基于化学基本观念建构的系统化教学设计与实践.doc

基于化学基本观念建构的系统化教学设计与实践俞建锋（ 杭州市余杭高级中学 311100）摘要：本文从当前观念建构教学中存在的一些问题，阐述了化学基本观念建构的系统化教学设计的基本范式，并以教学案例的形式对学生前概念、展现教材编写意图、挖掘实验教学功能、灵活教学手段等系统化设计要素进行实践研究。以期提升化学教学的层次，为化学观念教学提供有益经验和范式关键词：基本观念 建构 系统化教学设计 1 问题的提出英国教育家斯宾塞曾提出“什么知识最有价值”的著名命题，引发了教育界对课程内容选择的思考，由此我们不得不思考这样的问题，中学化学到底应该教给学生什么，什么才是中学化学教学的核心目标，什么样的知识对人的全面发展有较大价值。诺贝尔奖获得者冯·劳厄曾经说过一句话，他说“教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西”。什么是 “所剩下来的东西”呢？我想应该是学生通过化学知识的学习，学会从化学的视角去认识事物、解决问题的思想、观点和方法，即学生头脑逐步建立起来的化学基本观念。但是，纵观我们当下的化学教学，对基于化学基本观念的认识和研究还存在一些问题，突出表现在：（1）不少教师缺乏课堂用用化学基本观念去引领课堂，因此也就很难解决在繁多的化学知识点中选择哪些东西来教，怎么教的问题。（2）不少教师自身的化学基本观念、意识淡薄和缺乏，使得化学课堂教学目标的终极意识、引领意识低下。化学课堂演变为只关注如何让学生取得好的成绩，而较少关注化学本身的价值与思想方法。（3）从已发表的文章看，对化学观念的分类研究多，但对基于化学观念的教学范式和化学观念的形成过程研究少。如基于研究学生、教材、学法促进基本观念形成的研究明显不足。基于以上认识，笔者认为，研究基于基本概念建构的化学教学设计是化学教学本身对教师提出更高、更专业的必然要求，也是教师走向专家型、学者型的必由之路。2 概念界定所谓的化学基本观念不是具体的化学知识，也不是化学知识的简单组合，而是学生在具体化学知识学习的基础上，通过其自主不断的概括提炼而逐步建构起来的对学科形成的一种总观性的认识，即不断建构该学生最基础、最本质的基本思想方法和核心的认识构架。综合国内外学者有很多不同角度的研究和分类方法，认为化学基本观念一般分为知识类观念、方法类观念和情意类观念三个维度，其基本体系如下图。本文所指的系统化学教学设计是指将教学过程本身视为一个旨在引发和促进学生学习的系统，是一个由学习者、教师、教学材料以及学习环境等成分构成的系统；因此在教学设计中，应坚持系统观，充分重视教学系统中所有成分所起重要作用，充分重视这些成分之间的有效互动。3 基本观念建构式系统化教学设计的基本流程在观念建构的设计思路上，教师首先应明确认识到应建构的基本观念是什么，然后应从具体知识中提炼其中的核心概念是什么，并编写出相应的基本理解有哪些，接着教师依据学生已有的知识经验（前概念）和新学知识之间的“冲突”创设情景进行思维碰撞，以实现学生对核心概念的多层次的理解，学生依据这些基本理解在新情景中多次成功地迁移应用，使自己的基本理解更加“成熟”，产生思维习惯与方法总结，基本观念在这个不断结构化的过程中也就慢慢形成了，该教学设计及观念的形成过程可用如下图表示：明确基本观念编写对核心概念的基本理解设计教学活动前概念核心概念的多层次理解迁移应用，反思概括观念的结构化阶段编制教学评价观念基础阶段观念的形成阶段4 基于基本观念建构的系统化教学设计的实践研究41充分关注学生的前概念，有序、有阶段地建构基本观念【案例1】以苏教版化学2第二单元微粒间的相互作用为例，学习之前学生已经建立了物质是由原子、分子、离子等基本微粒构成的“微粒观”，为“微粒间的作用观”建立创造了前概念，但是，如果我们缺少对前概念和基本理解的足够关注，教学设计上就往往会从Na、Cl、H原子的原子结构分析，直接引出核心概念，从知识到知识，缺乏化学基本观念的引领。教学设计基本理解编制建构观念微粒作用观三重表征观价值观【演示实验】灼热的铁板上放冰块与食盐【问题1】表述现象，从微观角度可以得出哪些结论？(1)微粒之间存在相互作用；(2)作用力有强有弱。现象论阶段宏观表征【问题2】以你的生活经验，你感觉中的化学键是怎样的？【学生课堂动态生成记录】（1）甲同学：化学键就是原子间有一根东西把它们连接在一起。（2）乙同学：化学键就是原子间的一种吸引力，好比磁铁间可以吸引，不需要连接。