基于“生活情境—實(shí)驗(yàn)探究”促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新

譚湘湘 何彩霞

摘要：創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究等方式解決問題，是發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)的重要途徑。以健康生活為主旨，將生活情境問題與化學(xué)知識(shí)及實(shí)驗(yàn)探究有機(jī)整合，構(gòu)建“生活情境-實(shí)驗(yàn)探究-認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新”教學(xué)框架，促進(jìn)學(xué)生知識(shí)理解，形成問題解決的思路方法，提升認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新能力。以“維生素C與健康生活”主題單元教學(xué)為例，針對(duì)維生素C的性質(zhì)及其分析測(cè)定等展開實(shí)驗(yàn)探究，促進(jìn)學(xué)生基于實(shí)際情境學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，并運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決相關(guān)問題。

關(guān)鍵詞：“生活情境-實(shí)驗(yàn)探究-認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新”教學(xué)框架；維生素C與健康生活；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2021）11-0007-04中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.002

*本文系北京市“十三五”規(guī)劃課題“基于生活的化學(xué)實(shí)驗(yàn)課程的開發(fā)與實(shí)施”成果之一。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（簡(jiǎn)稱新課標(biāo)）倡導(dǎo)“素養(yǎng)為本”的化學(xué)教學(xué)，要求“教師在教學(xué)中重視創(chuàng)設(shè)真實(shí)且富有價(jià)值的問題情境，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生在更廣的學(xué)科背景下認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化規(guī)律，綜合運(yùn)用化學(xué)知識(shí)分析和解決有關(guān)問題”[1]并在相關(guān)課程中給出了“學(xué)習(xí)活動(dòng)和情境素材”建議。如何將這些材料轉(zhuǎn)化為真實(shí)問題情境，并尋求適合的學(xué)習(xí)活動(dòng)方式，提升學(xué)生的認(rèn)知思維是化學(xué)教學(xué)面臨的重要課題。為此，以指向健康生活為主旨、生活情境素材為載體，構(gòu)建“生活情境-實(shí)驗(yàn)探究-認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新”教學(xué)框架，并以此框架為指導(dǎo)，就“維生素C與健康生活”主題單元教學(xué)展開探討。

一、“生活情境—實(shí)驗(yàn)探究—認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新”教學(xué)框架

情境素材是創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境的典型事件或原始材料。與實(shí)際問題相關(guān)的情境素材包括健康、材料、能源、環(huán)境等多個(gè)方面，其中，與健康生活相關(guān)的情境素材包括營(yíng)養(yǎng)素、食品添加劑、保健食品和藥物等，涉及物質(zhì)的組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與用途，以及制備或合成、含量與合理使用等化學(xué)知識(shí)。

以促進(jìn)學(xué)生形成問題解決的思路方法為抓手，將生活問題、化學(xué)知識(shí)與實(shí)驗(yàn)探究整合，構(gòu)建教學(xué)框架（見圖1），即以健康生活為主旨，依據(jù)教學(xué)目標(biāo)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)生活問題情境，將學(xué)科知識(shí)與生活實(shí)際整合，開展以實(shí)驗(yàn)探究為主的學(xué)習(xí)活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生形成分析和解決實(shí)際問題的思路方法，實(shí)現(xiàn)讓學(xué)生的思維發(fā)展、能力提升能夠與具體知識(shí)學(xué)習(xí)協(xié)調(diào)同步的教學(xué)主張[2]。

二、“維生素C與健康生活”主題單元教學(xué)設(shè)計(jì)

1.主題內(nèi)容選擇

維生素C是人體必需營(yíng)養(yǎng)素，也是化學(xué)教學(xué)中與生活密切相關(guān)的情境素材?！熬S生素C與健康生活”主題單元教學(xué)為高二學(xué)生開設(shè)，根據(jù)新課標(biāo)和教材要求，并參考大學(xué)教材《分析化學(xué)實(shí)驗(yàn)》[3]和《中華人民共和國(guó)藥典（2015年版，二部）》[4]等相關(guān)內(nèi)容，聚焦學(xué)科研究對(duì)象和基本問題，選取維生素C的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，氧化還原反應(yīng)及滴定實(shí)驗(yàn)原理和操作方法等內(nèi)容，將其與生活問題關(guān)聯(lián)，形成本單元知識(shí)內(nèi)容的邏輯關(guān)系（見圖2）。

