走在課改的路上，不時(shí)采擷一枝花

摘要：在課改理念指導(dǎo)下設(shè)計(jì)“化學(xué)反應(yīng)的方向”一課，注重學(xué)生的自主求知過程、能力與情感的發(fā)展體驗(yàn)過程體驗(yàn)和實(shí)踐課改對(duì)課堂結(jié)構(gòu)和人才結(jié)構(gòu)的優(yōu)化調(diào)整。

關(guān)鍵詞：課改；自發(fā)；方向性；熵；能量

文章編號(hào)：1008-0546（2017）04-0008-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：

都說：“浴火鳳凰，涅槃重生?！闭n改亦是如此。一路走來，其間飽嘗了艱難與苦澀、迷惘與沮喪、激動(dòng)與欣慰等各種錯(cuò)綜復(fù)雜的滋味，相信也只有身在課改陣地的老師才能體會(huì)得到。因?yàn)閳?jiān)信，所以堅(jiān)持，于是思考，因此收獲。

在體驗(yàn)了課改的點(diǎn)點(diǎn)滴滴之后，筆者領(lǐng)悟到了課改的真諦：課改并不一定需要“交流展示”“合作學(xué)習(xí)”或“導(dǎo)學(xué)案”等“指令性動(dòng)作”，也未必是“將教師的講解精確地限制在多少分鐘之內(nèi)”“學(xué)生要在周圍四面黑板上都寫滿答案”或“各種五花八門的課堂模式”等成文或不成文的“硬性規(guī)定”。課改的首要條件是教師理念到位了沒有？教師是否真的開始關(guān)注學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變？是否真的關(guān)注他們能否實(shí)質(zhì)性地經(jīng)歷情感體驗(yàn)的過程？為了達(dá)到這些變化，教師是否深入地去思考如何設(shè)計(jì)學(xué)生學(xué)的內(nèi)容、怎樣從學(xué)的角度去評(píng)價(jià)課堂效果？如果教師的認(rèn)識(shí)能有這樣的轉(zhuǎn)變，我相信任何“招數(shù)”都是細(xì)枝末節(jié)，任何教學(xué)方法也都可能是有效的，因?yàn)榻逃缋镆恢倍际恰昂线m的就是最好的”。

在經(jīng)歷了一年多的課改后，現(xiàn)在每逢備課，筆者的焦點(diǎn)已經(jīng)不自覺地落在“設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)活動(dòng)”上；課堂上，總會(huì)習(xí)慣性地留出空白讓學(xué)生內(nèi)化整理知識(shí)；習(xí)題分析時(shí)，總會(huì)先讓學(xué)生小組解決一些問題，傾聽學(xué)生的想法，然后集中解決核心問題；聽課時(shí)總在思考如何將教師喋喋不休的講解轉(zhuǎn)變成學(xué)生自主建構(gòu)的素材……這些也許都是課改留下的“印記”吧！

“化學(xué)反應(yīng)的方向性”是筆者在課改過程中收獲的一堂課。筆者將之作為課改的成果與同行們一起分享，也希望自己能夠在課改的道路上繼續(xù)采擷更多枝“花”。

一、 傳統(tǒng)教學(xué)的研究分析

在同組老師執(zhí)教了本節(jié)課后，我們進(jìn)行了研討，發(fā)現(xiàn)存在以下幾個(gè)問題：

問題1：部分認(rèn)知存在混亂。如，學(xué)生對(duì)“自發(fā)反應(yīng)”和“自發(fā)進(jìn)行”兩個(gè)概念有所混淆，潛意識(shí)里認(rèn)為“自發(fā)反應(yīng)就一定能自發(fā)進(jìn)行”；對(duì)“需要加熱的反應(yīng)是自發(fā)反應(yīng)”和“催化劑不能改變反應(yīng)的方向性”存在慣性障礙，對(duì)“兩種判據(jù)出現(xiàn)矛盾時(shí)，反應(yīng)的方向性取決于溫度”，缺乏思維的深加工過程，印象不深刻，造成應(yīng)用時(shí)比較機(jī)械、生硬。