（3）丙同学：化学键就是原子出现正负端，然后相互吸引。【过渡】刚才几位同学讲得都很好，讲述化学史上的几种化学键模型，见右侧备注。【问题3】但是这两种学说都面临这一个难题那就是“促使原子间强烈作用的本质性微粒是什么呢？你认为是什么呢？【学生大胆猜想】是电子【追问】是哪一层电子呢？（最外层电子）【讲述】讲得很好，但19世纪的科学家无法清晰的提出这种作用力的本质性微粒是电子，因为当时还不知道原子中存在电子，直到1904年汤姆生发现了电子，多位化学家眼中的化学键才逐渐清晰起来。【呈现】1916年前后，柯塞尔、路易斯、朗缪尔等科学家认为原子间的作用力的实质性微粒是电子，每个原子都力图达到外层充满的结构（八电子稳定结构）化学键是怎样的一种强烈作用力。产生这种作用力的本质性微粒是什么？（备注：甲同学提出的其实就是古希腊哲学家提出的“连接式模型”，乙、丙同学提出的其是就是近代多位化学家提出的“引力式模型”。）实体论阶段微观表征从回答看：学生的前概念与科学发展史的不同阶段吻合。科学的猜想受限与人们认识水平。当电子没有被发现前，人们无法清晰表述化学键到底是什么，所以科学是不断被证伪的过程【问题4】当氯原子遇到像钠这样的活泼金属原子时，两种原子选择怎样的方式使双方都达到稳定的稀有气体结构呢？【问题5】当氯原子遇到同样缺少一个电子的氯原子时，选择怎样的方式达到稳定结构呢？（学生表述，并配合动画演示）推理微粒间有怎样的作用力，作用力的类型有哪些？实体论阶段微观表征【问题6】显然，用语言或者用原子结构示意图表示离子键或者化学键太难理解或者太麻烦了，有没有更简略的表示方法呢？说明理由？【自然生成】用电子式来表示，并理解为什么电子式只要表示最外层电子即可。同时进一步也就很好理解结构式等化学用语的表示意义化学键该如何简洁的表示实体论阶段符号表征从符号表达的演变，感受符号的简约之美【拓展视野】对一些有潜质的学生在学习之后的不长时间内很快会发现有些物质如BCl3、PCl5中B和P均不是稳定的稀有气体构型，他们会好奇地向老师提出质疑。【引导提问】你如何看待20世纪初期化学家提出的化学键模型？显然，20世纪初的化学键理论很不完善，有待进一步发展。指导有竞赛潜质学生学习现代价键理论、杂化轨道理论、分子轨道理论。本质论阶段科学是可以被证伪的；由于我们在教学设计中充分关注并认真诠释学生的前概念，学生对科学知识的认识就变得非常自然，科学的知识观、方法观、价值观得到很好地建构，至少，学生在学习化学键的内容时，绝不再是在接受一种不会犯错的结论，并在不断的电子式练习中去理解及记忆它。在这样的情景中学习，化学变得更加美妙与愉悦。42 研究并充分展现教材应有的编写意图，凸显化学学科价值观苏教版教材相比于以往的老教材，不再以帮助学生建立完整的化学知识体系为编写目的，而是十分突出化学与生产、生活的密切联系，展现化学使我们的生活更美好的化学价值观，所以如果不能很好地理解这一点，在使用苏教版教材时就会感觉到这样那样的不好。因此，要在教学设计中很好地凸显这种意图，使知识的学习变得更有意义。例如在化学2有机化学部分，教材均是按照化学之于人类的三个层面的意义认识物质、改造物质，应用物质的观念来编写教材。【案例2】以苏教版化学2食品中的有机物乙酸的教学为例教学设计基本理解编制建构观念变化观价值观【学生实验1】提供A、B、C三瓶未知液体，请同学们闻气味，猜测可能物质（备注：A、B、C依次为酒精、无水乙酸、乙酸乙酯）【学生实验2】在两支试管中分别加2mL水，然后分别加约2mLB和C（加C的试管划出液面高度），充分振荡试管，观察现象。然后再在C试管中加入少量NaCl固体，充分振荡后观察现象【问题1】从实验中可以归纳出乙酸和乙酸乙酯有哪些主要的性质【问题2】比较乙醇、乙酸和乙酸分子结构，思考造成溶解度差异的可能原因？【问题3】醋酸作为酸，酸性表现在分子结构中的哪个部分？其酸通性有哪些？1乙酸、乙酸乙酯的气味差异，溶解性差异。乙酸乙酯在水及盐溶液中溶解度有差异2羧基的酸性初步建立有机物官能团概念，树立官能团决定有机物性质认识物质【问题4】从结构上分析能否用有刺激性气味的乙酸来制备有浓郁香味的乙酸乙酯能，从而实现有机物结构的改造？( )（备注：由于在认识物质环节中作了精心预设，所以学生对乙酸乙酯制备实验中涉及的如饱和碳酸钠有何作用等实验问题就容易生成）说明：该环节的其它问题限于篇幅，略去3乙酸的酯化反应原理及制备方法不同官能团相互转化的变化观改造物质【问题5】白酒或黄酒放置多年就变得更加香醇。你知道这其中的科学道理吗？