巧設(shè)探究情境建構(gòu)學科觀念

徐小健

摘要：文章以人教版《化學2》第四章第三節(jié)“生活中兩種常見有機物（課題2 乙酸）”為例，闡述了巧妙挖掘“探究元素”，讓學生在探究過程中建構(gòu)化學學科觀念。

關(guān)鍵詞：探究；情境；建構(gòu)；學科觀念；乙酸

文章編號：1008-0546（2016）12-0054-02 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.019

美國教育家H.Lynn Erickon倡導圍繞學科基本觀念進行教學設(shè)計，他認為學科基本觀念“具有超越事實的持久價值和遷移價值”[1]。化學學科觀念不是具體的化學知識，而是指導揭示某些知識規(guī)律的重要工具，是人們在解決化學問題時自覺運用的基本思想和方法，如能量觀、微粒觀、元素觀、變化觀、守恒觀、平衡觀、價值觀、比較、分類、假說、模型化等。學生化學學科觀念的建構(gòu)主要表現(xiàn)為學生從化學的視角，運用化學思想和方法認識身邊事物和處理問題的自覺意識或思維習慣。它的形成需要學生在積極主動的探究活動中掌握有關(guān)化學知識，并在對知識的理解和應用中不斷概括提煉。所以在教學設(shè)計時，教師要有意識地挖掘“探究元素”，設(shè)計盡可能多的活動讓學生進行探究，這樣不僅能激發(fā)學生的學習興趣，讓學生更好地積累體驗，建構(gòu)學科觀念，還能培養(yǎng)學生分析問題、解決問題的能力和創(chuàng)新思維能力。下面以人教版《化學2》第四章第三節(jié)“生活中兩種常見有機物（課題2 乙酸）”為例加以說明，不當之處敬請批評指正。

一、情境1：探究“神奇藥水”

課堂一開始播放電影《天下無賊》中剝雞蛋片斷，“他們的技法令人折服，不過，單說去蛋殼一事，老師也有妙招，請看……”然后教師演示：向置于燒杯的雞蛋中加入“神奇藥水”。觀察到雞蛋殼表面產(chǎn)生大量氣泡，再讓學生結(jié)合雞蛋殼的主要成分進行猜想：產(chǎn)生的氣體是什么？“神奇藥水”可能是什么？通過聞氣味學生猜想到是醋酸溶液，進而得出醋酸的酸性強于碳酸的結(jié)論。再聯(lián)系初中化學知識，回憶乙酸的俗名和化學式，結(jié)合乙酸的球棍模型寫出結(jié)構(gòu)式，并找出其中的官能團。

這樣設(shè)計可以一下子將學生吸引過來，并對老師妙招中使用的“神奇藥水”產(chǎn)生極大興趣。通過對神奇藥水進一步的研究，學生有一種回家后就要親自一試的沖動，再結(jié)合形象的球棍模型，讓學生了解乙酸的結(jié)構(gòu)及官能團，建構(gòu)微粒觀、變化觀和模型化的學科觀念，并體驗到結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的科學素養(yǎng)。

二、情境2：鑒別乙醇和乙酸

乙醇中的官能團是什么？不同的官能團決定了它們有不同的性質(zhì)。在實驗桌的標簽上有標有1和2的兩瓶試劑，分別是乙醇和乙酸中的一種，你能用盡可能多的方法將其鑒別出來嗎？請設(shè)計實驗方案并進行探究，探究結(jié)束時請在標簽上寫上對應的名稱。（提供的實驗試劑有：石蕊試液、鎂條、NaHCO3溶液、Na2SO3溶液）

學生通過聞氣味感知到乙醇有特殊的香味而乙酸有強烈的刺激性氣味；通過滴入石蕊試液，知道乙醇呈中性而乙酸顯酸性；通過NaHCO3溶液知道乙醇不反應而乙酸反應產(chǎn)生大量氣泡；通過加鎂條知道在常溫下鎂條在乙醇中無明顯現(xiàn)象而鎂條在乙酸中產(chǎn)生明顯的氣泡；通過加入NaHCO3溶液知道加乙醇無明顯現(xiàn)象而加乙酸則產(chǎn)生大量氣泡；通過加入Na2SO3溶液知道兩者均無明顯現(xiàn)象，進一步知道乙酸的酸性弱于H2SO3。然后教師再引導學生分析，還可通過比較密度大小或熔沸點高低等方法進行鑒別，并演示：將加有乙醇和乙酸的兩支試管置于冰水中靜置（試管內(nèi)放置溫度計），并輕輕地搖晃（防止乙酸形成過冰溶液），可以觀察到一段時間后，乙酸凝結(jié)成像冰一樣的晶體，而乙醇中無明顯現(xiàn)象。再將乙酸晶體取出，當有乙酸晶體開始熔化時觀察溫度計的溫度約為16.6℃。這樣設(shè)計的目的是讓學生在實驗探究中對比掌握乙醇和乙酸的性質(zhì)，體驗到學習化學的樂趣，并建構(gòu)實驗觀、探究觀、比較等學科觀念。