問題2：學(xué)科知識(shí)價(jià)值不明確。學(xué)生對(duì)判斷“反應(yīng)方向性”的實(shí)際意義不明確，未認(rèn)識(shí)到“方向性”是研究一個(gè)化學(xué)反應(yīng)的首要環(huán)節(jié)，未建立起“方向”與“速率”和“限度”的關(guān)系；教師對(duì)“熵”概念的教學(xué)停留在文字本身，沒有揭示出“熵原理”的普適性與精辟性，學(xué)生難以從課堂中的例子延伸到生活中，難以對(duì)自然界中的其他現(xiàn)象作出方向性的判斷，也就沒有領(lǐng)悟到本節(jié)課的社會(huì)價(jià)值，因此也沒能適時(shí)激發(fā)出學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)。

問題3：學(xué)科思想觀念與方法滲透不夠。本節(jié)課需要從變化觀、能量觀和微粒觀入手探尋化學(xué)反應(yīng)的原理。從能量觀角度研究物質(zhì)的轉(zhuǎn)化收獲能量判據(jù)，從微粒觀角度研究物質(zhì)的轉(zhuǎn)化收獲熵變判據(jù)，結(jié)合這兩種視角就能體會(huì)到吉布斯自由能公式的科學(xué)性。而在分析得到這些判據(jù)的過程中是引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)象深入本質(zhì)、從宏觀步入微觀，使用類比遷移、歸納演繹、實(shí)證分析等思想方法的良好契機(jī)，也增強(qiáng)了學(xué)生對(duì)學(xué)科思想觀念的認(rèn)同感，但從整節(jié)課的教學(xué)過程看，這方面的教學(xué)功能顯然是比較缺失的。教師最后也沒有檢測評(píng)價(jià)學(xué)生觀念形成情況，也就未能幫助學(xué)生形成“活”的“真知”，發(fā)展出應(yīng)有的邏輯思維能力。

問題4：學(xué)生的學(xué)習(xí)方式仍舊傳統(tǒng)單一。這節(jié)課教師主要采用講授法，學(xué)生單方面傾聽教師建構(gòu)新知，整個(gè)學(xué)習(xí)過程處于比較被動(dòng)的狀態(tài)，學(xué)生自主發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象、探尋規(guī)律、查閱資料、建構(gòu)新知的過程沒有展開。在這樣的教學(xué)體系下，容易造成只有記憶，沒有思想。

在梳理了教與學(xué)的研究基礎(chǔ)上，筆者對(duì)教學(xué)設(shè)計(jì)作出以下調(diào)整：

第一，對(duì)學(xué)生有疑問的知識(shí)點(diǎn)在課堂上有意著墨，通過設(shè)置情境有效對(duì)比、典型案例分析、實(shí)驗(yàn)或模型演示等方法為學(xué)生搭建腳手架，試圖解決困惑。第二，對(duì)教學(xué)內(nèi)容的順序進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。雖然在教學(xué)時(shí)一般會(huì)遵循由淺入深的方式，從能量再到熵變，比較符合學(xué)生的心理接受規(guī)律，但是這樣安排會(huì)存在一個(gè)問題：這節(jié)課本身比較抽象，學(xué)生一直處于推理分析過程，熵概念作為一個(gè)重難點(diǎn)，安排在后面才登場，可能不利于概念的突破。教學(xué)中嘗試改下劇本，一開始就把“熵”揪出來好好認(rèn)識(shí)一下；之后讓“能量”和“熵變”并駕齊驅(qū)；再到二者作用效果不一致時(shí)，讓學(xué)生通過實(shí)際例子來權(quán)衡“能量”與“熵變”勢力的高下，從而感悟“吉布斯自由能”判據(jù)的合理性；最后，再回歸到“熵原理”，欣賞“熵”在生活中和自然界中的“王者”角色。第三，對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)重點(diǎn)設(shè)計(jì)，突破教師講解代替學(xué)生自主學(xué)習(xí)的窠臼，力求實(shí)質(zhì)性地促進(jìn)課堂教學(xué)改革。整個(gè)教學(xué)過程以學(xué)生的自主認(rèn)知體驗(yàn)為主軸，沿著生活經(jīng)驗(yàn)和科學(xué)原理伸展開來，使生活現(xiàn)象成為抽煉出科學(xué)概念的遼闊背景，讓學(xué)生的個(gè)人情感伴隨知識(shí)與能力一路生成。第四，對(duì)抽象的概念新課，教師的示范性演繹分析不可或缺，課堂要突出教師關(guān)鍵性的引導(dǎo)，特別在“熵”的部分，由于教材資源和學(xué)生的知識(shí)儲(chǔ)備有限，教師的介紹點(diǎn)播和資料呈現(xiàn)是非常必要的，不僅有利于知識(shí)的加深理解，還能幫助學(xué)生拓展視野，提升能力，豐富情感。

