基于實(shí)驗(yàn)探究和思維訓(xùn)練的課堂教學(xué)實(shí)踐

蔡玲玲　吳君磊

摘要：化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)將使學(xué)生在日后的科學(xué)探究和生活實(shí)踐中不斷受益。以蘇教版化學(xué)2“乙醛”的教學(xué)為例，立足高中化學(xué)課堂，通過實(shí)驗(yàn)探究和思維訓(xùn)練提升學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)精神以及解決實(shí)際問題的能力。

關(guān)鍵詞：實(shí)驗(yàn)探究；思維訓(xùn)練；宏微結(jié)合；證據(jù)推理；創(chuàng)新意識(shí)；科學(xué)精神

文章編號(hào)：1008-0546（2017）07-0084-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.025

美國伯克利大學(xué)對(duì)于學(xué)生的培養(yǎng)目標(biāo)中有兩條令人震撼：一是培養(yǎng)學(xué)生具備完成大型復(fù)雜項(xiàng)目所需的系統(tǒng)思考能力；二是培養(yǎng)學(xué)生在日后生活中妥善處理模糊狀態(tài)、靈活思考、實(shí)現(xiàn)智力成長的能力[1]。要實(shí)現(xiàn)這些能力的培養(yǎng)，我們化學(xué)教師能做些什么呢？學(xué)生在高中階段所學(xué)的化學(xué)知識(shí)可能被遺忘，但在學(xué)習(xí)過程中提升的化學(xué)核心素養(yǎng)將使他們受益終身，而化學(xué)課堂是促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體。

在課堂教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，該如何設(shè)置探究實(shí)驗(yàn)，合理布置有邏輯性、啟發(fā)性的問題線索，讓能力提升過程變成生成型的、自然的問題解決過程，并在該過程中培養(yǎng)宏微結(jié)合、證據(jù)推理能力，提升創(chuàng)新意識(shí)和科學(xué)精神？現(xiàn)以蘇教版化學(xué)2“乙醛”為例，探析如何在課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

一、教材解讀與思考

1. 教學(xué)價(jià)值

（1）學(xué)科知識(shí)的建構(gòu)價(jià)值

《化學(xué)2》專題3是高中化學(xué)必修教材中概述有機(jī)化合物知識(shí)的專題，第二單元從食品中最熟知的幾種有機(jī)化合物入手設(shè)計(jì)了乙醇、乙酸、酯、糖類、蛋白質(zhì)和氨基酸五個(gè)主題，而乙醛則是從乙醇這一專題中延伸出來的，在課本中主要以資料卡的形式呈現(xiàn)，所占的篇幅雖不大，但它在有機(jī)知識(shí)體系中起到了不可或缺的紐帶作用。它的出現(xiàn)可以完善有機(jī)物知識(shí)體系，豐富學(xué)生對(duì)有機(jī)物的認(rèn)知，建立常見有機(jī)物之間的相互聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科知識(shí)的系統(tǒng)化。

（2）學(xué)科方法的發(fā)展價(jià)值

乙醛是由乙醇氧化來的，乙醛可進(jìn)一步被氧化成乙酸，也可以被還原成乙醇，這不僅擴(kuò)展和延伸了學(xué)生在無機(jī)化學(xué)中所學(xué)氧化還原反應(yīng)的定義和范圍，更重要的是，在乙醇、乙醛、乙酸相互轉(zhuǎn)化的性質(zhì)探究中，提高學(xué)生對(duì)官能團(tuán)的認(rèn)識(shí)，掌握官能團(tuán)之間的轉(zhuǎn)變關(guān)系，形成了以官能團(tuán)之間變化為主線的知識(shí)結(jié)構(gòu)，提升學(xué)生在以后有機(jī)合成學(xué)習(xí)中發(fā)散思維和邏輯推理的能力，這是乙醛教學(xué)的最大價(jià)值。

（3）學(xué)科認(rèn)知的情感價(jià)值

由創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)構(gòu)建乙醇、乙醛、乙酸間的相互轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神；由對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究官能團(tuán)的性質(zhì)差別，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力；由探究實(shí)驗(yàn)拓展提升，培養(yǎng)學(xué)生的探索精神和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

“乙醛”的學(xué)習(xí)，不是簡單的知識(shí)傳遞，而是在原有認(rèn)知基礎(chǔ)上生長出的新的知識(shí)。

2. 學(xué)情分析

知識(shí)基礎(chǔ)：學(xué)生已學(xué)乙醇，掌握了羥基的性質(zhì)。

能力基礎(chǔ)：學(xué)生已了解有機(jī)物學(xué)習(xí)的重要思想，結(jié)構(gòu)、性質(zhì)之間的關(guān)系，也初步具備了一定的實(shí)驗(yàn)探究能力。

