基于環境主題的化學教學設計

　　摘要：探討了基于環境主題化學教學的功能與價值，提出了基于環境主題的化學教學設計思路，并結合“硫及其化合物”的教學案例進行了示范。
　　關鍵詞：環境主題；化學教學；教學設計
　　文章編號：1005—6629（2012）10—0039—04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B
　　環境問題種類繁多，但與學生日常生活聯系緊密的環境問題大多是由相關物質及其變化引起的。化學在解決人類社會發展過程中面臨的環境問題、促使人與自然和諧相處、培養學生環境素養等方面發揮著重要作用。中學化學中涉及大量與環境相關的教學內容，有必要基于環境主題進行化學教學設計，更好地實現化學教育與環境教育的融合，促進學生的全面發展。
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　　基于環境主題化學教學的功能與價值
　　化學教學能夠幫助學生建立環境問題的認識框架、從化學視角認識和分析環境問題的方法，培養學生的環境意識、環境價值觀以及環境問題參與度和決策力，全面提高學生的環境素養。
　　1.1有助于學生建立環境問題的認識框架
　　大多數環境問題是由物質（污染源）引起的，化學作為一門研究物質及其變化的學科，能夠幫助學生從物質的視角建立對環境問題的基本認識。通過化學學習，學生可以認識到造成環境問題的污染物產生與變化過程、物質變化特點，以及污染物的元素不變性。通過從元素觀、物質觀和價態觀多個角度認識環境問題，了解與環境相關的基礎知識，幫助學生建立系統的認識框架，由“環境問題是什么”到“環境問題的形成過程與反應機理”，從“環境問題帶來的危害”到“環境問題的預防和治理”。具備了環境問題的認識框架，當學生再面臨環境問題時，能夠知道從哪些角度去分析，能夠更本質、更全面、結構性地認識環境問題。
　　1.2有助于學生建立從化學視角分析環境問題的思路和方法
　　學生不僅需要知道什么是環境問題，還應該能從化學的視角認識和分析環境問題。從物質、物質性質與物質變化的角度認識環境問題的產生與危害，分析環境問題，尋找防治環境問題的辦法（見圖1）。具體包括：認識分析環境問題的危害是由物質的什么性質引起，分析一種物質產生的多個環境問題是由物質的哪些不同性質導致的，或者一種環境問題主要是由何種物質什么性質產生的；從物質性質和物質變化視角分析、解釋環境問題的產生機理和形成過程；根據物質性質和物質變化、針對環境問題的形成過程和條件，尋找對應的解決辦法，比如控制污染物產生的化學反應的發生、借助化學反應將污染物質轉化成無污染物質等。
　　1.3有助于學生樹立環境意識，形成正確的環境價值觀和態度
　　通過與環境主題相關的化學知識的學習，學生可以認識到環境問題對人類和自然界的嚴重影響，從而樹立環境保護的緊迫感和責任感，樹立環境意識，形成正確的環境價值觀和態度。例如，學生通過硫和氮氧化物性質的學習，了解酸雨的形成過程，認識到污染物一旦進入大氣，可能就會與大氣或自然界中的其他物質發生反應，生成污染環境的物質，造成污染之后的治理不僅收效甚微，而且難度相當大，因而使學生認識到預防才是更有效的治理辦法。
　　1.4有助于學生培養環保技能，提高環境問題的參與度和決策力
　　環境教育的目標不僅僅是增加學生的環境知識、提高學生對環境問題的認識以及環境價值觀與態度的培養，更高的目標是幫助學生掌握一定的認識和解決環境問題的技能，當面臨環境問題或現象時能夠做出正確的決策，真正參與到環境保護行動中。通過化學學習學生可以掌握更多在生活中可以運用到的知識和技能，比如分類處理廢舊電池，采取正確措施面對氯氣泄露等。更重要的是，學生能夠應用化學知識，科學合理地保存、使用物質（化學品），避免或者減少環境問題的產生。
