害試劑的人。(正確科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的引導(dǎo))

維C的應(yīng)用課堂活動是以“黃瓜敷面膜能否抗衰老?”這一情境引入,以維C在護(hù)膚品中結(jié)構(gòu)的改進(jìn)展開的,通過一系列的問題鏈的設(shè)置,學(xué)生從微觀結(jié)構(gòu)去分析與評價護(hù)膚品的優(yōu)缺點,并針對產(chǎn)品的不足,創(chuàng)造性地提出改進(jìn)方向,充分發(fā)展了學(xué)生的高階思維,也在深度學(xué)習(xí)下實現(xiàn)知識的高效遷移,提高解決真實問題的能力,學(xué)生也能深刻理解到化學(xué)與技術(shù)對人類的重大貢獻(xiàn)。最后安排了一個“我們恨化學(xué)”的廣告語,是想讓同學(xué)們知道化學(xué)人應(yīng)站穩(wěn)立場,要對與化學(xué)有關(guān)的社會熱點問題作出正確的價值判斷,要有正確的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任,我們所學(xué)的化學(xué)知識和思維是為了更好地為人類服務(wù)的,達(dá)到了知識的深入融合與情感的升華。