基于問題設(shè)計的“思維課堂”教學(xué)的構(gòu)建——以“苯”的教學(xué)為例

王希儉

（江蘇省蘇州實驗中學(xué)江蘇蘇州215011）

課堂上教師和學(xué)生的核心活動是思維，化學(xué)思維型課堂教學(xué)構(gòu)建以聚焦思維結(jié)構(gòu)的智力理論為基礎(chǔ)，著眼于課堂教學(xué)中的思維活動，意在更好地實現(xiàn)新課程目標(biāo)。

一、思維是課堂的核心

思維過程指人們在頭腦中運(yùn)用存儲在長時記憶中的知識、經(jīng)驗，對外界輸入的信息進(jìn)行分析、綜合、比較、抽象和概括的過程并建立起合理的思維模式。思維課堂教學(xué)是使學(xué)生形成學(xué)習(xí)能力、質(zhì)疑能力、自學(xué)能力、分析判斷能力、綜合概括能力、歸納與整理能力等。積極的思維活動是保證課堂教學(xué)高效進(jìn)行貫徹新課程目標(biāo)的前提。如何使學(xué)生積極的思維活動貫穿于整個課堂教學(xué)的始終，是課堂教學(xué)的關(guān)鍵。

課堂上對于學(xué)生學(xué)的活動來講，不論是明確學(xué)習(xí)目的、感知學(xué)習(xí)材料、理解所學(xué)知識、掌握學(xué)科方法、遷移運(yùn)用知識、反思學(xué)習(xí)過程，還是提出問題、分析問題、解決問題、師生互動、生生互動等，其核心活動都是思維。對于教師教的活動來講，明確教學(xué)目標(biāo)、了解學(xué)生基礎(chǔ)、進(jìn)行教學(xué)設(shè)計、創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、組織教學(xué)活動、反思教學(xué)過程等，核心活動也是思維。教育的重要目的是培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，科學(xué)的教學(xué)將促進(jìn)學(xué)生積極思維、發(fā)展思維能力作為課堂教學(xué)的核心。

二、“思維課堂”教學(xué)構(gòu)建

1.創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突

教師向?qū)W生提出的問題所引起的新的需要和學(xué)生已有的知識水平或心理狀態(tài)之間的矛盾，是學(xué)生發(fā)展的內(nèi)因或內(nèi)部矛盾。這種矛盾是促進(jìn)學(xué)生積極思維和主動學(xué)習(xí)的動力。認(rèn)知沖突指認(rèn)知發(fā)展過程中原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)與現(xiàn)實情境不相符時在心理上所產(chǎn)生的矛盾或沖突。

皮亞杰認(rèn)為順應(yīng)或調(diào)節(jié)是解決認(rèn)知沖突的一種有效方法，只有通過調(diào)節(jié)不斷解決認(rèn)知沖突，才能促使人的認(rèn)知活動不斷豐富和發(fā)展。教師設(shè)計一些能夠使學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突的“兩難情境”或者看似與現(xiàn)實生活和已有經(jīng)驗相矛盾的情境，以此激發(fā)學(xué)生的參與欲望，啟發(fā)學(xué)生積極思維，引導(dǎo)學(xué)生在探究問題的過程中領(lǐng)悟方法、學(xué)會知識、發(fā)展能力，主動完成認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建過程。

以下以苯的教學(xué)為例予以說明。

首先創(chuàng)設(shè)認(rèn)識沖突，給出情境：已知苯的分子式為C6H6，教師可以提出以下思維沖突。看到苯分子式你會產(chǎn)生什么疑難?從疑難中提出問題；做出解決問題的各種假設(shè)；推斷哪一種假設(shè)能解決問題?通過實驗驗證。

