體驗(yàn)科學(xué)——以《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》緒言教學(xué)設(shè)計(jì)為例

劉 妍，靳 瑩

(天津師范大學(xué)教師教育學(xué)院 天津 300387)

1 設(shè)計(jì)理念

長期以來，化學(xué)教育一直以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素質(zhì)為主要目標(biāo)，教師們在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中通過創(chuàng)設(shè)情境、設(shè)置環(huán)節(jié)等方式在各種教學(xué)活動(dòng)的組織過程中幫助學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究的精神與意義。很多教師也創(chuàng)造性地在教學(xué)設(shè)計(jì)中引入化學(xué)史的知識(shí)和內(nèi)容，使學(xué)生體會(huì)科學(xué)研究的過程、領(lǐng)會(huì)科學(xué)研究的曲折與科學(xué)成果的珍貴。但是在實(shí)踐過程中我們發(fā)現(xiàn)，部分教師對于 HPS(科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué))教學(xué)的認(rèn)識(shí)僅僅停留在介紹化學(xué)家的生平、趣聞或者讓學(xué)生閱讀教科書中的科學(xué)史話等層面。這樣的照搬引用并不能切實(shí)體現(xiàn)化學(xué)研究的真正涵義。新課程改革也對此提出要求：“經(jīng)歷對化學(xué)物質(zhì)及其變化進(jìn)行探究的過程，進(jìn)一步理解科學(xué)探究的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法，提高科學(xué)探究的能力。”只有經(jīng)歷了科學(xué)探究過程，才能在其中逐步形成學(xué)科思想與方法，并由此遷移、內(nèi)化成科學(xué)素質(zhì)。

教學(xué)過程中，應(yīng)避免 HPS的機(jī)械學(xué)習(xí)，避免將眾多科學(xué)史內(nèi)容進(jìn)行堆砌。而應(yīng)讓學(xué)生利用化學(xué)史實(shí)資料，體驗(yàn)科學(xué)研究的過程，學(xué)思結(jié)合，“重走”科學(xué)家的探究之路，由此了解科學(xué)研究的過程及其內(nèi)在本質(zhì)。讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)觀念、科學(xué)方法、科學(xué)事實(shí)以及科學(xué)家的探索精神與思維方式；體會(huì)到化學(xué)的樂趣與科學(xué)的嚴(yán)謹(jǐn)。通過對化學(xué)家探究活動(dòng)的精神復(fù)演，達(dá)到借助化學(xué)史“點(diǎn)亮”化學(xué)教學(xué)的目的。

2 教學(xué)分析

《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》是人教版教材選修課本的第五冊，在天津地區(qū)該本教材與選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》同作為選修教材使用。這本教材一般應(yīng)用于高中二年級(jí)第二學(xué)期，這階段的學(xué)生對于高中化學(xué)的學(xué)習(xí)已經(jīng)形成了自己的體系，大部分學(xué)生能夠接受微觀化學(xué)的學(xué)習(xí)，做到了宏微觀思維視角的轉(zhuǎn)化。另外伴隨數(shù)學(xué)學(xué)科解析幾何學(xué)習(xí)的完成，學(xué)生們的空間想象能力有了一定的基礎(chǔ)，在學(xué)習(xí)有機(jī)物結(jié)構(gòu)和同分異構(gòu)體等內(nèi)容時(shí)具備分析能力。

本節(jié)內(nèi)容作為選修五《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》的緒言內(nèi)容，是學(xué)生系統(tǒng)學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)的第一節(jié)課，學(xué)生們對于有機(jī)物并不陌生，他們在必修二中已經(jīng)學(xué)習(xí)了甲烷、苯等一系列有機(jī)化合物。在教學(xué)實(shí)踐中，教師往往采用通讀勾畫的方式，平鋪直敘地進(jìn)行講授，或者干脆跳過緒言內(nèi)容直接進(jìn)入到第一章的學(xué)習(xí)中去。很顯然，這樣就錯(cuò)過了一個(gè)很好的培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、揭示科學(xué)本質(zhì)的機(jī)會(huì)。本節(jié)課設(shè)計(jì)從“體驗(yàn)科學(xué)”出發(fā)，以豐富多樣的化學(xué)學(xué)習(xí)材料為基礎(chǔ)，讓學(xué)生在一手資料的海洋中直接面對有機(jī)化學(xué)，從大量的數(shù)據(jù)信息中獲得對科學(xué)研究的直觀感受，從而達(dá)到知識(shí)目標(biāo)與情感目標(biāo)的雙完成。

