基于環(huán)境主題的化學教學設計

　　摘要：探討了基于環(huán)境主題化學教學的功能與價值，提出了基于環(huán)境主題的化學教學設計思路，并結合“硫及其化合物”的教學案例進行了示范。
　　關鍵詞：環(huán)境主題；化學教學；教學設計
　　文章編號：1005—6629（2012）10—0039—04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
　　環(huán)境問題種類繁多，但與學生日常生活聯系緊密的環(huán)境問題大多是由相關物質及其變化引起的。化學在解決人類社會發(fā)展過程中面臨的環(huán)境問題、促使人與自然和諧相處、培養(yǎng)學生環(huán)境素養(yǎng)等方面發(fā)揮著重要作用。中學化學中涉及大量與環(huán)境相關的教學內容，有必要基于環(huán)境主題進行化學教學設計，更好地實現化學教育與環(huán)境教育的融合，促進學生的全面發(fā)展。
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　　基于環(huán)境主題化學教學的功能與價值
　　化學教學能夠幫助學生建立環(huán)境問題的認識框架、從化學視角認識和分析環(huán)境問題的方法，培養(yǎng)學生的環(huán)境意識、環(huán)境價值觀以及環(huán)境問題參與度和決策力，全面提高學生的環(huán)境素養(yǎng)。
　　1.1有助于學生建立環(huán)境問題的認識框架
　　大多數環(huán)境問題是由物質（污染源）引起的，化學作為一門研究物質及其變化的學科，能夠幫助學生從物質的視角建立對環(huán)境問題的基本認識。通過化學學習，學生可以認識到造成環(huán)境問題的污染物產生與變化過程、物質變化特點，以及污染物的元素不變性。通過從元素觀、物質觀和價態(tài)觀多個角度認識環(huán)境問題，了解與環(huán)境相關的基礎知識，幫助學生建立系統(tǒng)的認識框架，由“環(huán)境問題是什么”到“環(huán)境問題的形成過程與反應機理”，從“環(huán)境問題帶來的危害”到“環(huán)境問題的預防和治理”。具備了環(huán)境問題的認識框架，當學生再面臨環(huán)境問題時，能夠知道從哪些角度去分析，能夠更本質、更全面、結構性地認識環(huán)境問題。
　　1.2有助于學生建立從化學視角分析環(huán)境問題的思路和方法
　　學生不僅需要知道什么是環(huán)境問題，還應該能從化學的視角認識和分析環(huán)境問題。從物質、物質性質與物質變化的角度認識環(huán)境問題的產生與危害，分析環(huán)境問題，尋找防治環(huán)境問題的辦法（見圖1）。具體包括：認識分析環(huán)境問題的危害是由物質的什么性質引起，分析一種物質產生的多個環(huán)境問題是由物質的哪些不同性質導致的，或者一種環(huán)境問題主要是由何種物質什么性質產生的；從物質性質和物質變化視角分析、解釋環(huán)境問題的產生機理和形成過程；根據物質性質和物質變化、針對環(huán)境問題的形成過程和條件，尋找對應的解決辦法，比如控制污染物產生的化學反應的發(fā)生、借助化學反應將污染物質轉化成無污染物質等。
　　1.3有助于學生樹立環(huán)境意識，形成正確的環(huán)境價值觀和態(tài)度
　　通過與環(huán)境主題相關的化學知識的學習，學生可以認識到環(huán)境問題對人類和自然界的嚴重影響，從而樹立環(huán)境保護的緊迫感和責任感，樹立環(huán)境意識，形成正確的環(huán)境價值觀和態(tài)度。例如，學生通過硫和氮氧化物性質的學習，了解酸雨的形成過程，認識到污染物一旦進入大氣，可能就會與大氣或自然界中的其他物質發(fā)生反應，生成污染環(huán)境的物質，造成污染之后的治理不僅收效甚微，而且難度相當大，因而使學生認識到預防才是更有效的治理辦法。
　　1.4有助于學生培養(yǎng)環(huán)保技能，提高環(huán)境問題的參與度和決策力
