基于“科學風險認知與決策能力”的實踐和思考

王澄

摘要：科學風險認識和學生決策能力培養是目前不可回避的問題。文章通過對“維生素C的探究”的教學實錄，探討如何在教學中基于科學風險認識設計高三化學教學過程，提升學生決策能力，形成對化學的科學認識。

關鍵詞：科學風險；認知；決策能力；科學認識

文章編號：1008-0546（2017）02-0044-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.014

在西歐和瑞典， 調查報告顯示67%的公眾認為沒有化學，社會會發展得更好。對本地區高中學生問卷調查的結果顯示，學生認為危險性最大的學科是化學。今天的學生就是未來的公眾， 從科學傳播的高度上理解化學是目前亟待解決的問題。 要使未來的公眾理解化學科學，可以在化學教學中合理分析科學風險，在課堂上讓學生對有風險性的化學科學有正確的認識。

一、設計思想

“風險”一詞的由來有多種說法，學術界對于“風險”也沒有嚴格的統一定義。 目前被普遍認同的定義是“無法預測、無法確定的危險”或“面臨的傷害或損失的可能性”。基于對“風險”的理解，結合化學學科特點，“科學風險”可以被理解為：在技術發展運用過程中，帶給社會與人類的人為的風險，如新能源開發、新物質、新技術使用等。[1]本文所闡述的“科學風險”認知是指學生對科學風險產生的原因、可能后果及防范的認識；“決策能力”則特指學生面對復雜條件，經由研討、爭論與權衡利弊，形成結論并為此提供證據的能力。基于科學風險議題對化學教學中的問題進行討論，能夠加深對生活的認識，激發學生的學習欲望。基于科學風險認知的教學，將科學風險作為學習情境，能夠為學生提供交流意見、互動協商的平臺，促使學生分析與評價各種信息，做出合理的抉擇，對科學道德議題進行明智的判斷。 決策能力是一般學科能力，也是目前高校選拔人才的重要參考。筆者選取了高三第一輪有機化學復習專題中“維生素C的探究”為課題，基于科學風險進行教學設計，分五個環節進行教學實踐，反思、改進教學過程，形成觀點。 現將教學實錄與反思闡述如下。

二、教學實錄與反思

環節一：感知維生素C的用途

[PPT投影]水果、蔬菜、維生素C藥片、維生素C飲料。小學四年級語文課本中的“維生素C的故事”。壞血病的體征、病理。

[師生互動] 為什么維生素C在小腸和血液內可以幫助Fe2+的吸收？維生素C體現了什么性？（生1：維生素C能防止Fe2+被氧化為Fe3+， 體現維生素C的還原性）

教學反思：小學語文課文中出現維生素C，說明了維生素C是社會關注度較高的話題。大量服用維生素C也是一個具有科學爭議性問題。在學生熟悉的場景下，選擇維生素C為切入點，不僅能激發學生學習的興趣，更體現了科學風險選題的特點，即問題的社會關注度，能引發大家討論的。

