重整教學主題 挖掘教學素材 培養(yǎng)科學精神

盧曉平+張賢金

摘要：基于科學精神培養(yǎng)的視角，從“烴”的整體教學規(guī)劃出發(fā)，進行教學主題內(nèi)容重整，將“烴”的教學重整為4個主題內(nèi)容。并以第4個主題中的第一部分內(nèi)容“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學為例，分析了本節(jié)課的教學素材的挖掘與前3個主題的前期教學準備的關(guān)系以及這些素材的作用。在此基礎(chǔ)上，利用化學史、科學實驗、儀器分析、科學理論等多種教學素材創(chuàng)設(shè)了系列問題情境，設(shè)計了“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學過程。最后，對如何進行整體教學規(guī)劃、挖掘教學素材、培養(yǎng)科學精神進行反思。

關(guān)鍵詞：教學主題；教學素材；科學精神；苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

文章編號：1005–6629（2017）3–0058–06 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1 問題的提出

隨著《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》研究成果的發(fā)布，全社會對核心素養(yǎng)的討論再次升溫，如何在教育教學中實現(xiàn)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)更是受到教育工作者的密切關(guān)注。科學精神作為學生發(fā)展核心素養(yǎng)的六大綜合表現(xiàn)之一，包括理性思維、批判質(zhì)疑、勇于探究3個基本要點，其具體描述見表1[1]。

從上述主要表現(xiàn)描述來看，科學精神的培養(yǎng)必然應(yīng)基于具體的化學課堂教學予以落實：在具體情境中，激發(fā)學生的好奇心和想象力；從化學史入手，通過科學家探索真理過程中不畏艱辛的意志、嚴謹求實的態(tài)度、敢于質(zhì)疑的精神感染學生，使學生產(chǎn)生情感共鳴，形成相應(yīng)的科學態(tài)度和科學精神；在科學探究的過程中，了解科學探究的基本程序，欣賞并體驗探究的艱辛和成功的喜悅，鍛煉思考、判斷能力，理解和掌握基本的科學原理和方法，逐步養(yǎng)成敢于質(zhì)疑、嚴謹求實、樂于實踐、善于合作、勇于創(chuàng)新等良好的科學品質(zhì)。要做到這一切的前提條件之一就是要把握住整體教學規(guī)劃、設(shè)定具體的教學內(nèi)容主題，深入挖掘教學素材，創(chuàng)設(shè)問題情境，從而推動科學精神的培養(yǎng)。下面，以“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學為例，就如何設(shè)定教學內(nèi)容主題，挖掘教學素材，培養(yǎng)科學精神作探索。

2 基于科學精神培養(yǎng)的“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”教學案例分析

2.1 設(shè)計思路

“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”一課是在學生學習掌握了烷烴、烯烴、炔烴的知識內(nèi)容，對脂肪烴的組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)關(guān)系有了初步了解基礎(chǔ)上，進入有別于脂肪烴的另外一類有機物——芳香烴的學習。“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”作為芳香烴學習的起點，前承脂肪烴，后啟芳香烴，構(gòu)成有機物知識網(wǎng)絡(luò)的重要一環(huán)。

本課授課對象為高一學生，根據(jù)筆者所在學校高一學生實際情況，設(shè)計中打破蘇教版高中《化學2》教材限制，整合選修模塊《有機化學基礎(chǔ)》內(nèi)容要求，對教材進行二次開發(fā)，從苯的發(fā)現(xiàn)史入手，設(shè)置問題情境，組成問題鏈，環(huán)環(huán)相扣，步步深入，設(shè)計了導(dǎo)課、苯分子式的測定、苯分子結(jié)構(gòu)的推測與驗證、科學家對苯的性質(zhì)與結(jié)構(gòu)的研究、得出結(jié)論這5個教學環(huán)節(jié)確定苯的分子結(jié)構(gòu)。教學過程中，循序漸進地實現(xiàn)多種教學素材的應(yīng)用，充分利用化學史、科學實驗、儀器分析、科學理論等多角度證據(jù)論證苯的分子結(jié)構(gòu)。通過設(shè)置探究苯的分子式、苯的分子結(jié)構(gòu)等問題情境啟發(fā)學生的好奇心和想象力，以科學實驗重現(xiàn)的方式計算出苯的分子式、利用現(xiàn)代信息技術(shù)通過互動任務(wù)激發(fā)學生大膽猜測苯分子結(jié)構(gòu)、把握學生對苯分子的高不飽和度與其化學性質(zhì)的認知沖突，積極尋求苯分子結(jié)構(gòu)的論證手段，從而引發(fā)學生的實證意識和嚴謹?shù)那笾獞B(tài)度，引導(dǎo)學生認識科學本質(zhì)，發(fā)展學生的批判意識與創(chuàng)新精神。

