重整教學(xué)主題 挖掘教學(xué)素材 培養(yǎng)科學(xué)精神

盧曉平+張賢金

摘要：基于科學(xué)精神培養(yǎng)的視角，從“烴”的整體教學(xué)規(guī)劃出發(fā)，進(jìn)行教學(xué)主題內(nèi)容重整，將“烴”的教學(xué)重整為4個(gè)主題內(nèi)容。并以第4個(gè)主題中的第一部分內(nèi)容“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學(xué)為例，分析了本節(jié)課的教學(xué)素材的挖掘與前3個(gè)主題的前期教學(xué)準(zhǔn)備的關(guān)系以及這些素材的作用。在此基礎(chǔ)上，利用化學(xué)史、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析、科學(xué)理論等多種教學(xué)素材創(chuàng)設(shè)了系列問題情境，設(shè)計(jì)了“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學(xué)過程。最后，對(duì)如何進(jìn)行整體教學(xué)規(guī)劃、挖掘教學(xué)素材、培養(yǎng)科學(xué)精神進(jìn)行反思。

關(guān)鍵詞：教學(xué)主題；教學(xué)素材；科學(xué)精神；苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

文章編號(hào)：1005–6629（2017）3–0058–06 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1 問題的提出

隨著《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》研究成果的發(fā)布，全社會(huì)對(duì)核心素養(yǎng)的討論再次升溫，如何在教育教學(xué)中實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)更是受到教育工作者的密切關(guān)注?？茖W(xué)精神作為學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的六大綜合表現(xiàn)之一，包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究3個(gè)基本要點(diǎn)，其具體描述見表1[1]。

從上述主要表現(xiàn)描述來看，科學(xué)精神的培養(yǎng)必然應(yīng)基于具體的化學(xué)課堂教學(xué)予以落實(shí)：在具體情境中，激發(fā)學(xué)生的好奇心和想象力；從化學(xué)史入手，通過科學(xué)家探索真理過程中不畏艱辛的意志、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度、敢于質(zhì)疑的精神感染學(xué)生，使學(xué)生產(chǎn)生情感共鳴，形成相應(yīng)的科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神；在科學(xué)探究的過程中，了解科學(xué)探究的基本程序，欣賞并體驗(yàn)探究的艱辛和成功的喜悅，鍛煉思考、判斷能力，理解和掌握基本的科學(xué)原理和方法，逐步養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、樂于實(shí)踐、善于合作、勇于創(chuàng)新等良好的科學(xué)品質(zhì)。要做到這一切的前提條件之一就是要把握住整體教學(xué)規(guī)劃、設(shè)定具體的教學(xué)內(nèi)容主題，深入挖掘教學(xué)素材，創(chuàng)設(shè)問題情境，從而推動(dòng)科學(xué)精神的培養(yǎng)。下面，以“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學(xué)為例，就如何設(shè)定教學(xué)內(nèi)容主題，挖掘教學(xué)素材，培養(yǎng)科學(xué)精神作探索。

2 基于科學(xué)精神培養(yǎng)的“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學(xué)案例分析

2.1 設(shè)計(jì)思路

“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”一課是在學(xué)生學(xué)習(xí)掌握了烷烴、烯烴、炔烴的知識(shí)內(nèi)容，對(duì)脂肪烴的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系有了初步了解基礎(chǔ)上，進(jìn)入有別于脂肪烴的另外一類有機(jī)物——芳香烴的學(xué)習(xí)?！氨降慕Y(jié)構(gòu)與性質(zhì)”作為芳香烴學(xué)習(xí)的起點(diǎn)，前承脂肪烴，后啟芳香烴，構(gòu)成有機(jī)物知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的重要一環(huán)。

