打破知识本位及促进观念建构的化学教学

田军

摘要：论文提出了建构“化学基本观念”的化学教学，即在化学教学中，要从化学的视角培养学生认识事物和解决问题的思想、观点和方法。论文基于化学观念建构视角，进行了“乙烯”的教学实践，并从“化学变化观”和“化学实验观”的角度进行思考。

关键词：乙烯；教学；知识本位；观念建构；化学基本观念

文章编号：1008-0546（2016）08-0013-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.005

一、教学设计理念

德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯·劳厄（M.vonlaue）曾经说过，教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。不可否认的是，随着时间的流逝，人们在学校所学习的大量的学科知识都将逐渐淡化甚至遗忘，真正伴随人们一生发展的是获得知识时的观念和方法以及知识升华后留下的思想。在化学教学中，通过引导学生对化学知识的学习和对化学学科思想的理解，学生能够建构起从化学的视角认识事物和解决问题的思想、观点和方法，即所谓“化学基本观念”。

化学基本观念具体包括：元素观、微粒观、变化观、实验观、分类观以及化学价值观。

化学基本观念不以现成结论的形式出现在教材中，而是内隐于事实、概念、原理等具体的化学知识及其体系中，并随知识层次的推进而发展及深化。

在学习乙烯之前学生已经学习了以甲烷、乙烷为代表的烷烃结构（结构式、电子式、结构简式）及性质（重点是取代反应）等基础知识，学生也掌握了碳的四价理论，为乙烯的学习铺垫了基础。

要让学生通过对乙烯分子结构、性质、用途等具体知识内容的学习，亲身体验化学知识的发现形成过程，体会所学知识的应用价值，感悟到化学知识中蕴含的思想、观点和方法，将知识内容转化为化学观念。

二、教学过程

1. 乙烯物理性质教学

首先进行[知识竞答]：家里有些青桔子和熟苹果，如何更快地让青桔子变成熟？

从乙烯的用途之一——催熟剂出发，通过创设水果催熟的情境来引入课题，以激起学生学习的好奇心。

然后提出[问题]：乙烯具有哪些物理性质？

通过展示储气瓶中的乙烯，学生可以直观观察到乙烯的颜色、状态、溶解性等性质。对于乙烯的密度，给出提示：“乙烯分子比乙烷分子少两个氢原子，可从相对分子量角度分析其气体密度”。这也为研究乙烯的结构埋下伏笔。

2. 乙烯分子结构教学

引导学生进行[问题讨论]：乙烷分子中再去掉两个氢原子后分子式是C2H4，根据碳原子形成四个价键、氢原子形成一个价键的原则，其可能的结构式应该怎样？

让学生自己动手搭出乙烯分子的球棍模型——平面形。再写出乙烯的分子式、电子式、结构式、结构简式。并回顾乙烷的结构和性质完成表1。

学生对自己搭出的平面结构，和碳碳双键印象很深。再让他们结合表1中给出的键能数据，通过比较碳碳单键与碳碳双键键能大小，分析得出双键中其中一个键键能较小，易断裂。继续探讨表1的问题：乙烯与乙烷的结构差别很大，它能否使溴水或酸性高锰酸钾褪色呢？

3. 乙烯化学性质教学

进行[实验探究1]：将乙烯注入盛有酸性高锰酸钾溶液的称量瓶中，观察溶液颜色的变化。

学生讨论后发现将乙烯通入酸性高锰酸钾溶液发生了氧化反应。乙烷不能使酸性高锰酸钾溶液褪色，那么它能发生氧化反应吗，引出乙烷的燃烧氧化。那么乙烯燃烧有怎样的现象呢？

教师[演示实验]：点燃储气瓶中的乙烯，观察燃烧时火焰的颜色。师生分析现象，解释结论，并与甲烷燃烧现象作比较。

进行[实验探究2]：将乙烯注入盛有溴水的称量瓶中，观察溶液颜色的变化。讨论乙烯的加成反应。

乙烯的加成反应是开展探究教学的好素材。课堂上教师先给出两个信息：

信息1：CH3CH3 + Br2■CH3CH2Br + HBr

信息2：溴乙烷不溶于水，在水中也不能电离出溴离子，是非电解质。

让学生根据所给的两个信息讨论：如何验证溴与乙烯之间的反应是不是取代反应？接着让他们自己设计实验方案（见表2），进行实验探究。

学生在讨论后提出用AgNO3溶液来检验生成物HBr中的溴离子，用pH试纸来检验氢离子。然后进行实验，把AgNO3溶液加入到褪色后的溶液中，结果发现有淡黄色沉淀生成，用pH试纸测溶液pH约为3。

因此，反应后溶液有溴离子和氢离子。那么，问题来了，有这两种离子能说明此反应是取代反应吗？学生经过讨论，发现溴与水就可以反应生成氢溴酸和次溴酸，也就是说，溴水中本身就有这两种离子。上述两种实验方案是不严谨的。学生思考后，提出新的思路，可以连续测定反应过程中的氢离子浓度，如果是取代反应，会生成HBr，氢离子浓度会增大，pH就会显著变小。