環節二：探究維生素C的性質

[實驗探究]根據提供的實驗藥品和自己的興趣好愛，探究維生素C的還原性。

實驗物品：飽和維生素C溶液1瓶，KMnO4溶液1瓶，FeCl3溶液1瓶，KSCN溶液1瓶，白瓷點滴板一塊。

[學生活動]獨立思考、完成實驗方案、進行實驗預測，小組討論、分享討論結果。

（生2：方案一、在點滴板中滴加維生素C溶液，再滴加FeCl3溶液， 再滴加KSCN溶液， 無血紅色出現）。

（生3：方案二、在點滴板中滴加FeCl3溶液，再滴加過量維生素C溶液，再滴加KSCN溶液，無血紅色出現）。

（生4：方案三、在點滴板中滴加FeCl3溶液，再滴加KSCN溶液，溶液變為血紅色，再滴加維生素C溶液，血紅色褪去）。

（生5：方案三、在點滴板中滴加KMnO4溶液，再滴加維生素C溶液，紫紅色褪去）。

[學生活動]分組實驗，記錄實驗現象。與實驗預測對比分析實驗結果。

[學生自評]評價你設計的方案。

（生2：實驗過程中，我們就滴加了1滴FeCl3溶液，但還是過量了，有血紅色出現，這個方案中維生素C溶液和FeCl3溶液的量不好控制）。

（生3：我們為了保證維生素C過量，就多加了幾滴，結果就從點滴板的孔穴中溢出來了，過量也不好控制）。

（生4： 我們加的FeCl3溶液和KSCN溶液都是1滴，溶液變為血紅色，再滴加維生素C溶液2滴，血紅色就褪去了，現象很明顯）。

（生5：我們滴加了1滴KMnO4溶液，維生素C溶液一進去，紫紅色褪就去了，現象也很明顯）

[學生活動]修正實驗方案，投影學生6修正后方案。（見圖1）

教學反思：科學風險體現的一個重要方面就是人為的風險。這一環節的實驗探究，不僅讓學生體驗完整的探究過程，而且讓學生了解基于科學風險的探究不是為了得到一個唯一的解決方案，而是對各種可能的考慮。多種實驗方案的實踐讓學生了解問題解決的可能性，理解不同順序背后的結果。 自評的方式能讓學生對自身進行理性的批判和思考，選擇切實可行的方案，做出合理的決策。

[過渡]為什么維生素C具有強還原性，化學與生活的書中給出了這個問題的答案。

環節三：認識維生素C的結構

[PPT投影]高二選修《化學與生活》中關于“維生素C”的內容。（見圖2）

[教師活動] 請同學們將維生素C結構簡式謄寫在學案上，并寫出維生素C的分子式、官能團的名稱。

[學生活動] 投影答案， 分析分子式書寫過程。（生7）。

[師生互動]教師：你能否從結構上解釋，為什么維生素C是水溶性的維生素？

（生8：維生素C中一共有6個碳原子，卻有4個羥基，羥基溶于水，會和水分子形成氫鍵，所以維生素C是水溶性維生素）

教師：根據維生素C的結構和所學的知識，預測維生素C還能發生哪些反應？（生9：加成反應）

教師：維生素C的什么官能團體現決定了它能發生加成反應？（生9：碳碳雙鍵）

教師：還能發生什么反應？（生10：水解反應）

教師：什么官能團？反應的條件？（生10：酯基，在酸性或堿性條件下水解）

教師：水解反應是取代反應的一種，什么官能團也能發生取代反應？（生10：醇羥基）

教師：和什么物質反應？反應的條件？（生11：和羧酸，在濃硫酸加熱時發生酯化反應）

教師：酯化反應也是取代反應的一種，除此之外醇羥基還和什么物質反應？反應條件是什么？屬于什么反應類型？（生12：和溴化氫，在濃硫酸加熱時發生取代反應）（生13：成醚，在濃硫酸加熱時反應取代反應）（生14：在濃硫酸加熱時反應消去反應，生成碳碳雙鍵）

教師：根據同學的梳理分析，我們得到了維生素C的結構和性質的關系圖，根據維生素C的結構，請大膽預測一下，維生素C是否具有酸性？（生15：應該沒有吧，沒有羧基和酚羥基啊，醇羥基沒有酸性）

[過渡] 可是在《化學與生活》的課本中維生素C被稱為抗壞血酸，那維生素C到底有沒有酸性？實驗讓我們眼見為實。

[學生實驗] 在白瓷點滴板孔穴中放入一張藍色石蕊試紙，用膠頭滴管吸取維生素C溶液，滴在藍色石蕊試紙上，藍色石蕊試紙變紅，維生素C呈酸性。

[師生互動]教師：你能否從基團間相互影響的角度，分析維生素C呈酸性的原因？（生15：在維生素C分子中，C=C影響了與其相連的羥基上的氫原子，促使它比乙醇分子中羥基上的氫原子更易電離。）

教學反思：學生對科學風險的認知應該基于對科學知識的掌握，問題的解決注重知識的綜合應用。基于這一認識，本節課教學內容的重點還是學生對學科知識的學習。對于維生素C一般性質的演繹體現了結構決定性質的重要學科思想；對于維生素C酸性的論證，體現科學風險背景下學科知識的不確定性。雖然每一類問題的解決具有一定的方法，但是許多相關的問題與很多因素有關，無法僅僅根據一般的科學知識做出判斷，要通過多種視角理解科學，甚至包括學科以外的知識。[2]