2.教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

在本主題單元教學(xué)之前，學(xué)生對(duì)氧還反應(yīng)原理，有機(jī)化合物結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，烴的含氧衍生物官能團(tuán)、性質(zhì)及反應(yīng)類型比較熟悉，對(duì)維生素C知識(shí)有部分了解，能夠完成簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。但學(xué)生對(duì)有機(jī)化合物化學(xué)性質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生條件認(rèn)識(shí)不夠，對(duì)物質(zhì)元素研究的思路較為混亂，對(duì)較為復(fù)雜的探究實(shí)驗(yàn)難以精準(zhǔn)操作和分析，基于上述學(xué)情，教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)如下：

（1）按照研究物質(zhì)的視角，從物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及用途等方面去分析生活情境素材中與維生素C相關(guān)化學(xué)問題，并能依據(jù)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途”的學(xué)科思想，分析維生素C的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、化學(xué)性質(zhì)及其用途之間的關(guān)系，建立“結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途”相互關(guān)聯(lián)的分析思路；

（2）圍繞維生素C的性質(zhì)及反應(yīng)等開展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，進(jìn)行基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，比較、歸納并推理應(yīng)用，形成變量控制、證據(jù)推理的方法和策略；通過I2溶液配制標(biāo)定和碘量法測(cè)定維生素C含量等實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析并查找誤差原因，形成定量研究意識(shí)；

（3）反思實(shí)驗(yàn)探究過程，形成嚴(yán)謹(jǐn)科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識(shí)，能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和方法解決生活實(shí)際問題。

3.教學(xué)思路設(shè)計(jì)

以教學(xué)目標(biāo)為導(dǎo)向，依圖1所示的教學(xué)框架，形成本單元教學(xué)思路設(shè)計(jì)（見圖3）。

首先，創(chuàng)設(shè)生活情境，通過果蔬營(yíng)養(yǎng)價(jià)值引入維生素C，通過維生素C治療壞血病的化學(xué)史激發(fā)學(xué)生興趣，進(jìn)而通過維生素C為什么可以治愈壞血病引發(fā)學(xué)生就結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的化學(xué)問題思考。

其次，開展實(shí)驗(yàn)探究，通過比較果蔬的維生素C相對(duì)含量和利用國(guó)家藥典碘量法定量測(cè)定藥片、果蔬中維生素C的具體含量等實(shí)驗(yàn)，增進(jìn)學(xué)生對(duì)維生素C性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，學(xué)會(huì)定量分析、數(shù)據(jù)處理等思路方法，掌握常見果蔬的維生素C具體含量測(cè)定，知道維生素C的實(shí)際補(bǔ)充數(shù)量。

最后，通過蔬菜烹調(diào)維生素C流失的生活拓展應(yīng)用，引發(fā)學(xué)生就教學(xué)知識(shí)更深度思考，促進(jìn)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決新問題。

三、主要教學(xué)活動(dòng)

