關注學生認知發展的化學教學

摘要：關注學生認知發展的化學教學，需要對學生的發展有整體考慮，既要促進學生對知識的深層理解，也要發展學生的認知技能。以必修2“乙醇”教學為例，基于對知識內容及其教學價值、學生已有知識經驗的分析，在教學活動設計方面，以“結構決定性質”為引領，以“有機物性質”的學習為中心，將知識與認知過程進行整合，關注知識間的內在聯系，幫助學生逐漸和連貫地形成較為系統的知識結構和認識思路，力求讓學生的思維發展與知識的深層理解協調同步。

關鍵詞：乙醇；有機物結構與性質；認知發展；教學活動設計

文章編號：1005–6629（2013）12–0029–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

作為高中有機化學基礎知識的開端，必修2模塊選取與生活聯系密切的典型有機物（甲烷、乙烯、苯、乙醇、乙酸、糖、油脂、蛋白質等）逐一展開學習。通過實驗了解有機物的主要性質，初步體會有機物的組成和結構特點對其性質的影響，認識這些有機物在日常生活的應用或在化工生產中的重要作用等[1，2]。由于教學是分別針對某一具體有機物進行的，并且這些有機物的主要性質、典型反應及結構特點等內容有著明顯的差異，這些知識間的內在聯系不易被發現或容易被忽視，學生在學習時往往會感覺這些知識是孤立零散的，隨著所學知識的增加學生難以建立對“有機物結構與性質”的整體而深入的認識。為此，溝通相關知識間的聯系，關注具體有機物知識與更為基本、更為深刻的“結構決定性質”這一學科思想之間的聯系，幫助學生逐漸和連貫地形成較為系統的知識結構和認識思路就顯得尤為重要。本文以必修2“乙醇”的教學為例展開探討。

1 必修階段“乙醇”知識及其教學價值

從人教版必修2教科書的編排看，必修階段“乙醇”的知識內容主要包括乙醇的物理性質、化學性質（乙醇與金屬鈉的反應、乙醇的燃燒、乙醇的催化氧化）、乙醇的組成、結構式及羥基等，這是學生需要學習和掌握的具體知識。若教學只停留在對這些具體事實性知識的識記上，學生獲得的只是知識的簡單積累，而不能使學生已有的有關有機物結構與性質的知識得到重組和改造。有機化合物知識的教學核心在于引領學生把握“結構決定性質”的思想，形成對有機物結構與性質關系的認識。學生要達成對“結構決定性質”的理解需要經歷一個漸進與發展的過程。由此需要思考，從“結構決定性質”的角度看，“乙醇”這部分內容與之前的甲烷、乙烯和苯等知識有什么關聯？“乙醇”的學習將發展學生對有機化合物知識的哪些認識？對這些問題的思考將有助于深刻理解知識的結構及其教學價值。

按照認識有機物“結構決定性質”的分析框架[3]，可以較為清楚地梳理乙醇與學生之前所學的甲烷、乙烯等在結構及其性質方面的不同，表1列舉了從組成和結構特點來分析乙醇和乙烷的主要性質與反應，由此可以引領學生把握有機物的結構特點對其性質的影響。以此分析框架為指南，可以促進學生依據所學相關知識的遞增而整體把握“有機物結構與性質”的關系，從而建立連貫而深入的理解。

依據表1中的分析框架，對學生的學習和認知發展來說，必修階段“乙醇”知識的教學價值主要分為三個方面[4]：第一，認知價值。基于從組成、性質、結構特點與官能團的角度，豐富對有機物（乙醇）的認識。第二，發展價值。基于與乙烷的比較，基于乙醇與鈉反應比水與鈉反應緩和的比較等，初步體會乙醇分子的結構特點（官能團、價鍵的極性）等對其性質的影響，逐漸發展對有機物結構決定性質的認識。第三，工具價值。即基于上述兩個方面，逐步形成認識有機物性質的思路與方法，使之成為認識和分析解決相關問題的工具。

教師需要對知識（教什么）和過程（如何教）做出決策，即要用合適的方法去教最有價值的知識。上述知識內容及其教學價值的分析是進行教學設計的基本依據，有助于幫助教師解決教什么知識的問題[5]。