[過渡]正因為維生素C的重要作用，化學家們在深入研究了維生素C結構的基礎上，研制出各種合成維生素C的方法，有一條工業合成路線如圖所示。

環節四：理解維生素C的合成

[PPT投影]維生素C的合成路線

思考：1. 上述①～⑥反應中，屬于加成反應的有_________________（填數字序號）。

2.A～G七種物質中與C互為同分異構體的有____________

（填字母序號）。

3.H的結構簡式是 __________________。

4.比較D和G的結構可知，G可看成由D通過氧化得到。工業生產中在第⑤步氧化的前后設計④和⑥兩步的目的是 ________________________。

[學生活動]獨立完成思考題，小組交流，投影匯報交流。（生16）

[過渡]隨著合成工藝的發展，維生素C保健品琳瑯滿目。生活中隨之出現一個話題，海鮮和維生素C一起會中毒。這個觀點依據的理由是，維生素C能將低毒的As2O5還原為劇毒的As2O3。這種說法是真的嗎？

教學反思：科學知識的不確定性，導致維生素C合成有多種路線。結合高三第一輪復習的特點，對南京市一模試題進行改編。第4小題的解決，需要學生根據醇羥基的性質，預測氧化過程中的風險，從而解決問題。本環節中學生利用自主學習、小組交流匯報的方式組織學生有效開展學科知識討論。這種教學方式培養了學生傾聽他人思想的習慣，掌握與人溝通的技巧。

環節五：體驗維生素C的測定

[PPT投影]百度鏈接：中國的檢測標準海鮮類產品砷元素含量為0.5 mg/kg以下為合格。海鮮中的砷元素主要為低毒的As2O5，有劇毒的是As2O3，成年人一次性攝入As2O3與體重的比值為0.8 mg/kg時，有可能導致中毒死亡。維生素C能將As2O5還原為As2O3，以體重為50 kg的成年人為例，一次性攝入40 mg As2O3可能中毒。根據方程式2C6H8O6（維生素C）+As2O5（微毒）2C6H6O6+As2O3（劇毒）+2H2O，計算生成40 mg As2O3，需要多少毫克的維生素C？

[學生活動]獨立計算，小組交流，投影匯報交流。（生17：40 mg As2O3=0.202 mmol As2O3，和0.404 mmol維生素C發生反應，0.404 mmol維生素C=71.1 mg維生素C）

[過渡]71.1 mg維生素C到底有多少呢？

[師生合作]以一個橙子為例，榨汁機攪碎后，放置于錐形瓶中，加入淀粉，無明顯現象，生18在潤洗過的酸式滴定管中加入0.1 mol/L的碘酒，調0后逐滴加入錐形瓶，眼睛注視錐形瓶顏色變化，等錐形瓶中混合物變藍色，且半分鐘內不褪色，停止滴定，讀數后可得，消耗碘酒的體積為4.20 mL。根據反應方程式C6H8O6（維生素C）+I2═C6H606+2HI，計算這個橙子所含維生素C多少毫克？

[學生活動]自主互助，匯報交流。（生18：0.1 mol/L的碘酒4.20 mL=0.42 mmol I2，和0.42 mmol的維生素C反應，0.42 mmol的維生素C=73.92 mg維生素C。這個橙子中的維生素C含量為73.92 mg）

[過渡]1只橙子所含的維生素C的量都能反應生成致死的砷元素的量， 那剛剛這種說法是真的嗎？再算算需要多少海鮮吧。

是不是說明維生素C就沒有危險呢？

[學生活動]獨立計算，匯報交流。（生19：40 mg As2O3=0.202 mmol As2O3=30.3 mg砷元素，海鮮類產品砷元素含量為0.5 mg/kg以下為合格，海鮮的質量應該大于60.6 kg）

