基于“前概念”的乙酸教學設計

摘要：正確完整的前概念能促進學生的學習，錯誤片面的前概念會阻礙學生的學習。以“乙酸”教學為例，闡述前概念在高中化學教學設計中的應用。通過探究實驗、教學討論、證據推理和模型認知來創生新教學情境，拓寬正確的前概念、化解錯誤的前概念、放大隱蔽的前概念、挖掘頑固的前概念，打破學生原有的認知體系，構建新概念的進階，發展學生的化學學科素養，助力高質量的課堂。

關鍵詞：前概念；乙酸；教學設計

文章編號：1008-0546（2023）11-0045-05" 中圖分類號：G632.41" 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.11.010

前概念是指“學生在科學概念學習前的日常生活中按照自己的習慣、經驗、思維方式獲得感性印象，積累的某些缺乏概括性、科學性的經驗”［1］。它具有廣泛、自發、隱蔽、頑固等性質。

一、問題的提出

奧蘇貝爾說：“影響學習最重要的因素是學生已經知道什么，要探明這一點，并應據此進行教學。”［2］高質量的課堂要求教師充分了解學生的前概念，以設計相適應的教學方案。前概念的發生一直伴隨著學生的成長，在學生科學的學習中，它呈現出兩個截然相反的作用。正向的前概念推進學生的學習，比如，“常溫下，乙酸是有刺激性氣味的、易揮發的液體”，其實學習乙酸的這個物理性質前，學生就已經熟知。負向的前概念阻礙學生的學習，比如，“老陳醋通常是黑褐色”，所以學生就認為乙酸也應該是黑褐色。對于正確的前概念，教師要善于運用概念中合理、科學的成分，幫助學生搭建科學的學習腳手架；對于錯誤的前概念，教師要是引導得法，教育得當，也有助于正確概念的構建。

學習是學生主動構建知識的過程，學生利用自己的“前概念”對新的信息進行加工和編碼，構建新的認知體系。教師教學的設計和教學活動始終圍繞學生實際水平展開，基于學生的“前概念”，從學生身邊的、感興趣的問題著手，利用“實驗探究”“推理論證”等手段打破學生原有的認知，讓學生認識到自己的不足和缺陷，并且樂意接受新的科學概念代替原有的認知，從而提升對科學概念的理解層次。著名教育家楊叔子院士說：“科學求真，人文求善”，在認知層面上，我們要通過對科學事實的把握，教會學生用正確的態度對待科學活動，努力挖掘藏于表象內的本質；在人生態度上，敢于質疑，堅持求真、充分挖掘科學教育內容的人文價值，將科學教育建立在服務社會、促進人類進步和增進生活幸福的堅實基礎之上。

二、設計的策略與流程

前概念是學生的一種寶貴的資源，我們應該把它作為可以被轉換的認知構造承受下來，這才是我們應該持有的指導思想。2017年版課程標準提出：“結合人類探索物質及其變化的歷史和化學科學發展的趨勢，引導學生進一步學習化學的基本原理和方法，形成化學學科的核心觀念；結合學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際，引導學生關注人類面臨的與化學有關的社會問題，培養學生的社會責任感、參與意識和決策能力。”［3］因此，“乙酸”一課的教學設計，融合“教、學、評一體化”的教學流程，力求在核心素養導向下，充分提取學生的前概念，見圖1。結合學生已有的知識經驗、生活經歷來設計教學，從而形成高質量的教學。看不見、摸不著的前概念如何呈現？借助思維可視化，通過情景創設讓學生的思維呈現出來，老師便可發現學生的前概念是正確的還是錯誤的，是一知半解，還是面面俱到。利用證據推理、實物演示或者實驗展示，積極消除學生思維的片面性和表面性，提高學生思維的獨立性、批判性和創造性。

