基于内需激发的物质主题教学*——以“奇妙的管道通”一课为例

陈广余

基于内需激发的物质主题教学*——以“奇妙的管道通”一课为例

陈广余

（常州市教科院附中江苏常州213001）

物质主题是化学启蒙教育的重要内容。学生在学习过程中表现出知识与知识的关联性理解不到位、物质研究的一般思路与方法运用不到位、知识的迁移不灵活等问题。作者结合具体课例阐释情景设置、思路点拨、能力提升、内需发展、风险认知等方面对内驱激发所起的作用。

物质主题；激发内驱；深度学习

化学是一门以物质为研究对象的自然基础科学，认识物质、利用物质、创造物质是化学学科的基本任务与基本特征［1］。学生通过初中化学学科的学习，能够对氧气、二氧化碳、水、金属等身边常见的物质有一个比较系统的认识。但是，仅掌握课堂上学习的这几种物质，对于学生需要面对的千变万化的生活世界是远远不够的；有限的化学课堂也不可能将生活中可能接触到的物质穷尽在课本中、课堂上。这就需要我们的物质主题教学必须给予学生认识物质的基本思路与方法。

一、重要文本分析

《义务教育化学课程标准（2011年版）》（以下简称“课程标准”）明确提出了物质主题学习的意义：帮助学生了解化学物质对人类生活的影响，体会科学进步对提高人类生活质量所做出的巨大贡献，并从认识性构相依、理解人与自然的关系、形成科学的物质观等角度对物质主题教学提出了明确要求［2］。课程标准的5项课程内容都与物质主题有着不可分割的紧密联系：认识几种重要的化学物质（身边的化学物质）；认知要能够达到微观的层面（构成物质的奥秘）；要能从变化与守恒的辩证关系等角度认识物质（物质的化学变化）；认识物质的过程中要注意运用科学探究的方法（科学探究）；要能够站在化学与社会发展的高度合理利用物质（化学与社会发展）。可以说，引导学生探究和认识身边的化学物质，了解物质变化的奥秘，是化学启蒙教育的重要内容。

物质知识，也贯穿着整个中学化学教材的始末，是构成中学化学知识的骨架［3］。就以沪教版化学教材为例，教材依据课程标准对氧气、碳和碳的氧化物、铁和常见的金属、水和溶液、一些酸碱盐等常见化学物质进行了介绍。相关物质主题素材的选用和内容的编排，都蕴藏着丰富的内涵。比如，化石燃料的相关知识，2011年教材修订前是编排在第四章“燃烧燃料”［4］，无形当中，化石燃料就被定位成燃料；修订后被调整到第九章“化学与社会发展”［5］，这样就表达出一个重要信息，化石燃料是重要的自然资源，必须进行综合利用，这样就完整体现了化石燃料的价值。再比如，关于氧气、二氧化碳、氢气的实验室制法，虽然都是实验室制取气体，但教材对这三种物质的处理各有侧重。在制取氧气时，既用高锰酸钾又用双氧水，不仅让学生体验实验室制取气体的完整过程，而且要认识发生装置的选择［6］，到制取二氧化碳时，则侧重于气体收集装置的选择［7］，再到制取氢气时，教材只是列出一个表格，具体内容一带而过［8］。为什么这样？因为通过氧气、二氧化碳的学习，学生已经掌握了实验室制取气体的一般过程。可以看出，教材在素材选择、结构编排的时候，力求达成三方面的目标，一是掌握相关物质的具体知识，二是体现这些物质的应用价值，第三还要逐步形成研究物质的一般思路与方法。

二、学习情况分析

通过对不同层次的学生进行课堂观察和问卷调查，发现多数学生在物质主题学习方面存在一些问题。

一是独立的知识掌握较好，知识与知识之间的关联性理解不够。举个简单的例子，氧气的物理性质有哪些？实验室常用哪些方法收集氧气？氧气为什么可以用这些方法收集？学生回答第3个问题的正确率明显低于第1、第2个。究其原因，就是学生在学习第1、第2个问题的时候是相互割裂的，没有在氧气性质与收集方法这两个知识之间建立起必要联系。有些学生甚至依靠背诵来学习化学，到了总复习阶段，背和默甚至成为某些初中化学课堂的常态，化学学习怎么会不枯燥乏味、一潭死水呢？

二是对教科书上重点要求的物质掌握较好，对研究物质的思路方法掌握不够。比如，学生知道实验室可以用高锰酸钾制取氧气，也知道实验室通常用排水法或向上排空气法收集氧气，还知道可以用带火星的木条检验氧气是否已经集满。但面对诸如实验室制取气体的一般思路与方法是什么、选择实验室制取气体发生装置或收集装置时一般需要考虑哪些因素之类的问题时，许多学生显得无从下手。能知道某些具体的知识内容，但是对知识内在规律的掌握明显不到位，只见树木，不见森林。这个问题只有在知识的不断应用中逐步解决。