［教師］（1）根據(jù)苯的分子式和已有知識，你會產(chǎn)生什么疑問？

［學(xué)生］與烷烴、烯烴等相比較，非常不飽和。

［教師］（2）你能從該疑問中提出什么問題？

［學(xué)生］與烷烴相比，6個碳原子要達(dá)到飽和烷烴的結(jié)構(gòu)，需要多少個氫原子？苯的結(jié)構(gòu)到底是什么樣子的？

［學(xué)生］8個。

［教師］（3）你做出解決該問題的哪種假設(shè)？

學(xué)生討論提出各種假設(shè)①鏈狀結(jié)構(gòu)含有4個雙鍵；②鏈狀結(jié)構(gòu)2個三鍵；③鏈狀結(jié)構(gòu)1個三鍵2個雙鍵等；④環(huán)狀結(jié)構(gòu)三個雙鍵；⑤環(huán)狀結(jié)構(gòu)1個雙鍵1個三鍵等。

［教師］（4）請你寫出苯分子這些假設(shè)的可能的結(jié)構(gòu)簡式。

［學(xué)生］A.CH≡C—CH—CH—C≡CH

B.CH2=C=C=CH—CH=CH2

C.CH3—C≡C—C≡C—CH3

D.CH≡C—CH=CH—CH=CH2

［教師］（4）到底苯分子中有沒有碳碳雙鍵或碳碳三鍵呢?請同學(xué)們設(shè)計實驗方案檢驗。

實驗-1：在苯中分別滴加溴水和酸性KMnO4溶液，振蕩、靜置，觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象：苯中加入酸性KMnO4溶液，紫紅色不褪；苯中加入溴水，橙色不褪并轉(zhuǎn)移到苯層，即上層呈橙紅色。

（5）根據(jù)實驗?zāi)艿贸鍪裁唇Y(jié)論？

結(jié)論：苯不能使溴水或酸性高錳酸溶液裉色，說明苯分子中不含簡單的C=C或C≡C。

［再假說］1865年德國化學(xué)家凱庫勒苯環(huán)結(jié)構(gòu)的有關(guān)觀點：

①6個碳原子構(gòu)成平面六邊形環(huán)；

②環(huán)內(nèi)碳碳單雙鍵相互交替。

［提問］上述說法是否正確呢？

①為了驗證假說,科學(xué)家做了大量實驗發(fā)現(xiàn)苯的一氯代物只一種,鄰位二氯代物也只一種。

②碳碳雙鍵加氫時總要放出熱量，并且放出的熱量與碳碳雙鍵的數(shù)目大致成正比。苯在鎳等催化下可與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)生成環(huán)己烷，所放出的熱量比環(huán)己二烯與氫氣加成生成環(huán)己烷的還要少。

說明苯環(huán)中并不存在單雙鍵交替的結(jié)構(gòu)，因此凱庫勒式不能全面地反映苯的結(jié)構(gòu)，只是習(xí)慣上沿用至今。

（6）如何更確切地表示苯分子的結(jié)構(gòu)？1872年凱庫勒提出補(bǔ)充論點:苯分子中碳原子完全以平衡位置為中心進(jìn)行振蕩運(yùn)動,使得相鄰碳原子之間不斷反復(fù)進(jìn)行相吸和相斥,雙鍵因此不斷更換位置,交替運(yùn)動。

［投影］鍵長數(shù)據(jù)

1935年，詹斯用X射線衍射法證實苯環(huán)是平面的正六邊形，測得苯的碳碳鍵長都相等，都是1.4×10-10m。

［過渡］那么苯分子的結(jié)構(gòu)到底是怎樣的？

拓展視野：苯環(huán)中的碳原子都是采用的sp2雜化，碳原子之間形成σ（sp2－sp2）鍵，六個C原子的p軌道重疊形成一個大π鍵。

苯分子中碳碳鍵的鍵長都是一樣長的，這說明碳原子之間形成的一種介于單鍵和雙鍵之間的特殊共價建。

所以苯的結(jié)構(gòu)可以表示為：或

［投影、講述］現(xiàn)代科學(xué)對苯分子結(jié)構(gòu)的研究：

①苯分子為平面正六邊形結(jié)構(gòu)，鍵角為120°。

②苯分子中碳碳鍵鍵長介于單鍵和雙鍵之間。

［軟件演示］苯分子球棍模型和比例模型進(jìn)一步體會苯分子的結(jié)構(gòu)特點。苯分子中碳碳鍵既不同于單鍵也不同于雙鍵，而是介于單鍵和雙鍵之間的一種獨特的鍵。