本課的教學設計加強了實驗演示，豐富感性認識；重視模型運用，培養學生邏輯思維能力；側重教師的適當干預，為學生的新思維方式提供“支架”，重新構建科學概念。

三、教學過程與意圖

1.引經據典，生動教學

【提問】醋，這個字怎么寫？

【學生活動】先寫“酉”，然后寫“艸”，再寫“一”，最后寫“日”。

【PPT展示】醋

【點評】有句廣告詞：何以解憂，唯有杜康。其實杜康是一個人名，是他發現了酒。相傳他的兒子黑塔非常勤奮，努力學習釀酒技術。后來黑塔覺得釀酒后的酒糟扔了很可惜，就存放了起來，二十一日后的酉時，開缸，聞到撲鼻的香氣，味道鮮美，黑塔把這個物質叫“醋”，現在食醋已經是生活中最常見的一種調味品。

【PPT展示】醋的最主要的成分是就是乙酸，所以乙酸又稱為“醋酸”。

【PPT展示】家里的食醋大多是黑褐色的液體，乙酸是什么顏色？常溫是什么狀態？

【學生活動】討論、交流。學生自由發表。

【實物展示】①常溫下的一瓶乙酸；②0℃的一瓶乙酸。

【學生活動】總結乙酸的物理性質。

2.模型認知，提高教學

【展示模型】見圖2、圖3。

【學生活動】根據模型，歸納出乙酸的結構簡式和官能團。

【PPT展示】乙酸的結構簡式。

3.實驗探究，實踐教學

【提問】乙酸分子中有四個氫原子，乙酸是四元酸嗎？請同學們來完成一個分組實驗。

【學生活動】①用天平稱取32.5 g 的鋅；②量取體積100 mL，濃度4 mol·L-1的乙酸；③稱量鋅、乙酸溶液和燒杯的總質量；④把32.5 g 的鋅放入乙酸中，充分反應后，燒杯和溶液的總質量減少約0.38 g（見圖4）。

【教師點評】32.5 g 的鋅與足量的酸反應，最多可以產生1.0 g 的氫氣，燒杯中有固體剩余，說明了鋅是過量的，所以反應應該按照乙酸的量進行計算。100 mL，濃度為4 mol·L-1的乙酸如果是四元酸，理論可以產生1.6 g 的氫氣，實際產生的氣體不足0.4 g，從實驗的角度說明乙酸是一元酸；從證據推理的角度看，乙醇沒有酸性，所以甲基上的氫原子不呈現酸性，所以乙酸應該是一元酸，也就是說只有羧基官能團可以電離出氫離子。

【提問】乙酸是酸，就應該具有酸的通性。

【學生活動】歸納酸的五個通性。

設計意圖：通過實驗演示來驗證乙酸是一元酸，而不是四元酸。

4.打破常規，重塑教學

【提問】魚刺卡喉，喝醋有用嗎？

【學生活動】魚刺中含有鈣質，食醋與魚骨可以反應，所以魚刺卡喉，可以食用食醋解決。

【教師點評】一切推理都必須從觀察與實驗中得來，現在請大家觀看一個提前錄制的短視頻《白醋與魚刺的反應》。

【播放視頻】對比反應開始時和反應一個小時后，我們可以看到開始并沒有什么現象，一個小時后有少量的氣泡產生，說明魚刺與白醋是反應的，但是反應的速度十分緩慢，在短時間內白醋無法軟化魚刺，因此魚刺卡喉喝醋基本上無用。