三、情境3：探究酯化反應

1. 實驗探究

步驟1：向具支試管中依次加入2藥匙NaHSO4固體[2]、4mL無水乙醇、2mL乙酸，塞好橡皮塞。或向具支試管中加入4mL無水乙醇，然后邊振蕩邊慢慢加入2mL濃硫酸（用手觸摸試管外壁，感知溫度的變化），再加入2mL冰醋酸，塞好橡皮塞。步驟2：小試管內(nèi)加入3mL試劑X的飽和水溶液后，滴入3滴酚酞試液，將其置于試管架上。按圖中裝置小火加熱（導管不插入液面以下，讓產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)導管在空氣的冷凝下通到液面上），觀察小試管中的現(xiàn)象，聞一聞小試管內(nèi)液體的氣味。

步驟1中是兩種實驗方案，在實驗時，學習小組內(nèi)4人分工，同時做兩組實驗，這樣設(shè)計的意圖是讓學生盡可能多地參與實驗，體驗到實驗成功的喜悅。向無水乙醇中加入濃硫酸時放出大量熱量，學生就能理解在液體混合時類似于濃硫酸的稀釋，不能反過來操作。通過親身對比體驗濃硫酸和NaHSO4固體兩種不同催化劑的實驗操作、實驗效果、環(huán)境污染、后續(xù)回收等問題，學生覺得用NaHSO4固體作酯化反應的催化劑更好，操作方便、無污染、實驗效果更顯著，進而讓學生建構(gòu)實驗觀、變化觀、環(huán)境觀、發(fā)展觀等學科觀念。

2. 理論探究

寫出乙酸與乙醇的酯化反應方程式后，引導學生分析：[CH3C—O—C2H5] [O]中[CH3C—] [O]源自乙酸，—C2H5源自乙醇，那么中間的O原子源自誰？你能想到什么科學方法來研究這個O原子的來源嗎？可以使用高科技手段。

這時學生可以想到同位素標記法，甚至想到用18O，教師再因勢利導在乙醇中引入18O，結(jié)果只有在乙酸乙酯中測得18O，即[CH3C—18O—C2H5] [O]，進而得出酯化反應的原理。這樣設(shè)計的意圖是培養(yǎng)學生的發(fā)散思維能力和猜想能力，讓學生建構(gòu)假說觀、元素觀和微粒觀。

四、情境4：探究試劑X

試劑X的飽和水溶液既可以減小乙酸乙酯在水中的溶解度，又能溶解蒸餾出來的乙酸和乙醇，并與乙酸反應生成乙酸鈉，這樣可以更好地聞到乙酸乙酯的香味。試猜想試劑X可能是什么物質(zhì)？請設(shè)計實驗進行探究。

由于在酯化反應實驗中，向試劑X中加入酚酞，溶液呈紅色，所以學生能想到是堿性物質(zhì)，而所給信息中“與乙酸反應生成乙酸鈉”，可知其中含鈉元素，于是多數(shù)學生猜想到是NaOH。教師啟發(fā)學生思考，呈堿性的一定是NaOH嗎？這樣學生立即想到還有Na2CO3和NaHCO3。如何判斷是NaOH，還是Na2CO3或NaHCO3？可以加酸，發(fā)現(xiàn)加入乙酸后產(chǎn)生大量氣泡，說明不是NaOH，產(chǎn)生了無色無味的氣體說明可能是Na2CO3或NaHCO3，再引導學生分析，從“與乙酸反應”的角度來看用哪個更合理？學生自然而然想到是Na2CO3。這樣設(shè)計的意圖是讓學生結(jié)合已有經(jīng)驗進行猜想，并通過實驗方法進行探究，更好地培養(yǎng)了學生分析問題、解決問題的能力、實驗探究能力和信息處理等能力，進一步建構(gòu)變化觀、實驗觀、元素觀和分類觀等學科觀念。

本節(jié)課通過視頻讓學生快速進入情境，充分調(diào)動學生參與問題研究的熱情和求知欲，在四次探究活動中讓學生較好地建構(gòu)了元素觀、微粒觀、分類觀、實驗觀、變化觀、價值觀和比較、分類、假說、模型化等化學學科觀念。乙酸是一種弱酸，具有酸的通性，而這一點又是由于其結(jié)構(gòu)中存在羧基所導致的，進一步讓學生體驗結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)決定用途等學科素養(yǎng)。教學中讓學生自主學習與小組合作學習相結(jié)合，在酯化反應中讓學生體會到團隊協(xié)作的重要性，并通過多個實驗探究，培養(yǎng)學生的實驗操作能力和探究能力，在問題討論的過程中培養(yǎng)學生科學思維的方式和發(fā)現(xiàn)、解決問題的能力。最后通過醋在日常生活中的妙用讓學生體會到化學在日常生活生產(chǎn)中的重要性，認識到化學的實用性和重要地位。

當然，學科觀念的形成需要一個長期持續(xù)的過程，不是通過幾節(jié)課就能形成的，所以教師首先要深刻理解化學學科觀念的內(nèi)涵，并時刻有培養(yǎng)學生學科觀念的意識，這樣在教學設(shè)計時就會自覺認真鉆研教材，盡可能多地巧妙挖掘“探究元素”、精心設(shè)計，這樣才能讓學生學科觀念的形成不斷螺旋式上升，最終達到遷移應用的目的。

參考文獻

[1] 莊德剛.基于基本觀念構(gòu)建的元素化合物教學——以“硝酸的性質(zhì)”教學設(shè)計為例[J].中學化學教學參考，2015（5）：25-28

[2] 賈智若.乙酸乙酯半微量制備實驗的改進[J].廣州化工，2013（9）：124-125