生成性教学在化学实验教学中的应用探究

单树楠 张雷

摘要：与预设性思维主导下的灌输式教学相反，生成性教学强调学习的主动性和知识意义的自我生成，具有参与性、创造性和开放性等特征。随着新课改的深入，为了不断提升化学课程教学质量，在化学实验中应用生成性教学，既是对实验教学认识深化的结果，也为实验教学设计提供了新视角，能很好地满足当下化学实验教学需求。以辅酶催化合成安息香为例，通过创设教学情境，激发学生兴趣，孕育生成→设计教学问题，发散学生思维，有效生成→捕捉教学时机，鼓励学生质疑，强化生成三个层次的分析，探究了化学实验的生成性教学。

关键词：化学实验;生成性教学;安息香

文章编号：1008-0546（2019）04-0078-05

中图分类号：G633.8

文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.04.021

一、引言

化学是一门以实验为基础的研究物质组成、结构、性质及其变化规律的自然科学。许多化学知识，如化学概念、基本原理、元素及化合物性质等都可通过化学实验获得。化学实验不仅是人类认识物质的一种方法，也是人类创造性地运用科学知识和实验手段，有计划地实施探究性活动的过程。化学实验不仅能锻炼学生的动手实践能力，更能培养学生实事求是的科学态度和批判性思维能力，是培养创新型人才的重要途径。

在传统的以预设性思维主导下的化学实验教学中，教师照本宣科，学生照方抓药;教师是知识的传导者和实验过程的监督者，学生是知识的接受者和既定方案的执行者，缺乏主动参与意识和探究欲望，不利于创新人才的培养。这种模式下的教学计划是刚性的，教学过程是静态的，教学结果是现成的;但实际的实验教学过程会出现各种偶发事件，是动态的、不确定的，具有内在的生成性。作为以“传道、授业、解惑”为己任的教师，除了传授学生知识，更要教给学生科学探究方法，培养学生的批判性思维意识，使其能够自我发现知识并进行内化。因此，教师不能机械地按预设推进教学，而应把动态的教学过程中有关人物、环境及精神等因素结合起来，及时识别并捕捉各种偶发的知识信息，机智调整教学过程，调动学生的参与积极性，激活学生原有的知识结构，引导学生进行创新性思维，生成属于自己的个体知识，实施生成性教学。

处于信息时代的当今大、中学生已经具备相当的知识水平和认知能力，生成性教学可为学生发挥自己的主观能动性，促成学生生成新的认知，尊重学生的现实发展提供可能”。基于化学实验过程的不确定性、自组织性、复杂性、创造性的特点，实验教学要由封闭型静态设计转向开放型的动态设计，这是以学生的学习为本位的教学观和以学生的发展为本位的价值观的必然选择2]。这就要求教师要正确看待预设，做到凡是预设的都是具有弹性的，学习用动态、生成的观点看待丰富多彩的化学实验课堂，在教学情境中及时地对实验设计进行感知、判断和操作，根据实验过程中生成的问题和过程特点动态地完善和修正实验教学，更好地促进个体知识意义的自我生成13.4）

辅酶催化合成安息香是我校《综合化学实验》课程中开设的一个探究性实验项目。实验过程主要为在辅酶催化作用下，苯甲醛在乙醇-水溶液中发生双分子缩合生成1，2-二苯基羟乙酮，又称为安息香缩合反应。笔者以此实验为例，在教学过程中结合我校专业和学生特点，在促使由预设式教学向生成性教学转变的过程中，做一些积极的思考和探索。

二、辅酶催化合成安息香的生成性教学

1.创设教学情境，激发学生兴趣，孕育生成

生成需要一定的教学情境。情境要能够吸引学生的注意力，增加学生的学习兴趣，激发学生的学习热情，提高学生学习的内驱力。情境是新课程教学观中不可缺少的教学方式，情境为新知识的学习提供了模拟的环境，它可以帮助学生进一步加强对教材的理解，从而促进学生心理学习机能的发展和完善[5]。