三是物质知识的具体内容掌握较好，但知识运用的灵活性不够。如果仅仅知道学科知识而不能运用，该知识真正的价值就很难体现出来。就像仅知道酸和碱能发生中和反应是不够的，还要在吃皮蛋的时候能正确选择蘸酸醋还是酱油（这里暂不考虑个人口味因素），这才体现知识的生命与价值。“学”和“习”都只是一种生命过程，“学会”和“习得”才给学生核心素养的提升插上翅膀。

笔者认为，物质主题教学不仅在于帮助学生掌握几种重要的化学物质，还必须帮助学生理解化学学科研究物质的一般思路与方法，否则就不能称之为“学会”或“习得”。思路与方法的掌握，仅仅靠讲解、告知是不能达成的，学生必须在经常性的运用过程中不断体验与感悟，才能内化为自身的科学素养。

三、基于内需驱动的复习教学过程

基于课程标准和教材对物质主题的应然状态的分析，结合学生实然状态中出现的这些问题，笔者在激发学生深度学习物质主题方面做了一些思考与实践，“奇妙的管道通”一课就是总复习阶段的典型课例。本节课的学习目标确定为：

（1）以管道通为背景，再认识常见碱、常见金属、常见盐的性质与用途；

（2）依据常见碱、金属、盐的学科知识，形成分析与探究物质成分、性质、用途、获得的一般思路与方法，提升认识物质的能力；

（3）进一步运用科学探究的学习方式，体验物质变化之美。

本节课主要包括三个教学环节。

环节一厨房间的下水道堵塞了，怎么办？

问题：厨房间的下水道堵了，怎么办？并用视频展示使用管道通疏通下水道的效果。

交流：学生分析可能导致厨房间下水道堵塞的物质有哪些，并自由言说可能的解决方法，以及每一种解决方法涉及的原理。

设计意图：根据日常生活经验——下水道堵塞，学生的第一反应自然是用铁丝等硬物进行疏通，但看了管道通方便而快捷的疏通效果之后，很自然地调动起学生探究其工作原理的欲望。此时，教师给予一定的引导，先思考哪些物质可能会堵塞厨房间的下水道，再通过观察管道通的成分标签，自然引导到下一个环节。

环节二管道通为什么能够疏通下水道？

问题：管道通中的各成分分别能起什么作用？

讨论：学生根据管道通的成分——氢氧化钠、铝、硝酸钠，分别回顾碱、金属、盐的化学性质，并将这些性质与可能导致下水道堵塞的物质进行一一比对，尝试寻求管道通的工作原理。学生比较容易发现氢氧化钠对油脂、蛋白质的强腐蚀作用，困难发生在难以找到铝、硝酸钠所起的作用。在此基础上，教师演示氢氧化钠固体、铝粉、硝酸钠固体混合物滴加水时发生的变化。

问题：管道通使用过程中，气体是怎么产生的？

方法指导与实验探究：引导学生用排列组合的方式，结合分组实验，探究氢氧化钠、铝、硝酸钠怎样组合时，遇水产生气体。通过实验发现氢氧化钠、铝和水混合时能产生气体，再进一步猜想、验证硝酸钠的可能作用。

问题：氢氧化钠、铝和水反应产生的气体是什么？

方法指导与实验探究：引导学生分析面对的问题，从实验室制取气体相关知识出发，选择适当的发生装置、收集装置，并猜想气体可能的成分、选择对应的检验方法，最终得出结论：有氢气产生。进而猜想产生气体对疏通管道起到的作用。

设计意图：金属、碱、盐都是初中化学学习中必须掌握的重要物质，如何进行复习？如果只是回顾一下所学知识，应用这些知识解几道题，虽不能说这种教学无效，但可以说这种教学是不可能激发学生的学习内需的，更无法真正形成研究物质的思路与方法。当把所学知识无痕嵌入学生触手可及的生活情景中，这种情景对学生来说既有一定的挑战，又在学生的最近发展区内，学生学习的欲望自然高涨，运用知识就变得顺理成章，并在运用的过程中逐步形成能力，提升素养。

环节三怎样使用、保存和获得管道通？

任务：每位学生写一则管道通“使用注意事项”和“保存注意事项”，并与商品标签提供的信息进行比对，交流各自的优点和缺点。

设计与交流：如果你是一家化工厂的工程师，你会怎样生产管道通？

设计意图：真正认识一种物质，需要有一个立体而全面的了解。撰写使用说明书和保存注意事项，完全可以考查学生对管道通中各组分的性质究竟掌握到什么程度，是科学的还是错误的，是全面的还是片面的。当学生设计出一个相对合理、完善的获得管道通的流程的时候，甚至依稀感觉到自己可以生产管道通了，虽然这与真正的生产流程还有一段距离，但这种感觉对激发学生学习化学的内驱力，是无法估量的。

四、特色分析

美国教育学家施瓦布（JosephJ.Schwab）认为，学生是主动、积极的探究者；教师是具有反思性能力的指导者，教师不是把单一结论传授给学生，要帮助学生结合知识产生的情境来理解学科知识［9］。学生学习的困难之处，就是教学设计的着力点，也是学习内需提升的制高点。“奇妙的管道通”一课在这里着力，无疑对学生更好地掌握氢氧化钠和铝的相关知识、提升化学学科素养是有益的。