二、重“學(xué)”和“導(dǎo)”相結(jié)合的教學(xué)設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)1 洞察生活，發(fā)現(xiàn)“方向”

觀察以下兩組圖片，思考有什么區(qū)別？

第一組：水從高往低處流；試紙檢測到濃氨水中有氨氣揮發(fā)。

第二組：將水從低處抽往高處；在偌大空間里的所有氣體突然濃聚至一處。

學(xué)習(xí)任務(wù)1——自主歸納，交流互助

（1）自發(fā)變化的特點(diǎn)是什么？

（2）自發(fā)變化需要條件嗎？

（3）自發(fā)變化的可能原因是什么？

內(nèi)化整理：自發(fā)變化是無需外界做功，自動(dòng)進(jìn)行的過程，但這個(gè)過程并不是無條件發(fā)生的，比如，在很低的溫度下水結(jié)成冰就無法自行地流動(dòng)了。自發(fā)變化的原因是“勢能降低”或“分子擴(kuò)散”。

環(huán)節(jié)2 從“生活現(xiàn)象”到“化學(xué)反應(yīng)”

教師引導(dǎo)將上述現(xiàn)象轉(zhuǎn)化成“化學(xué)語言”：

（自發(fā)現(xiàn)象）→（自發(fā)反應(yīng)）；（勢能）→（能量）；（擴(kuò)散）→（混亂度增加，又稱“熵增”）

教師借助模型和實(shí)驗(yàn)，解析“熵”概念。

演示模型：借助“黃豆變亂”，演繹“熵”概念和“熵增”的自發(fā)過程，從黃豆數(shù)目越多或者空間越大導(dǎo)致混亂程度隨之增加，幫助學(xué)生了解“熵變”規(guī)律，從中感知“熵”是一枚透視微觀世界的“放大鏡”[1]。

演示實(shí)驗(yàn)：將品紅溶液滴入兩杯冷熱水中，發(fā)現(xiàn)擴(kuò)散速度不同，再通過視頻觀看不同溫度下微粒運(yùn)動(dòng)的劇烈程度，認(rèn)識(shí)到溫度會(huì)影響“熵”，進(jìn)而啟發(fā)當(dāng)溫度改變引起狀態(tài)變化時(shí)，如，固體變成氣體時(shí)，熵值亦增加，為后面說明“人類在不斷使用能量造成環(huán)境溫度升高而產(chǎn)生熵增作鋪墊。

概念應(yīng)用：判斷下列過程的熵變。

2N2O5（g）[=]4NO2（g）+O2（g）

NH4NO3（s）[=]NH4+（aq）+NO3-（aq）

CO2（s）[=]CO2（g）

內(nèi)化整理：引起熵變的現(xiàn)象有：①物質(zhì)的狀態(tài)變化（包括物質(zhì)的結(jié)構(gòu)）；②氣體數(shù)目的增加；③外界溫度等因素的變化。

環(huán)節(jié)3 尋找證據(jù)，建構(gòu)原理

自主思考：根據(jù)“自發(fā)現(xiàn)象”的特點(diǎn)，“自發(fā)反應(yīng)”又是怎樣的？“自發(fā)反應(yīng)”是否在任意條件都能自發(fā)進(jìn)行？“自發(fā)反應(yīng)”的可能原因是什么？

類比猜想：自發(fā)反應(yīng)發(fā)生的原因可能是“能量降低”或“熵增”。

動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證猜想：

NaOH溶液滴入到含酚酞的水中變紅，再逐滴加入鹽酸，紅色褪去的同時(shí)溶液溫度明顯升高；在燒杯中簡單混合氫氧化鋇晶體與氯化銨后，用濕潤的紅色石蕊試紙檢驗(yàn)到有氨氣生成。

結(jié)論：放熱的或熵增的化學(xué)反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行。

學(xué)習(xí)任務(wù)2——閱讀教材，自主建構(gòu)