【提問】鐵鍋生銹，能用食醋除銹嗎？

【學生活動】鐵銹的主要成分是氧化鐵，食醋能與金屬氧化物反應，所以能用食醋除鐵銹。

【播放視頻】《冰醋酸與鐵銹和食醋與鐵銹的反應對照實驗》，雖然冰醋酸可以緩慢溶解鐵銹，但是食用的白醋中酸的濃度僅有3%～5%，所以短時間內食醋沒有達到除銹的效果。

設計意圖：通過實驗說明對科學的一個態度：①要敢于質疑“生活小妙招”；②理論上可行的化學原理，但也要考慮實際情況。

【播放視頻】請大家再來觀看一個視頻《白醋與雞蛋的反應》。十分鐘后出現了大量的氣泡，為什么會出現這種現象？

【學生活動】雞蛋殼的主要成分是碳酸鈣，食醋與雞蛋殼中的碳酸鈣發生反應產生了二氧化碳氣體。

【教師點評】我們知道通常酸性強的酸可以制取酸性弱的酸，這個反應能發生說明乙酸的酸性要比碳酸的酸性強。通過這幾個實驗，我們可以得出乙酸具有酸的一般性質。

【PPT展示】完成下列方程式的書寫：①鋅與乙酸的反應；②氧化鈣與乙酸的反應；③氫氧化鈉與乙酸的反應；④碳酸鈣與乙酸的反應；⑤碳酸鈉與乙酸的反應。

【學生活動】板演五個化學方程式。

① Zn +2CH3COOH=（CH3COO）2Zn + H2↑

②CaO +2CH3COOH=（CH3COO）2Ca + H2O

③ NaOH + CH3COOH=CH3COONa + H2O

④ CaCO3+2CH3COOH=（CH3COO）2Ca + H2O+ CO2↑

⑤ Na2CO3+2CH3COOH=2CH3COONa + H2O + CO2↑

【教師點評】日常生活中，化學反應的應用，理論上可行，但是具體到實際情境中，也要具體問題，具體分析。

5.推理論證，辯證教學

【提問】煮魚，為何要兩次“點醋”？

【PPT 展示】頭醋：放入的時間，煎炸好的魚一般下入蔥姜后，立馬下料酒和醋；尾醋：放入的時間是起鍋前幾分鐘，不要太多，增加香味即可；中間是小火慢燉。

【學生回答】去除魚的腥味。

【提問】是不是只有這個作用呢，我們來看一個實驗。

【演示實驗】乙酸和乙醇的反應（見圖5）。

【提問】觀察到什么現象？

【學生活動】飽和碳酸鈉的液面上方有不溶于水的油狀液體生成，并且聞到了濃郁的香味。

【教師點評】乙酸和乙醇反應生成的這個物質就是乙酸乙酯，結構簡式為“CH3COOC2H5”。煮魚的時候，添加一些醋和料酒可以生成這個物質，在一定程度上可以起到提香的作用。通過實驗，我們也可以得出乙酸除了具有無機酸的性質以外，還具有其他的一些特性。

【提問】請一位同學來書寫一下整個過程所涉及的化學方程式。

【學生活動】板演示乙酸和乙醇反應的化學方程式。

【提問】反應的機理是怎樣的呢？

【學生活動】討論、交流。圍繞產生水的可能性的角度自由發表觀點。

【點評】科學家利用“同位素示蹤法”，發現了酯化反應的本質“酸失去羥基，醇失羥基上的氫”。

【提問】這個實驗為何加碎瓷片？

【學生作答】防止暴沸。

【提問】濃硫酸的作用有哪些？

【學生作答】（片面的答法）可以做催化劑。

【教師點評】濃硫酸除了做催化劑，濃硫酸還有吸水的作用。酯化反應有水生成，濃硫酸及時吸收生成的水，促進了乙酸乙酯的生成，提高了乙酸和乙醇的轉化率。

【提問】導氣管的末端為何不插入液面以下？

【學生作答】防止倒吸。

【教師講解】飽和碳酸鈉的作用有哪些？如果改用蒸餾水吸收，然后再加入適量的碳酸鈉固體，會出現怎樣的現象？我們來看實驗。

【學生作答】開始酸味比較重，充分振蕩之后，香味比較濃郁，加入碳酸鈉固體之后，不溶于水的油狀液體增多。

【教師點評】飽和的碳酸鈉有三個作用①與揮發出來的乙酸反應；②吸收揮發出來的乙醇；③降低乙酸乙酯在水中的溶解。

【提問】對于生成的乙酸乙酯，我們如何分離它和飽和的碳酸鈉溶液呢？

【學生作答】分液。

設計意圖：通過對照實驗，讓學生體會選擇飽和的碳酸鈉溶液收集產物的好處。

【提問】現在請同學們再回到之前的問題“煮魚，為何需要兩次點醋？”