潛在困難：對(duì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的理解停留在表面，大部分同學(xué)對(duì)官能團(tuán)之間相互轉(zhuǎn)化時(shí)斷鍵和成鍵方式不清楚；實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)能力和實(shí)驗(yàn)操作技能比較薄弱。

3. 教學(xué)目標(biāo)

（1）知識(shí)與技能

掌握乙醛的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并能準(zhǔn)確書寫相應(yīng)方程式；認(rèn)識(shí)有機(jī)化學(xué)中的氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)；掌握乙醇、乙醛、乙酸間的相互轉(zhuǎn)化。

（2）過程與方法

用實(shí)驗(yàn)探究乙醛的性質(zhì)，從而深刻認(rèn)識(shí)乙醛的結(jié)構(gòu)。應(yīng)用對(duì)比分析、類比遷移等方法，形成性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)、結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念；構(gòu)建有機(jī)物間的相互轉(zhuǎn)化，實(shí)質(zhì)是官能團(tuán)間相互轉(zhuǎn)化的觀念。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀

在自主、合作、探究的學(xué)習(xí)過程中，體會(huì)學(xué)習(xí)的樂趣，提高化學(xué)學(xué)習(xí)興趣；通過官能團(tuán)間相互轉(zhuǎn)化的學(xué)習(xí)，樹立事物間相互聯(lián)系、相互依存、相互轉(zhuǎn)化是物質(zhì)世界普遍規(guī)律的辯證唯物主義觀念。

本課重點(diǎn)體現(xiàn)過程與方法目標(biāo)，因?yàn)橹挥性谝欢ǖ倪^程和方法中才能落實(shí)知識(shí)、鍛煉技能、提升情感、形成正確的價(jià)值觀。

4. 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：羥基、醛基、羧基間的相互轉(zhuǎn)化。

教學(xué)難點(diǎn)：由結(jié)構(gòu)分析反應(yīng)的斷鍵規(guī)律。

5. 教法學(xué)法

教法：通過創(chuàng)設(shè)情境，問題引領(lǐng)，實(shí)驗(yàn)探究等教學(xué)方法，引導(dǎo)學(xué)生協(xié)作交流，幫助學(xué)生解決問題，從而促進(jìn)學(xué)生完成知識(shí)的自我構(gòu)建。

學(xué)法：通過小組合作、實(shí)驗(yàn)探究、對(duì)比分析等學(xué)習(xí)方法自主形成概念，構(gòu)建知識(shí)，發(fā)展觀念。

教法和學(xué)法的選擇，體現(xiàn)以學(xué)習(xí)者為中心的學(xué)習(xí)，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體，是意義的主動(dòng)建構(gòu)者，而教師則是幫助者、促進(jìn)者。

二、教學(xué)實(shí)踐與反思

1. 教學(xué)實(shí)踐

第一環(huán)節(jié)：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)——激活思維

一個(gè)用于鼓入氣體的氣唧，連著裝有無水乙醇的平底燒瓶，導(dǎo)管長進(jìn)短出，后接內(nèi)壁覆有黑色CuO覆蓋層的硬質(zhì)試管，產(chǎn)生的物質(zhì)通入新制Cu（OH）2懸濁液中（如圖1）?，F(xiàn)配新制Cu（OH）2懸濁液，往2mLNaOH溶液中滴4滴CuSO4溶液，水浴加熱無水乙醇促進(jìn)其揮發(fā)，預(yù)熱CuO，用氣唧鼓入乙醇，觀察到黑色的CuO變紅，出現(xiàn)光亮的銅鏡（如圖2）；取下裝有新制Cu（OH）2懸濁液的試管直接加熱，出現(xiàn)磚紅色的沉淀（如圖3）。

[師]為什么黑色的CuO變紅了？

[生]被乙醇還原了。

[師]請(qǐng)大家寫出CuO和乙醇反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[板]乙醛

[師]再請(qǐng)大家根據(jù)所觀察到的現(xiàn)象，描述乙醛的物理性質(zhì)。

[生]無色、氣體、易溶于水，易溶于乙醇，刺激性氣味（扇聞通入CH3CHO后的新制氫氧化銅溶液）。

[師糾正]乙醛加熱之后呈氣態(tài)，是因其沸點(diǎn)只有20.8℃，常溫下是呈液態(tài)的。

設(shè)計(jì)意圖：通過創(chuàng)設(shè)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)情境，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)，喚醒原有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，自然而然地引出新的課題，進(jìn)而認(rèn)識(shí)乙醛的結(jié)構(gòu)，建構(gòu)新舊知識(shí)之間的聯(lián)系。同時(shí)基于好奇心和本能，學(xué)生會(huì)主動(dòng)觀察，會(huì)聞，發(fā)現(xiàn)乙醛的物理性質(zhì)，在完成概念同化的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨析的能力。

