打破知識本位及促進觀念建構的化學教學

田軍

摘要：論文提出了建構“化學基本觀念”的化學教學，即在化學教學中，要從化學的視角培養學生認識事物和解決問題的思想、觀點和方法。論文基于化學觀念建構視角，進行了“乙烯”的教學實踐，并從“化學變化觀”和“化學實驗觀”的角度進行思考。

關鍵詞：乙烯；教學；知識本位；觀念建構；化學基本觀念

文章編號：1008-0546（2016）08-0013-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.005

一、教學設計理念

德國著名物理學家、諾貝爾獎獲得者馮·勞厄（M.vonlaue）曾經說過，教育所給予人們的無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西。不可否認的是，隨著時間的流逝，人們在學校所學習的大量的學科知識都將逐漸淡化甚至遺忘，真正伴隨人們一生發展的是獲得知識時的觀念和方法以及知識升華后留下的思想。在化學教學中，通過引導學生對化學知識的學習和對化學學科思想的理解，學生能夠建構起從化學的視角認識事物和解決問題的思想、觀點和方法，即所謂“化學基本觀念”。

化學基本觀念具體包括：元素觀、微粒觀、變化觀、實驗觀、分類觀以及化學價值觀。

化學基本觀念不以現成結論的形式出現在教材中，而是內隱于事實、概念、原理等具體的化學知識及其體系中，并隨知識層次的推進而發展及深化。

在學習乙烯之前學生已經學習了以甲烷、乙烷為代表的烷烴結構（結構式、電子式、結構簡式）及性質（重點是取代反應）等基礎知識，學生也掌握了碳的四價理論，為乙烯的學習鋪墊了基礎。

要讓學生通過對乙烯分子結構、性質、用途等具體知識內容的學習，親身體驗化學知識的發現形成過程，體會所學知識的應用價值，感悟到化學知識中蘊含的思想、觀點和方法，將知識內容轉化為化學觀念。

二、教學過程

1. 乙烯物理性質教學

首先進行[知識競答]：家里有些青桔子和熟蘋果，如何更快地讓青桔子變成熟？

從乙烯的用途之一——催熟劑出發，通過創設水果催熟的情境來引入課題，以激起學生學習的好奇心。

然后提出[問題]：乙烯具有哪些物理性質？

通過展示儲氣瓶中的乙烯，學生可以直觀觀察到乙烯的顏色、狀態、溶解性等性質。對于乙烯的密度，給出提示：“乙烯分子比乙烷分子少兩個氫原子，可從相對分子量角度分析其氣體密度”。這也為研究乙烯的結構埋下伏筆。

2. 乙烯分子結構教學

引導學生進行[問題討論]：乙烷分子中再去掉兩個氫原子后分子式是C2H4，根據碳原子形成四個價鍵、氫原子形成一個價鍵的原則，其可能的結構式應該怎樣？

讓學生自己動手搭出乙烯分子的球棍模型——平面形。再寫出乙烯的分子式、電子式、結構式、結構簡式。并回顧乙烷的結構和性質完成表1。

學生對自己搭出的平面結構，和碳碳雙鍵印象很深。再讓他們結合表1中給出的鍵能數據，通過比較碳碳單鍵與碳碳雙鍵鍵能大小，分析得出雙鍵中其中一個鍵鍵能較小，易斷裂。繼續探討表1的問題：乙烯與乙烷的結構差別很大，它能否使溴水或酸性高錳酸鉀褪色呢？

3. 乙烯化學性質教學

進行[實驗探究1]：將乙烯注入盛有酸性高錳酸鉀溶液的稱量瓶中，觀察溶液顏色的變化。

學生討論后發現將乙烯通入酸性高錳酸鉀溶液發生了氧化反應。乙烷不能使酸性高錳酸鉀溶液褪色，那么它能發生氧化反應嗎，引出乙烷的燃燒氧化。那么乙烯燃燒有怎樣的現象呢？

教師[演示實驗]：點燃儲氣瓶中的乙烯，觀察燃燒時火焰的顏色。師生分析現象，解釋結論，并與甲烷燃燒現象作比較。

進行[實驗探究2]：將乙烯注入盛有溴水的稱量瓶中，觀察溶液顏色的變化。討論乙烯的加成反應。

乙烯的加成反應是開展探究教學的好素材。課堂上教師先給出兩個信息：

信息1：CH3CH3 + Br2■CH3CH2Br + HBr

信息2：溴乙烷不溶于水，在水中也不能電離出溴離子，是非電解質。

讓學生根據所給的兩個信息討論：如何驗證溴與乙烯之間的反應是不是取代反應？接著讓他們自己設計實驗方案（見表2），進行實驗探究。

學生在討論后提出用AgNO3溶液來檢驗生成物HBr中的溴離子，用pH試紙來檢驗氫離子。然后進行實驗，把AgNO3溶液加入到褪色后的溶液中，結果發現有淡黃色沉淀生成，用pH試紙測溶液pH約為3。

因此，反應后溶液有溴離子和氫離子。那么，問題來了，有這兩種離子能說明此反應是取代反應嗎？學生經過討論，發現溴與水就可以反應生成氫溴酸和次溴酸，也就是說，溴水中本身就有這兩種離子。上述兩種實驗方案是不嚴謹的。學生思考后，提出新的思路，可以連續測定反應過程中的氫離子濃度，如果是取代反應，會生成HBr，氫離子濃度會增大，pH就會顯著變小。