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　　基于環境主題化學教學設計的思路和方法
　　在化學教學中，對環境相關的素材使用方式和水平多樣，主要有三種：①以化學知識為主，環境問題或現象只作簡單介紹，隨著化學知識的展開隨機插入。②圍繞環境問題展開教學，以環境教育為核心，涉及到元素化合物知識或者化學概念原理時穿插介紹；③化學知識與環境教育并重，教學過程中化學知識獲取和環境問題解決兩條線索并進，促進學生建立認識環境問題的基本框架和從化學視角認識分析環境問題的思路與方法，筆者稱其為基于環境主題的化學教學。中學化學課堂教學更倡導第三種教學處理方式，因為新課程倡導基于真實背景的化學教學，環境問題為化學知識提供了真實、富有教育價值的情景，能夠滿足新課程情感態度價值觀目標的落實；環境問題的分析解決過程幫助學生建立從化學視角分析環境問題的思路和方法，體現了化學知識的應用價值，落實了過程與方法目標，從而實現了知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀三維目標融合的教學。為此，筆者結合理論分析和教學實踐經驗，構建了基于環境主題的教學設計思路（見圖2）。
　?。?）分析教學內容。通過對課程標準和教材中相關章節的具體分析，確定核心的化學知識和具體的知識點，明確知識與技能、過程與方法、情感態度價值觀方面的基本要求，了解教學內容在環境方面的素材和要求。
　?。?）確定環境主題。尋找與教學內容相關的環境問題和現象，根據教學要求明確是否需要尋找其他方面的素材。分析各類環境問題，發現可能多種環境問題都涉及到同一教學內容，為了挖掘更具有教學價值與功能的環境問題，需要教師盡可能尋找與教學內容相關的環境現象，篩選合適的環境主題。對于環境主題的確定，需要從四個方面考慮：①課標和教材對學生環境教育的要求。分析教學內容涉及的環境問題，哪些是學生這一階段應該知道的，學生對相關環境問題的認識需要達到什么水平。②環境問題的教學價值與功能。所選的環境主題要涵蓋較多的化學知識點，能夠在一定程度上實現學生技能（實驗技能、分析計算等）的培養，能更好地實現環境教育的目標，能促使學生建立從化學視角分析和解決環境的思路與方法。③學生情感以及需求。要因地制宜、因人而異的選擇適合學生的環境主題，要盡可能貼近學生生活，考慮學生感興趣的程度和熟悉程度。④教師駕馭能力。所選環境主題盡可能是任課教師熟悉的，具有豐富的素材，有利于課堂教學，教師能夠較好地駕馭的。
　?。?）確定教學切入點和教學思路。根據課標與教材要求、學情分析，確定教學切入點，主要分為兩種：①以環境問題切入，引導學生解決環境問題過程中獲取化學知識，建立認識環境問題的基本框架，建立從化學視角分析環境問題思路與方法，這種教學方式適用于學生具有一定化學知識和環境問題認識基礎的內容，比如硫及其化合物與酸雨。②以化學知識切入，通過分析環境問題素材，思考分析或者通過進一步的實驗獲取化學知識，然后運用化學知識解釋分析環境問題，樹立學生的環境意識和環境觀念，這種教學方式主要針對學生對環境問題與相關化學知識比較陌生的情況，比如苯酚的教學。
