基于“生活情境—实验探究”促进学生认知创新

谭湘湘 何彩霞

摘要：创设真实问题情境，引导学生通过实验探究等方式解决问题，是发展化学核心素养的重要途径。以健康生活为主旨，将生活情境问题与化学知识及实验探究有机整合，构建“生活情境-实验探究-认知创新”教学框架，促进学生知识理解，形成问题解决的思路方法，提升认知创新能力。以“维生素C与健康生活”主题单元教学为例，针对维生素C的性质及其分析测定等展开实验探究，促进学生基于实际情境学习化学知识，并运用所学知识解决相关问题。

关键词：“生活情境-实验探究-认知创新”教学框架；维生素C与健康生活；教学设计

文章编号：1008-0546（2021）11-0007-04中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.11.002

*本文系北京市“十三五”规划课题“基于生活的化学实验课程的开发与实施”成果之一。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（简称新课标）倡导“素养为本”的化学教学，要求“教师在教学中重视创设真实且富有价值的问题情境，开展以化学实验为主的多种探究活动，引导学生在更广的学科背景下认识物质及其变化规律，综合运用化学知识分析和解决有关问题”[1]并在相关课程中给出了“学习活动和情境素材”建议。如何将这些材料转化为真实问题情境，并寻求适合的学习活动方式，提升学生的认知思维是化学教学面临的重要课题。为此，以指向健康生活为主旨、生活情境素材为载体，构建“生活情境-实验探究-认知创新”教学框架，并以此框架为指导，就“维生素C与健康生活”主题单元教学展开探讨。

一、“生活情境—实验探究—认知创新”教学框架

情境素材是创设教学情境的典型事件或原始材料。与实际问题相关的情境素材包括健康、材料、能源、环境等多个方面，其中，与健康生活相关的情境素材包括营养素、食品添加剂、保健食品和药物等，涉及物质的组成与结构、性质与用途，以及制备或合成、含量与合理使用等化学知识。

以促进学生形成问题解决的思路方法为抓手，将生活问题、化学知识与实验探究整合，构建教学框架（见图1），即以健康生活为主旨，依据教学目标内容，创设生活问题情境，将学科知识与生活实际整合，开展以实验探究为主的学习活动，引导学生形成分析和解决实际问题的思路方法，实现让学生的思维发展、能力提升能够与具体知识学习协调同步的教学主张[2]。

二、“维生素C与健康生活”主题单元教学设计

1.主题内容选择

维生素C是人体必需营养素，也是化学教学中与生活密切相关的情境素材。“维生素C与健康生活”主题单元教学为高二学生开设，根据新课标和教材要求，并参考大学教材《分析化学实验》[3]和《中华人民共和国药典（2015年版，二部）》[4]等相关内容，聚焦学科研究对象和基本问题，选取维生素C的組成、结构与性质，氧化还原反应及滴定实验原理和操作方法等内容，将其与生活问题关联，形成本单元知识内容的逻辑关系（见图2）。

2.教学目标设计

在本主题单元教学之前，学生对氧还反应原理，有机化合物结构特点，烃的含氧衍生物官能团、性质及反应类型比较熟悉，对维生素C知识有部分了解，能够完成简单实验探究活动。但学生对有机化合物化学性质和化学反应的发生条件认识不够，对物质元素研究的思路较为混乱，对较为复杂的探究实验难以精准操作和分析，基于上述学情，教学目标设计如下：

（1）按照研究物质的视角，从物质的组成、结构、性质及用途等方面去分析生活情境素材中与维生素C相关化学问题，并能依据“结构决定性质、性质决定用途”的学科思想，分析维生素C的结构特点、化学性质及其用途之间的关系，建立“结构性质用途”相互关联的分析思路；

（2）围绕维生素C的性质及反应等开展实验探究活动，进行基于实验现象、数据进行分析，比较、归纳并推理应用，形成变量控制、证据推理的方法和策略；通过I2溶液配制标定和碘量法测定维生素C含量等实验，对实验数据进行分析并查找误差原因，形成定量研究意识；

（3）反思实验探究过程，形成严谨科学态度和创新意识，能运用所学知识和方法解决生活实际问题。

3.教学思路设计

以教学目标为导向，依图1所示的教学框架，形成本单元教学思路设计（见图3）。

首先，创设生活情境，通过果蔬营养价值引入维生素C，通过维生素C治疗坏血病的化学史激发学生兴趣，进而通过维生素C为什么可以治愈坏血病引发学生就结构决定性质的化学问题思考。

其次，开展实验探究，通过比较果蔬的维生素C相对含量和利用国家药典碘量法定量测定药片、果蔬中维生素C的具体含量等实验，增进学生对维生素C性质的认识，学会定量分析、数据处理等思路方法，掌握常见果蔬的维生素C具体含量测定，知道维生素C的实际补充数量。