【學生活動】討論、交流。圍繞醋的性質的應用自由發表觀點。

【教師點評】“前醋”的目的：

（1）生成乙酸乙酯產生濃郁的香味，給魚提香；

（2）小火慢燉，促進乙酸與魚骨的反應，把鈣質變成人體可以吸收的可溶性鈣；

（3）促進蛋白質分解成人體所需的氨基酸；（4）乙酸揮發，可以帶走部分的魚腥味。

“尾醋”的目的：

（1）進一步抑制魚的腥味；

（2）適量增加些食醋，可以增強食欲。

設計意圖：一條好吃的魚，少不了畫龍點睛的醋來激發，頭尾醋的用法，又好比是舞龍前奏的左右點睛之筆，那是傳神和活化的舉動，科學的發展又為這些傳統的方法注入了新的活力和理論解釋，讓我們不僅知道什么好吃，還讓我們知道為什么好吃。

6.基于前概念，建立新概念

【教師講解】通過本章的學習，我們對乙酸有了新的認識。乙酸除了具有酸的通性以外，乙酸還能與乙醇發生酯化反應，乙酸具備這些性質，主要是乙酸分子中存在官能團羧基“-COOH”，“-COOH”能電離出“H+”，所以“-COOH”表現出酸性，具有酸的通性。“- COOH”也具有特性，能與醇羥基發生酯化反應。事實上分子中只要存在官能團“-COOH”，那么這個分子就具有酸的通性，就能與醇羥基發生酯化反應。

因此乙酸除了是良好的調味品以外，還是一種重要的有機化工原料，可用于生產醋酸纖維、合成纖維、噴漆溶劑、香料、燃料、醫藥和農藥等。

四、反思與感悟

前概念是課堂教學的生長點，也是新舊知識之間的橋梁，前概念賦予學生的感性印象和經驗有助于教師突破知識難點，降低教學難度。轉變學生的前概念就是要改造和重組學生原有的認知，通過探究實驗、教學討論、證據推理和模型認知來創生新教學情境，打破學生原有的認知體系，拓寬正確的前概念、化解錯誤的前概念、放大隱蔽的前概念、挖掘頑固的前概念，幫助學生建構新的知識體系，形成“新概念”。高質量的課堂教學要追求在課程標準框架下知識的多元性和科學性，以發展化學學科核心素養為主旨，重視開展“素養為本”的教學。［4］所以教師要利用學生的前概念來設計教學實驗和創構衍生性內容可有效啟動思維，推動學生從原有的知識結構中走出來，重新認識事物的共性和本質。［5］教師要結合教學實踐著重探討設計科學合理的概念教學策略，基于真實的情境，以教學案例為載體挖掘并轉化科學的前概念，培養學生敢于質疑和勇于創新的精神，促進學生正確理解科學概念，建立新認知體系，助力高質量的課堂。

參考文獻

［1］陳煜晴.學生“前概念”內涵解讀及診斷干預［J］.新課程導學，2021（20）：85-86.

［2］奧蘇伯爾.教育心理學：一種認知觀［M］.北京：人民教育出版社，1994.

［3］陳康茗；王鋒.基于學科理解的社會議題教學——以“碳中和的實現”為例［J］.化學教與學，2022（4）：4-5.

［4］中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）［S］.北京：人民教育出版社，2018.

［5］陳坤，唐小為.國外迷思概念研究進展的探析及啟示［J］.教育學術月刊，2019（6）：17-18.