　?。?）選擇環境素材。通過分析教學內容與環境問題的相關度和結合點及結合方式，尋找該環境主題的具體素材，確定與教學內容有關的環境素材。此外，教師還要根據教學要求看是否需要尋找其他方面的現象或生活應用，豐富學生對造成環境問題的物質的全面、正確認識。
　?。?）確定教學環節和教學內容的組織順序。教學環節和教學內容組織順序的確定需要考慮多個方面：認識環境問題的基本框架、從化學視角分析環境問題的基本思路、學生的認知水平和認知發展順序。認識環境問題的基本框架是：環境問題的危害一環境問題的產生一環境問題的防治。從化學視角分析環境問題的基本思路是：認識環境問題的污染物一污染物的產生一污染物的哪些性質導致環境危害一利用污染物性質和變化預防和治理環境問題。從學生的認知水平和認知發展順序看，首先確定學生的已有知識和技能，以及對環境問題的了解程度。其次，分析學生認識物質性質及其變化的思維水平或角度，比如從物質類別的角度、基于元素的角度等。最后，考慮已有知識與新知識、新知識與新知識之間的聯系。綜合考慮三方面的因素，確定教學環節和教學內容的組織順序。
　?。?）設計驅動性問題和主要的教學活動，具體包括：設計與環境問題解決密切相關的驅動性問題、設計學生分析解決環境問題的主要活動內容與形式、設計環境素材呈現與使用方式。
　　教師在設計驅動性問題時，—方面要考慮教學內容的順利引出，另—方面要引導和啟發學生對環境問題的思考，引導學生對環境問題產生系統、有序的思維，從而建立思考角度和認識方式。為了獲取化學知識，驅動性問題可以針對環境現象或防治方法而提出，讓學生預測或分析信息，獲得物質性質及其變化的認識。為了建立環境問題的分析思路，需要教師依據環境問題解決的程序性知識，設計層層遞進的驅動性問題鏈?；蛘哂山處熖岢鼍C合性的復雜問題，在教師的引導下由學生對問題進行表征和不斷拆解，逐漸形成問題解決思路。
　　教師設計活動時，要充分利用學生生活經驗和有效的教學資源，提高學生的參與度。將具體環境問題教學化、實驗化，是基于環境主題教學活動設計的有效手段?？梢宰寣W生進行實驗探究和相關問題的交流研討，讓學生自主構建知識，完成問題的發現和解決過程，培養他們解決問題的自信心和成就感。為了有效地促使學生深入、全面的認識環境問題，可以讓學生通過文獻資料、網絡和媒體報道以及實踐調查等渠道了解環境問題或現象，也可以在課前布置一些關于環境問題的驅動性任務，在課堂上開展交流活動。
　?。?）設計教學設計的核心線索和詳細的教學過程。教學線索的設計包括：知識線、問題線、活動線、情景線和從化學視角分析環境問題的思路，它是在前面分析的基礎上細化和精致的過程。在這個過程中，需要教師進一步明確驅動性問題與教學內容的關系，分析各個教學環節和教學活動的過渡與銜接，使“從化學視角分析環境問題的思路”更加外顯。詳細的教學過程設計，需要教師充分考慮學生的已有經驗和自身教學經驗，不僅涉及所有學生活動、教師活動、講解過渡，還包括教學硬件和軟件的使用等。
　　3 基于環境主題化學教學設計的案例一一硫及其化合物
　　依據基于環境主題的化學教學設計思路，對“硫及其化合物”進行教學設計過程和思路分析，以便教師能夠更好地把握基于環境主題化學教學設計的構建思路。
　?。?）分析教學內容。“硫及其化合物”屬于典型的元素化合物知識，學生需要掌握硫及其化合物的主要性質，具體包括：硫單質的可燃性，二氧化硫的還原性、氧化性，亞硫酸的酸性和還原性，硫酸的酸性；要求學生掌握的重點知識內容是：二氧化硫的還原性、氧化性，亞硫酸的還原性，以及二氧化硫與堿的反應。硫及其化合物是在學生學習了氧化還原反應、金屬及其化合物的性質和非金屬硅和氯之后，要求學生運用物質性質研究的方法和思路，進行自主的實驗探究，還要求學生了解硫及其化合物對生態環境的影響和在生產生活中的應用。