2.思維自主建構(gòu)

課堂教學(xué)自主建構(gòu)就是認(rèn)知建構(gòu)。體現(xiàn)了建構(gòu)主義關(guān)于認(rèn)知建構(gòu)的思想：學(xué)習(xí)是一個積極主動建構(gòu)的過程；教學(xué)也是學(xué)生主動建構(gòu)知識的過程。

課堂上使學(xué)生積極主動地思維，促進(jìn)學(xué)生思維結(jié)構(gòu)的發(fā)展，教師必須采取恰當(dāng)?shù)亓信e生活中的典型事例，喚起學(xué)生已有的感性認(rèn)識、運(yùn)用觀察和實驗來展示有關(guān)事物發(fā)生、發(fā)展和變化的現(xiàn)象和過程、聯(lián)系學(xué)生已學(xué)知識進(jìn)行教學(xué)。“思維課堂”的構(gòu)建，課堂互動是課堂教學(xué)中最基本、最主要的人際關(guān)系，也是一種常用的教學(xué)方式。教師和學(xué)生之間、學(xué)生和學(xué)生之間發(fā)生具有促進(jìn)性的相互影響、相互作用。從互動的主體來講，有師生互動和生生互動；從課堂互動的內(nèi)容來講、有思維互動、情感互動和行為互動。情感互動是基礎(chǔ)，行為互動是表現(xiàn)，思維互動是核心。

以苯的教學(xué)為例，運(yùn)用實驗和觀察，聯(lián)系學(xué)生已學(xué)知識，師生互動和生生互動，進(jìn)行思維自主建構(gòu)，根據(jù)苯的分子結(jié)構(gòu)，構(gòu)建苯的化學(xué)性質(zhì)。