美国教育家达克沃斯（Duckworth）[6]曾说：“我为学生提供情境，促使他们思考，并观察他们如何做。他们告诉我如何思考，而不是我教给他们如何思考。”所以，教师在实验教学活动中要有意识地创设有一定感染力的教学情境，要考虑使学生“爱学”，在教学结构设计中应包含调动学生兴趣、好奇心和主动性等环节，使这些内容对学生的影响深刻而持久，这样就为孕育生成做好了准备”。

[案例1]在本实验开始前，设置了这样的教学情境：在三个没有标示的烧杯中，分别放入新蒸馏的苯甲醛、在空气中暴露一段时间的苯甲醛和久置的苯甲醛（图la、b、c）;可以看出，三种溶液的颜色分別为无色透明、淡黄色透明和黄色透明并伴有少量白色结晶自。

当把这三种苯甲醛溶液分别放在学生们面前时，他们的好奇之心不出预料地油然而起，并马上提出了一连串的问题：为什么苯甲醛会有三种状态？黄色透明的是什么成分，白色晶体又是什么物质？哪种苯甲醛可以进行安息香缩合？如果都可以用于实验，是否要纯化？纯化的话需要哪些实验手段？有效地调动了同学们的学习积极性。

通过创设这样的情境，促使学生自主地去探究这种现象的本质。通过查阅资料，他们了解到颜色的变化是与苯甲醛易被空气氧化有关，所以实验前需要新鲜制备苯甲醛或进行提纯处理，可为后续实验的顺利开展做好准备，这样的情境设定在悄然之中孕育了生成。

在生成性教学中，除了要注重创设情境，教师还要根据课堂实际，及时调整教学思路和教学行为，创设即时性的教学情境。由于教学过程的动态性和不确定性（实验课更是如此），教师课前的备课和预设无论多么充分，都无法穷尽课堂上可能发生的一切。这就需要教师在教学实践活动中，针对不同的教学实际，适应性地创设不同的教学情境，采取灵活多样的形式，并根据教学内容、教学进度和学生的反应等做出即时反应，及时调整教学计划，拓展教学内容，提升教学效果。譬如，教师可根据课堂教学实际，把即时出现的“预设”之外的情况作为情境，让学生进行分析;把学生的疑问、猜测设想作为情境，让学生对疑难问题争议讨论;把未按预期发展的实验过程作为情境，让学生将错就错地继续下去，等待是否会有其他意外惊喜的发现。

[案例2]在制备伊始，需要把维生素B1（VB1）加入装有水和95%乙醇的烧瓶中，待溶解并置于冰水浴中充分冷却后，才可继续滴加同样已冷却的氢氧化钠溶液。

教师在解释为何用冰水浴冷却时，通常会从VB1的性质入手，如VB1在碱性条件下不稳定，氢氧化钠会使VB1结构中的噻唑环开环导致其失效，为了防止VB1失效，同时又要使VB1在碱性条件下形成碳负离子催化安息香的形成，故VB1溶液和氢氧化钠溶液在反应前都要用冰水充分冷透。

但在一次教学中，对于比较简单的VB1溶解和冰水浴冷却过程，学生们却发现了异常现象。正常情况下，VB1溶液是无色均一透明的，但部分学生反映VB1一直未溶解或者先溶解后体系逐渐变浑浊并有白色物质析出;“是VB1失效了吗？”教师也感觉很意外，让学生再次重复该过程，但仍然出现了相同情况，教师对比了两组学生的实验条件，就发现了问题。于是提出“请同学们查阅VB1的溶解性质”，有学生很快找到答案：“VB1易溶于水，微溶于乙醇，当其乙醇水溶液被长时间置于温度较低的环境中时，其溶解度将降低，VB1会逐渐析出。”“那为什么其他几组同学冰水浴那么长时间体系还是透明的呢？”有学生再次追问。教师继续引导：请观察各自的冰水浴条件，实验成功的同学用的是冰块和水，而你们用的是生物冰袋和水，这个生物冰袋的包装使用说明上提到其可冷却的温度区间是-189C～-12C;学生接着回答：“也就是说需要控制冰水浴的温度，如果这个冰没有选对，温度太低，VB1就会析出。”其他几位同学恍然大悟：“我们刚才去取冰的时候没有拿冰块，自作主张地用了生物冰袋”，教师肯定了学生的分析。文献上一般都是提及VB1对热极敏感，遇热分解，故实验时需要充分冷透，笔者后来通过实验证明，当温度低于-3C时，就会出现VB1结块、凝固，导致其先溶解后析出，这样不利于催化剂的转换，使反应产率降低，VB1溶解于水和乙醇并于冰水浴中冷却是预设好的情境，体系出现浑浊是学生错用了实验材料而意外出现的低概率异常现象。学生对本反应的认知停留在“VB1溶液和氢氧化钠溶液在反应前都需要用冰水充分冷透，因为既要防止VB1的噻唑环发生开环反应，又要使VB1在碱性条件下形成碳负离子”。针对这种意外情况，教师应及时识别，快速思考，机智调整教学过程，且不可回避异常的浑浊现象，而以VB1失效烧瓶未洗干净等其他原因搪塞学生。通过该“意外”事件，学生不仅更深一步地了解了VB1的性质，而且体验了一次很好的由实验现象探究化学反应本质的过程。同时，由于学生的“失败”也促使教师对这一问题进行进一步的探索，精准把握了冰水浴条件。所以，“教师和学生都要充分关注课堂教学中的意外异常情况”[8，9]，因为“这样的情境更利于激活学生思维，催生学生灵感，发挥学生的学习能动性”[10]。

