基于內需激發的物質主題教學*——以“奇妙的管道通”一課為例

陳廣余

基于內需激發的物質主題教學*——以“奇妙的管道通”一課為例

陳廣余

（常州市教科院附中江蘇常州213001）

物質主題是化學啟蒙教育的重要內容。學生在學習過程中表現出知識與知識的關聯性理解不到位、物質研究的一般思路與方法運用不到位、知識的遷移不靈活等問題。作者結合具體課例闡釋情景設置、思路點撥、能力提升、內需發展、風險認知等方面對內驅激發所起的作用。

物質主題；激發內驅；深度學習

化學是一門以物質為研究對象的自然基礎科學，認識物質、利用物質、創造物質是化學學科的基本任務與基本特征［1］。學生通過初中化學學科的學習，能夠對氧氣、二氧化碳、水、金屬等身邊常見的物質有一個比較系統的認識。但是，僅掌握課堂上學習的這幾種物質，對于學生需要面對的千變萬化的生活世界是遠遠不夠的；有限的化學課堂也不可能將生活中可能接觸到的物質窮盡在課本中、課堂上。這就需要我們的物質主題教學必須給予學生認識物質的基本思路與方法。

一、重要文本分析

《義務教育化學課程標準（2011年版）》（以下簡稱“課程標準”）明確提出了物質主題學習的意義：幫助學生了解化學物質對人類生活的影響，體會科學進步對提高人類生活質量所做出的巨大貢獻，并從認識性構相依、理解人與自然的關系、形成科學的物質觀等角度對物質主題教學提出了明確要求［2］。課程標準的5項課程內容都與物質主題有著不可分割的緊密聯系：認識幾種重要的化學物質（身邊的化學物質）；認知要能夠達到微觀的層面（構成物質的奧秘）；要能從變化與守恒的辯證關系等角度認識物質（物質的化學變化）；認識物質的過程中要注意運用科學探究的方法（科學探究）；要能夠站在化學與社會發展的高度合理利用物質（化學與社會發展）。可以說，引導學生探究和認識身邊的化學物質，了解物質變化的奧秘，是化學啟蒙教育的重要內容。

物質知識，也貫穿著整個中學化學教材的始末，是構成中學化學知識的骨架［3］。就以滬教版化學教材為例，教材依據課程標準對氧氣、碳和碳的氧化物、鐵和常見的金屬、水和溶液、一些酸堿鹽等常見化學物質進行了介紹。相關物質主題素材的選用和內容的編排，都蘊藏著豐富的內涵。比如，化石燃料的相關知識，2011年教材修訂前是編排在第四章“燃燒燃料”［4］，無形當中，化石燃料就被定位成燃料；修訂后被調整到第九章“化學與社會發展”［5］，這樣就表達出一個重要信息，化石燃料是重要的自然資源，必須進行綜合利用，這樣就完整體現了化石燃料的價值。再比如，關于氧氣、二氧化碳、氫氣的實驗室制法，雖然都是實驗室制取氣體，但教材對這三種物質的處理各有側重。在制取氧氣時，既用高錳酸鉀又用雙氧水，不僅讓學生體驗實驗室制取氣體的完整過程，而且要認識發生裝置的選擇［6］，到制取二氧化碳時，則側重于氣體收集裝置的選擇［7］，再到制取氫氣時，教材只是列出一個表格，具體內容一帶而過［8］。為什么這樣？因為通過氧氣、二氧化碳的學習，學生已經掌握了實驗室制取氣體的一般過程。可以看出，教材在素材選擇、結構編排的時候，力求達成三方面的目標，一是掌握相關物質的具體知識，二是體現這些物質的應用價值，第三還要逐步形成研究物質的一般思路與方法。

