巧設(shè)探究情境建構(gòu)學(xué)科觀念

徐小健

摘要：文章以人教版《化學(xué)2》第四章第三節(jié)“生活中兩種常見有機(jī)物（課題2 乙酸）”為例，闡述了巧妙挖掘“探究元素”，讓學(xué)生在探究過程中建構(gòu)化學(xué)學(xué)科觀念。

關(guān)鍵詞：探究；情境；建構(gòu)；學(xué)科觀念；乙酸

文章編號：1008-0546（2016）12-0054-02 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.019

美國教育家H.Lynn Erickon倡導(dǎo)圍繞學(xué)科基本觀念進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)，他認(rèn)為學(xué)科基本觀念“具有超越事實(shí)的持久價(jià)值和遷移價(jià)值”[1]。化學(xué)學(xué)科觀念不是具體的化學(xué)知識，而是指導(dǎo)揭示某些知識規(guī)律的重要工具，是人們在解決化學(xué)問題時(shí)自覺運(yùn)用的基本思想和方法，如能量觀、微粒觀、元素觀、變化觀、守恒觀、平衡觀、價(jià)值觀、比較、分類、假說、模型化等。學(xué)生化學(xué)學(xué)科觀念的建構(gòu)主要表現(xiàn)為學(xué)生從化學(xué)的視角，運(yùn)用化學(xué)思想和方法認(rèn)識身邊事物和處理問題的自覺意識或思維習(xí)慣。它的形成需要學(xué)生在積極主動(dòng)的探究活動(dòng)中掌握有關(guān)化學(xué)知識，并在對知識的理解和應(yīng)用中不斷概括提煉。所以在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，教師要有意識地挖掘“探究元素”，設(shè)計(jì)盡可能多的活動(dòng)讓學(xué)生進(jìn)行探究，這樣不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生更好地積累體驗(yàn)，建構(gòu)學(xué)科觀念，還能培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力。下面以人教版《化學(xué)2》第四章第三節(jié)“生活中兩種常見有機(jī)物（課題2 乙酸）”為例加以說明，不當(dāng)之處敬請批評指正。

一、情境1：探究“神奇藥水”

課堂一開始播放電影《天下無賊》中剝雞蛋片斷，“他們的技法令人折服，不過，單說去蛋殼一事，老師也有妙招，請看……”然后教師演示：向置于燒杯的雞蛋中加入“神奇藥水”。觀察到雞蛋殼表面產(chǎn)生大量氣泡，再讓學(xué)生結(jié)合雞蛋殼的主要成分進(jìn)行猜想：產(chǎn)生的氣體是什么？“神奇藥水”可能是什么？通過聞氣味學(xué)生猜想到是醋酸溶液，進(jìn)而得出醋酸的酸性強(qiáng)于碳酸的結(jié)論。再聯(lián)系初中化學(xué)知識，回憶乙酸的俗名和化學(xué)式，結(jié)合乙酸的球棍模型寫出結(jié)構(gòu)式，并找出其中的官能團(tuán)。

這樣設(shè)計(jì)可以一下子將學(xué)生吸引過來，并對老師妙招中使用的“神奇藥水”產(chǎn)生極大興趣。通過對神奇藥水進(jìn)一步的研究，學(xué)生有一種回家后就要親自一試的沖動(dòng)，再結(jié)合形象的球棍模型，讓學(xué)生了解乙酸的結(jié)構(gòu)及官能團(tuán)，建構(gòu)微粒觀、變化觀和模型化的學(xué)科觀念，并體驗(yàn)到結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的科學(xué)素養(yǎng)。

二、情境2：鑒別乙醇和乙酸

乙醇中的官能團(tuán)是什么？不同的官能團(tuán)決定了它們有不同的性質(zhì)。在實(shí)驗(yàn)桌的標(biāo)簽上有標(biāo)有1和2的兩瓶試劑，分別是乙醇和乙酸中的一種，你能用盡可能多的方法將其鑒別出來嗎？請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行探究，探究結(jié)束時(shí)請?jiān)跇?biāo)簽上寫上對應(yīng)的名稱。（提供的實(shí)驗(yàn)試劑有：石蕊試液、鎂條、NaHCO3溶液、Na2SO3溶液）