依圖3所示教學(xué)思路，單元教學(xué)活動(dòng)分2課時(shí)完成，具體如下：

【環(huán)節(jié)1】生活情境

展示：各種常見新鮮果蔬的主要營(yíng)養(yǎng)價(jià)值，重點(diǎn)談維生素C。

講述：航海家麥哲倫海上旅途，因船員們難以吃上新鮮蔬菜患上壞血病，后來補(bǔ)充野菜而病情痊愈。

問題1：維生素C大多存在于哪些食物中？人體能否自身合成維生素C？

學(xué)生活動(dòng)1：傾聽、觀察、思考，了解維生素C的存在路徑和不可合成。

學(xué)生認(rèn)知發(fā)展：關(guān)注維生素C與健康關(guān)系，思考其中的化學(xué)問題。

【環(huán)節(jié)2】實(shí)驗(yàn)探究

問題2-1：維生素C為什么可以治愈壞血??？

實(shí)驗(yàn)探究1：維生素C的水溶性、酸性、還原性。

性質(zhì)1：水溶性

展示：維生素C結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式，寫出分子式。

討論：根據(jù)維生素C官能團(tuán)種類和數(shù)目，判斷其水溶性。

學(xué)生活動(dòng)2：思考回答6個(gè)碳原子中有4個(gè)羥基，與水分子形成氫鍵能溶于水。

拓展：水溶性和脂溶性維生素。

性質(zhì)2：酸性

思考：類比苯酚俗名石炭酸有弱酸性，引導(dǎo)學(xué)生猜測(cè)維生素C是否具有酸性及如何證明？

學(xué)生活動(dòng)3：列舉能夠證明酸性的方法并實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

演示實(shí)驗(yàn)：用pH計(jì)測(cè)定維生素C溶液pH值。

提問：能否從基團(tuán)間相互影響的角度分析呈現(xiàn)酸性原因？

學(xué)生活動(dòng)4：提出酸性是源于酯基水解，引導(dǎo)學(xué)生意識(shí)到酯基水解是微弱的；推理碳碳雙鍵影響與其相連羥基上的氫原子使其更易電離，給出因烯醇式結(jié)構(gòu)導(dǎo)致呈現(xiàn)酸性結(jié)果的肯定。

性質(zhì)3：還原性

展示：琥珀酸亞鐵片與維生素C同服，可增加吸收。

思考：維生素C體現(xiàn)的性質(zhì)并如何依據(jù)證據(jù)證明？

學(xué)生活動(dòng)5：思考推測(cè)其具有還原性。討論可行設(shè)計(jì)，完成實(shí)驗(yàn)、學(xué)案和論證推理。有學(xué)生用維生素C分別與FeCl3溶液、碘水反應(yīng)，黃色褪去證明結(jié)論，也有學(xué)生外加KSCN溶液、淀粉溶液指示劑，現(xiàn)象更明顯的來證明結(jié)論。

學(xué)生認(rèn)知發(fā)展：從用途-性質(zhì)-結(jié)構(gòu)角度進(jìn)行思考分析，體會(huì)不同關(guān)聯(lián)角度，掌握基于問題的化學(xué)知識(shí)脈絡(luò)探究思路。

問題2-2：我們應(yīng)選擇何種果蔬補(bǔ)充維生素C？

實(shí)驗(yàn)探究2：利用維生素C性質(zhì)設(shè)計(jì)正反滴等實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行定性比較果蔬的相對(duì)含量。

學(xué)生活動(dòng)6：討論實(shí)驗(yàn)方案，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)獲取證據(jù)，各取100g果蔬榨成汁，記錄使其褪色需要KMnO4溶液的滴數(shù)，比較不同果蔬的維生素C相對(duì)含量（見表1），思考褪色滴數(shù)與含量大小關(guān)系并評(píng)價(jià)方案。

學(xué)生認(rèn)知發(fā)展：掌握維生素C性質(zhì)并應(yīng)用，正反滴等實(shí)驗(yàn)探究方法及評(píng)價(jià)方案。

問題2-3：如何知道補(bǔ)充了多少含量的維生素C？

實(shí)驗(yàn)探究3：碘量法測(cè)定藥片中維生素C含量。

展示：國(guó)家藥典現(xiàn)行2015版，測(cè)定維生素C碘量法資料。

學(xué)生活動(dòng)7：小組展示、介紹碘量法測(cè)定維生素C片劑含量實(shí)驗(yàn)的原理，其它學(xué)生視頻形式觀看0.05mol/L I2標(biāo)準(zhǔn)溶液的標(biāo)定，維生素C含量的測(cè)定等實(shí)驗(yàn)重要過程。

思考：如何定量測(cè)定不同果蔬的維生素C含量？

學(xué)生活動(dòng)8：對(duì)不同果蔬進(jìn)行榨汁并前處理，平行3次測(cè)定不同果蔬的維生素C含量。

探討：學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和誤差分析，并思考影響實(shí)驗(yàn)的相關(guān)因素。

