基于實驗探究和思維訓練的課堂教學實踐

蔡玲玲　吳君磊

摘要：化學核心素養的培養將使學生在日后的科學探究和生活實踐中不斷受益。以蘇教版化學2“乙醛”的教學為例，立足高中化學課堂，通過實驗探究和思維訓練提升學生的創新意識、科學精神以及解決實際問題的能力。

關鍵詞：實驗探究；思維訓練；宏微結合；證據推理；創新意識；科學精神

文章編號：1008-0546（2017）07-0084-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.025

美國伯克利大學對于學生的培養目標中有兩條令人震撼：一是培養學生具備完成大型復雜項目所需的系統思考能力；二是培養學生在日后生活中妥善處理模糊狀態、靈活思考、實現智力成長的能力[1]。要實現這些能力的培養，我們化學教師能做些什么呢？學生在高中階段所學的化學知識可能被遺忘，但在學習過程中提升的化學核心素養將使他們受益終身，而化學課堂是促進學生化學核心素養形成和發展的重要載體。

在課堂教學設計時，該如何設置探究實驗，合理布置有邏輯性、啟發性的問題線索，讓能力提升過程變成生成型的、自然的問題解決過程，并在該過程中培養宏微結合、證據推理能力，提升創新意識和科學精神？現以蘇教版化學2“乙醛”為例，探析如何在課堂教學中培養學生的化學核心素養。

一、教材解讀與思考

1. 教學價值

（1）學科知識的建構價值

《化學2》專題3是高中化學必修教材中概述有機化合物知識的專題，第二單元從食品中最熟知的幾種有機化合物入手設計了乙醇、乙酸、酯、糖類、蛋白質和氨基酸五個主題，而乙醛則是從乙醇這一專題中延伸出來的，在課本中主要以資料卡的形式呈現，所占的篇幅雖不大，但它在有機知識體系中起到了不可或缺的紐帶作用。它的出現可以完善有機物知識體系，豐富學生對有機物的認知，建立常見有機物之間的相互聯系，實現化學學科知識的系統化。

（2）學科方法的發展價值

乙醛是由乙醇氧化來的，乙醛可進一步被氧化成乙酸，也可以被還原成乙醇，這不僅擴展和延伸了學生在無機化學中所學氧化還原反應的定義和范圍，更重要的是，在乙醇、乙醛、乙酸相互轉化的性質探究中，提高學生對官能團的認識，掌握官能團之間的轉變關系，形成了以官能團之間變化為主線的知識結構，提升學生在以后有機合成學習中發散思維和邏輯推理的能力，這是乙醛教學的最大價值。

（3）學科認知的情感價值

由創新實驗構建乙醇、乙醛、乙酸間的相互轉化，培養學生的創新精神；由對比實驗探究官能團的性質差別，培養學生的實踐能力；由探究實驗拓展提升，培養學生的探索精神和嚴謹求實的科學態度。

“乙醛”的學習，不是簡單的知識傳遞，而是在原有認知基礎上生長出的新的知識。

2. 學情分析

知識基礎：學生已學乙醇，掌握了羥基的性質。

能力基礎：學生已了解有機物學習的重要思想，結構、性質之間的關系，也初步具備了一定的實驗探究能力。

潛在困難：對結構決定性質的理解停留在表面，大部分同學對官能團之間相互轉化時斷鍵和成鍵方式不清楚；實驗方案設計能力和實驗操作技能比較薄弱。

3. 教學目標

（1）知識與技能

掌握乙醛的結構和性質，并能準確書寫相應方程式；認識有機化學中的氧化反應和還原反應；掌握乙醇、乙醛、乙酸間的相互轉化。

（2）過程與方法

用實驗探究乙醛的性質，從而深刻認識乙醛的結構。應用對比分析、類比遷移等方法，形成性質反映結構、結構決定性質的觀念；構建有機物間的相互轉化，實質是官能團間相互轉化的觀念。

（3）情感態度與價值觀

在自主、合作、探究的學習過程中，體會學習的樂趣，提高化學學習興趣；通過官能團間相互轉化的學習，樹立事物間相互聯系、相互依存、相互轉化是物質世界普遍規律的辯證唯物主義觀念。