（1）真实而切合的情景设置

在《一个孤独漫步者的遐想》的作者卢梭看来，教师应该不断地向学生提供能够激发他们兴趣、好奇心、思考甚至能让他们激动的活动。康德甚至把这一原则确定为“人类理解力的基础”之一。厨房间下水道堵塞，不仅是非常真实的生活经验，而且能很好地切合到金属、碱、盐等学科知识。将类似的、与学生生活经验紧密相关的情景运用到物质主题的复习教学中来，要求学生深入理解学习情境，把握情境的关键要素，在情境与学科知识之间建立链接，从而顺利实现学科知识的迁移运用。这时，深度学习也就发生了。

（2）及时而恰当的思路点拨

美国课程专家艾里克森（H.LynnErickson）认为：“提高学业标准更多的是要求思维能力的提升，而不是掌握更多的事实内容”。比如，物质的组成结构、性质变化等具体知识是静态的，只有不断地运用这些具体的知识，学生才会逐渐感悟、提炼出物质研究的一般思路与方法：性构相依、实验探究等。如果学生能够熟练运用这些，那么他就不是仅仅掌握教材上有限的那几种物质了。类似的，学生也可以获得更多概念与原理等其他知识。

（3）切实而有效的能力提升

化学学习能力的形成和发展，是通过化学知识、技能和策略的获得及其广泛迁移，从而使它们得到不断综合和概括化而实现的［10］。氢氧化钠溶液与铝粉这个反应本身已经超越了初中阶段的要求，但本课并未从化学反应的角度提具体要求，而是紧紧围绕常见金属、碱、盐的性质，气体制备与检验等关键知识或方法进行展开，具体事实仅作为工具来帮助学生发展深层理解力，学习重心已经从记忆事实转移到理解可迁移的核心观念和更为根本的知识结构。这与《学会生存》中提出的要突破学校教育的狭隘眼界的观点是一致的。把化学学习扩展到人的一生，成为每个人最基本的生存能力之一，成为整个生命的重要组成部分。

（4）持续而深化的内需发展

要让学生真正地喜欢化学，就需要教师“引发学生的深层兴趣，把他推向课堂学习的关键性问题，而不是满足于维持一种只在活动期间占据其思维的浅层兴趣［11］”。如何才能引发学生的深层兴趣？本课从三个方面给出了答案。一是真实的教学情景：厨房间的下水道堵塞了，怎么办？二是形成认知冲突：氢氧化钠、铝、硝酸钠分别与水都不会发生反应，为什么管道通加水时会发生剧烈反应，还产生气体？三是让学生体会到认知价值：学好化学，我也能为产品撰写使用、保存说明书，甚至还能“生产”管道通。

（5）科学而合理的风险认知

“功与过”“利益与风险”“价值与危害”历来都是造成化学与社会关系复杂的根源，也是人们经常需要权衡、甚至“做出决定”的问题。浓氢氧化钠溶液能够很好地腐蚀油脂和蛋白质，使用不当也会对人造成伤害；管道通在使用过程中产生氢气，能够有助于疏通管道，但遇到明火又极易产生爆炸……我们教学设计的情景来源于学生生活实际，但教学过程不能简单化和模式化［12］。我们不但要使用生活实例来设计教学，赋予化学课程以生命的活力，还要把学科知识与学生的认知水平、能力水平与情感发展的多重需求相结合，从这些情景中寻找出与化学教学相适应的信息和线索，让学生逐步形成科学而合理的风险认知，将其编织成真实而奇妙的化学课堂！

［1］［2］中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）［M］.北京：北京师范大学出版社，2012：1，18

［3］许燕红，邱桂凯.元素化合物知识教学方法的探讨［J］.中学化学教学参考，2006（5）：22-23

［4］中学化学国家课程标准研制组.义务教育课程标准实验教科书·化学（上册）［M］.上海：上海教育出版社，2008：103-108

［5］中学化学国家课程标准研制组.义务教育课程标准实验教科书·化学（下册）［M］.上海：上海教育出版社，2015：90-98

［6］［7］［8］中学化学国家课程标准研制组.义务教育课程标准实验教科书·化学（上册）［M］.上海：上海教育出版社，2015：35-37，43-45，117

［9］韦冬余.施瓦布科学探究教学思想研究［D］.上海：华东师范大学，2013

［10］高剑南，王祖浩.化学教育展望［M］.上海：华东师范大学出版社，2001：76

［11］安德烈·焦尔当.学习的本质［M］.上海：华东师范大学出版社，2015：81

［12］胡崇安，丁伟.化学元素符号的巧妙教学［J］.化学教育，2012（8）：73-74

1008-0546（2016）11-0013-03

G633.8

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.005

*本文为教育部基础教育课程教材发展中心“深度学习”教育改进项目的研究成果之一。