最后，通过蔬菜烹调维生素C流失的生活拓展应用，引发学生就教学知识更深度思考，促进学生运用所学知识解决新问题。

三、主要教学活动

依图3所示教学思路，单元教学活动分2课时完成，具体如下：

【环节1】生活情境

展示：各种常见新鲜果蔬的主要营养价值，重点谈维生素C。

讲述：航海家麦哲伦海上旅途，因船员们难以吃上新鲜蔬菜患上坏血病，后来补充野菜而病情痊愈。

问题1：维生素C大多存在于哪些食物中？人体能否自身合成维生素C？

学生活动1：倾听、观察、思考，了解维生素C的存在路径和不可合成。

学生认知发展：关注维生素C与健康关系，思考其中的化学问题。

【环节2】实验探究

问题2-1：维生素C为什么可以治愈坏血病？

实验探究1：维生素C的水溶性、酸性、还原性。

性质1：水溶性

展示：维生素C结构简式，写出分子式。

讨论：根据维生素C官能团种类和数目，判断其水溶性。

学生活动2：思考回答6个碳原子中有4个羟基，与水分子形成氢键能溶于水。

拓展：水溶性和脂溶性维生素。

性质2：酸性

思考：类比苯酚俗名石炭酸有弱酸性，引导学生猜测维生素C是否具有酸性及如何证明？

学生活动3：列举能够证明酸性的方法并实验验证。

演示实验：用pH计测定维生素C溶液pH值。

提问：能否从基团间相互影响的角度分析呈现酸性原因？

学生活动4：提出酸性是源于酯基水解，引导学生意识到酯基水解是微弱的；推理碳碳双键影响与其相连羟基上的氢原子使其更易电离，给出因烯醇式结构导致呈现酸性结果的肯定。

性质3：还原性

展示：琥珀酸亚铁片与维生素C同服，可增加吸收。

思考：维生素C体现的性质并如何依据证据证明？

学生活动5：思考推测其具有还原性。讨论可行设计，完成实验、学案和论证推理。有学生用维生素C分别与FeCl3溶液、碘水反应，黄色褪去证明结论，也有学生外加KSCN溶液、淀粉溶液指示剂，现象更明显的来证明结论。

学生认知发展：从用途-性质-结构角度进行思考分析，体会不同关联角度，掌握基于问题的化学知识脉络探究思路。

问题2-2：我们应选择何种果蔬补充维生素C？

实验探究2：利用维生素C性质设计正反滴等实验方案进行定性比较果蔬的相对含量。

学生活动6：讨论实验方案，设计实验获取证据，各取100g果蔬榨成汁，记录使其褪色需要KMnO4溶液的滴数，比较不同果蔬的维生素C相对含量（见表1），思考褪色滴数与含量大小关系并评价方案。

学生认知发展：掌握维生素C性质并应用，正反滴等实验探究方法及评价方案。

问题2-3：如何知道补充了多少含量的维生素C？

实验探究3：碘量法测定药片中维生素C含量。

展示：国家药典现行2015版，测定维生素C碘量法资料。

学生活动7：小组展示、介绍碘量法测定维生素C片剂含量实验的原理，其它学生视频形式观看0.05mol/L I2标准溶液的标定，维生素C含量的测定等实验重要过程。

思考：如何定量测定不同果蔬的维生素C含量？

学生活动8：对不同果蔬进行榨汁并前处理，平行3次测定不同果蔬的维生素C含量。

探讨：学生对实验数据进行处理和误差分析，并思考影响实验的相关因素。

拓展：测定维生素C的常见方法，重点介绍应用较广的高效液相色谱法（HPLC）原理、测定和特点。现存文献[5]对比几种测定方法。

学生认知发展：关注量的意识，理解认知掌握定量方法并完整感受实验探究过程。

【环节3】认知创新

问题3-1：烹调蔬菜时为减少维生素C流失应注意什么？

学生活动9：讨论再根据文献资料（见表2、表3）完善讨论结果，从切、炒等方面比较分析汇报。

问题3-2：通过本主题教学，你的思考和收获？

应用：不可用药片代替果蔬来补充维生素C，应以平衡膳食为最好的营养素来源，学生将所学化学知识、健康生活理念传递给更多人。

学生认知发展：建立问题研究思路方法，促进认知创新能力并解决生活实际问题。

四、教学效果与反思

本次主题单元教学，按照上述的“生活情境-实验探究-认知创新”教学框架依次展开，实现了学生“趣中学，学中做，做中思”，通过课后调查分析，94.4%的学生系统掌握了维生素C相关知识，91.7%的学生具备了更清晰的定性、定量分析思路。

通过教学实践，有以下三点体会：

第一，生活实际问题比较综合复杂，学生往往存在学习困难，需要采取相应的教学策略。碘量法定量测定维生素C含量是学生学习的难点，为了还原更真实的生活情境，以2015版国家药典和北京市药检所测定流程为依据，结合中学生的实际情况和大学分析化学课程的内容，通过课前课中的整合、以难点突破带动实验探究的全面展开、以个别学生先行带动全体学生跟进，使教学得以有序开展。

第二，高中化学新课标倡导以主题为引领，强调真实问题情境的创设，由具体知识的教学转向基于实际问题情境的教学，不仅需要深入认识其意义和价值，也需要有相应的实操路径。“生活情境-实验探究-认知创新”教学框架的提出，不仅适用于维生素C主题教学，也可拓展到其他生活实际问题情境、乃至其他更为广泛的实际问题情境的化学教学。

第三，现实生活中的问题有很多，如何选择实际问题并设计基于实际问题情境的化学教学，需要不断思考和实践探索。从教学设计的关键要素来看，基于实际问题情境的化学教学设计既要聚焦学科研究的对象和基本问题，也要注意基于学生的已有知识经验并定位于学生的最近发展区。教师需要思考哪些实际问题是我们用化学知识方法可以解决的，哪些与中学阶段的化学教学内容紧密关联，哪些符合学生的认知发展需要等。

参考文献

[1]中華人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2]何彩霞.化学学科核心素养导向的大概念单元教学探讨[J].化学教学，2019（11）：44-48

[3]武汉大学.分析化学实验四版[M].北京：高等教育出版社，1999：206-208

[4]国家药典委员会.中华人民共和国药典2015年版.二部[S].北京：中国医药科技出版社，2015：1238

[5]贺澎，王文丽.维生素C片3种含量测定方法的比较[J].中国药品标准，2018，19（2）：112-114

[6][7]李思健，李晓.维生素C的结构、性质及在烹调中的变化[J].枣庄师专学报，2000（2）：73-74