科學與常識：基于生活關聯的化學教學設計

孟獻華+倪娟

摘要：科學與日常生活相聯系的教育理念已被理科教師廣泛接受，但具體教學設計中面臨了教學目標制定、教學內容選擇、學科知識考證、科學觀念形成以及教學情境創設等諸多難點。對一次網絡公開課教學研討中涉及的各方面問題加以評價，為今后相關主題教學設計提供具有參考價值的典型性案例。

關鍵詞：化學與生活；科學與常識；化學教學設計

文章編號：1005–6629（2015）7–0039–05 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

今天“名師課堂”展示的教學課題是“人類重要的營養物質”，由于多方面原因，該課題平時極少有教師開課，這次的嘗試具有重要的理論研究和實踐探討價值。

初中化學“人類重要的營養物質”一節內容看似簡單，教師在實踐過程中卻會面臨多個教學設計難點，很少有教師上公開課。本文以一次網絡公開課為例，從教學內容選擇、化學知識表述、教學目標建立、學科價值觀念、教學情境設計5個維度展開，分別從教學設計中一般會面臨的教學難點，教師采用了怎樣的教學策略，是否有其他教學設計方案3個方面對本節課進行了評析，為今后相關主題的教學設計提供具有參考價值的建議。

1 內容的選擇與組織

在化學公開課、研討課或評優課等情況下，“人類重要的營養物質”的教學內容通常很少有教師愿意作為主題。究其原因大致有：（1）20年來，義務教育階段化學教材經歷多次變化，營養物質內容是從2004年新課程以后才加入的，對它尚不熟悉，也缺乏可供借鑒的成功案例；（2）本單元知識體系不夠清晰，內容復雜而且在不斷變化中，編寫的邏輯性也不如教材其他章節；（3）本單元內容在各種學業水平測試中較少涉及。該章節可以說是處于“理論層面重視、實踐教學忽視、開課選題回避”的地位。

1.1 生活中的化學知識問題

我們現在的教育政策文件提倡，“將日常生活中生動的自然現象和化學事實、化學科學與技術發展及應用的重大成就”作為學習化學的重要情景。但回顧20年前的一段文字，有助于我們認識這一觀念落實到實踐中，化學教師將會遇到的困難。

劉知新在《化學教學論（第二版）》中指出，當時的化學教材，與生活相聯系的教學內容主要體現在高中階段，涉及了化工生產原理和化學工藝兩方面，而日常生活中的化學知識較少呈現。作為課程今后的發展方向，他還列出了4個方面化學與生活的學習內容：①環境保護方面的化學知識，②居室和廚房中的化學知識，③洗滌用品中的化學知識，④能源化學、海洋化學、營養與保健。有意思的是，劉老先生當時還指出，“這些內容種類繁多、成分復雜，不少均為必修的教學內容所難以容納，只好從選修或活動課程中找出路”。關于這一內容對學生的意義，該書提出的主要是提高學生化學素質和學習興趣[1]。

今天重新研讀這段文字，對我們的教學設計仍有很好的啟示作用：

（1）今天的化學教材中加入了大量生活中的化學知識，本單元更是以集中的方式而不是分散方式編寫相關內容，這就為教師提出了一個最大難題：生活中與化學相關的知識，內容種類繁多、成分復雜，如何選擇、組織這些內容？這也就回到課程教學論中2個本源的問題：化學課程“應該提供哪些經驗材料才能實現教學目標”和“怎樣才能有效地組織這些經驗”。

（2）本節教材編寫思路是以營養物質為線索，選取相關內容組成教學材料。這樣又出現了一個新問題：通常的化學教材內容編排，遵從的是元素化合物、化學概念與理論、化學計算和化學實驗4個模塊，其中元素化合物知識又遵從元素周期表的分類思想。如初中教材的其他各章節，都是以代表性元素的單質性質學習，掌握各族元素性質與物質合成等。本單元以營養物質為線索，從物質存在、性質、作用等方面建構教學內容，不可避免地與學生已有知識具有交叉關系。如血紅蛋白和一氧化碳的反應、酶的催化作用等內容，學生已經在前面接觸過，在這里究竟是簡單重復、忽略不講還是深入理解，這都是擺在教師面前的難題。

1.2 教學設計的選擇方案

中科院院士周光召在為《科學教育的原則和大概念》作序中指出：“科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而應當慎重選擇一些重要的科學觀念，用恰當、生動的教育方法，幫助孩子們建立完整的對生活的理解。[2]”