2.设计教学问题，发散学生思维，有效生成

思维活动由问题的产生开始，到问题的解决结束;问题是思维的导火索，学生的自主学习，也是由问题开始。有意义的问题会激活学生原有的知识，并与新知识信息进行碰撞，促使学生进行创新性思维，形成真正属于自己的个体知识。

[案例3]本实验中用的催化剂是VB1，而教师在讲述安息香缩合反应的催化剂时，一般只是简单地提到早期使用的催化剂是剧毒的氰化物，极为不便，后来改用价廉易得操作安全和效果良好的VB1。学生在获取该信息时，第一反应就是把有毒的氰化物催化剂换成安全的VB1;VB1就是平时服用的一种维生素，而对VB1的结构特点及化学性质不再深究。

基于此，我们在教学中进行了情景设计：在3个试剂瓶中分别装入药店买来的VB1药片、新制备的VB1和放置一段时间的VB1溶液，并提出问题“这些VB1溶液是否都可以用于本实验？”;学生马上回答：“口服VB1药片，可治疗多种神经炎症，如脚气病。”VB1药片是一种生活中常用的药物，以此为切入点，可激发学生的好奇心和求知欲。对于新制备和放置一段时间的VB1溶液，则引导学生“从色泽和手感度感受二者的状态，能说明VB1的什么性质特点？”在这两个问题的引导下，学生经过资料查询和多边讨论，了解到“VB1药片除含有少量VB1成分外，还含有大量的淀粉、糊精、酒石酸硬脂酸镁等辅料，并不适用于本实验”、“VB1在酸性条件下稳定，易吸水，在空气中久置变黄失效并结块，同时光、金属离子均可加速VB1的氧化，在碱性溶液中VB1的噻唑环易开环失效”以及“采用何种化学分析方法去鉴别VB1是否失效”等信息。基于这些有意义的问题，引发学生头脑风暴，使其对VB1的化学性质全面了解，有利于后续实验的顺利开展，促进了课堂教学的有效生成。

每一个科学问题都有多种解决方案，如果教师对某个问题仅教条性地规定只有一个答案时，便失去了与学生心理和思维沟通的桥梁。针对问题的设想，一般的教学内容会安排的过于细致，推着学生生搬硬套地接受一连串的预设埋下的陷阱结论，这完全局限了学生的思维”。在实际课堂教学中，问题的设计要充分考虑学生的创新思维能力，从已有的信息出发，尽可能向各个方向扩展，不受已知的或现存的方式影响，给生成预留足够空间。

[案例4]安息香缩合反应对溶液pH值的要求很严，否则产率较低，甚至得不到产品。该反应要求在碱性条件下（pH9～10）进行。以下是一般教师关于溶液酸碱性教学中的一个很典型的问题设计及提问过程：该反应为什么要在碱性条件下进行？→碱溶液的浓度多少为宜？→既然要在碱性条件下反应，为什么溶液的pH值又要控制在9～10？→反应过程中，pH值超出，上述范围该如何调节？