[師生互動]教師：一個50 kg的成人，需要一次性食用多少橙子和海鮮才可能中毒？（生20：一個橙子和121斤的海鮮）

教學反思：提出生活中爭議性較大的話題，海鮮和維生素C一起是否會中毒？利用科學知識方法促進學生思維，利用信息數據定量分析明確風險的大小，引導學生進行批判性思維。多因素考慮是否會中毒，體現了科學風險認知過程中考慮問題的復雜性。倡導學生對觀點提出質疑，提出個人主張，討論因果關系，做出理性決策。

[過渡]小學四年級語文課本90頁，強調了補充適量的維生素，過量之后有什么影響呢？

[PPT投影]國外權威機構研究的過量服維生素C的風險。

[學生活動]討論如何正確攝入維生素？

（學生自由發揮，根據自己的理解，從補充維生素的途徑、補充維生素的對象、補充維生素的目的等多個角度對正確攝入維生素C做出了闡述和討論，同時分享本節課的學習收獲和困惑）

教學反思：如何正確攝入維生素C這一議題提出體現了風險事件的內部特征，即問題的爭議性。這一問題的討論幫助學生從了解科學知識到廣泛地了解科學和世界，從簡單對錯判斷到對問題進行多方面復雜評價，從依據有限知識和教師指導做出決定，到依據廣泛研究，不經指導而獨立做出決定。

三、實踐反思后形成的結論

基于科學風險認知的化學教學，能夠對培養學生科學素養、發展學生創造性思維能力、形成強烈的社會責任感起到積極作用。有效地實現由“科學知識”→“風險認知”→“決策能力”的能力培養與提升。

筆者考慮了化學學科特點、學生學習興趣和現有的實驗水平等因素，將本節內容分為5個環節開展教學，形成鮮明的知識線：用途→性質→結構→合成→測定，構建了學生的認知線：感知→探究→認識→理解→體驗。在“環節二”中，學生由還原性設計實驗。在實驗探究過程中，通過操作中出現的與預期不一樣的現象，認識到近期的、主觀的、顯性的實驗風險，最終選擇了科學合理的實驗方案，提升決策能力。在“環節三”中，學生用碳碳雙鍵和醇羥基無法解釋維生素C的酸性，認知到科學風險的不確定性。在小組討論過程中，韋某曾猜測“是否是維生素C的酯基水解得到羧基，呈現酸性”，這個觀點，被同組的梁某否決，理由是短時間水解需要催化劑，維生素C水溶液水解的程度不大。這個小組討論中的插曲體現了學生在已有認知的基礎上，會理性分析提出的問題，進行科學決策。在“環節四”中，筆者改編了模考試題，利用前3個小題強化“結構決定性質”的學科觀點，在學生掌握科學知識的基礎上，預測醇羥基在氧化過程中的隱性的風險，從而做出正確的決策，解決相關問題。在“環節五”中，利用現實中的風險設計情景，在認知相關反應的基礎上，利用定量計算的方法分析分險的大小，最終對話題的真偽做出決策。本節課的各個欄目，均有基于風險認識的個性化的欄目，幫助學生提高決策能力。課堂中由學生參與攝入維生素C方案的決策，體驗遠期的、隱性的、客觀的大的風險，運用化學知識和原理進行決策，初步樹立運用化學學科知識進行決策的意識。在教學過程中，學生體驗了完整的決策過程（見圖3）。

高三化學教學中研究科學風險的目的是為了讓學生在已有認知的基礎上，發現化學學科真正的價值，使學生對化學學科從有興趣、有樂趣到有志趣。基于科學風險的教學最終目標是使學生掌握相關科學知識，并在此基礎上發展學生的認知水平，提升學生的決策能力。化學教學中研究科學風險的最終目的是要在安全的水平上發展化學，使大眾認識到任何新物質的發明都是為了促進人類的發展和進步，風險的產生是因為科學在發展過程中都會經歷從不完善到完善的過程，最終能使整個社會正確公正地肯定化學的價值與意義。

參考文獻

[1] 徐光靜.對中學化學教育中科學風險認知教育的審視「J].中學化學教學參考，2015（10）：14-15

[2] 孟獻華，倪娟.化學教學中的風險議題選擇與應用「J].化學教學，2016（02）：34

[3] 宋敏.中學化學教學中學生決策能力的培養「D].東北師范大學，2005：7-9