　　環(huán)境教育的目標不僅僅是增加學生的環(huán)境知識、提高學生對環(huán)境問題的認識以及環(huán)境價值觀與態(tài)度的培養(yǎng)，更高的目標是幫助學生掌握一定的認識和解決環(huán)境問題的技能，當面臨環(huán)境問題或現象時能夠做出正確的決策，真正參與到環(huán)境保護行動中。通過化學學習學生可以掌握更多在生活中可以運用到的知識和技能，比如分類處理廢舊電池，采取正確措施面對氯氣泄露等。更重要的是，學生能夠應用化學知識，科學合理地保存、使用物質（化學品），避免或者減少環(huán)境問題的產生。
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　　基于環(huán)境主題化學教學設計的思路和方法
　　在化學教學中，對環(huán)境相關的素材使用方式和水平多樣，主要有三種：①以化學知識為主，環(huán)境問題或現象只作簡單介紹，隨著化學知識的展開隨機插入。②圍繞環(huán)境問題展開教學，以環(huán)境教育為核心，涉及到元素化合物知識或者化學概念原理時穿插介紹；③化學知識與環(huán)境教育并重，教學過程中化學知識獲取和環(huán)境問題解決兩條線索并進，促進學生建立認識環(huán)境問題的基本框架和從化學視角認識分析環(huán)境問題的思路與方法，筆者稱其為基于環(huán)境主題的化學教學。中學化學課堂教學更倡導第三種教學處理方式，因為新課程倡導基于真實背景的化學教學，環(huán)境問題為化學知識提供了真實、富有教育價值的情景，能夠滿足新課程情感態(tài)度價值觀目標的落實；環(huán)境問題的分析解決過程幫助學生建立從化學視角分析環(huán)境問題的思路和方法，體現了化學知識的應用價值，落實了過程與方法目標，從而實現了知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價值觀三維目標融合的教學。為此，筆者結合理論分析和教學實踐經驗，構建了基于環(huán)境主題的教學設計思路（見圖2）。
　　（1）分析教學內容。通過對課程標準和教材中相關章節(jié)的具體分析，確定核心的化學知識和具體的知識點，明確知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度價值觀方面的基本要求，了解教學內容在環(huán)境方面的素材和要求。
　?。?）確定環(huán)境主題。尋找與教學內容相關的環(huán)境問題和現象，根據教學要求明確是否需要尋找其他方面的素材。分析各類環(huán)境問題，發(fā)現可能多種環(huán)境問題都涉及到同一教學內容，為了挖掘更具有教學價值與功能的環(huán)境問題，需要教師盡可能尋找與教學內容相關的環(huán)境現象，篩選合適的環(huán)境主題。對于環(huán)境主題的確定，需要從四個方面考慮：①課標和教材對學生環(huán)境教育的要求。分析教學內容涉及的環(huán)境問題，哪些是學生這一階段應該知道的，學生對相關環(huán)境問題的認識需要達到什么水平。②環(huán)境問題的教學價值與功能。所選的環(huán)境主題要涵蓋較多的化學知識點，能夠在一定程度上實現學生技能（實驗技能、分析計算等）的培養(yǎng)，能更好地實現環(huán)境教育的目標，能促使學生建立從化學視角分析和解決環(huán)境的思路與方法。③學生情感以及需求。要因地制宜、因人而異的選擇適合學生的環(huán)境主題，要盡可能貼近學生生活，考慮學生感興趣的程度和熟悉程度。④教師駕馭能力。所選環(huán)境主題盡可能是任課教師熟悉的，具有豐富的素材，有利于課堂教學，教師能夠較好地駕馭的。
　?。?）確定教學切入點和教學思路。根據課標與教材要求、學情分析，確定教學切入點，主要分為兩種：①以環(huán)境問題切入，引導學生解決環(huán)境問題過程中獲取化學知識，建立認識環(huán)境問題的基本框架，建立從化學視角分析環(huán)境問題思路與方法，這種教學方式適用于學生具有一定化學知識和環(huán)境問題認識基礎的內容，比如硫及其化合物與酸雨。②以化學知識切入，通過分析環(huán)境問題素材，思考分析或者通過進一步的實驗獲取化學知識，然后運用化學知識解釋分析環(huán)境問題，樹立學生的環(huán)境意識和環(huán)境觀念，這種教學方式主要針對學生對環(huán)境問題與相關化學知識比較陌生的情況，比如苯酚的教學。