本課重點體現過程與方法目標，因為只有在一定的過程和方法中才能落實知識、鍛煉技能、提升情感、形成正確的價值觀。

4. 教學重點和難點

教學重點：羥基、醛基、羧基間的相互轉化。

教學難點：由結構分析反應的斷鍵規律。

5. 教法學法

教法：通過創設情境，問題引領，實驗探究等教學方法，引導學生協作交流，幫助學生解決問題，從而促進學生完成知識的自我構建。

學法：通過小組合作、實驗探究、對比分析等學習方法自主形成概念，構建知識，發展觀念。

教法和學法的選擇，體現以學習者為中心的學習，學生才是學習的主體，是意義的主動建構者，而教師則是幫助者、促進者。

二、教學實踐與反思

1. 教學實踐

第一環節：創新實驗——激活思維

一個用于鼓入氣體的氣唧，連著裝有無水乙醇的平底燒瓶，導管長進短出，后接內壁覆有黑色CuO覆蓋層的硬質試管，產生的物質通入新制Cu（OH）2懸濁液中（如圖1）。現配新制Cu（OH）2懸濁液，往2mLNaOH溶液中滴4滴CuSO4溶液，水浴加熱無水乙醇促進其揮發，預熱CuO，用氣唧鼓入乙醇，觀察到黑色的CuO變紅，出現光亮的銅鏡（如圖2）；取下裝有新制Cu（OH）2懸濁液的試管直接加熱，出現磚紅色的沉淀（如圖3）。

[師]為什么黑色的CuO變紅了？

[生]被乙醇還原了。

[師]請大家寫出CuO和乙醇反應的化學方程式。

[板]乙醛

[師]再請大家根據所觀察到的現象，描述乙醛的物理性質。

[生]無色、氣體、易溶于水，易溶于乙醇，刺激性氣味（扇聞通入CH3CHO后的新制氫氧化銅溶液）。

[師糾正]乙醛加熱之后呈氣態，是因其沸點只有20.8℃，常溫下是呈液態的。

設計意圖：通過創設創新實驗情境，培養學生的創新意識，喚醒原有的認知經驗，自然而然地引出新的課題，進而認識乙醛的結構，建構新舊知識之間的聯系。同時基于好奇心和本能，學生會主動觀察，會聞，發現乙醛的物理性質，在完成概念同化的同時培養學生宏觀辨析的能力。

第二環節：探究實驗——發散思維

[師]鼓入新制Cu（OH）2懸濁液中的物質有哪些？是什么物質導致的磚紅色沉淀呢？

[小組合作]學生自行設計實驗方案，自主探究是乙醇還是乙醛對磚紅色沉淀的出現起了作用？通過對照實驗，得出是乙醛跟新制Cu（OH）2反應形成的磚紅色沉淀。

設計意圖：由于之前猜想的分歧，所以學生是帶著強烈的學習動機進入到探究活動中去的，這更有利于學生發現問題，引發思考，在培養學生實驗探究意識的同時提高其實驗探究能力。

[PPT信息提示]磚紅色物質是Cu2O。

[師] 請從氧化還原反應的角度分析該反應的還原劑。

[生]Cu（OH）2變成Cu2O，化合價降低，被還原，是氧化劑，則乙醛是還原劑。

[師]這意味著乙醛具有還原性，被新制Cu（OH）2氧化了。而在硬質試管中，乙醇被CuO氧化，說明乙醇也有還原性。兩種都具有還原性的物質，在與新制氫氧化銅共熱時，為什么出現不同的現象呢？

對比乙醇和乙醛的結構，是CH3CHO中哪個基團與新制Cu（OH）2起了作用？

[生]醛基。

[師]具有還原性的醇-OH能被O2、酸性KMnO4氧化，但不能被新制Cu（OH）2氧化，說明什么？

[生]新制Cu（OH）2的氧化性較弱。

[師]而-CHO能被弱氧化劑氧化，說明什么？

[生]-CHO的還原性很強。

[師]為什么-CHO具有強還原性呢？因醛基中的H是接在羰基上的，受羰基的影響，-CHO中的C-H鍵易斷裂，斷裂后加O被氧化成羧基，得乙酸。我們把這種有機物被氧化的反應稱為氧化反應。

[師]另外，1mol-CHO需2molCu（OH）2氧化，請大家寫出該反應的化學方程式。

設計意圖：通過強烈的認知沖突，促使學生分析、思考。性質反映結構，通過思維探究，比較乙醇、乙醛結構，感悟醛基的性質，進而分析微觀的反應本質，突破難點。再用化學符號——反應方程式表示成鍵和斷鍵的過程，通過對比學生書寫出的不同方程式，進一步落實新制Cu（OH）2懸濁液的配制方法。