二、學習情況分析

通過對不同層次的學生進行課堂觀察和問卷調查，發現多數學生在物質主題學習方面存在一些問題。

一是獨立的知識掌握較好，知識與知識之間的關聯性理解不夠。舉個簡單的例子，氧氣的物理性質有哪些？實驗室常用哪些方法收集氧氣？氧氣為什么可以用這些方法收集？學生回答第3個問題的正確率明顯低于第1、第2個。究其原因，就是學生在學習第1、第2個問題的時候是相互割裂的，沒有在氧氣性質與收集方法這兩個知識之間建立起必要聯系。有些學生甚至依靠背誦來學習化學，到了總復習階段，背和默甚至成為某些初中化學課堂的常態，化學學習怎么會不枯燥乏味、一潭死水呢？

二是對教科書上重點要求的物質掌握較好，對研究物質的思路方法掌握不夠。比如，學生知道實驗室可以用高錳酸鉀制取氧氣，也知道實驗室通常用排水法或向上排空氣法收集氧氣，還知道可以用帶火星的木條檢驗氧氣是否已經集滿。但面對諸如實驗室制取氣體的一般思路與方法是什么、選擇實驗室制取氣體發生裝置或收集裝置時一般需要考慮哪些因素之類的問題時，許多學生顯得無從下手。能知道某些具體的知識內容，但是對知識內在規律的掌握明顯不到位，只見樹木，不見森林。這個問題只有在知識的不斷應用中逐步解決。

三是物質知識的具體內容掌握較好，但知識運用的靈活性不夠。如果僅僅知道學科知識而不能運用，該知識真正的價值就很難體現出來。就像僅知道酸和堿能發生中和反應是不夠的，還要在吃皮蛋的時候能正確選擇蘸酸醋還是醬油（這里暫不考慮個人口味因素），這才體現知識的生命與價值。“學”和“習”都只是一種生命過程，“學會”和“習得”才給學生核心素養的提升插上翅膀。

筆者認為，物質主題教學不僅在于幫助學生掌握幾種重要的化學物質，還必須幫助學生理解化學學科研究物質的一般思路與方法，否則就不能稱之為“學會”或“習得”。思路與方法的掌握，僅僅靠講解、告知是不能達成的，學生必須在經常性的運用過程中不斷體驗與感悟，才能內化為自身的科學素養。

三、基于內需驅動的復習教學過程

基于課程標準和教材對物質主題的應然狀態的分析，結合學生實然狀態中出現的這些問題，筆者在激發學生深度學習物質主題方面做了一些思考與實踐，“奇妙的管道通”一課就是總復習階段的典型課例。本節課的學習目標確定為：

（1）以管道通為背景，再認識常見堿、常見金屬、常見鹽的性質與用途；

（2）依據常見堿、金屬、鹽的學科知識，形成分析與探究物質成分、性質、用途、獲得的一般思路與方法，提升認識物質的能力；

（3）進一步運用科學探究的學習方式，體驗物質變化之美。

本節課主要包括三個教學環節。

環節一廚房間的下水道堵塞了，怎么辦？

問題：廚房間的下水道堵了，怎么辦？并用視頻展示使用管道通疏通下水道的效果。

交流：學生分析可能導致廚房間下水道堵塞的物質有哪些，并自由言說可能的解決方法，以及每一種解決方法涉及的原理。

設計意圖：根據日常生活經驗——下水道堵塞，學生的第一反應自然是用鐵絲等硬物進行疏通，但看了管道通方便而快捷的疏通效果之后，很自然地調動起學生探究其工作原理的欲望。此時，教師給予一定的引導，先思考哪些物質可能會堵塞廚房間的下水道，再通過觀察管道通的成分標簽，自然引導到下一個環節。

環節二管道通為什么能夠疏通下水道？

問題：管道通中的各成分分別能起什么作用？

討論：學生根據管道通的成分——氫氧化鈉、鋁、硝酸鈉，分別回顧堿、金屬、鹽的化學性質，并將這些性質與可能導致下水道堵塞的物質進行一一比對，嘗試尋求管道通的工作原理。學生比較容易發現氫氧化鈉對油脂、蛋白質的強腐蝕作用，困難發生在難以找到鋁、硝酸鈉所起的作用。在此基礎上，教師演示氫氧化鈉固體、鋁粉、硝酸鈉固體混合物滴加水時發生的變化。