　?。?）選擇環(huán)境素材。通過分析教學內容與環(huán)境問題的相關度和結合點及結合方式，尋找該環(huán)境主題的具體素材，確定與教學內容有關的環(huán)境素材。此外，教師還要根據教學要求看是否需要尋找其他方面的現象或生活應用，豐富學生對造成環(huán)境問題的物質的全面、正確認識。
　?。?）確定教學環(huán)節(jié)和教學內容的組織順序。教學環(huán)節(jié)和教學內容組織順序的確定需要考慮多個方面：認識環(huán)境問題的基本框架、從化學視角分析環(huán)境問題的基本思路、學生的認知水平和認知發(fā)展順序。認識環(huán)境問題的基本框架是：環(huán)境問題的危害一環(huán)境問題的產生一環(huán)境問題的防治。從化學視角分析環(huán)境問題的基本思路是：認識環(huán)境問題的污染物一污染物的產生一污染物的哪些性質導致環(huán)境危害一利用污染物性質和變化預防和治理環(huán)境問題。從學生的認知水平和認知發(fā)展順序看，首先確定學生的已有知識和技能，以及對環(huán)境問題的了解程度。其次，分析學生認識物質性質及其變化的思維水平或角度，比如從物質類別的角度、基于元素的角度等。最后，考慮已有知識與新知識、新知識與新知識之間的聯系。綜合考慮三方面的因素，確定教學環(huán)節(jié)和教學內容的組織順序。
　　（6）設計驅動性問題和主要的教學活動，具體包括：設計與環(huán)境問題解決密切相關的驅動性問題、設計學生分析解決環(huán)境問題的主要活動內容與形式、設計環(huán)境素材呈現與使用方式。
　　教師在設計驅動性問題時，—方面要考慮教學內容的順利引出，另—方面要引導和啟發(fā)學生對環(huán)境問題的思考，引導學生對環(huán)境問題產生系統(tǒng)、有序的思維，從而建立思考角度和認識方式。為了獲取化學知識，驅動性問題可以針對環(huán)境現象或防治方法而提出，讓學生預測或分析信息，獲得物質性質及其變化的認識。為了建立環(huán)境問題的分析思路，需要教師依據環(huán)境問題解決的程序性知識，設計層層遞進的驅動性問題鏈?；蛘哂山處熖岢鼍C合性的復雜問題，在教師的引導下由學生對問題進行表征和不斷拆解，逐漸形成問題解決思路。
　　教師設計活動時，要充分利用學生生活經驗和有效的教學資源，提高學生的參與度。將具體環(huán)境問題教學化、實驗化，是基于環(huán)境主題教學活動設計的有效手段?？梢宰寣W生進行實驗探究和相關問題的交流研討，讓學生自主構建知識，完成問題的發(fā)現和解決過程，培養(yǎng)他們解決問題的自信心和成就感。為了有效地促使學生深入、全面的認識環(huán)境問題，可以讓學生通過文獻資料、網絡和媒體報道以及實踐調查等渠道了解環(huán)境問題或現象，也可以在課前布置一些關于環(huán)境問題的驅動性任務，在課堂上開展交流活動。
　　（7）設計教學設計的核心線索和詳細的教學過程。教學線索的設計包括：知識線、問題線、活動線、情景線和從化學視角分析環(huán)境問題的思路，它是在前面分析的基礎上細化和精致的過程。在這個過程中，需要教師進一步明確驅動性問題與教學內容的關系，分析各個教學環(huán)節(jié)和教學活動的過渡與銜接，使“從化學視角分析環(huán)境問題的思路”更加外顯。詳細的教學過程設計，需要教師充分考慮學生的已有經驗和自身教學經驗，不僅涉及所有學生活動、教師活動、講解過渡，還包括教學硬件和軟件的使用等。
　　3 基于環(huán)境主題化學教學設計的案例一一硫及其化合物
　　依據基于環(huán)境主題的化學教學設計思路，對“硫及其化合物”進行教學設計過程和思路分析，以便教師能夠更好地把握基于環(huán)境主題化學教學設計的構建思路。