3 教學(xué)過程

3.1 新課引入

教師從生活中常見的有機(jī)水果、有機(jī)蔬菜等詞匯入手，引入“有機(jī)”概念。鼓勵(lì)學(xué)生查查organic和inorganic的意思。學(xué)生以 organic的基本含義“器官的、生物的、有組織的、根本的”，感受“有機(jī)”就是有生命的意思。

3.2 讀化學(xué)史料知科研艱難

教師結(jié)合單詞的意思，讓大家想一想在有機(jī)化學(xué)發(fā)展初期的重大事件，從而梳理化學(xué)年表。

此設(shè)計(jì)的意圖為，讀史可以知興衰，通過對化學(xué)發(fā)展史年表的梳理揭示科學(xué)研究并不是一帆風(fēng)順的，科學(xué)發(fā)展往往呈現(xiàn)出一種脈沖式的發(fā)展歷程。幫助學(xué)生直觀感受科學(xué)研究的曲折與復(fù)雜。

3.3 讀科研數(shù)據(jù)知有機(jī)特點(diǎn)

本環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)就是讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)研究的過程，感受科學(xué)家們在面對紛繁復(fù)雜的數(shù)據(jù)時(shí)的狀態(tài)，在歸納與總結(jié)中鍛煉學(xué)生的思維能力。在本環(huán)節(jié)中只對學(xué)生加以引導(dǎo)，并不規(guī)定出唯一答案，鍛煉學(xué)生的發(fā)散思維能力，注重科學(xué)素質(zhì)的培養(yǎng)，從根本上說就是思維的跨越、視角的重塑。

3.4 總結(jié)與反思

大家已經(jīng)總結(jié)出了有機(jī)化學(xué)的諸多特點(diǎn)，也了解到了生活中有機(jī)化學(xué)無處不在。教師提出，現(xiàn)在大家還是否記得在上課之初給大家提出的問題？是不是天然的就是無害的，合成的就是危險(xiǎn)的呢？請學(xué)生先不要急著回答，注重思考，之后交流。

4 教學(xué)材料(見圖1、表1、表2、表3)

表1 部分烷烴的沸點(diǎn)和相對密度Tab.1 Boiling points and relative densities of some alanes

表2 部分烷烴的沸點(diǎn)和相對密度Tab.2 Boiling points and relative densities of some alkanes

圖1 有機(jī)化學(xué)發(fā)展年表Fig.1 Timeline of organic chemistry

圖2 有機(jī)合成中的副反應(yīng)Fig.2 The book of Side Reactions in Organic Synthesis

表3 主要官能團(tuán)及相關(guān)性質(zhì)特征Tab.3 List of major functional group and relating propreties

圖2所示書中共收錄了1,700多條原始文獻(xiàn)，系統(tǒng)地分析了各類有機(jī)合成反應(yīng)中可能出現(xiàn)的副反應(yīng)及其原因，同時(shí)也介紹了如何減少和防止各種副反應(yīng)產(chǎn)生的措施和原理。這些知識(shí)不僅對初學(xué)者，就是對長期從事有機(jī)合成化學(xué)的資深研究學(xué)者也是極其有益的。在開始一個(gè)合成實(shí)驗(yàn)前，先讀一下本書的相關(guān)章節(jié)。在充分了解可能會(huì)發(fā)生的副反應(yīng)后，就可以少走彎路，節(jié)約大量精力、財(cái)力和人力，提高有機(jī)合成的工作效率。只有在解決了副反應(yīng)問題后才能讓我們從中真正享受到從事有機(jī)合成的樂趣和成功的喜悅。

此外，我們還準(zhǔn)備了大量史實(shí)材料。1837年，李比希與維勒以苦杏仁為主要原材料先后得到苯甲醛、苯甲酸、苯酰氯和苯酰胺，他們注意到這些化合物里都含有C7H5O原子團(tuán)，這些原子團(tuán)加上 H，OH.Cl.NH2就能生存上述各種物質(zhì)，這種現(xiàn)象正像一個(gè)氫原子，加上 H，OH.Cl.NH2就能生成氫分子、水、氯化氫和氨一樣，并且發(fā)現(xiàn)上述各種有機(jī)化合物之間的關(guān)系，正跟其對應(yīng)的這些無機(jī)化合物之間有著同樣的關(guān)系。也就是說，無機(jī)化合物里一個(gè)原子所起的作用，在有機(jī)化合物方面所不同的是一個(gè)原子團(tuán)在起著作用。也就是說，有機(jī)化合物雖然組成復(fù)雜，然而通過與簡單的無機(jī)化合物的對比之后，就會(huì)發(fā)現(xiàn)研究工作變得簡單明快多了。