這段話對本單元的教學設計思想有著重要指導意義。一方面，本課內容完全是生活中的化學知識，無疑體現了化學的實用性；另一方面，用學科知識審視生活中的科學原理，必然涉及紛繁復雜并具有前后交叉的性質，處理不好，更可能體現為化學學習缺乏規律。如何處理“化學學科的邏輯體系”與“日常生活問題解決”兩者的關系，成為教學設計中最棘手的問題。

在實際教學中，本節課內容編排特點為：

（1）劃分單元，分組探究。將學生分為4個小組，分別學習蛋白質、糖類、維生素和油脂的組成結構、存在性質等內容，這就從原則上把握了化學學科基本知識結構主線。在此基礎上，以大量生活案例呈現，說明各種營養物質的作用與生活飲食息息相關，希望開闊學生眼界、激發學生學習動機。

（2）聯系生活，交流研討。在陳述生活中的化學知識時，積極鼓勵學生參加各項研討，如各種營養元素從何而來、對人體生命活動各有哪些作用等，加深學生對化學基礎知識的理解和記憶。

2 知識的陳述與考證

本課位于初中化學教材最后部分，學生經過了一年的化學學習和初二的生物課程，教師可能會認為教材中的學科知識完全是常識性的介紹，知識點多而淺顯易懂，學生自習完全能夠掌握。實際往往并非如此。

2.1 學科知識教學難點

2.1.1 學科知識本身的難點

化學是一門研究物質的基礎自然學科，而人類對客觀世界的認識是一個不斷深化的過程，體現在科學知識本身也處在不斷的變化中。尤其化學學科成為單獨體系是15世紀以后的事情，很多知識尚不成熟、認識尚不完善。同時，當科學技術與我們的日常生活相聯系時，又涉及到專家知識與大眾常識、科學觀點與社會認識等多種變量因素，就會出現諸多技術爭議與科學知識的演化。

具體在本節課“人類重要的營養物質”，僅舉一例：教學過程中教師提出人體如何補充鐵元素的問題，談到可以通過食用菠菜的途徑，涉及了歷史上著名的“菠菜事件”。1870年，德國化學家Wolf發表了一篇論文，首次指出菠菜中鐵的含量極高，其價值足可與肉類相當。“菠菜含豐富的鐵”這一結論寫入了最具權威性的百科全書。1929年，漫畫家Segar借著這個重大發現創造了“大力水手”這一動漫人物，當時菠菜的年銷量足足增長了33%。1934年，德國科學家Sherman發現自己對菠菜中鐵元素含量的檢測結果遠遠低于教科書提供的數據，引起了一場“糾錯”風波。科學界就“單位質量菠菜的鐵元素含量測定方法”、“元素質量數據的準確性”、“物質中的元素哪些可被人體吸收”等問題進行了一系列研究，大大加深了科學研究與生活應用的認知。新進的研究表明，以100g計，我國菠菜平均含鐵量是2.7mg，其中能被人體吸收的只有1%。如果進行換算，需要10余斤菠菜才抵得上50g豬肝，所以真想補鐵，主要依靠動物肝臟、全血、魚類和畜禽肉類，“菠菜補鐵”這個謬誤一直影響了人們70多年[3]。

生活中的案例比比皆是，如哪些食品可以混合吃、哪些不可以？什么樣的食品攝食結構更為合理？以及“常吃火鍋麻辣燙會致癌”、“轉基因食品的安全性”等等。但各種說法是否科學，哪些屬于值得討論的學科問題，哪些內容引入課堂討論既能激發學生興趣，又符合學生認知水平，還與最新的科學研究結果相符合，這些教學設計難點的解決都對教師提出了更高的要求。

2.1.2 學生認知的難點

初中學生表面上具備了一定的營養學知識，知道一些生活中的常見物質，實際上沒有學習過系統的有機物知識，而各種營養物質多數屬于結構復雜的有機物。在不具備營養物質結構（如有機物官能團）與性質關系認識的前提下，學生從學科角度理解各種營養物質對人體的作用及其營養價值，是一件非常困難的事情。這就要求教師能夠從看似雜亂無章的教學內容中，梳理出便于學生理解、應用學科知識和生活聯系的規律與線索。