學(xué)生通過聞氣味感知到乙醇有特殊的香味而乙酸有強(qiáng)烈的刺激性氣味；通過滴入石蕊試液，知道乙醇呈中性而乙酸顯酸性；通過NaHCO3溶液知道乙醇不反應(yīng)而乙酸反應(yīng)產(chǎn)生大量氣泡；通過加鎂條知道在常溫下鎂條在乙醇中無明顯現(xiàn)象而鎂條在乙酸中產(chǎn)生明顯的氣泡；通過加入NaHCO3溶液知道加乙醇無明顯現(xiàn)象而加乙酸則產(chǎn)生大量氣泡；通過加入Na2SO3溶液知道兩者均無明顯現(xiàn)象，進(jìn)一步知道乙酸的酸性弱于H2SO3。然后教師再引導(dǎo)學(xué)生分析，還可通過比較密度大小或熔沸點(diǎn)高低等方法進(jìn)行鑒別，并演示：將加有乙醇和乙酸的兩支試管置于冰水中靜置（試管內(nèi)放置溫度計(jì)），并輕輕地?fù)u晃（防止乙酸形成過冰溶液），可以觀察到一段時(shí)間后，乙酸凝結(jié)成像冰一樣的晶體，而乙醇中無明顯現(xiàn)象。再將乙酸晶體取出，當(dāng)有乙酸晶體開始熔化時(shí)觀察溫度計(jì)的溫度約為16.6℃。這樣設(shè)計(jì)的目的是讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中對比掌握乙醇和乙酸的性質(zhì)，體驗(yàn)到學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣，并建構(gòu)實(shí)驗(yàn)觀、探究觀、比較等學(xué)科觀念。

三、情境3：探究酯化反應(yīng)

1. 實(shí)驗(yàn)探究

步驟1：向具支試管中依次加入2藥匙NaHSO4固體[2]、4mL無水乙醇、2mL乙酸，塞好橡皮塞。或向具支試管中加入4mL無水乙醇，然后邊振蕩邊慢慢加入2mL濃硫酸（用手觸摸試管外壁，感知溫度的變化），再加入2mL冰醋酸，塞好橡皮塞。步驟2：小試管內(nèi)加入3mL試劑X的飽和水溶液后，滴入3滴酚酞試液，將其置于試管架上。按圖中裝置小火加熱（導(dǎo)管不插入液面以下，讓產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)導(dǎo)管在空氣的冷凝下通到液面上），觀察小試管中的現(xiàn)象，聞一聞小試管內(nèi)液體的氣味。

步驟1中是兩種實(shí)驗(yàn)方案，在實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)習(xí)小組內(nèi)4人分工，同時(shí)做兩組實(shí)驗(yàn)，這樣設(shè)計(jì)的意圖是讓學(xué)生盡可能多地參與實(shí)驗(yàn)，體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)成功的喜悅。向無水乙醇中加入濃硫酸時(shí)放出大量熱量，學(xué)生就能理解在液體混合時(shí)類似于濃硫酸的稀釋，不能反過來操作。通過親身對比體驗(yàn)濃硫酸和NaHSO4固體兩種不同催化劑的實(shí)驗(yàn)操作、實(shí)驗(yàn)效果、環(huán)境污染、后續(xù)回收等問題，學(xué)生覺得用NaHSO4固體作酯化反應(yīng)的催化劑更好，操作方便、無污染、實(shí)驗(yàn)效果更顯著，進(jìn)而讓學(xué)生建構(gòu)實(shí)驗(yàn)觀、變化觀、環(huán)境觀、發(fā)展觀等學(xué)科觀念。

2. 理論探究

寫出乙酸與乙醇的酯化反應(yīng)方程式后，引導(dǎo)學(xué)生分析：[CH3C—O—C2H5] [O]中[CH3C—] [O]源自乙酸，—C2H5源自乙醇，那么中間的O原子源自誰？你能想到什么科學(xué)方法來研究這個(gè)O原子的來源嗎？可以使用高科技手段。