　?。?）分析教學內容。“硫及其化合物”屬于典型的元素化合物知識，學生需要掌握硫及其化合物的主要性質，具體包括：硫單質的可燃性，二氧化硫的還原性、氧化性，亞硫酸的酸性和還原性，硫酸的酸性；要求學生掌握的重點知識內容是：二氧化硫的還原性、氧化性，亞硫酸的還原性，以及二氧化硫與堿的反應。硫及其化合物是在學生學習了氧化還原反應、金屬及其化合物的性質和非金屬硅和氯之后，要求學生運用物質性質研究的方法和思路，進行自主的實驗探究，還要求學生了解硫及其化合物對生態(tài)環(huán)境的影響和在生產生活中的應用。
　?。?）確定環(huán)境主題。與硫及其化合物相關的環(huán)境問題包括酸雨、土壤酸化、水污染等。土壤酸化和水污染主要涉及的物質是亞硫酸、硫酸和硫酸鹽，酸雨涉及到硫、二氧化硫、三氧化硫、亞硫酸、硫酸和硫酸鹽。酸雨不但承載的教學內容較多，而且學生在認識酸雨的過程中可以從物質性質和價態(tài)變化的角度認識硫及其化合物，建立從化學視角分析和解決環(huán)境問題的思路和方法。土壤酸化和水污染的相關素材遠不及酸雨豐富，學生的熟悉程度也偏低。綜合考慮確定以酸雨為環(huán)境主題。此外，二氧化硫在生活中有較多的應用價值，比如做漂白劑、防腐劑、抗氧化劑等，能夠讓學生建立對二氧化硫的正確認識。
　　（3）確定教學切入點和教學思路。學生對酸雨問題比較熟悉，普遍知道酸雨及其危害，并且學生在初中化學學習中接觸過二氧化硫、硫酸，掌握了酸的性質。因此硫及其化合物的教學更適合從環(huán)境問題切入，以環(huán)境問題的分析框架為教學基本思路，通過分析解決酸雨環(huán)境問題，獲得硫及其化合物的主要性質，幫助學生建立從化學視角分析環(huán)境問題的方法。
　?。?）選擇環(huán)境素材。硫及其化合物與酸雨的危害、酸雨形成、污染物來源、酸雨防治密切相關，可考慮尋找和現與使用方式。酸雨素材（酸雨危害的圖片、酸雨防治的方法、二氧化硫在生活中的應用等圖片和資料）的主要呈現方式是：在學生交流討論提出想法和觀點后，運用課件和視頻展示，對學生的認識給予補充。“大氣中二氧化硫氧化途徑”的資料在學生完成實驗探究之后進行介紹，“酸雨的pH隨時間變化”的資料則是以提問形式讓學生運用已有經驗進行分析解釋。
　?。?）設計教學設計的核心線索和詳細的教學過程。硫及其化合物教學線索以酸雨的驅動性問題為主線，相應的知識線索為：硫酸的性質→二氧化硫的還原眭（二氧化硫到硫酸的轉化）→二氧化硫作為酸性氧化物的性質→二氧化硫的抗氧化性和漂白性?！傲蚣捌浠衔锱c酸雨”教學設計的知識線、問題線、活動線、情景線，以及相應的從化學視角分析環(huán)境問題的思路如表1所示。篩選這些環(huán)境問題的相關資料和圖片。
　　（5）確定教學環(huán)節(jié)和教學內容的組織。依據“從化學視角分析環(huán)境問題的基本思路”和“環(huán)境問題的認識框架”，硫及其化合物的教學分為五個環(huán)節(jié)：酸雨的危害（硫酸的酸性）、酸雨的形成（二氧化硫生成硫酸的途徑）、酸雨污染源的由來（二氧化硫的來源）、酸雨的防治（二氧化硫轉化）、二氧化硫的生活應用（漂白性等）。學生關于硫及其化合物的認知順序為“酸性氧化物→酸→鹽”，與上述教學環(huán)節(jié)基本吻合，因此硫及其化合物的教學可以確定分為上述五個教學環(huán)節(jié)。
　?。?）設計驅動性問題和主要教學活動。首先，設計與環(huán)境問題解決密切相關的驅動性問題，通過酸雨問題的分析解決獲得硫及其化合物的性質（具體見表1）。其次，設計學生分析解決環(huán)境問題的主要活動內容與形式。二氧化硫的還原性是學生掌握的核心知識，且與酸雨的形成密切相關，是教學的重點，應該讓學生通過探究活動自主建構認識，包括預測、設計實驗驗證等活動，輔以“大氣中二氧化硫氧化途徑”的資料。關于酸雨的危害、二氧化硫的來源、酸雨的預防和治理等環(huán)境問題，主要采用學生交流討論和資料分析的活動形式。最后，設計環(huán)境素材呈
　　化學在解決環(huán)境問題中起到重要的作用，化學教學在培養(yǎng)和發(fā)展學生環(huán)境素養(yǎng)方面更有不可替代的作用。中學化學教學在讓學生獲得化學知識的過程中，更應該結合相關的教學內容，開展基于環(huán)境主題的化學教學，促進學生形成環(huán)境問題的認識框架，特別是形成從化學視角分析環(huán)境問題的思路和方法，提升學生對環(huán)境問題的認識和理解，進而豐富和深化化學教育的價