2 學生已有的知識經驗

學生已有的知識經驗會影響新知識的學習，有效的教學需要對學生有充分的了解。就必修階段“乙醇”的學習而言，學生已有的知識經驗包括以下幾個方面：一是對乙醇的了解，基于初中的學習和生活經驗，學生已經知道乙醇的元素組成和化學式或結構簡式，知道乙醇易溶于水，易燃，能做燃料、溶劑等；二是基于甲烷、烷烴、乙烯和苯等內容的學習，學生對有機物中碳的成鍵特點及其性質等知識有所了解，知道甲烷能發生取代反應、乙烯能發生加成反應等，并初步體驗了通過實驗了解有機物性質、通過有機物結構特點認識其性質的學習思路；三是基于之前的學習，學生學習了化學鍵、共價鍵的極性、化學反應的實質是化學鍵的斷裂與生成等，這些知識有利于促進學生對乙醇的結構特點及其主要性質反應的理解。

對學生已有的知識經驗進行分析，關注學生已有知識經驗與新知識的聯系，找尋兩者之間的差距，有助于教師設計出能促進學生知識重組、并符合學生認知規律的學習活動。例如，考慮到學生的實際，與人教版必修2教科書中“乙醇”內容順序的編排（乙醇的物理性質→乙醇與金屬鈉的反應→乙醇的結構、羥基與官能團→乙醇的氧化反應（乙醇的燃燒、乙醇的催化氧化）不同，筆者認為，在實際教學中需要將教學內容順序做如下的調整：從教學整體思路來看，按照“用途—性質—結構”的順序來設計學習進程；就乙醇的化學性質的學習來看，按照從簡單到復雜、從熟悉到不熟悉來安排具體內容，兼顧前后內容的關聯與遞進。為此，必修2“乙醇”教學內容主線的設計具體如下：乙醇的用途與性質——乙醇的化學性質（依次為乙醇的燃燒、乙醇的催化氧化、乙醇與金屬鈉的反應）——乙醇的結構特點（乙醇與金屬鈉反應的分析討論、乙醇與乙烷性質的比較）。這樣的安排既體現知識的邏輯，又符合學生的認知發展特點。

3 關注學生認知發展的教學活動設計

關注學生認知發展的教學活動設計，需要將教學目標和內容轉化為具體的學習任務，圍繞學習任務將知識與認知過程進行整合設計相應的學習活動，在這樣的學習活動中讓學生的思維發展與知識的理解協調同步，其設計框架如表2所示。

依據上述教學活動設計框架，必修2“乙醇”一課的學習進程按照“用途-性質-結構”依次展開，其主要活動設計簡介如下。

任務1 從乙醇的用途了解其性質

[問題1] 根據之前的學習和生活經驗，關于乙醇你已經知道了什么？請從元素組成、結構簡式、用途和性質的角度進行考慮。請寫出乙醇在生活生產中有哪些用途？這些用途反映了乙醇的哪些性質？

[問題1-1]在一塊白板上有用油性筆寫的字，你能用什么方法將其清理干凈？這種方法利用了乙醇的什么性質？

[問題1-2]乙醇可以作為燃料，請書寫其燃燒的化學方程式。與CH 燃燒的化學方程式相比較，兩者有什么共同點？

[學生認知發展]回憶并調用已有的知識經驗，梳理對乙醇的已有認識，建立乙醇的用途（燃料、飲料、溶劑）與其性質（易燃、易溶于水，能溶解其他物質等）之間的聯系。

任務2 通過實驗學習乙醇的主要化學性質

[問題2]乙醇能夠燃燒，說明乙醇能被氧化。乙醇還能與其他氧化劑發生反應嗎？

[學生實驗]乙醇的催化氧化。向試管中加入3～4 mL無水乙醇，將一根潔凈的下端呈螺旋狀的銅絲在酒精燈的外焰上灼燒至紅熱，迅速插入乙醇中，反復多次。觀察銅絲顏色和試管中液體氣味的變化。思考如下問題：（1）銅絲的顏色先后如何變化？（2）乙醇被氧化成什么物質？（3）綜合整個反應過程，銅絲的作用是什么？（4）嘗試寫出實驗過程中發生反應的化學方程式。