本課授課對(duì)象為高一學(xué)生，根據(jù)筆者所在學(xué)校高一學(xué)生實(shí)際情況，設(shè)計(jì)中打破蘇教版高中《化學(xué)2》教材限制，整合選修模塊《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》內(nèi)容要求，對(duì)教材進(jìn)行二次開發(fā)，從苯的發(fā)現(xiàn)史入手，設(shè)置問題情境，組成問題鏈，環(huán)環(huán)相扣，步步深入，設(shè)計(jì)了導(dǎo)課、苯分子式的測定、苯分子結(jié)構(gòu)的推測與驗(yàn)證、科學(xué)家對(duì)苯的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的研究、得出結(jié)論這5個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)確定苯的分子結(jié)構(gòu)。教學(xué)過程中，循序漸進(jìn)地實(shí)現(xiàn)多種教學(xué)素材的應(yīng)用，充分利用化學(xué)史、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、儀器分析、科學(xué)理論等多角度證據(jù)論證苯的分子結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置探究苯的分子式、苯的分子結(jié)構(gòu)等問題情境啟發(fā)學(xué)生的好奇心和想象力，以科學(xué)實(shí)驗(yàn)重現(xiàn)的方式計(jì)算出苯的分子式、利用現(xiàn)代信息技術(shù)通過互動(dòng)任務(wù)激發(fā)學(xué)生大膽猜測苯分子結(jié)構(gòu)、把握學(xué)生對(duì)苯分子的高不飽和度與其化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)知沖突，積極尋求苯分子結(jié)構(gòu)的論證手段，從而引發(fā)學(xué)生的實(shí)證意識(shí)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)那笾獞B(tài)度，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)本質(zhì)，發(fā)展學(xué)生的批判意識(shí)與創(chuàng)新精神。

2.2 “烴”教學(xué)主題重整和教學(xué)素材的挖掘

為了充分說明苯的結(jié)構(gòu)，本節(jié)課使用的素材立足科學(xué)研究實(shí)際，結(jié)合化學(xué)史料、儀器分析結(jié)果以及現(xiàn)代價(jià)鍵理論力求從多角度挖掘教學(xué)素材[2～5]，論證苯的結(jié)構(gòu)。大部分素材內(nèi)容的使用需進(jìn)行前期教學(xué)準(zhǔn)備，故由“烴”的整體教學(xué)規(guī)劃出發(fā)，進(jìn)行教學(xué)主題內(nèi)容重整，共分為4個(gè)主題，由淺入深、逐步深入、注重教學(xué)內(nèi)容的前后銜接以及對(duì)學(xué)生素養(yǎng)和要求的逐步推進(jìn)，下面列出了各主題中前后相關(guān)的教學(xué)內(nèi)容（見圖1）。

上述教學(xué)主題的內(nèi)容設(shè)計(jì)，從有機(jī)物研究的基本程序出發(fā)，確立有機(jī)物分子式的確定、有機(jī)物的同分異構(gòu)體的書寫、有機(jī)物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系、有機(jī)分子結(jié)構(gòu)的儀器分析與應(yīng)用等4個(gè)主要教學(xué)內(nèi)容，這4個(gè)教學(xué)內(nèi)容在4個(gè)主題中重復(fù)出現(xiàn)，旨在使學(xué)生認(rèn)同有機(jī)物研究的基本程序并逐步加深應(yīng)用：隨著知識(shí)的積累和教學(xué)的深入，教學(xué)實(shí)施過程中通常設(shè)置為初次介紹時(shí)教師講授、再次使用時(shí)教師引導(dǎo)下的學(xué)生探究和使用，直至最后實(shí)現(xiàn)學(xué)生的自主探究和綜合應(yīng)用。本節(jié)課“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”是主題4第一部分內(nèi)容，其教學(xué)的實(shí)施基于前3個(gè)主題的教學(xué)準(zhǔn)備下進(jìn)行，本節(jié)課的教學(xué)素材的挖掘與前3個(gè)主題的前期教學(xué)準(zhǔn)備的關(guān)系以及這些素材的作用見表2。

2.3 教學(xué)設(shè)計(jì)及過程分析

2.3.1 教學(xué)環(huán)節(jié)1——導(dǎo)課：從苯的發(fā)現(xiàn)史切入，了解科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基本過程，建立苯分子組成的第一印象

[教師]播放視頻：苯的發(fā)現(xiàn)。思考并討論以下問題：

（1）“苯的發(fā)現(xiàn)”給你什么啟示，你認(rèn)為開啟科學(xué)發(fā)現(xiàn)的驅(qū)動(dòng)力是什么？

（2）法拉第為什么把苯稱作“氫的重碳化合物”，如何通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)并推測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象？