這時(shí)學(xué)生可以想到同位素標(biāo)記法，甚至想到用18O，教師再因勢利導(dǎo)在乙醇中引入18O，結(jié)果只有在乙酸乙酯中測得18O，即[CH3C—18O—C2H5] [O]，進(jìn)而得出酯化反應(yīng)的原理。這樣設(shè)計(jì)的意圖是培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維能力和猜想能力，讓學(xué)生建構(gòu)假說觀、元素觀和微粒觀。

四、情境4：探究試劑X

試劑X的飽和水溶液既可以減小乙酸乙酯在水中的溶解度，又能溶解蒸餾出來的乙酸和乙醇，并與乙酸反應(yīng)生成乙酸鈉，這樣可以更好地聞到乙酸乙酯的香味。試猜想試劑X可能是什么物質(zhì)？請?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究。

由于在酯化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)中，向試劑X中加入酚酞，溶液呈紅色，所以學(xué)生能想到是堿性物質(zhì)，而所給信息中“與乙酸反應(yīng)生成乙酸鈉”，可知其中含鈉元素，于是多數(shù)學(xué)生猜想到是NaOH。教師啟發(fā)學(xué)生思考，呈堿性的一定是NaOH嗎？這樣學(xué)生立即想到還有Na2CO3和NaHCO3。如何判斷是NaOH，還是Na2CO3或NaHCO3？可以加酸，發(fā)現(xiàn)加入乙酸后產(chǎn)生大量氣泡，說明不是NaOH，產(chǎn)生了無色無味的氣體說明可能是Na2CO3或NaHCO3，再引導(dǎo)學(xué)生分析，從“與乙酸反應(yīng)”的角度來看用哪個(gè)更合理？學(xué)生自然而然想到是Na2CO3。這樣設(shè)計(jì)的意圖是讓學(xué)生結(jié)合已有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行猜想，并通過實(shí)驗(yàn)方法進(jìn)行探究，更好地培養(yǎng)了學(xué)生分析問題、解決問題的能力、實(shí)驗(yàn)探究能力和信息處理等能力，進(jìn)一步建構(gòu)變化觀、實(shí)驗(yàn)觀、元素觀和分類觀等學(xué)科觀念。

本節(jié)課通過視頻讓學(xué)生快速進(jìn)入情境，充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與問題研究的熱情和求知欲，在四次探究活動(dòng)中讓學(xué)生較好地建構(gòu)了元素觀、微粒觀、分類觀、實(shí)驗(yàn)觀、變化觀、價(jià)值觀和比較、分類、假說、模型化等化學(xué)學(xué)科觀念。乙酸是一種弱酸，具有酸的通性，而這一點(diǎn)又是由于其結(jié)構(gòu)中存在羧基所導(dǎo)致的，進(jìn)一步讓學(xué)生體驗(yàn)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途等學(xué)科素養(yǎng)。教學(xué)中讓學(xué)生自主學(xué)習(xí)與小組合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，在酯化反應(yīng)中讓學(xué)生體會到團(tuán)隊(duì)協(xié)作的重要性，并通過多個(gè)實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力和探究能力，在問題討論的過程中培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維的方式和發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力。最后通過醋在日常生活中的妙用讓學(xué)生體會到化學(xué)在日常生活生產(chǎn)中的重要性，認(rèn)識到化學(xué)的實(shí)用性和重要地位。

當(dāng)然，學(xué)科觀念的形成需要一個(gè)長期持續(xù)的過程，不是通過幾節(jié)課就能形成的，所以教師首先要深刻理解化學(xué)學(xué)科觀念的內(nèi)涵，并時(shí)刻有培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科觀念的意識，這樣在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)就會自覺認(rèn)真鉆研教材，盡可能多地巧妙挖掘“探究元素”、精心設(shè)計(jì)，這樣才能讓學(xué)生學(xué)科觀念的形成不斷螺旋式上升，最終達(dá)到遷移應(yīng)用的目的。

參考文獻(xiàn)

[1] 莊德剛.基于基本觀念構(gòu)建的元素化合物教學(xué)——以“硝酸的性質(zhì)”教學(xué)設(shè)計(jì)為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（5）：25-28

[2] 賈智若.乙酸乙酯半微量制備實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)[J].廣州化工，2013（9）：124-125