2.2 “烴”教學主題重整和教學素材的挖掘

為了充分說明苯的結(jié)構(gòu)，本節(jié)課使用的素材立足科學研究實際，結(jié)合化學史料、儀器分析結(jié)果以及現(xiàn)代價鍵理論力求從多角度挖掘教學素材[2～5]，論證苯的結(jié)構(gòu)。大部分素材內(nèi)容的使用需進行前期教學準備，故由“烴”的整體教學規(guī)劃出發(fā)，進行教學主題內(nèi)容重整，共分為4個主題，由淺入深、逐步深入、注重教學內(nèi)容的前后銜接以及對學生素養(yǎng)和要求的逐步推進，下面列出了各主題中前后相關(guān)的教學內(nèi)容（見圖1）。

上述教學主題的內(nèi)容設(shè)計，從有機物研究的基本程序出發(fā)，確立有機物分子式的確定、有機物的同分異構(gòu)體的書寫、有機物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系、有機分子結(jié)構(gòu)的儀器分析與應(yīng)用等4個主要教學內(nèi)容，這4個教學內(nèi)容在4個主題中重復(fù)出現(xiàn)，旨在使學生認同有機物研究的基本程序并逐步加深應(yīng)用：隨著知識的積累和教學的深入，教學實施過程中通常設(shè)置為初次介紹時教師講授、再次使用時教師引導(dǎo)下的學生探究和使用，直至最后實現(xiàn)學生的自主探究和綜合應(yīng)用。本節(jié)課“苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”是主題4第一部分內(nèi)容，其教學的實施基于前3個主題的教學準備下進行，本節(jié)課的教學素材的挖掘與前3個主題的前期教學準備的關(guān)系以及這些素材的作用見表2。

2.3 教學設(shè)計及過程分析

2.3.1 教學環(huán)節(jié)1——導(dǎo)課：從苯的發(fā)現(xiàn)史切入，了解科學發(fā)現(xiàn)的基本過程，建立苯分子組成的第一印象

[教師]播放視頻：苯的發(fā)現(xiàn)。思考并討論以下問題：

（1）“苯的發(fā)現(xiàn)”給你什么啟示，你認為開啟科學發(fā)現(xiàn)的驅(qū)動力是什么？

（2）法拉第為什么把苯稱作“氫的重碳化合物”，如何通過實驗證實并推測實驗現(xiàn)象？

[學生]討論、回答。

[教師]演示：苯在空氣中的燃燒。

設(shè)計思路分析：視頻資料“苯的發(fā)現(xiàn)”有以下幾個方面的作用：一是吸引學生的注意力，提高學習興趣；二是通過了解苯的發(fā)現(xiàn)史，使學生對科學發(fā)現(xiàn)的基本過程有一個初步的了解，理解開啟科學發(fā)現(xiàn)需要有好奇心的驅(qū)動；三是以“氫的重碳化合物”作為切入口，進行簡單的分析和實驗，使學生建立苯分子中含碳量高的第一印象，為下一個教學環(huán)節(jié)做好鋪墊。

2.3.2 教學環(huán)節(jié)2——苯分子式的確定：巧設(shè)情境，還原燃燒法測定有機物分子式的實驗過程，促進學生樹立嚴謹?shù)目茖W態(tài)度