問題：管道通使用過程中，氣體是怎么產生的？

方法指導與實驗探究：引導學生用排列組合的方式，結合分組實驗，探究氫氧化鈉、鋁、硝酸鈉怎樣組合時，遇水產生氣體。通過實驗發現氫氧化鈉、鋁和水混合時能產生氣體，再進一步猜想、驗證硝酸鈉的可能作用。

問題：氫氧化鈉、鋁和水反應產生的氣體是什么？

方法指導與實驗探究：引導學生分析面對的問題，從實驗室制取氣體相關知識出發，選擇適當的發生裝置、收集裝置，并猜想氣體可能的成分、選擇對應的檢驗方法，最終得出結論：有氫氣產生。進而猜想產生氣體對疏通管道起到的作用。

設計意圖：金屬、堿、鹽都是初中化學學習中必須掌握的重要物質，如何進行復習？如果只是回顧一下所學知識，應用這些知識解幾道題，雖不能說這種教學無效，但可以說這種教學是不可能激發學生的學習內需的，更無法真正形成研究物質的思路與方法。當把所學知識無痕嵌入學生觸手可及的生活情景中，這種情景對學生來說既有一定的挑戰，又在學生的最近發展區內，學生學習的欲望自然高漲，運用知識就變得順理成章，并在運用的過程中逐步形成能力，提升素養。

環節三怎樣使用、保存和獲得管道通？

任務：每位學生寫一則管道通“使用注意事項”和“保存注意事項”，并與商品標簽提供的信息進行比對，交流各自的優點和缺點。

設計與交流：如果你是一家化工廠的工程師，你會怎樣生產管道通？

設計意圖：真正認識一種物質，需要有一個立體而全面的了解。撰寫使用說明書和保存注意事項，完全可以考查學生對管道通中各組分的性質究竟掌握到什么程度，是科學的還是錯誤的，是全面的還是片面的。當學生設計出一個相對合理、完善的獲得管道通的流程的時候，甚至依稀感覺到自己可以生產管道通了，雖然這與真正的生產流程還有一段距離，但這種感覺對激發學生學習化學的內驅力，是無法估量的。

四、特色分析

美國教育學家施瓦布（JosephJ.Schwab）認為，學生是主動、積極的探究者；教師是具有反思性能力的指導者，教師不是把單一結論傳授給學生，要幫助學生結合知識產生的情境來理解學科知識［9］。學生學習的困難之處，就是教學設計的著力點，也是學習內需提升的制高點。“奇妙的管道通”一課在這里著力，無疑對學生更好地掌握氫氧化鈉和鋁的相關知識、提升化學學科素養是有益的。

（1）真實而切合的情景設置

在《一個孤獨漫步者的遐想》的作者盧梭看來，教師應該不斷地向學生提供能夠激發他們興趣、好奇心、思考甚至能讓他們激動的活動。康德甚至把這一原則確定為“人類理解力的基礎”之一。廚房間下水道堵塞，不僅是非常真實的生活經驗，而且能很好地切合到金屬、堿、鹽等學科知識。將類似的、與學生生活經驗緊密相關的情景運用到物質主題的復習教學中來，要求學生深入理解學習情境，把握情境的關鍵要素，在情境與學科知識之間建立鏈接，從而順利實現學科知識的遷移運用。這時，深度學習也就發生了。

（2）及時而恰當的思路點撥

美國課程專家艾里克森（H.LynnErickson）認為：“提高學業標準更多的是要求思維能力的提升，而不是掌握更多的事實內容”。比如，物質的組成結構、性質變化等具體知識是靜態的，只有不斷地運用這些具體的知識，學生才會逐漸感悟、提煉出物質研究的一般思路與方法：性構相依、實驗探究等。如果學生能夠熟練運用這些，那么他就不是僅僅掌握教材上有限的那幾種物質了。類似的，學生也可以獲得更多概念與原理等其他知識。