這項(xiàng)研究成果的可貴之處就在于，不僅改變了對于復(fù)雜有機(jī)化合物的認(rèn)識(shí)，而且也使對其處理的方法簡單明了。特別是，由于許多化合物都有同樣的原子團(tuán)而能把他們歸納為一個(gè)族。由于有各種不同的原子團(tuán)，就能把有機(jī)化合物劃分成各種不同的族。如果再進(jìn)一步研究的話，根據(jù)各種原子團(tuán)之間存在著的異同和親疏的關(guān)系，還能夠在族和族之間建立起聯(lián)系。教師展示如圖3照片，講解合成概念。

圖3 你知道嗎？它們都是合成的！Fig.3 Do you know this? These objects are all made of synthetic materials!

5 教學(xué)設(shè)計(jì)說明

本教學(xué)設(shè)計(jì)從兩個(gè)化學(xué)單詞引出生命力論。以生命力論為出發(fā)點(diǎn)，介紹該論點(diǎn)從促進(jìn)有機(jī)化學(xué)發(fā)展到阻礙有機(jī)化學(xué)發(fā)展的過程，揭示科學(xué)觀念在學(xué)科發(fā)展中的重要性，也提出科學(xué)研究脈沖式發(fā)展的特點(diǎn)。教學(xué)環(huán)節(jié)中，教師為學(xué)生展現(xiàn)教材中的有機(jī)化學(xué)性質(zhì)、特征、規(guī)律的數(shù)據(jù)、史實(shí)等材料，讓學(xué)生從數(shù)據(jù)出發(fā)，自主歸納出有機(jī)化合物的特性以及有機(jī)化合物的研究方法等。該環(huán)節(jié)是本節(jié)課的重點(diǎn)部分，教師要在課前整理好教材中出現(xiàn)的表示性質(zhì)規(guī)律的資料作為學(xué)生探究的一手材料，學(xué)生在整理材料中找尋關(guān)系、摸索規(guī)律，為后續(xù)有機(jī)化學(xué)的學(xué)習(xí)建構(gòu)出思維脈絡(luò)，使學(xué)生體會(huì)有機(jī)化學(xué)的思想方法，即：何為有機(jī)化學(xué)；如何學(xué)習(xí)有機(jī)化學(xué)；如何進(jìn)行歸類、分析、推理。師生展開頭腦風(fēng)暴，搜尋生活中的有機(jī)化合物，引起學(xué)生的好奇心與關(guān)注點(diǎn)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)埋設(shè)情境材料。最后一個(gè)環(huán)節(jié)的問題與課堂開始的問題交相呼應(yīng)，到底“有機(jī)”的定義是什么？是否“天然的就是無害的，合成的就是危險(xiǎn)的”？結(jié)合社會(huì)熱點(diǎn)引起學(xué)生的繼續(xù)思考，幫助學(xué)生樹立關(guān)于有機(jī)化學(xué)和有機(jī)化合物的正確觀念。

6 教學(xué)反思

在本教學(xué)設(shè)計(jì)中并沒有將過多的時(shí)間安排在學(xué)生活動(dòng)之中，也沒有安排演示實(shí)驗(yàn)。這樣設(shè)計(jì)的原因是因?yàn)椋壕途w言課而言，教師需要在本節(jié)課中為學(xué)生后續(xù)的學(xué)習(xí)做好定位，為學(xué)生呈現(xiàn)整體性的知識(shí)框架。感性認(rèn)識(shí)可以是直觀的，也可以是從學(xué)習(xí)材料中獲得的體驗(yàn)和思考。

本教學(xué)設(shè)計(jì)所倡導(dǎo)的“體驗(yàn)教學(xué)”看似費(fèi)時(shí)費(fèi)力，不能立時(shí)見效，但有利于讓學(xué)生親自感受化學(xué)進(jìn)程中的事件，理解將要學(xué)習(xí)的化學(xué)知識(shí)的歷史背景和發(fā)生、發(fā)展歷程，在化學(xué)史料中感受探究過程和有機(jī)化學(xué)的整體知識(shí)脈絡(luò)，培養(yǎng)學(xué)生的思想方法、探究意識(shí)、科學(xué)世界觀與價(jià)值觀。■

［1］中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].2011年版.北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

［2］[日]山岡望.化學(xué)史傳[M].廖正衡，譯.北京：商務(wù)印書館，1995：165-166.

［3］孟志芬.提高學(xué)生興趣的有機(jī)化學(xué)教學(xué)法[J].大學(xué)化學(xué)，2006(1)：20-23.