上述教师所设计的问题答案指向清晰，环环相扣，学生不需要通過新旧知识的碰撞而进行创新性思考就能给出教师需要的答案，一切都在预料之中，无论是知识本身还是学生思维的生成性空间都不大。

基于教学的生成性和学生创新思维能力的养成，我们在教学中设计了这样的问题：“如何调节溶液pH值使VB1有效催化安息香的生成？”这个问题暗含了三个方面的内容：VB1在酸碱条件下的性质、VB1的催化机理及什么是有效的催化。反应快的学生马上回答：“因为VB1分子中噻唑环上的氮原子和硫原子之间的氢有较大的酸性，在碱性条件下可以使VB1形成碳负离子，去进攻苯甲醛的羰基碳正离子”;另有学生进行了反驳：“碱性条件下不行，因为碱会破坏VB1中的噻唑环，并且在碱性条件下苯甲醛更容易发生坎尼扎罗歧化反应生成苯甲酸和苯甲醇”;其他学生又继续补充：“从VB1的化学性质来看[12]，其水溶液在pH=4以下时很稳定，加热沸腾1小时无明显变化。但当溶液pH升高时，VB1的稳定性则逐渐下降，当溶液pH值达到7.0时，加热沸腾1小时，VB1可分解68%，而在碱性条件下分解更快，所以不能在碱性条件下进行实验。”“这样看来好像有点自相矛盾？”学生处于迷惑之中。我们在此时对学生进行适时的引导和启发：既然VB1水溶液的pH值过低和过高都不行，那是否可以折中一下，pH值取个中间态？学生们各抒己见：“溶液必须呈碱性，没有碱就不能形成碳负离子，反应无法往后推进，所以应该是在一个相对较低的碱性条件下反应”“溶液pH值在8以上都属于这个范围，可以对比各个pH值条件下的效果”“这个反应会有少量水生产，可能需要实时检测溶液pH值并适当补加稀碱液”“万一碱加多了，是不是可以再补加VB1，因为如用盐酸中和可能会引入带氯的副产物”……学生们的思路就这样被打开了，你一言我一语的提出各自的见解，并最终通过多次实验，得到水溶液的最佳pH值在9.7时安息香产率最高的结论。

学生在讨论中形成不同的方案，在评价总结不同方案和实验验证过程中加强了溶液pH值对VB1影响的认识，避免了重复罗列的学习形式，提高了学生的创新思考能力。整个教学过程不再是在教师预料中的一问一答中进行，而是充满了不确定性和创新性，学生的好奇心得到了激发，课堂参与的积极性得到了提升，原有的碎片化知识得到了激活和条理化，批判性意识和创新能力得到了养成。

3.捕捉教学时机，鼓励学生质疑，强化生成

清朝唐彪曾说过：“有疑者看到无疑，其益犹浅;无疑者看到有疑，其学方进”，他强调质疑能力的培养对知识的学习是至关重要的。心理学研究也表明善于质疑的人不会盲从权威，敢于向传统挑战。在生成性教学中，需要教师运用大量的智慧性的而又是未加反思的行动[13]，这就要求教师能化质疑为知识生成的火花，使学生变消极为积极，将生成性事件巧妙地转化为有价值的课程资源4。对于每个学生提出的疑问、建议和见解，教师应该用心和爱去感受，努力创造轻松和谐的课堂氛围，激发学习兴趣，焕发课堂活力。