教師[演示實驗]：用pH傳感器測定乙烯通入溴水的pH值變化，實驗結果見圖1。

從圖1可知，反應過程中氫離子濃度沒有明顯增大，反而有所減小，因此，上述反應不是取代反應。那么它是什么反應類型呢？聯想乙烯的結構，乙烯分子中的雙鍵中的一個碳碳鍵容易斷裂，再輔以動畫，讓學生建立化學反應的模型，進而形成加成反應的概念，完成相應化學反應方程式。再讓學生鞏固應用，寫出乙烯與H2、Cl2、HCl、H2O的加成反應方程式，強化概念，深化對加成反應的理解。

[過渡]在適當的溫度、壓強和催化劑條件下，乙烯雙鍵里的一個鍵會斷裂，可與其它物質發生加成反應，若不外加其它物質，若有反應發生將是怎樣呢？

請幾名同學張開雙臂，手拉手，演示乙烯加聚過程，加深對加聚反應的理解。寫出反應方程式。

同時聯系生活，強調聚乙烯塑料的應用和污染。學生[觀看視頻]：乙烯在生產和生活中的應用，并總結。再師生討論乙烯的用途。最后進行課堂小結與達標測評。

三、教學反思

1. 依據化學變化觀，進行基于學科思想建構的教學活動設計

化學學科思想蘊含在人們對物質組成、結構、性質及其變化的根本認識過程之中。化學基本觀念之一——變化觀有兩個基本觀點。第一，認識分子結構的基本思路：分子式→結構式（電子式、結構簡式）→立體構型；第二，物質組成、結構、性質及用途的認識關系：結構決定并能解釋性質，性質決定用途并印證了結構，用途反映了性質。它們的關系可以用圖2表示：

綜合考慮化學科學的知識邏輯和學生學習的認知邏輯，本節課從學習思維方式看，讓學生通過與乙烷的結構和性質的比較，動手搭出乙烯的結構模型，運用“結構決定性質”的化學變化觀念，又從性質印證結構的方法學習乙烯，再通過實驗事實與現象研究乙烯的性質，形成對有機物結構與性質關系的認識，為學生應用正確的思路與方法學習有機化學奠定基礎。

2. 依據化學實驗觀，設計可行性強且讓學生手腦并用的探究性實驗

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，實驗是化學學科賴以產生和發展的基礎。正如著名化學家傅鷹先生所說：“化學是實驗的科學，只有實驗才是最高法庭。”實驗探究是研究物質的重要手段和途徑，基于實驗事實的分析和推理是發現問題、解決問題以及形成新的疑問的關鍵。

化學來源于生活并服務于生活。筆者從農藥店里買到40%的乙烯利水溶液，它是一種常用的水果催熟劑。乙烯利在酸性介質中穩定，隨著酸性的減弱，逐漸分解釋放出乙烯。乙烯利在堿性環境中發生的反應為：ClCH2CH2PO3H2+4NaOH→NaCl+CH2=CH2↑+Na3PO4+3H2O以上制備，獲得的乙烯純度高，可以直接進行性質實驗。與用濃硫酸與乙醇反應相比較操作簡單，不需要加熱，也不需要除雜處理。

化學實驗探究應融入現代技術。近代化學的飛速發展和進步，有賴于現代實驗方法和技術的運用。利用數字實驗中的pH傳感器探究乙烯與溴水反應時溶液的pH變化來判斷反應的類型。乙烯跟溴水反應比較復雜，資料認為乙烯與溴水反應的主要產物有1，2-二溴乙烷和2-溴乙醇。有的有機化學教材認為反應過程是鹵素單質首先與水發生歧化反應，生成次鹵酸，然后烯烴再與次鹵酸加成生成鹵代醇；也有教材認為鹵代醇的生成主要是烯烴與鹵素單質及水共同作用的結果，會產生活性中間體溴鎓離子。通過傳感器測定反應過程中溶液的pH沒有明顯減小，反而有所增加，說明沒有產生大量H+，我們更傾向于前一種看法。當然，毫無疑問，乙烯與溴水的反應不是取代反應。

探究性實驗設計不是讓學生只是簡單地按照實驗步驟進行操作，而是讓他們理解實驗操作和實驗設計之間的關系。在實驗探究中，學生既動手完成了操作，又積極動腦進行思考，學會分析思考，當發現新的疑問后能及時調整實驗方案，帶著批判的眼光去解決問題，這是實驗探究教學所追求的目標。正如布魯納所說：“孩子們在教室里的所為和科學家在實驗室里的所為，只有程度不同，沒有本質區別。”

宋心琦教授曾精辟地指出：“學生能牢固地、準確地、哪怕只是定性地建立起基本的化學觀念，應當是中學化學教學的第一目標。背誦或記憶某些具體的化學事實性知識，當然是有價值的，但是更重要的價值在于它們是化學觀念及某些基本觀念的載體。”因此，中學化學教學必須超越對具體知識的學習，要以具體知識為載體，引導學生通過高水平的思維活動，形成化學基本觀念，即從“知識為本”轉向“觀念建構”。

需要強調的是，倡導“觀念建構”的化學教學，并不是任何一節課、任何知識內容都能建立起化學基本觀念。值得重視的是在具體化學知識教學中要關注知識內容本質，引領學生通過深刻思考和積極反思，從本質上認識和理解所學化學知識。

參考文獻

[1] 畢華林，盧巍.化學基本觀念的內涵及其教學價值[J].中學化學教學參考，2011，（6）：3-6

[2] 秦丙昌，何其戈.乙烯與溴水加成反應的研究[J].化學教育，2001，（5）：42-43

[3] 黃勇良.用乙烯利制備乙烯的方法 [J].化學教學，2012，（7）：46-47