[學(xué)生]討論、回答。

[教師]演示：苯在空氣中的燃燒。

設(shè)計(jì)思路分析：視頻資料“苯的發(fā)現(xiàn)”有以下幾個(gè)方面的作用：一是吸引學(xué)生的注意力，提高學(xué)習(xí)興趣；二是通過了解苯的發(fā)現(xiàn)史，使學(xué)生對(duì)科學(xué)發(fā)現(xiàn)的基本過程有一個(gè)初步的了解，理解開啟科學(xué)發(fā)現(xiàn)需要有好奇心的驅(qū)動(dòng)；三是以“氫的重碳化合物”作為切入口，進(jìn)行簡單的分析和實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生建立苯分子中含碳量高的第一印象，為下一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)做好鋪墊。

2.3.2 教學(xué)環(huán)節(jié)2——苯分子式的確定：巧設(shè)情境，還原燃燒法測定有機(jī)物分子式的實(shí)驗(yàn)過程，促進(jìn)學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度

[教師]如果你是當(dāng)時(shí)研究苯的化學(xué)家，如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測定苯的分子式呢？（已知苯分子中只含有C、H兩種元素）簡要描述你所使用的實(shí)驗(yàn)裝置和原理。

[學(xué)生]討論、回答。

[教師]互動(dòng)任務(wù)1：利用下面提供的實(shí)驗(yàn)裝置，測定苯的實(shí)驗(yàn)式，寫出裝置的連接順序。

[學(xué)生]思考、答題、提交。

[教師]互動(dòng)任務(wù)2：已知同溫同壓下，苯蒸汽對(duì)氫氣的相對(duì)密度為39，根據(jù)以下實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，寫出計(jì)算苯的分子式。

[學(xué)生]思考、答題、提交。

設(shè)計(jì)思路分析：通過角色設(shè)定“如果你是當(dāng)時(shí)研究苯的科學(xué)家”，將課堂帶入到19世紀(jì)科學(xué)家研究苯的分子式的情境中，引導(dǎo)學(xué)生自主提出苯分子式的測定方法，并通過兩個(gè)互動(dòng)任務(wù)確定苯的分子式，引發(fā)學(xué)生的課堂主體意識(shí)和學(xué)習(xí)積極性，通過具體的裝置和數(shù)據(jù)，重現(xiàn)當(dāng)時(shí)苯分子式的測定過程，使學(xué)生建立科學(xué)知識(shí)或結(jié)論的得出必須經(jīng)過科學(xué)實(shí)驗(yàn)或其他證據(jù)論證，促進(jìn)學(xué)生樹立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

2.3.3 教學(xué)環(huán)節(jié)3——苯分子結(jié)構(gòu)的推測：創(chuàng)設(shè)發(fā)散式問題情境，激發(fā)對(duì)話和想象力，引發(fā)課堂教學(xué)高潮

[教師]隨著苯分子式的確定，科學(xué)家們對(duì)苯的結(jié)構(gòu)進(jìn)行諸多推測。

互動(dòng)任務(wù)3：請(qǐng)你根據(jù)苯的分子式，利用不飽和度合理猜想苯分子的結(jié)構(gòu)（鏈狀、環(huán)狀、立體）。寫出至少三種假設(shè)。

[學(xué)生]思考、答題、提交。學(xué)生推測的苯分子結(jié)構(gòu)包括：

設(shè)計(jì)思路分析：在設(shè)計(jì)苯的結(jié)構(gòu)推測的互動(dòng)任務(wù)時(shí)，沒有將學(xué)生的思維限定在固有的框架中，從學(xué)生現(xiàn)有的知識(shí)水平層面引導(dǎo)其利用不飽和度的概念，大膽推測符合苯的分子式的所有可能結(jié)構(gòu)（包含鏈狀、環(huán)狀、立體結(jié)構(gòu)），培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)造性思維；同時(shí)借助校園網(wǎng)內(nèi)的教師端與學(xué)生端的互動(dòng)優(yōu)勢，促進(jìn)師生與生生對(duì)話，提高課堂時(shí)效，將課堂教學(xué)推向高潮。