[教師]如果你是當時研究苯的化學家，如何設(shè)計實驗測定苯的分子式呢？（已知苯分子中只含有C、H兩種元素）簡要描述你所使用的實驗裝置和原理。

[學生]討論、回答。

[教師]互動任務(wù)1：利用下面提供的實驗裝置，測定苯的實驗式，寫出裝置的連接順序。

[學生]思考、答題、提交。

[教師]互動任務(wù)2：已知同溫同壓下，苯蒸汽對氫氣的相對密度為39，根據(jù)以下實驗數(shù)據(jù)，寫出計算苯的分子式。

[學生]思考、答題、提交。

設(shè)計思路分析：通過角色設(shè)定“如果你是當時研究苯的科學家”，將課堂帶入到19世紀科學家研究苯的分子式的情境中，引導(dǎo)學生自主提出苯分子式的測定方法，并通過兩個互動任務(wù)確定苯的分子式，引發(fā)學生的課堂主體意識和學習積極性，通過具體的裝置和數(shù)據(jù)，重現(xiàn)當時苯分子式的測定過程，使學生建立科學知識或結(jié)論的得出必須經(jīng)過科學實驗或其他證據(jù)論證，促進學生樹立嚴謹?shù)目茖W態(tài)度。

2.3.3 教學環(huán)節(jié)3——苯分子結(jié)構(gòu)的推測：創(chuàng)設(shè)發(fā)散式問題情境，激發(fā)對話和想象力，引發(fā)課堂教學高潮

[教師]隨著苯分子式的確定，科學家們對苯的結(jié)構(gòu)進行諸多推測。

互動任務(wù)3：請你根據(jù)苯的分子式，利用不飽和度合理猜想苯分子的結(jié)構(gòu)（鏈狀、環(huán)狀、立體）。寫出至少三種假設(shè)。

[學生]思考、答題、提交。學生推測的苯分子結(jié)構(gòu)包括：

設(shè)計思路分析：在設(shè)計苯的結(jié)構(gòu)推測的互動任務(wù)時，沒有將學生的思維限定在固有的框架中，從學生現(xiàn)有的知識水平層面引導(dǎo)其利用不飽和度的概念，大膽推測符合苯的分子式的所有可能結(jié)構(gòu)（包含鏈狀、環(huán)狀、立體結(jié)構(gòu)），培養(yǎng)學生的創(chuàng)造性思維；同時借助校園網(wǎng)內(nèi)的教師端與學生端的互動優(yōu)勢，促進師生與生生對話，提高課堂時效，將課堂教學推向高潮。

2.3.4 教學環(huán)節(jié)4——苯分子結(jié)構(gòu)的論證：在認知沖突中，激起學生的求知熱情，求助科學家的研究，引導(dǎo)思考、反復(fù)論證，逐步揭示苯的真實結(jié)構(gòu)，建立科學結(jié)論通過多角度論證的實證意識

[教師]以上推測出的苯分子結(jié)構(gòu)，一類含有雙鍵、叁鍵等不飽和鍵，一類不含不飽和鍵，應(yīng)如何區(qū)分呢？

[學生]回答。

[教師]演示：苯與溴水反應(yīng)、苯與酸性高錳酸鉀溶液反應(yīng)。

[學生]得出苯分子中不含不飽和鍵。

[教師]設(shè)問：那么苯的分子結(jié)構(gòu)到底是怎樣的呢？為什么它的不飽和度很高，但卻沒有普通不飽和烴的性質(zhì)呢？

論證1：溴苯只有一種結(jié)構(gòu)，說明苯分子中的6個氫是等效的。苯的1H核磁共振譜圖證實以上結(jié)論。

論證2：凱庫勒式的提出，證實溴苯只有一種結(jié)構(gòu)，但無法說明鄰二溴苯只有一種結(jié)構(gòu)，因此凱庫勒式不能反映苯的真實結(jié)構(gòu)。

論證3：1930年代，科學家提出苯分子中存在一種特殊的共價鍵——離域π鍵（視頻觀看），解釋了苯結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的特殊性，因此苯的分子結(jié)構(gòu)可表示為 。

論證4：經(jīng)X射線晶體衍射測定的苯的晶體結(jié)構(gòu)圖證實苯分子是平面正六邊形結(jié)構(gòu)，其中的六個C-C等長，鍵長介于單鍵與雙鍵之間。

設(shè)計思路分析：分析學生推測的苯的分子結(jié)構(gòu)，引導(dǎo)其自主提出實驗，證實苯分子中不存在不飽和鍵，這與苯分子的高不飽和度組成形成了強烈的反差。這種認知沖突激起學生的求知欲和好奇心，但憑借其現(xiàn)有的認知水平又無法解決當前的問題，利用這一有效時機引導(dǎo)學生求助于科學家的研究結(jié)果，多角度論證，環(huán)環(huán)相扣、層層遞進，逐步揭示苯分子的真實結(jié)構(gòu)。在此過程中使學生體會到科學研究中敢于質(zhì)疑、善于假設(shè)、不斷檢驗的科學精神，了解現(xiàn)代儀器技術(shù)的發(fā)展對科學研究的重要性，形成從多個角度考查問題的實證意識。