第二環(huán)節(jié)：探究實(shí)驗(yàn)——發(fā)散思維

[師]鼓入新制Cu（OH）2懸濁液中的物質(zhì)有哪些？是什么物質(zhì)導(dǎo)致的磚紅色沉淀呢？

[小組合作]學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，自主探究是乙醇還是乙醛對(duì)磚紅色沉淀的出現(xiàn)起了作用？通過對(duì)照實(shí)驗(yàn)，得出是乙醛跟新制Cu（OH）2反應(yīng)形成的磚紅色沉淀。

設(shè)計(jì)意圖：由于之前猜想的分歧，所以學(xué)生是帶著強(qiáng)烈的學(xué)習(xí)動(dòng)機(jī)進(jìn)入到探究活動(dòng)中去的，這更有利于學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，引發(fā)思考，在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)的同時(shí)提高其實(shí)驗(yàn)探究能力。

[PPT信息提示]磚紅色物質(zhì)是Cu2O。

[師] 請(qǐng)從氧化還原反應(yīng)的角度分析該反應(yīng)的還原劑。

[生]Cu（OH）2變成Cu2O，化合價(jià)降低，被還原，是氧化劑，則乙醛是還原劑。

[師]這意味著乙醛具有還原性，被新制Cu（OH）2氧化了。而在硬質(zhì)試管中，乙醇被CuO氧化，說明乙醇也有還原性。兩種都具有還原性的物質(zhì)，在與新制氫氧化銅共熱時(shí)，為什么出現(xiàn)不同的現(xiàn)象呢？

對(duì)比乙醇和乙醛的結(jié)構(gòu)，是CH3CHO中哪個(gè)基團(tuán)與新制Cu（OH）2起了作用？

[生]醛基。

[師]具有還原性的醇-OH能被O2、酸性KMnO4氧化，但不能被新制Cu（OH）2氧化，說明什么？

[生]新制Cu（OH）2的氧化性較弱。

[師]而-CHO能被弱氧化劑氧化，說明什么？

[生]-CHO的還原性很強(qiáng)。

[師]為什么-CHO具有強(qiáng)還原性呢？因醛基中的H是接在羰基上的，受羰基的影響，-CHO中的C-H鍵易斷裂，斷裂后加O被氧化成羧基，得乙酸。我們把這種有機(jī)物被氧化的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)。

[師]另外，1mol-CHO需2molCu（OH）2氧化，請(qǐng)大家寫出該反應(yīng)的化學(xué)方程式。

設(shè)計(jì)意圖：通過強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突，促使學(xué)生分析、思考。性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)，通過思維探究，比較乙醇、乙醛結(jié)構(gòu)，感悟醛基的性質(zhì)，進(jìn)而分析微觀的反應(yīng)本質(zhì)，突破難點(diǎn)。再用化學(xué)符號(hào)——反應(yīng)方程式表示成鍵和斷鍵的過程，通過對(duì)比學(xué)生書寫出的不同方程式，進(jìn)一步落實(shí)新制Cu（OH）2懸濁液的配制方法。

這個(gè)過程不僅建構(gòu)了乙醇到乙醛再到乙酸的轉(zhuǎn)化過程，培養(yǎng)了學(xué)生的轉(zhuǎn)化思想，也讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用對(duì)比的方法研究反應(yīng)的微觀本質(zhì)，培養(yǎng)其微觀探析的能力。通過實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、觀察能力、分析能力，從而獲得成就感，學(xué)生的能動(dòng)性被激發(fā)。

[任務(wù)驅(qū)動(dòng)] 具有強(qiáng)還原性的—CHO能否被另一種弱氧化劑銀氨溶液氧化呢？

[學(xué)生實(shí)驗(yàn)]PPT信息提示銀氨溶液的配制及實(shí)驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)，實(shí)驗(yàn)后展示結(jié)果。

[結(jié)果展示]有些組展示的是灰白色的濁液，有些組呈現(xiàn)的是光亮的銀鏡。

[討論]學(xué)生分析實(shí)驗(yàn)成敗的原因，感悟科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

[師] 通過銀氨溶液配制過程中的現(xiàn)象及乙醛與銀氨溶液反應(yīng)的現(xiàn)象分析發(fā)生的反應(yīng)，并書寫化學(xué)方程式。