（1）“自發(fā)反應(yīng)”的定義是什么？

（2）總結(jié)判斷反應(yīng)方向性的兩個(gè)判據(jù)。

（3）判斷下列是否為自發(fā)反應(yīng)？室溫下能否自動(dòng)進(jìn)行？

水分解成氫氣和氧氣的反應(yīng)；氯離子與銀離子的反應(yīng)；酸性高錳酸鉀溶液氧化草酸生成二氧化碳（已知該反應(yīng)沒有明顯熱效應(yīng)，且反應(yīng)發(fā)生需要一段時(shí)間）；鐵片放入稀硫酸中生成硫酸亞鐵和氫氣。

設(shè)計(jì)意圖：在完成“自發(fā)現(xiàn)象”到“自發(fā)反應(yīng)”的順利遷移后，讓學(xué)生借助教材進(jìn)一步形成理論依據(jù)，并認(rèn)識(shí)“自發(fā)反應(yīng)與自發(fā)進(jìn)行的關(guān)系”；之后，利用得出的“判據(jù)”分析五個(gè)典型反應(yīng)的方向性，同時(shí)揭示反應(yīng)的方向性與速率并無一定關(guān)系。

環(huán)節(jié)4 認(rèn)知沖突，定量為準(zhǔn)

學(xué)習(xí)任務(wù)3——聯(lián)系舊知，整體認(rèn)識(shí)

（1）在設(shè)計(jì)原電池時(shí)，選擇自發(fā)的氧化還原反應(yīng)是首要條件，這說明了什么？（方向性與速率、限度的關(guān)系）

（2）從“能量判據(jù)”和“熵變判據(jù)”說明：為什么“鐵與稀硫酸”這個(gè)反應(yīng)一定是自發(fā)的。

（3）以“碳酸鈣分解”為例，從能量角度看，這個(gè)反應(yīng)是吸熱的，有沒有可能使這個(gè)反應(yīng)成為自發(fā)反應(yīng)？

（4）以“鐵生銹”為例，這個(gè)反應(yīng)是熵減的，是什么原因造成該反應(yīng)在常溫下是自發(fā)的？

（5）在（3）（4）的兩個(gè)例子中說明了什么問題？請(qǐng)?zhí)岢瞿愕牟孪搿?/p>

（6）人類總是從自然界中尋找答案。結(jié)合下面現(xiàn)象，分析說明上述問題。

低溫時(shí)，水會(huì)結(jié)冰；溫度升高時(shí)，冰熔化成水。

（7）用上述規(guī)律分析下面兩條反應(yīng)自發(fā)的溫度：

①NH3（g）+ HCl（g）[=]NH4Cl（s）；

②NH4Cl（s）[=]NH3（g）+ HCl（g）

（8）閱讀教材，認(rèn)識(shí)“△G”，從“定性”上升到“定量”。

（從公式得：溫度能夠改變反應(yīng)能否自發(fā)進(jìn)行，催化劑并不影響反應(yīng)的方向性。）

（9）根據(jù)公式轉(zhuǎn)化，△H = △G+T△S，T△S=Q，從上述式子看出，△H包括哪些成分？并解釋下列現(xiàn)象：

原電池在放電時(shí)，總會(huì)有發(fā)熱現(xiàn)象；人在進(jìn)行運(yùn)動(dòng)時(shí)，身體總是要發(fā)熱、出汗。

（焓變包括自由能和熱量。物質(zhì)在發(fā)生化學(xué)變化時(shí)總有一部分用于改變體系組織狀態(tài)（如，人在運(yùn)動(dòng)時(shí)，肌肉變得結(jié)實(shí)了），形成以熱為形式的能量耗散現(xiàn)象，導(dǎo)致化學(xué)能與自由能不相等[2]。）

環(huán)節(jié)5 品析“熵”的“王者角色”

交流思考：如何讓散亂的黃豆變得整齊？（需要消耗時(shí)間和精力。）

演示：壓縮針筒，使擴(kuò)散的氣體濃縮（做功可以克服熵增）。

學(xué)習(xí)任務(wù)4——應(yīng)用“熵原理”

閱讀材料：“任何隔離系統(tǒng)的自發(fā)程序都是熵增的”，這便是著名的熱力學(xué)第二定律。“熵增原理”的普適性使它成為世間的真相，名正言順地黃袍加身，扮演著“王者角色”?！办卦觥鄙踔潦`著時(shí)間方向，因此“熵”曾經(jīng)被稱為“時(shí)間之箭”[3]。且看“熵原理”降臨到我們身邊，請(qǐng)從能量和熵變角度分析下列現(xiàn)象：