2.2 教學設計方案

在實際教學中，本節課教學設計特點為：

（1）注重教學結構的一致性。從蛋白質、糖類、維生素到油脂，每一類營養物質采用一致性學習流程：存在形式——主要來源——具有的性質——在飲食中的作用——總結學習方法。既符合教材編寫的體系，也有助于學生掌握科學的學習方法。

（2）以分組學習促進教學效果。每個小組研究一類營養物質，既能夠分散知識點，同時對每一類物質研究得更為充分，防止學生重復性學習。

2.3 教學建議：教學設計中的學科思維

本課總體結構體現了分組討論特點，但也出現一個缺陷，知識學習重點不夠突出、教學設計中教師的作用沒有很好發揮。提出以下2點建議：

（1）進一步突出“蛋白質”的學習，通過蛋白質內容的細致分析體現化學學習本質。

首先，正如恩格斯在《自然辯證法》中指出的：“生命是蛋白質的存在方式。”蛋白質內容學習具有營養物質內容學習的代表性，如日常生活中蛋白質的存在、性質、結構與應用最為廣泛。

第二，化學在原子水平研究物質變化，生物是在大分子水平研究物質的，蛋白質分子連接了化學與生物學知識。蛋白質是學生在生物學和日常生活中最熟悉的物質，他們很容易說出蛋白質在人體內的存在部位與形式，蛋白質對人體起到的作用，蛋白質的性質（如血紅蛋白會和一氧化碳反應、酶的催化作用與特征、甲醛對蛋白質的影響等）。所以教材中蛋白質環節的編寫體現了知識的完整性，是一個完整的知識結構體系。

在本課教學中，分組活動的結果是平均分配時間與小組方法，沒有很好起到蛋白質內容在知識與方法方面的代表性價值。蛋白質這一環節的內容，可以讓全體學生在教師的引導下共同完成學習，學生通過蛋白質和酶的實例，知道蛋白質各種功能的化學原理，如何防止甲醛和一氧化碳的影響，蛋白質缺乏可能的危害等等；總結方法后，以點帶面，學以致用。然后再以同樣的教學設計結構，學生分組完成其他營養物質學習。

（2）一些內容的提出與語言使用不夠嚴謹，問題創設沒有體現學科知識性與問題性。如在課堂開始的教學引入中，使用一些過于生活化的圖片，借助人的體型對比說明“吃”的重要性。一方面，學生對習以為常的情景未必感興趣；另一方面，沒有足夠學科思維含量、缺少可供學生思考的問題。正如杜威所說：“熟悉的和相近的教材，本身并不能引起思維或使思維做出反應，只有用它們來理解陌生的和相遠的教材時，才是有用的。[4]”也就是說，教學設計應該根據學生現有水平，由教師提供合適的、新穎的問題情境，促使學生不斷產生有價值的思維。

3 科學的普及與學習

新課程以來我們接受了諸多新的教育理念，如綱領性文件《基礎教育課程改革綱要（試行）》提出對原有課程應該“刪除繁、難、偏”等教學內容，同時更強調科學與生活相聯系、解決生活中的實際問題等等。但不可忽視的是，過于注重社會問題解決的教學設計，通常會出現對學科知識系統性學習的不足，易造成淺嘗輒止的現象。

3.1 科學普及與科學學習

具體到本課的教學，很容易出現將化學學科知識的學習與科普性質的學習相混淆。兩者之間有著很大的不同：（1）科學普及的目的是讓公眾了解一些基本的科學事實，或者說是“外行知識”，它只表示讓大眾理解科學、用通俗的語言讓大眾了解科學，而忽略了不同的學科領域、不同科學家之間的交流。（2）學校中的科學學習，是有目的、有計劃、有組織地學習特定學科內容，使學生掌握本學科的知識與能力、過程與方法、情感與態度。

比較而言，科普具有社會性、群眾性和持續性，在知識方面多數在知其然而不必事事知其所以然，更多表現為對科學常識的傳播。而學校科學教育的知識性體現在，學習者能夠從學科的專業視角分析各種問題，進行科學研究。具體到化學學習，化學學科是從分子原子角度研究物質的運動與變化，中學階段的化學學習包括化學基本概念、元素化合物知識、化學實驗與化學計算。從比較的視角分析，我們可以說，本單元每一個內容似乎學生都懂，實際上學生知道的只是生活常識而不是其中的科學原理，他們知道蛋白質、糖類十分重要，但并不知道這些物質中的化學成分是什么、化學性質怎樣、對人體具體有哪些作用。