拓展：測(cè)定維生素C的常見方法，重點(diǎn)介紹應(yīng)用較廣的高效液相色譜法（HPLC）原理、測(cè)定和特點(diǎn)?，F(xiàn)存文獻(xiàn)[5]對(duì)比幾種測(cè)定方法。

學(xué)生認(rèn)知發(fā)展：關(guān)注量的意識(shí)，理解認(rèn)知掌握定量方法并完整感受實(shí)驗(yàn)探究過程。

【環(huán)節(jié)3】認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新

問題3-1：烹調(diào)蔬菜時(shí)為減少維生素C流失應(yīng)注意什么？

學(xué)生活動(dòng)9：討論再根據(jù)文獻(xiàn)資料（見表2、表3）完善討論結(jié)果，從切、炒等方面比較分析匯報(bào)。

問題3-2：通過本主題教學(xué)，你的思考和收獲？

應(yīng)用：不可用藥片代替果蔬來補(bǔ)充維生素C，應(yīng)以平衡膳食為最好的營(yíng)養(yǎng)素來源，學(xué)生將所學(xué)化學(xué)知識(shí)、健康生活理念傳遞給更多人。

學(xué)生認(rèn)知發(fā)展：建立問題研究思路方法，促進(jìn)認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新能力并解決生活實(shí)際問題。

四、教學(xué)效果與反思

本次主題單元教學(xué)，按照上述的“生活情境-實(shí)驗(yàn)探究-認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新”教學(xué)框架依次展開，實(shí)現(xiàn)了學(xué)生“趣中學(xué)，學(xué)中做，做中思”，通過課后調(diào)查分析，94.4%的學(xué)生系統(tǒng)掌握了維生素C相關(guān)知識(shí)，91.7%的學(xué)生具備了更清晰的定性、定量分析思路。

通過教學(xué)實(shí)踐，有以下三點(diǎn)體會(huì)：

第一，生活實(shí)際問題比較綜合復(fù)雜，學(xué)生往往存在學(xué)習(xí)困難，需要采取相應(yīng)的教學(xué)策略。碘量法定量測(cè)定維生素C含量是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，為了還原更真實(shí)的生活情境，以2015版國(guó)家藥典和北京市藥檢所測(cè)定流程為依據(jù)，結(jié)合中學(xué)生的實(shí)際情況和大學(xué)分析化學(xué)課程的內(nèi)容，通過課前課中的整合、以難點(diǎn)突破帶動(dòng)實(shí)驗(yàn)探究的全面展開、以個(gè)別學(xué)生先行帶動(dòng)全體學(xué)生跟進(jìn)，使教學(xué)得以有序開展。

第二，高中化學(xué)新課標(biāo)倡導(dǎo)以主題為引領(lǐng)，強(qiáng)調(diào)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，由具體知識(shí)的教學(xué)轉(zhuǎn)向基于實(shí)際問題情境的教學(xué)，不僅需要深入認(rèn)識(shí)其意義和價(jià)值，也需要有相應(yīng)的實(shí)操路徑?！吧钋榫?實(shí)驗(yàn)探究-認(rèn)知?jiǎng)?chuàng)新”教學(xué)框架的提出，不僅適用于維生素C主題教學(xué)，也可拓展到其他生活實(shí)際問題情境、乃至其他更為廣泛的實(shí)際問題情境的化學(xué)教學(xué)。

第三，現(xiàn)實(shí)生活中的問題有很多，如何選擇實(shí)際問題并設(shè)計(jì)基于實(shí)際問題情境的化學(xué)教學(xué)，需要不斷思考和實(shí)踐探索。從教學(xué)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵要素來看，基于實(shí)際問題情境的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)既要聚焦學(xué)科研究的對(duì)象和基本問題，也要注意基于學(xué)生的已有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)并定位于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)。教師需要思考哪些實(shí)際問題是我們用化學(xué)知識(shí)方法可以解決的，哪些與中學(xué)階段的化學(xué)教學(xué)內(nèi)容緊密關(guān)聯(lián)，哪些符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展需要等。

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