這個過程不僅建構了乙醇到乙醛再到乙酸的轉化過程，培養了學生的轉化思想，也讓學生學會運用對比的方法研究反應的微觀本質，培養其微觀探析的能力。通過實驗探究培養學生的實驗操作能力、觀察能力、分析能力，從而獲得成就感，學生的能動性被激發。

[任務驅動] 具有強還原性的—CHO能否被另一種弱氧化劑銀氨溶液氧化呢？

[學生實驗]PPT信息提示銀氨溶液的配制及實驗過程中的注意事項，實驗后展示結果。

[結果展示]有些組展示的是灰白色的濁液，有些組呈現的是光亮的銀鏡。

[討論]學生分析實驗成敗的原因，感悟科學探究的嚴謹性。

[師] 通過銀氨溶液配制過程中的現象及乙醛與銀氨溶液反應的現象分析發生的反應，并書寫化學方程式。

設計意圖：喚醒學生強烈的探究欲望，通過提供必要的信息材料和注意事項引導學生配制銀氨溶液，進行銀鏡反應，學生通過交流、討論實驗成敗的經驗，感悟到藥品的滴加順序、藥品的用量對實驗成敗的影響，學會提取、運用有效信息，形成嚴謹的科學態度，體味化學的魅力。通過化學方程式的書寫再次落實乙醛發生氧化反應的微觀本質，完成醛基發生氧化反應本質的同化，并引發認知結構的重組，完成有機反應中氧化反應概念的順應。

[類比遷移]—CHO中存在著C=O，哪類物質中存在雙鍵？容易發生什么反應？

[生]烯烴中存在碳碳雙鍵，容易發生加成反應。

[師]請大家寫出乙醛和H2加成的方程式。

設計意圖：用結構指導性質的學習亦是有機研究的重要方法。教師提示新舊知識的聯系，喚醒學生原有的認知經驗，通過類比遷移，培養學生微觀探析、證據推理能力。而醛基跟H2的加成又稱為還原反應，完成有機反應中還原反應概念的順應。至此，羥基、醛基、羧基間的相互轉化得以建構，學生在形成轉化思想的同時初步建立有機合成的觀念。

第三環節：拓展實驗——提升思維

[過渡] 醛基的加成反應和氧化反應相互獨立卻又相互依存，在遇到特定的物質時會不會產生矛盾呢？

[思考與探究]乙醛能使溴水褪色嗎？

乙醛跟溴水發生了什么類型的反應？請設計實驗方案探究。

（課堂上設計實驗方案課后進行實驗探究）

[生]有說加成反應有說氧化反應。學生通過對比加成反應和氧化反應的產物設計出檢驗反應后的H+或Br-的實驗方案，在討論、完善實驗方案的過程中再次體味科學精神。

設計意圖：通過情境創設引導學生主動運用所學知識解決問題，提升證據推理、實驗探究能力，完成觀念和方法的順應。

2. 教學反思

（1）從教學設計角度

以創設的創新實驗為情境核心，所有的問題都圍繞這個實驗解決，從而實現知識的系統化。先通過實驗現象引入課題并引發認知沖突，通過實驗探究和思維探究得出性質，進而認識反應的微觀本質與結構的關系，由表及里，層層遞進，突破難點。

（2）從學生發展角度

學生化學核心素養的培養不可能“畢其功于一役”，本課著重通過創新實驗喚醒學生的創新意識和探究欲望；通過探究實驗，培養學生的探究能力及嚴謹、求實的科學態度，實現對思維的發散及提升。在本課的教學實踐中筆者亦融合了核心素養的多個方面：通過認識結構與性質的關系，培養證據推理能力，同時建構宏觀與微觀的聯系，構建物質間的相互轉化，引導學生建立宏微結合思維及官能團轉化的思想，從化學視角認識事物、解決問題，發展化學基本觀念。誠然，化學核心素養的培養是個循序漸進的過程，需在日常教學過程中不斷滲透、完善和強化。

參考文獻

[1] 葉慧芳，金佩華.對美國研究型大學本科生培養目標的探討[J].高等農業教育，2006（8）：78-80