　?。?）確定環境主題。與硫及其化合物相關的環境問題包括酸雨、土壤酸化、水污染等。土壤酸化和水污染主要涉及的物質是亞硫酸、硫酸和硫酸鹽，酸雨涉及到硫、二氧化硫、三氧化硫、亞硫酸、硫酸和硫酸鹽。酸雨不但承載的教學內容較多，而且學生在認識酸雨的過程中可以從物質性質和價態變化的角度認識硫及其化合物，建立從化學視角分析和解決環境問題的思路和方法。土壤酸化和水污染的相關素材遠不及酸雨豐富，學生的熟悉程度也偏低。綜合考慮確定以酸雨為環境主題。此外，二氧化硫在生活中有較多的應用價值，比如做漂白劑、防腐劑、抗氧化劑等，能夠讓學生建立對二氧化硫的正確認識。
　　（3）確定教學切入點和教學思路。學生對酸雨問題比較熟悉，普遍知道酸雨及其危害，并且學生在初中化學學習中接觸過二氧化硫、硫酸，掌握了酸的性質。因此硫及其化合物的教學更適合從環境問題切入，以環境問題的分析框架為教學基本思路，通過分析解決酸雨環境問題，獲得硫及其化合物的主要性質，幫助學生建立從化學視角分析環境問題的方法。
　　（4）選擇環境素材。硫及其化合物與酸雨的危害、酸雨形成、污染物來源、酸雨防治密切相關，可考慮尋找和現與使用方式。酸雨素材（酸雨危害的圖片、酸雨防治的方法、二氧化硫在生活中的應用等圖片和資料）的主要呈現方式是：在學生交流討論提出想法和觀點后，運用課件和視頻展示，對學生的認識給予補充?！按髿庵卸趸蜓趸緩健钡馁Y料在學生完成實驗探究之后進行介紹，“酸雨的pH隨時間變化”的資料則是以提問形式讓學生運用已有經驗進行分析解釋。
　　（7）設計教學設計的核心線索和詳細的教學過程。硫及其化合物教學線索以酸雨的驅動性問題為主線，相應的知識線索為：硫酸的性質→二氧化硫的還原眭（二氧化硫到硫酸的轉化）→二氧化硫作為酸性氧化物的性質→二氧化硫的抗氧化性和漂白性?！傲蚣捌浠衔锱c酸雨”教學設計的知識線、問題線、活動線、情景線，以及相應的從化學視角分析環境問題的思路如表1所示。篩選這些環境問題的相關資料和圖片。
　　（5）確定教學環節和教學內容的組織。依據“從化學視角分析環境問題的基本思路”和“環境問題的認識框架”，硫及其化合物的教學分為五個環節：酸雨的危害（硫酸的酸性）、酸雨的形成（二氧化硫生成硫酸的途徑）、酸雨污染源的由來（二氧化硫的來源）、酸雨的防治（二氧化硫轉化）、二氧化硫的生活應用（漂白性等）。學生關于硫及其化合物的認知順序為“酸性氧化物→酸→鹽”，與上述教學環節基本吻合，因此硫及其化合物的教學可以確定分為上述五個教學環節。
　?。?）設計驅動性問題和主要教學活動。首先，設計與環境問題解決密切相關的驅動性問題，通過酸雨問題的分析解決獲得硫及其化合物的性質（具體見表1）。其次，設計學生分析解決環境問題的主要活動內容與形式。二氧化硫的還原性是學生掌握的核心知識，且與酸雨的形成密切相關，是教學的重點，應該讓學生通過探究活動自主建構認識，包括預測、設計實驗驗證等活動，輔以“大氣中二氧化硫氧化途徑”的資料。關于酸雨的危害、二氧化硫的來源、酸雨的預防和治理等環境問題，主要采用學生交流討論和資料分析的活動形式。最后，設計環境素材呈
　　化學在解決環境問題中起到重要的作用，化學教學在培養和發展學生環境素養方面更有不可替代的作用。中學化學教學在讓學生獲得化學知識的過程中，更應該結合相關的教學內容，開展基于環境主題的化學教學，促進學生形成環境問題的認識框架，特別是形成從化學視角分析環境問題的思路和方法，提升學生對環境問題的認識和理解，進而豐富和深化化學教育的價