[案例5]案例4中提到如果溶液pH值过高，安息香缩合难以进行，我们鼓励学生对该现象的成因进行质疑。

学生马上问到：“我们之前分析过pH值过高会带来的影响，一方面催化剂VB1的噻唑环容易开环，另一方面原料苯甲醛可发生坎尼扎罗反应[‘5），这是在较高碱性条件下得不到产物的两个主要原因，但是哪个起主导作用？”我们抓住契机，进行补充和启发：怎么去证明这两个影响是否存在？“VB1的噻唑环在碱性条件下容易开环，文献上提到用肉眼可以观察颜色是否变黄，刚才滴加碱液的时候也发现了这种现象，且在所有氢氧化钠加完后，溶液为淡黄色，可间接说明有部分VB1已失效”，反应快的学生用理论加实证的方法证明了第一个原因。对第二个原因也有学生进行了推理：“苯甲醛在强碱性条件下通过坎尼扎罗反应可生成苯甲酸和苯甲醇，但是苯甲酸也已通过苯甲醛的自身氧化得到，因此VB1催化下的安息香缩合反应中是否存在坎尼扎罗反应，可以通过苯甲醇的存在与否进行判断，即如果存在苯甲醇，就能说明有坎尼扎罗反应进行。”教师顺着这个思路继续引导：那么如何检测苯甲醇——红外光谱法、质谱法、色谱法……学生们经过分析，选用了液相色谱法进行检测，但没有检测出苯甲醇的吸收峰，从而证明了在较高pH值条件下，安息香缩合反应难以进行的主要原因是VB1的噻唑环打开而引起的催化剂失活，苯甲醛的坎尼扎罗反应并不是影响因素。

对于安息香缩合反应所需要的溶液pH值，多数实验讲义只是从理论角度分析pH值过高可能会造成的影响，但没有具体而深入去探究。在我们的实验教学中，教师针对这个点让学生提出质疑，并鼓励学生从实证的角度去验证，除此之外还引导学生把其他相关课程的知识创新性地进行融合，强化知识迁移应用能力的培养，有利于知识的自我发现和生成。

“为学患无疑，疑则有进，小疑则小进，大疑则大进。”这句南宋古语道出了问题的价值及意义，学生质疑能力的高低是生成性课堂的关键[16]，特别是经过仔细推演反复验证的棘手的高水平问题[17]，教师应该对此加以关注。培养学生的问题意识，引导学生敢问、乐问，通过师生之间的互动，发展学生的个性，挖掘学生的潜在优势，培养学生的质疑能力，达到强化生成的目的[18]。

[案例6]在水浴加热制备安息香缩合反应结束后，需要冷却烧瓶并使产物结晶析出，我们鼓励学生对该结晶过程进行质疑。

“教材上提到应先冷却至室温后再置于冰水中使其结晶，其实水浴反应的温度也就70C左右，为什么不能直接用冰水冷却结晶？这不是更快吗？”学生马上提出了其实早已存在的疑问。这种似是而非的认识反映了学生知识的碎片化和表面化，只能让其“眼见为实”;教师表面上认同了学生的想法，并让其尝试直接冰水浴冷却的效果。“怎么出现了油状物？固体结晶呢？”学生惊讶地问到。教师顺势进行释疑：“因为烧瓶中是水、乙醇和多种有机物的混合体系，如果冷却速度过快，杂质和产物就一起结晶析出了。”另一位学生追问：“结晶是个物理变化过程，产物都已经制备好了，就是出来的形态不对，是不是有补救的方法？”于是教师提出了预设的“重新加热油状物使之溶解成为均相体系，再慢慢冷却结晶”方案，但又有细心的学生提出质疑：“老师的方案是可行的，但我觉得既然产物已生成，只不过是直接冰水浴引起的冷却速率过快，暂时导致了油状物这个假象，我觉得可以再耐心等一会，应该会有结晶析出。”我们对这种突发情况也没有预料到，但学生分析的有道理，于是让学生们采用两种方法分别进行结晶，结果都得到了浅黄色的晶体，大家兴奋不已。

教师抓住教学过程中的“意外”问题，连续两次引导学生质疑，讨论一个看似简单的结晶过程，通过质疑→失败→再质疑→成功的过程，强化了对这个问题全面而深入的认识，不仅锻炼了学生的实践和观察能力，而且培养了学生的科学意识和发散性思维能力，有利于知识的自我发现与生成。

三、结论

化学实验教学过程具有不确定性、非线性、创新性、生成性等特点，因此寻求一种普适且有效的化学实验教学模式是不可能的，也是没有意义的。但任何事物的发展都遵循一定的规律，在动态的化学实验教学活动中，采取创设意境、设计问题和鼓励质疑等方法，透过复杂的实验现象寻找隐藏在现象背后的事物产生和发展规律，不断反思与总结，激发学生对化学实验的好奇心和参与积极性，培养学生的科学探究精神和知识的自我发现与生成能力。

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