教师[演示实验]：用pH传感器测定乙烯通入溴水的pH值变化，实验结果见图1。

从图1可知，反应过程中氢离子浓度没有明显增大，反而有所减小，因此，上述反应不是取代反应。那么它是什么反应类型呢？联想乙烯的结构，乙烯分子中的双键中的一个碳碳键容易断裂，再辅以动画，让学生建立化学反应的模型，进而形成加成反应的概念，完成相应化学反应方程式。再让学生巩固应用，写出乙烯与H2、Cl2、HCl、H2O的加成反应方程式，强化概念，深化对加成反应的理解。

[过渡]在适当的温度、压强和催化剂条件下，乙烯双键里的一个键会断裂，可与其它物质发生加成反应，若不外加其它物质，若有反应发生将是怎样呢？

请几名同学张开双臂，手拉手，演示乙烯加聚过程，加深对加聚反应的理解。写出反应方程式。

同时联系生活，强调聚乙烯塑料的应用和污染。学生[观看视频]：乙烯在生产和生活中的应用，并总结。再师生讨论乙烯的用途。最后进行课堂小结与达标测评。

三、教学反思

1. 依据化学变化观，进行基于学科思想建构的教学活动设计

化学学科思想蕴含在人们对物质组成、结构、性质及其变化的根本认识过程之中。化学基本观念之一——变化观有两个基本观点。第一，认识分子结构的基本思路：分子式→结构式（电子式、结构简式）→立体构型；第二，物质组成、结构、性质及用途的认识关系：结构决定并能解释性质，性质决定用途并印证了结构，用途反映了性质。它们的关系可以用图2表示：

综合考虑化学科学的知识逻辑和学生学习的认知逻辑，本节课从学习思维方式看，让学生通过与乙烷的结构和性质的比较，动手搭出乙烯的结构模型，运用“结构决定性质”的化学变化观念，又从性质印证结构的方法学习乙烯，再通过实验事实与现象研究乙烯的性质，形成对有机物结构与性质关系的认识，为学生应用正确的思路与方法学习有机化学奠定基础。

2. 依据化学实验观，设计可行性强且让学生手脑并用的探究性实验

化学是一门以实验为基础的自然科学，实验是化学学科赖以产生和发展的基础。正如著名化学家傅鹰先生所说：“化学是实验的科学，只有实验才是最高法庭。”实验探究是研究物质的重要手段和途径，基于实验事实的分析和推理是发现问题、解决问题以及形成新的疑问的关键。

化学来源于生活并服务于生活。笔者从农药店里买到40%的乙烯利水溶液，它是一种常用的水果催熟剂。乙烯利在酸性介质中稳定，随着酸性的减弱，逐渐分解释放出乙烯。乙烯利在碱性环境中发生的反应为：ClCH2CH2PO3H2+4NaOH→NaCl+CH2=CH2↑+Na3PO4+3H2O以上制备，获得的乙烯纯度高，可以直接进行性质实验。与用浓硫酸与乙醇反应相比较操作简单，不需要加热，也不需要除杂处理。

化学实验探究应融入现代技术。近代化学的飞速发展和进步，有赖于现代实验方法和技术的运用。利用数字实验中的pH传感器探究乙烯与溴水反应时溶液的pH变化来判断反应的类型。乙烯跟溴水反应比较复杂，资料认为乙烯与溴水反应的主要产物有1，2-二溴乙烷和2-溴乙醇。有的有机化学教材认为反应过程是卤素单质首先与水发生歧化反应，生成次卤酸，然后烯烃再与次卤酸加成生成卤代醇；也有教材认为卤代醇的生成主要是烯烃与卤素单质及水共同作用的结果，会产生活性中间体溴鎓离子。通过传感器测定反应过程中溶液的pH没有明显减小，反而有所增加，说明没有产生大量H+，我们更倾向于前一种看法。当然，毫无疑问，乙烯与溴水的反应不是取代反应。

探究性实验设计不是让学生只是简单地按照实验步骤进行操作，而是让他们理解实验操作和实验设计之间的关系。在实验探究中，学生既动手完成了操作，又积极动脑进行思考，学会分析思考，当发现新的疑问后能及时调整实验方案，带着批判的眼光去解决问题，这是实验探究教学所追求的目标。正如布鲁纳所说：“孩子们在教室里的所为和科学家在实验室里的所为，只有程度不同，没有本质区别。”

宋心琦教授曾精辟地指出：“学生能牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标。背诵或记忆某些具体的化学事实性知识，当然是有价值的，但是更重要的价值在于它们是化学观念及某些基本观念的载体。”因此，中学化学教学必须超越对具体知识的学习，要以具体知识为载体，引导学生通过高水平的思维活动，形成化学基本观念，即从“知识为本”转向“观念建构”。

需要强调的是，倡导“观念建构”的化学教学，并不是任何一节课、任何知识内容都能建立起化学基本观念。值得重视的是在具体化学知识教学中要关注知识内容本质，引领学生通过深刻思考和积极反思，从本质上认识和理解所学化学知识。

参考文献

[1] 毕华林，卢巍.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中学化学教学参考，2011，（6）：3-6

[2] 秦丙昌，何其戈.乙烯与溴水加成反应的研究[J].化学教育，2001，（5）：42-43

[3] 黄勇良.用乙烯利制备乙烯的方法 [J].化学教学，2012，（7）：46-47