［教師］（1）苯分子中碳碳鍵既不同于單鍵也不同于雙鍵，而是介于單鍵和雙鍵之間的一種獨特的鍵。它可能具有哪些化學(xué)性質(zhì)？

［學(xué)生］可能具有象烷烴一樣發(fā)生取代反應(yīng)，也象烯烴一樣發(fā)生加成反應(yīng)。

實驗-2：在燒瓶中加入苯和溴，組裝好儀器，加入鐵粉，根據(jù)實驗現(xiàn)象觀察，通過思維構(gòu)建，推斷表現(xiàn)出什么性質(zhì)？

裝置：

圖1 苯的溴化實驗裝置

現(xiàn)象：（1）向三頸燒瓶中加入苯和液溴后，反應(yīng)迅速進(jìn)行，溶液幾乎“沸騰”，一段時間后反應(yīng)停止；

（2）反應(yīng)結(jié)束后，三頸燒瓶底部出現(xiàn)紅褐色油狀液體（溴苯）；

（3）錐形瓶內(nèi)有白霧，向錐形瓶中加入AgNO3溶液，出現(xiàn)淺黃色沉淀；

（4）向三頸燒瓶中加入NaOH溶液，產(chǎn)生紅褐色沉淀——Fe(OH)3。

反應(yīng)實質(zhì)：取代

注意：

（1）直型冷凝管的作用——使苯和溴苯冷凝回流，導(dǎo)氣（HBr和少量溴蒸氣能通過）；

（2）錐形瓶的作用——吸收HBr，所以加入Ag-NO3溶液，出現(xiàn)淺黃色沉淀（AgBr）；

（3）錐形瓶內(nèi)導(dǎo)管為什么不伸入水面以下——防止倒吸；

（4）堿石灰的作用——吸收HBr、溴蒸氣、水蒸氣；

（5）純凈的溴苯應(yīng)為無色，為什么反應(yīng)制得的溴苯為褐色——溴苯中溶解的溴單質(zhì)；

（6）NaOH溶液的作用——除去溴苯中的溴，然后過濾、再用分液漏斗分離，可制得較為純凈的溴苯。

實驗-3：在試管中加入苯、濃硝酸和濃硫酸，組裝好儀器，根據(jù)實驗現(xiàn)象觀察，通過思維建構(gòu)，推斷苯表現(xiàn)出什么性質(zhì)？

裝置：

圖2 苯的硝化實驗裝置

現(xiàn)象：加熱一段時間后，反應(yīng)完畢，將混合物倒入盛有水的燒杯中，在燒杯底部出現(xiàn)淡黃色油狀液體（硝基苯）。

反應(yīng)實質(zhì)：取代

注意：（1）硝基苯難溶于水，密度比水大，有苦杏仁味；

（2）長導(dǎo)管的作用——冷凝回流；

（3）為什么要水浴加熱——讓反應(yīng)體系受熱均勻；便于控制溫度，防止生成副產(chǎn)物（因為加熱到100～110℃時就會有間二硝基苯生成；

（4）溫度計如何放置——溫度計水銀球應(yīng)伸入水浴中，以測定水浴的溫度。

實驗-4：在一定條件下，把氫氣加入裝有氣態(tài)苯（3∶1）的密閉容器中，反應(yīng)結(jié)束后恢復(fù)原狀態(tài)，容器體積幾乎沒有變化，聯(lián)系學(xué)生已學(xué)知識，通過思維建構(gòu)，推斷苯表現(xiàn)出什么性質(zhì)？

［學(xué)生］在催化劑鎳的作用下，苯與H2能在180～250℃、壓強(qiáng)為18MPa的條件下發(fā)生加成反應(yīng)。

原理：

反應(yīng)實質(zhì)：加成

3.思維應(yīng)用遷移

思維的發(fā)展是在掌握和運(yùn)用知識、技能的過程中完成的；離開了學(xué)習(xí)和訓(xùn)練，什么知識都不懂，學(xué)生的智力、思維缺少形成的“中介”，這顯然是無法得到發(fā)展的。應(yīng)用概念、規(guī)律、理論解決實際問題，是學(xué)習(xí)這些知識的目的，也是檢驗知識掌握情況的主要標(biāo)志，還是加深理解的重要環(huán)節(jié)。

思維的訓(xùn)練是培養(yǎng)學(xué)生思維能力的突破口，靈活性品質(zhì)的訓(xùn)練，需要抓住知識、方法間的滲透與遷移，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散式思考、立體思考，培養(yǎng)學(xué)生一題多變、一題多解、一題多問、多題歸一的能力，教給學(xué)生靈活解決問題的方法。獨創(chuàng)性思維品質(zhì)即創(chuàng)造性思維，在知識的教學(xué)和學(xué)生的學(xué)習(xí)過程中，讓學(xué)生掌握創(chuàng)造性思維的基本方法，如類比思維、等效思維、遷移思維、發(fā)散思維等，訓(xùn)練創(chuàng)造性思維的品質(zhì)，是培養(yǎng)創(chuàng)造性思維的主要途徑。重視知識和方法的應(yīng)用和遷移，學(xué)生加深理解知識，提高思維能力，為此，將應(yīng)用遷移作為思維型課堂教學(xué)的基本原理。

通過苯的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)的學(xué)習(xí)，可以通過以下類比、等效、遷移、發(fā)散思維等，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)造性思維，對苯的性質(zhì)的實質(zhì)、用途等進(jìn)行應(yīng)用遷移。

［教師］（1）思維類比。烷烴發(fā)生取代反應(yīng)的條件是什么？苯發(fā)生取代反應(yīng)和加成的條件有哪些？苯為什么發(fā)生取代反應(yīng)沒有烷烴容易？

［學(xué)生］烷烴發(fā)生取代反應(yīng)的條件光照，苯發(fā)生取代反應(yīng)的條件是加熱、催化劑等。苯分子結(jié)構(gòu)對稱、穩(wěn)定。

［教師］（2）思維等效。苯發(fā)生取代反應(yīng)的實質(zhì)是什么？苯如果和硝酸、硫酸能發(fā)生取代反應(yīng)，硝酸、硫酸分子中能取代苯分子的氫原子的官能團(tuán)是什么？