[活動1]通過圖片示意和教師的講解，了解乙醇在人體內的代謝過程。

[演示實驗1]借助實驗模擬交警檢查酒駕的方法，認識乙醇與強氧化劑（重鉻酸鉀等）的反應。

[問題3]乙醇還有什么其他的化學性質呢？

[演示實驗2]觀察教師演示乙醇與金屬鈉反應的實驗。與以前學過的金屬鈉與水反應的實驗進行比較，思考如下問題：（1）根據反應產物的檢驗，說明乙醇與金屬鈉反應產生的氣體是什么？（2）據實驗測定，1 mol無水乙醇與足量的金屬鈉反應可得到0.5 mol H 。請結合乙醇的結構簡式，分析是什么氫原子參加了反應？試著寫出乙醇與金屬鈉反應的化學方程式。

[學生認知發展]在問題引導下，按照“實驗觀察-現象分析-獲得結論-書寫化學方程式”的基本思路，學習乙醇的主要化學性質（乙醇的催化氧化、乙醇與金屬鈉的反應），在獲得知識的過程中體會通過實驗研究有機物性質的思路與方法。

任務3 從乙醇的性質認識其結構特點

[問題4]煤油是多種烷烴的混合物，金屬鈉與煤油不反應，而金屬鈉與乙醇卻能反應，從中你能獲得什么啟示？

[問題4-1]按照表3所示，比較乙烷與乙醇的性質，思考是什么原因導致乙烷與乙醇性質有如此大的差異？

[問題4-2]比較金屬鈉與水、金屬鈉與乙醇的反應，兩者實驗現象有什么不同？這說明了什么？

[學生認知發展]在問題4的引導下，從有機物結構的角度認識其性質的原因。針對問題4-1的分析，認識乙醇的結構，知道乙醇是由乙烷分子中的一個氫原子被羥基（-OH）所取代，乙醇和乙烷性質的差異是由乙醇的官能團（-OH）所引起的。基于金屬鈉與無水乙醇反應比金屬鈉與水反應緩和的比較，初步了解乙基對乙醇分子中羥基氫活潑性的影響，從而從官能團、價鍵的極性等方面豐富和發展對“有機物結構決定性質”的認識。

任務4 總結學習有機物的基本思路

[問題5]根據今天對乙醇的學習，請你總結認識有機物的思路和方法？

[學生認知發展]反思這節課的學習，在互動討論中，師生共同總結認識有機物的基本思路：以“有機物性質”為中心，基于用途了解性質，通過實驗深入學習有機物性質，從有機物性質可以認識有機物的結構特點，根據有機物的結構特點可以解釋其性質等（見圖1）。

總之，關注學生認知發展的教學，需要對學生的發展有整體考慮，既要促進學生對知識的深層理解，也要發展學生的認知技能。為此，需要考慮知識的結構與價值、學生的基礎與認知發展，知識獲得過程的性質等要素[6]。以關注學生認知發展為導向，注重溝通具體知識與學科思想方法之間的內在聯系，圍繞教學核心內容將知識與認知過程進行整合設計教學活動，旨在幫助學生逐漸和連貫地形成較為系統的知識結構和認識思路，讓學生的思維發展與知識的深層理解協調同步。這值得深入研究下去。

參考文獻：

[1]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003：13.

[2]宋心琦主編.普通高中課程標準實驗教科書·化學2（必修）[M].北京：人民教育出版社，2007.

[3]何彩霞.發展學生對有機物“結構決定性質”認識的教學研究——以“苯酚”教學為例[J].教學儀器與實驗，2012，（5）：11～14.

[4]楊開城著.以學習活動為中心的教學設計理論——教學設計理論新探索[M].北京：電子工業出版社，2005：18.

[5]季蘋著.教什么知識[M].北京：教育科學出版社，2009.

[6]崔允漷主編.有效教學[M].上海：華東師范大學出版社，2009：47.