3.2 本單元的化學學習要素

初三后半階段的學生已經具有了基本化學視角，本課的教學目標應該將學生已有的普及性生活常識向化學學科知識轉變。這也是我們今天特地提出“科學與常識：基于生活關聯的學科教學設計”的原因。形成這樣的觀念，也就便于我們更好理解教材是如何從學科角度展示這一部分內容的。

（1）突顯化學學科的物質表征。盡管學生沒有系統學習有機高分子化合物，教材呈現了血紅蛋白分子結構圖，同樣有丙氨酸的結構簡式。

（2）強調科學研究的定量特征。展示了各種營養物質釋放熱量，特別是出現了3次計算：求血紅蛋白分子中鐵原子數、奶粉中蛋白質含量達標計算和脂肪消耗量，充分體現科學研究的量化特點，強調對科學問題原理的細致分析。在義務教育階段化學計算內容減少、難度降低的今天，這樣的教材編寫十分值得深思，這種定性與定量相結合的研究方法，恰恰是學生化學學習與公眾科學普及的不同之處。

3.3 教學設計簡評

本課教學基本體現了利用化學基本原理解釋生活問題的思路，如學生規范化地書寫糖類物質化學反應方程式、分析飲用牛奶包裝袋標簽上的營養物質成分數據等。但對初中最后階段的化學學習來說，可以進一步強化學科知識，增加一些化學定量計算、化學原理分析等方面的內容，如從分子組成結構預測蛋白質、糖類、脂肪分解產物各有哪些，為什么會有所不同，能不能通過實驗證明等。

相對而言，本課的教學設計過于追求化學與生活相聯系、降低學習難度的思想，一定程度上忽視了學科知識的系統性、學習促進學生發展的要求。必須承認，化學家的研究工作主要是用科學的語言描述客觀世界的規律。從學生能力發展看，“如果實際對象與理解物質及生命世界無關，所發展的能力只是一般泛指的能力，而不是特指的科學能力”[5]。

4 化學的正面與反面

4.1 化學學科觀

近年來只要是化學教學，總要涉及到化學學科在人們心目中的形象：人們對化學很大程度上是反感、抗拒而不是好奇和敬仰，因為似乎化學的發展總會導致社會的災難，如酸雨、大氣污染、環境惡化。國內曾譯介過一本著作——《被困的普羅米修斯》，談的就是當今科學的社會地位與價值降低問題，用在化學上尤為適切。化學是最古老的科學，起源可以追溯到火的利用，而火是人類文明的象征，古希臘神話中普羅米修斯從天庭偷來火種，為凡間帶來光明。在西方，普羅米修斯的自我犧牲精神，一定程度上象征了化學家乃至科學家的群體精神。現實卻是越來越少的人會認為化學是一門美好的學科，在這里當然不需要討論公眾究竟是對化學誤解還是背叛的問題，但教學設計中教師應該體現出一個正面的思想。

首先，作為化學教師的專業立場，必須懂得化學研究主要分為兩類：一類是研究自然和人類自身的未解之謎，找出自然界的規律；一類是合成自然界中不存在的新物質。無論是哪一類，都體現了化學家造福人類的基本追求。其次，教師還應該了解學生的心理，筆者曾經寫過一句話：人們一方面習以為常地享受著科學帶給我們的巨大便利，另一方面對科學發展中的暫時問題具有異乎尋常的獵奇心。學生同樣如此，教師的引導很大程度上決定學生對化學的基本看法。

世界范圍內的科學教育對這一內容同樣十分關注。如《英國國家課程》認為學生應對“科學與技術發展帶來的，包括人類環境、個體健康以及生活質量的正面和負面影響及相關倫理問題給予正當的解釋與適合的價值取舍”[6]。真實社會中對這一問題也是一個難題，如提到甲醛，學生基本持否定態度，但實際上對于產品設計與制造商而言，傳統的裝潢材料中必需使用大量的人造板材代替原木材料，甲醛是制造密度板、層積板、復合板的必需原料；在醫療上甲醛同樣用途廣泛。所以說，將甲醛等物質簡單定性為“有害的化學物質”，無疑有失偏頗，不利于學生批判性思維能力養成或形成正確的科學觀念。