［學(xué)生］苯發(fā)生取代是親電取代。帶正電荷的原子或原子團(tuán)取代氫原子。硫酸分子中除了氫帶正電就是硫原子，硫酸分子去掉羥基與苯分子中的氫原子結(jié)合，剩余部分為—SO3H，叫磺酸基。

［教師］（3）思維遷移。為什么苯與氫氣的加成反應(yīng)比烯烴與氫氣加成條件要高？

［學(xué)生］苯環(huán)中的碳原子都是采用的sp2雜化，碳原子之間形成σ（sp2－sp2）鍵，六個C原子的p軌道重疊形成一個大π鍵。分子非常穩(wěn)定。

［教師］（4）思維發(fā)散。已知苯分子能與丙烯發(fā)生加成反應(yīng)，推測生成物是什么？

［學(xué)生］異丙基苯。

［教師］（5）思維發(fā)散：根據(jù)性質(zhì)決定用途，推斷苯在工業(yè)上會有哪些用途？

［學(xué)生］制硝基苯、苯胺、苯磺酸、溴苯、苯酚、環(huán)己烷等。

三、“思維課堂”的教學(xué)感悟

“思維課堂”的核心活動是思維，思維結(jié)構(gòu)的構(gòu)成要素及其影響因素對“思維課堂”教學(xué)的基本要求如下。

1.明確課堂教學(xué)目標(biāo)

目的性是思維的根本特點。它反映了思維活動的自覺性、能動性。課堂教學(xué)，必須有明確的教學(xué)目標(biāo)。一是要根據(jù)學(xué)生、教師和教學(xué)內(nèi)容，制定比較明確的課堂教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)規(guī)劃。二是在教師創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情景中產(chǎn)生認(rèn)知問題，引起學(xué)生認(rèn)知沖突，從而使學(xué)生明確教學(xué)活動的目標(biāo)，并激發(fā)學(xué)生積極主動的思維。

2.突出知識形成過程

思維過程在課堂教學(xué)中，要求突出知識的形成過程。一是重視概念、規(guī)律、理論等的形成過程，包括為什么引出這一概念和規(guī)律，怎么樣得出這個概念和規(guī)律及其應(yīng)用；二是讓學(xué)生掌握建立概念、規(guī)律、形成知識、分析問題、解決問題的方法，以及觀察、實驗、思維等方法；三是提出能夠引起學(xué)生認(rèn)知沖突的有深度的問題，給學(xué)生留有足夠的時間，引導(dǎo)進(jìn)行積極主動的探究。

3.聯(lián)系已有知識經(jīng)驗

已有的知識和經(jīng)驗對學(xué)生建構(gòu)知識，促進(jìn)思維發(fā)展具有重要作用。應(yīng)用到課堂教學(xué)中，一是要認(rèn)識到學(xué)習(xí)是一個積極主動的建構(gòu)過程，知識是個體經(jīng)驗的合理化，教學(xué)就是學(xué)生主動建構(gòu)知識的過程。教師的教學(xué)要幫助學(xué)生完成這個建構(gòu)過程；二教師應(yīng)采用恰當(dāng)?shù)亓信e生活中的典型事例，喚起學(xué)生已有的感性認(rèn)識，運(yùn)用觀察和實驗來展示有關(guān)事物發(fā)生、發(fā)展和變化的現(xiàn)象和過程，這樣才能使學(xué)生真正理解和掌握知識。

4.創(chuàng)設(shè)良好的教學(xué)情境

積極思維的前提條件是具有良好的思維環(huán)境。一是要營造創(chuàng)造型的課堂教學(xué)情境。教師構(gòu)建以培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)造能力為核心的“學(xué)生主體”教育觀念；鼓勵學(xué)生獨立思考；形成學(xué)生主動學(xué)習(xí)、積極參與的生動活潑的課堂教學(xué)氛圍；二是要創(chuàng)設(shè)鼓勵學(xué)生質(zhì)疑的課堂教學(xué)情景。教師對待學(xué)生的提問應(yīng)持積極態(tài)度，即喜歡、支持、鼓勵、引導(dǎo)學(xué)生提問。

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