2.3.4 教學(xué)環(huán)節(jié)4——苯分子結(jié)構(gòu)的論證：在認(rèn)知沖突中，激起學(xué)生的求知熱情，求助科學(xué)家的研究，引導(dǎo)思考、反復(fù)論證，逐步揭示苯的真實(shí)結(jié)構(gòu)，建立科學(xué)結(jié)論通過多角度論證的實(shí)證意識(shí)

[教師]以上推測出的苯分子結(jié)構(gòu)，一類含有雙鍵、叁鍵等不飽和鍵，一類不含不飽和鍵，應(yīng)如何區(qū)分呢？

[學(xué)生]回答。

[教師]演示：苯與溴水反應(yīng)、苯與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)。

[學(xué)生]得出苯分子中不含不飽和鍵。

[教師]設(shè)問：那么苯的分子結(jié)構(gòu)到底是怎樣的呢？為什么它的不飽和度很高，但卻沒有普通不飽和烴的性質(zhì)呢？

論證1：溴苯只有一種結(jié)構(gòu)，說明苯分子中的6個(gè)氫是等效的。苯的1H核磁共振譜圖證實(shí)以上結(jié)論。

論證2：凱庫勒式的提出，證實(shí)溴苯只有一種結(jié)構(gòu)，但無法說明鄰二溴苯只有一種結(jié)構(gòu)，因此凱庫勒式不能反映苯的真實(shí)結(jié)構(gòu)。

論證3：1930年代，科學(xué)家提出苯分子中存在一種特殊的共價(jià)鍵——離域π鍵（視頻觀看），解釋了苯結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的特殊性，因此苯的分子結(jié)構(gòu)可表示為 。

論證4：經(jīng)X射線晶體衍射測定的苯的晶體結(jié)構(gòu)圖證實(shí)苯分子是平面正六邊形結(jié)構(gòu)，其中的六個(gè)C-C等長，鍵長介于單鍵與雙鍵之間。

設(shè)計(jì)思路分析：分析學(xué)生推測的苯的分子結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)其自主提出實(shí)驗(yàn)，證實(shí)苯分子中不存在不飽和鍵，這與苯分子的高不飽和度組成形成了強(qiáng)烈的反差。這種認(rèn)知沖突激起學(xué)生的求知欲和好奇心，但憑借其現(xiàn)有的認(rèn)知水平又無法解決當(dāng)前的問題，利用這一有效時(shí)機(jī)引導(dǎo)學(xué)生求助于科學(xué)家的研究結(jié)果，多角度論證，環(huán)環(huán)相扣、層層遞進(jìn)，逐步揭示苯分子的真實(shí)結(jié)構(gòu)。在此過程中使學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究中敢于質(zhì)疑、善于假設(shè)、不斷檢驗(yàn)的科學(xué)精神，了解現(xiàn)代儀器技術(shù)的發(fā)展對(duì)科學(xué)研究的重要性，形成從多個(gè)角度考查問題的實(shí)證意識(shí)。

2.3.5 教學(xué)環(huán)節(jié)5——課堂總結(jié)：水到渠成、得出結(jié)論，對(duì)苯分子的結(jié)構(gòu)形成系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)

[教師]總結(jié)：苯的分子式為C6H6，苯的結(jié)構(gòu)可以表示為： ，也可以表示為 ，苯分子是平面正六邊形結(jié)構(gòu)，六個(gè)碳碳鍵鍵長相等，介于單鍵與雙鍵之間，碳原子間存在一種特殊的共價(jià)鍵——離域π鍵。

設(shè)計(jì)思路分析：在層層深入、多方論證的基礎(chǔ)上，最終得出苯分子的真實(shí)結(jié)構(gòu)，適時(shí)進(jìn)行總結(jié)，不僅使課的結(jié)構(gòu)更為完整，也使學(xué)生對(duì)苯分子的結(jié)構(gòu)有一個(gè)清晰的、系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，為后面苯的性質(zhì)的教學(xué)構(gòu)建堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論與啟示