設(shè)計(jì)意圖：喚醒學(xué)生強(qiáng)烈的探究欲望，通過提供必要的信息材料和注意事項(xiàng)引導(dǎo)學(xué)生配制銀氨溶液，進(jìn)行銀鏡反應(yīng)，學(xué)生通過交流、討論實(shí)驗(yàn)成敗的經(jīng)驗(yàn)，感悟到藥品的滴加順序、藥品的用量對(duì)實(shí)驗(yàn)成敗的影響，學(xué)會(huì)提取、運(yùn)用有效信息，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，體味化學(xué)的魅力。通過化學(xué)方程式的書寫再次落實(shí)乙醛發(fā)生氧化反應(yīng)的微觀本質(zhì)，完成醛基發(fā)生氧化反應(yīng)本質(zhì)的同化，并引發(fā)認(rèn)知結(jié)構(gòu)的重組，完成有機(jī)反應(yīng)中氧化反應(yīng)概念的順應(yīng)。

[類比遷移]—CHO中存在著C=O，哪類物質(zhì)中存在雙鍵？容易發(fā)生什么反應(yīng)？

[生]烯烴中存在碳碳雙鍵，容易發(fā)生加成反應(yīng)。

[師]請(qǐng)大家寫出乙醛和H2加成的方程式。

設(shè)計(jì)意圖：用結(jié)構(gòu)指導(dǎo)性質(zhì)的學(xué)習(xí)亦是有機(jī)研究的重要方法。教師提示新舊知識(shí)的聯(lián)系，喚醒學(xué)生原有的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)，通過類比遷移，培養(yǎng)學(xué)生微觀探析、證據(jù)推理能力。而醛基跟H2的加成又稱為還原反應(yīng)，完成有機(jī)反應(yīng)中還原反應(yīng)概念的順應(yīng)。至此，羥基、醛基、羧基間的相互轉(zhuǎn)化得以建構(gòu)，學(xué)生在形成轉(zhuǎn)化思想的同時(shí)初步建立有機(jī)合成的觀念。

第三環(huán)節(jié)：拓展實(shí)驗(yàn)——提升思維

[過渡] 醛基的加成反應(yīng)和氧化反應(yīng)相互獨(dú)立卻又相互依存，在遇到特定的物質(zhì)時(shí)會(huì)不會(huì)產(chǎn)生矛盾呢？

[思考與探究]乙醛能使溴水褪色嗎？

乙醛跟溴水發(fā)生了什么類型的反應(yīng)？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案探究。

（課堂上設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案課后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究）

[生]有說加成反應(yīng)有說氧化反應(yīng)。學(xué)生通過對(duì)比加成反應(yīng)和氧化反應(yīng)的產(chǎn)物設(shè)計(jì)出檢驗(yàn)反應(yīng)后的H+或Br-的實(shí)驗(yàn)方案，在討論、完善實(shí)驗(yàn)方案的過程中再次體味科學(xué)精神。

設(shè)計(jì)意圖：通過情境創(chuàng)設(shè)引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問題，提升證據(jù)推理、實(shí)驗(yàn)探究能力，完成觀念和方法的順應(yīng)。

2. 教學(xué)反思

（1）從教學(xué)設(shè)計(jì)角度

以創(chuàng)設(shè)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)為情境核心，所有的問題都圍繞這個(gè)實(shí)驗(yàn)解決，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的系統(tǒng)化。先通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象引入課題并引發(fā)認(rèn)知沖突，通過實(shí)驗(yàn)探究和思維探究得出性質(zhì)，進(jìn)而認(rèn)識(shí)反應(yīng)的微觀本質(zhì)與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，由表及里，層層遞進(jìn)，突破難點(diǎn)。

（2）從學(xué)生發(fā)展角度

學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不可能“畢其功于一役”，本課著重通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)喚醒學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和探究欲望；通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力及嚴(yán)謹(jǐn)、求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，實(shí)現(xiàn)對(duì)思維的發(fā)散及提升。在本課的教學(xué)實(shí)踐中筆者亦融合了核心素養(yǎng)的多個(gè)方面：通過認(rèn)識(shí)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，培養(yǎng)證據(jù)推理能力，同時(shí)建構(gòu)宏觀與微觀的聯(lián)系，構(gòu)建物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生建立宏微結(jié)合思維及官能團(tuán)轉(zhuǎn)化的思想，從化學(xué)視角認(rèn)識(shí)事物、解決問題，發(fā)展化學(xué)基本觀念。誠然，化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是個(gè)循序漸進(jìn)的過程，需在日常教學(xué)過程中不斷滲透、完善和強(qiáng)化。

參考文獻(xiàn)

[1] 葉慧芳，金佩華.對(duì)美國研究型大學(xué)本科生培養(yǎng)目標(biāo)的探討[J].高等農(nóng)業(yè)教育，2006（8）：78-80