（3）切實而有效的能力提升

化學學習能力的形成和發展，是通過化學知識、技能和策略的獲得及其廣泛遷移，從而使它們得到不斷綜合和概括化而實現的［10］。氫氧化鈉溶液與鋁粉這個反應本身已經超越了初中階段的要求，但本課并未從化學反應的角度提具體要求，而是緊緊圍繞常見金屬、堿、鹽的性質，氣體制備與檢驗等關鍵知識或方法進行展開，具體事實僅作為工具來幫助學生發展深層理解力，學習重心已經從記憶事實轉移到理解可遷移的核心觀念和更為根本的知識結構。這與《學會生存》中提出的要突破學校教育的狹隘眼界的觀點是一致的。把化學學習擴展到人的一生，成為每個人最基本的生存能力之一，成為整個生命的重要組成部分。

（4）持續而深化的內需發展

要讓學生真正地喜歡化學，就需要教師“引發學生的深層興趣，把他推向課堂學習的關鍵性問題，而不是滿足于維持一種只在活動期間占據其思維的淺層興趣［11］”。如何才能引發學生的深層興趣？本課從三個方面給出了答案。一是真實的教學情景：廚房間的下水道堵塞了，怎么辦？二是形成認知沖突：氫氧化鈉、鋁、硝酸鈉分別與水都不會發生反應，為什么管道通加水時會發生劇烈反應，還產生氣體？三是讓學生體會到認知價值：學好化學，我也能為產品撰寫使用、保存說明書，甚至還能“生產”管道通。

（5）科學而合理的風險認知

“功與過”“利益與風險”“價值與危害”歷來都是造成化學與社會關系復雜的根源，也是人們經常需要權衡、甚至“做出決定”的問題。濃氫氧化鈉溶液能夠很好地腐蝕油脂和蛋白質，使用不當也會對人造成傷害；管道通在使用過程中產生氫氣，能夠有助于疏通管道，但遇到明火又極易產生爆炸……我們教學設計的情景來源于學生生活實際，但教學過程不能簡單化和模式化［12］。我們不但要使用生活實例來設計教學，賦予化學課程以生命的活力，還要把學科知識與學生的認知水平、能力水平與情感發展的多重需求相結合，從這些情景中尋找出與化學教學相適應的信息和線索，讓學生逐步形成科學而合理的風險認知，將其編織成真實而奇妙的化學課堂！

［1］［2］中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）［M］.北京：北京師范大學出版社，2012：1，18

［3］許燕紅，邱桂凱.元素化合物知識教學方法的探討［J］.中學化學教學參考，2006（5）：22-23

［4］中學化學國家課程標準研制組.義務教育課程標準實驗教科書·化學（上冊）［M］.上海：上海教育出版社，2008：103-108

［5］中學化學國家課程標準研制組.義務教育課程標準實驗教科書·化學（下冊）［M］.上海：上海教育出版社，2015：90-98

［6］［7］［8］中學化學國家課程標準研制組.義務教育課程標準實驗教科書·化學（上冊）［M］.上海：上海教育出版社，2015：35-37，43-45，117

［9］韋冬余.施瓦布科學探究教學思想研究［D］.上海：華東師范大學，2013

［10］高劍南，王祖浩.化學教育展望［M］.上海：華東師范大學出版社，2001：76

［11］安德烈·焦爾當.學習的本質［M］.上海：華東師范大學出版社，2015：81

［12］胡崇安，丁偉.化學元素符號的巧妙教學［J］.化學教育，2012（8）：73-74

1008-0546（2016）11-0013-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.005

*本文為教育部基礎教育課程教材發展中心“深度學習”教育改進項目的研究成果之一。