4.2 教學設計簡評

本節課的教學設計也注意到了這個問題，整體結構分為三個模塊，其中第三個模塊專門將物質分為“無害的化學物質”與“有害的化學物質”，引導學生從一氧化碳的毒性認識吸煙危害、從甲醛的腐蝕性討論它對人體健康造成的傷害，展開討論并提出預防這些危害的建議。

盡管教師舉出了大量化學在生活中正反兩方面的應用，不過我們可以看出：（1）學生課堂表現為對化學的負面作用津津樂道，回答起化學的正面作用有氣無力；（2）多數日常生活問題的討論與化學知識聯系不大，無法深入，如地溝油使用涉及的是道德規范而不是科學問題，吸煙有害健康是常識習慣也不是科學問題；（3）僅僅以物質的毒性等個別性質將物質分為“有害或無害”，是否合適？

可以說，最后15分鐘集中出現較多化學負面內容，還是強化了學生對化學的不良印象。建議能夠以某一典型性問題討論，突顯化學積極意義的同時向學生傳達一個基本思想：科學技術的應用是一個復雜的問題，隨著科學認識的不斷發展，一些問題會有更好的解決途徑。如關于甲醛，應該說明：（1）化學學科對甲醛的性質與特點研究；（2）甲醛的性質決定了它在日常生活中有哪些用途；（3）如何通過科學方法測定甲醛含量；（4）合理使用甲醛的方法，哪些材料可以取代甲醛，提高人們的生活水平。這樣更有利于學生形成科學的學科發展觀念。

5 情境的創設與關聯

優質的教學情境創設有利于學生更好掌握學科知識、發展學科能力。本節課知識點很多，包括營養元素的定義與存在、人體活動能量的提供與儲備、重要物質的結構與變化等。初步統計，本課教師各種提問110余個，創設了大量生活情境，而且都是與生活有關的、真實性問題。將一個個知識點轉化為相應的學科問題，即“知識問題化、問題情境化”。

從研究的視角看，提出2個建議：

（1）知識內容的結構化。鑒于本課內容的多樣，初中生往往難以把握重點。教學最后可以用表格化的形式對本課內容加以整體呈現，從4類營養物質的結構與性質、變化與用途等維度加以比較，讓學生將新學習的知識與已有的知識結構相結合，形成良好的知識網絡。

（2）問題解決的綜合性。問題解決是人類學習的最高層次，科學教育中的問題解決主要體現為“應該能夠使學生自己建構對概念的理解，包括基于可能的想法提出預測，用不同方法搜集數據、解釋數據，以及討論概念的應用”[7]。本課教學設計主要圍繞合理膳食中的營養物質展開，從教學設計的一致性與延續性出發，可以通過1個綜合性問題鏈完成本課的知識鞏固與應用環節：①提供一份菜譜，學生指出其營養物質的存在；②綜合應用知識，定性分析菜譜中飲食結構合理性；③提供適量數據，定量探究食物中能量分布情況及其合理性。

6 總結

本課放在初中化學最后學習，在學科學習的思想高度，教師以大量生活案例展示化學與生活關系的同時，重點體現學生化學學科知識的掌握與應用，是一個值得不斷研究的問題。在學科觀念的形成方面，20年前，化學教育外部環境是“學會數理化，走遍天下都不怕”，化學與生活的聯系很大程度是點綴性的；今天，很大程度上已經變成了“化學生活化，社會真可怕”，這為當下的化學教育提出更多的、更為辯證的問題，化學與生活的學習也就具有更多的意義。

附注：課例源自江蘇省中小學教學研究室教學新時空名師課堂，本文為現場評課文本，略有修改，感謝上課教師的辛勤勞動（http：//hx.jssjys.com/ Html/Article/2786/）。

參考文獻：

[1]劉知新.化學教學論（第二版）[M].北京：高等教育出版社，1995：285～287.

[2][5]溫哈倫編.韋鈺譯.科學教育的原則和大概念[M].北京：科學普及出版社，2011：1，13，14.

[3]“菠菜富含鐵”源于點錯小數點？http：//www.guokr. com/article/22543/.

[4]約翰杜威著.姜文閔譯.我們怎樣思維 經驗與教育[M].北京：人民教育出版社，2005：234.

[6] Qualification and Curriculum Authority. The National Curriculum for England. Key Stages 1～4. London： Crown，1999，57.

[7]宋心琦.化學家想知道什么——什么是化學的大問題[J].化學教學，2009，（3）：3.