（1）生活中的“熵增”：你看到哪些“熵增”現(xiàn)象？我們是如何克服的？

（周一正常上班，越到周末就越亂；收到放假通知，同學(xué)們沸騰了，熵增加了；任何濃度差、溫度差、壓力差的均勻化都是熵增的過程。）

（2）生命中的“熵增”：我們?nèi)梭w是如何克服熵增的？

（人的衰老是熵增的過程，生命系統(tǒng)死亡后，熵達(dá)到最大值。人體通過不斷地進(jìn)行能量和物質(zhì)交換才能維持高度有序的新陳代謝。）

（3）自然界中的“熵增”：根據(jù)熵增原理，為什么地球能從低級(jí)向高級(jí)更有序的方向發(fā)展？

（大千世界的種種自然過程總是生出“熵”來，地球進(jìn)化是從低級(jí)向高級(jí)發(fā)展的非自發(fā)過程，靠的是太陽光能，以此克服熵減。生物圈正是通過植物吸收光能和光中的“負(fù)熵”來維持有序發(fā)展[4]，由此可見光合作用的意義。）

（4）能量與“熵增”：既然能量守恒，為什么我們要節(jié)約能源？能量與熵有什么聯(lián)系呢？

（能量的通俗定義是“做功的本領(lǐng)”，熵卻是無法做功的能量，熵所度量的是能量的退化、耗散或稀釋的程度，使得做功的能耐變得更小。當(dāng)我們使用各種能源時(shí)，總會(huì)釋放出熱能，造成了環(huán)境的熵增。世界能量的可用度便隨著世界熵值增加而愈來愈小。所以，熵之于能量，就好比通貨膨脹對(duì)貨幣一樣，鈔票總是愈來愈不值錢，這正是“能量守恒能源卻不守恒”的原因。故克勞休斯有一名言：“世界的能量是固定不變的，而世界的熵則趨向最大值?！盵3]

（5）“熵增”原理看我們學(xué)習(xí)：如何讓我們每天在接受新知時(shí)，克服原有認(rèn)知平衡的“熵增”呢？

（要學(xué)會(huì)堅(jiān)持不懈地做功克服熵增以保持知識(shí)的系統(tǒng)性和有序性。）

三、教學(xué)反思

課后，組內(nèi)老師一致認(rèn)為本節(jié)課在關(guān)注學(xué)生學(xué)的需求、引導(dǎo)學(xué)生學(xué)的方向、提升學(xué)生學(xué)的能力，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)的情感，都拿捏得都比較到位，對(duì)課改思想的領(lǐng)悟有很大的進(jìn)步，做到真正從實(shí)踐操作層面促進(jìn)課堂教學(xué)改革。筆者認(rèn)為自己終于迎來了課改的春風(fēng)，這絲絲暖意將化作點(diǎn)點(diǎn)愛意，激勵(lì)著我繼續(xù)堅(jiān)持走課改的路。

回首自己走過的課改之路，筆者突然發(fā)現(xiàn)：從“方向性”看，課改原來也是遵循自然法則，屬于自發(fā)變化。課改理念沖擊著教師原有的認(rèn)知平衡，這是“熵增”過程，教師需要從中理出頭緒，花時(shí)間和精力重新建立起新的平衡，用于克服熵增，經(jīng)歷一次從舊平衡上升到新平衡的過程。“認(rèn)知變亂”的“熵增”過程自然是糾結(jié)的，因此，大家都不愿意問津，更痛苦的是還要做功去克服“熵增”，那就會(huì)有更大的阻力，堅(jiān)持的人也就更少了，于是，成功的路上常常是不擁擠的。但是，課改依舊是必然趨勢，因?yàn)檎n改最終使得課堂結(jié)構(gòu)和社會(huì)人才結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化調(diào)整，這從能量角度看，是有利于自發(fā)的。如果能夠看清這一點(diǎn)，每位教師也許能夠找到一些慰藉，更坦然地面對(duì)和迎接課改吧。

參考文獻(xiàn)

[1] 褚幼萍.從“黃豆變亂”探視“熵增”現(xiàn)象[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2013（12）：1-7

[2] 吳俊明，吳敏.化學(xué)課程中的能量與化學(xué)能量觀[J].化學(xué)教學(xué)，2015（1）：7-11

[3] 姜范恩.熱的簡史[M].北京：東方出版社，2009：276，283

[4] G·伽莫夫.從一到無窮大[M].北京：科學(xué)出版社，2015：193