科學(xué)精神的培養(yǎng)教育是一個(gè)大工程，應(yīng)該從幼兒教育開始，延續(xù)至基礎(chǔ)教育、高等教育階段，實(shí)現(xiàn)科學(xué)精神培養(yǎng)由初級(jí)到高級(jí)的逐層累加效應(yīng)。具體問題情境下提供的科學(xué)實(shí)踐背景、豐富多元的教學(xué)素材以及整體教學(xué)規(guī)劃思路為科學(xué)精神的培養(yǎng)提供了肥沃的土壤。

3.1 科學(xué)精神需要在具體的科學(xué)實(shí)踐體悟過程中逐步培養(yǎng)

科學(xué)精神不是一朝一夕可以培養(yǎng)形成的，這是一個(gè)潛移默化的過程?？茖W(xué)精神無法通過教師的刻意說教得以發(fā)展，而是在具體的科學(xué)實(shí)踐體悟過程中，通過具體問題情境的創(chuàng)設(shè)，提供大膽質(zhì)疑、合理假設(shè)、實(shí)驗(yàn)求證、結(jié)果分析、推理論證的契機(jī)，自發(fā)地引起好奇心、激發(fā)想象力，引發(fā)合作、思考與判斷，進(jìn)而鍛煉邏輯思維能力，形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度和堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神。

3.2 豐富多元的教學(xué)素材為科學(xué)精神的培養(yǎng)提供有力支撐

通過化學(xué)史、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)代儀器分析和科學(xué)理論等多元化的教學(xué)素材，從不同的角度切入創(chuàng)造科學(xué)精神養(yǎng)成的教學(xué)情境，為科學(xué)精神的培養(yǎng)提供有力支撐。化學(xué)史的使用旨在喚起學(xué)生對(duì)科學(xué)家研究過程中體現(xiàn)的嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、堅(jiān)持不懈的科學(xué)精神的認(rèn)同感，以及了解在科學(xué)研究過程中使用的科學(xué)方法，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)思維的鍛煉和科學(xué)方法的掌握；科學(xué)實(shí)驗(yàn)為學(xué)生的科學(xué)探究提供了最有效的學(xué)習(xí)動(dòng)力，有效地實(shí)現(xiàn)激發(fā)學(xué)習(xí)興趣和學(xué)習(xí)熱情的目的；現(xiàn)代儀器分析的素材應(yīng)用則為學(xué)生提供了聯(lián)系現(xiàn)實(shí)世界、了解科學(xué)研究實(shí)際的窗口，實(shí)現(xiàn)書本與現(xiàn)實(shí)世界的有效銜接。

3.3 整體教學(xué)規(guī)劃是科學(xué)精神培養(yǎng)的有效教學(xué)組織形式

在深化課程改革，注重核心素養(yǎng)的新環(huán)境下，教學(xué)的組織和設(shè)計(jì)應(yīng)該從如何提高學(xué)生的核心素養(yǎng)出發(fā)，而非如何掌握具體科學(xué)知識(shí)的角度出發(fā)，從能催生出學(xué)生的問題意識(shí)、實(shí)證意識(shí)、創(chuàng)新意識(shí)的邏輯相關(guān)的、層層遞進(jìn)的系列教學(xué)主題內(nèi)容出發(fā)，進(jìn)行整體教學(xué)規(guī)劃實(shí)現(xiàn)學(xué)生核心素養(yǎng)的逐步養(yǎng)成。整體教學(xué)規(guī)劃是科學(xué)精神以及其他素養(yǎng)培養(yǎng)的有效教學(xué)組織形式之一。

參考文獻(xiàn)：

[1]中華人民共和國教育部制定.中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)基本要點(diǎn) [EB/OL]. http：//www.jyb.cn/basc/sd/201609/ t20160914_673105.html，2016-09-14/2016-09-27.

[2]張德生.化學(xué)史簡明教程[M].合肥：中國科技大學(xué)出版社，2009：99.

[3]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)[M].南京：江蘇教育出版社，2009.

[4]王祖浩主編.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)2[M].南京：江蘇教育出版社，2014.

[5]人民教育出版社課程教材研究所化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)[M].北京：人民教育出版社，2007.