2.3.5 教學環(huán)節(jié)5——課堂總結(jié)：水到渠成、得出結(jié)論，對苯分子的結(jié)構(gòu)形成系統(tǒng)的認識

[教師]總結(jié)：苯的分子式為C6H6，苯的結(jié)構(gòu)可以表示為： ，也可以表示為 ，苯分子是平面正六邊形結(jié)構(gòu)，六個碳碳鍵鍵長相等，介于單鍵與雙鍵之間，碳原子間存在一種特殊的共價鍵——離域π鍵。

設(shè)計思路分析：在層層深入、多方論證的基礎(chǔ)上，最終得出苯分子的真實結(jié)構(gòu)，適時進行總結(jié)，不僅使課的結(jié)構(gòu)更為完整，也使學生對苯分子的結(jié)構(gòu)有一個清晰的、系統(tǒng)的認識，為后面苯的性質(zhì)的教學構(gòu)建堅實的基礎(chǔ)。

3 結(jié)論與啟示

科學精神的培養(yǎng)教育是一個大工程，應(yīng)該從幼兒教育開始，延續(xù)至基礎(chǔ)教育、高等教育階段，實現(xiàn)科學精神培養(yǎng)由初級到高級的逐層累加效應(yīng)。具體問題情境下提供的科學實踐背景、豐富多元的教學素材以及整體教學規(guī)劃思路為科學精神的培養(yǎng)提供了肥沃的土壤。

3.1 科學精神需要在具體的科學實踐體悟過程中逐步培養(yǎng)

科學精神不是一朝一夕可以培養(yǎng)形成的，這是一個潛移默化的過程。科學精神無法通過教師的刻意說教得以發(fā)展，而是在具體的科學實踐體悟過程中，通過具體問題情境的創(chuàng)設(shè)，提供大膽質(zhì)疑、合理假設(shè)、實驗求證、結(jié)果分析、推理論證的契機，自發(fā)地引起好奇心、激發(fā)想象力，引發(fā)合作、思考與判斷，進而鍛煉邏輯思維能力，形成嚴謹求實的科學態(tài)度和堅持不懈的科學精神。

3.2 豐富多元的教學素材為科學精神的培養(yǎng)提供有力支撐

通過化學史、科學實驗、現(xiàn)代儀器分析和科學理論等多元化的教學素材，從不同的角度切入創(chuàng)造科學精神養(yǎng)成的教學情境，為科學精神的培養(yǎng)提供有力支撐。化學史的使用旨在喚起學生對科學家研究過程中體現(xiàn)的嚴謹求實、堅持不懈的科學精神的認同感，以及了解在科學研究過程中使用的科學方法，促進學生科學思維的鍛煉和科學方法的掌握；科學實驗為學生的科學探究提供了最有效的學習動力，有效地實現(xiàn)激發(fā)學習興趣和學習熱情的目的；現(xiàn)代儀器分析的素材應(yīng)用則為學生提供了聯(lián)系現(xiàn)實世界、了解科學研究實際的窗口，實現(xiàn)書本與現(xiàn)實世界的有效銜接。

3.3 整體教學規(guī)劃是科學精神培養(yǎng)的有效教學組織形式

在深化課程改革，注重核心素養(yǎng)的新環(huán)境下，教學的組織和設(shè)計應(yīng)該從如何提高學生的核心素養(yǎng)出發(fā)，而非如何掌握具體科學知識的角度出發(fā)，從能催生出學生的問題意識、實證意識、創(chuàng)新意識的邏輯相關(guān)的、層層遞進的系列教學主題內(nèi)容出發(fā)，進行整體教學規(guī)劃實現(xiàn)學生核心素養(yǎng)的逐步養(yǎng)成。整體教學規(guī)劃是科學精神以及其他素養(yǎng)培養(yǎng)的有效教學組織形式之一。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)基本要點 [EB/OL]. http：//www.jyb.cn/basc/sd/201609/ t20160914_673105.html，2016-09-14/2016-09-27.

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