【追问】猜测乙酸乙酯的用途 （如食用的酒用香精等）【问题6】有些人说，醋可以解酒，你觉得这其中有科学道理吗，请作出评价迁移应用所学知识解决实际问题不同官能团相互转化的变化观应用物质苏教版教材在介绍每一有机物时都花了不少的篇幅介绍这些有机物来自于生活中哪些食品，有什么用等等，所以，在教学设计中应在教材的基础上更加好地凸显“化学使我们的生活更美好”的化学价值观，因此，在有机教学中我们采用“认识有机物改造有机物应用有机物”这样的价值观去搭建课堂主线，将本来隐性的课堂线索凸现出来，让学生感受有机学习乐趣。43 充分挖掘实验教学功能，有层次、多样化地建构化学基本观念在化学中实验的教学功能是最为丰富的，但我们也不得不承认许多化学教师常常将化学实验停留在创设教学情景、激发兴趣，从实验现象获得化学知识等浅层次上，实验本应该的引发认知冲突，学习如何猜想、验证、综合分析等实验方法无法得到有效贯彻，因此在教学设计中如何充分挖掘教育教学的功能，落实三维目标，建构学生科学的实验观显得尤为重要。【案例3】以苏教版化学反应原理专题2第三单元盐类水解教学为例。环节一：基本理解1某些盐类可与水反应（即盐能水解）【问题1】我们知道碳酸钠溶液能使酚酞变红，请推测可能使由什么微粒引起的，提出可能的猜想。【学生猜想】猜想1：可能是水电离的OH-使酚酞变红；猜想2：可能是碳酸钠固体中的Na+或CO32-使酚酞变红猜想3：可能是碳酸钠与水反应生成新产物使酚酞变红【问题2】请依据提供的试剂设计实验证明（试剂：蒸馏水、碳酸钠，用无水乙醇配制的酚酞溶液）【学生设计并实验】实验1：水中滴加酚酞；实验2：碳酸钠固体中滴加酚酞（无明显现象，再滴加水，溶液立即变红色。）【问题3】从实验中我们可以得出哪些结论。【问题4】如何用实验方法证明碳酸钠与水反应是Na+与水作用，还是CO32-与水作用【实验并汇报】加入BaCl2溶液；或取NaCl溶液滴加酚酞。（化学实验观的建构：任何实验都要确定变量，并控制变量；我们可以通过设计实验来证实或证伪。）环节二：基本理解2盐类的水解是一个可逆反应，（即盐的水解存在平衡）【问题5】写出碳酸钠溶于水的过程中存在的电离方程式，猜想哪些离子的相互作用导致溶液酸碱性的变化。写出碳酸钠水解的离子方程式。【问题6】CO32-的水解有没有限度（即是否存在水解平衡），从理论或实验等多种角度可以说明？已知：H2CO3HCO3- + H+ Ka1 = 4.0×10-7； HCO3-CO32- + H+ Ka2 = 4.7×10-11【学生汇报总结】从常识逻辑看：若Na2CO3完全水解，则就不存在碳酸钠溶液，这显然与客观事实违背；从另一个逻辑看，若完全水解，则产物NaHCO3与NaOH（或H2CO3与NaOH）可以大量共存，这显然也违背事实。从实验角度看：（1）滴加了酚酞的碳酸钠溶液中，滴加BaCl2溶液能褪色也说明。 （2）取少量红色液体，稀释后加热，对比颜色变化。从平衡常数推算看：利用Kh= Kw/Ka2即可判断。【迁移应用与学生自我评价】请分别判断CH3COONa、NH4Cl、NaCl三种溶液的酸碱性，说明理由？尝试一步到位书写出水解方程式。【问题7】请对盐类水解进行归纳小结：（1）哪一类的盐能发生水解？哪一类的盐不会发生水解？（2）举例哪些盐水解后溶液呈碱性，哪些水解后溶液呈酸性。（化学实验观建构：定性与定量的观点；实验是确定性之母，科学的结论要经实验的验证）（化学价值观建构：每一次预言被我们证明是正确的，就会大大增加我们对任何解释的信心）环节三：基本理解3影响盐类水解的因素（即盐的水解程度是可以改变的）（第二课时内容，以下略）化学教学中面对实验问题教学时，要有敬畏之心，不能草率了事，仅传递了知识，要充分挖掘化学实验的教学功能，要做到这一点，首先要有意识，其次是在实践中不断总结，使自己能设计出符合学生的多层次、多样化发展的教学情景；如在问题1、2、4、6四个开放式问题中，学生可能表现出来的水平是大不相同的，作出的回答也是多样化的，但是这些问题的设计都能激发学生探索性思考的兴趣以及想去做实验的验证一下的冲动。事实上正是由于教学设计中十分突出围绕目的来开展实验设计或思考，学生才能很快作出不同层次的基本理解，并逐步形成科学实验观和化学价值观。值得一提的是，如果教师有意，以上教学内容同样也可以很好渗透宏观-微观-符号三重表征的方法观。44 善于灵活教学手段与情景创设手法，凸显化学方法观和价值观在化学教学中，改进我们的教学手段与方法很多，仅大量存在的实验素材就取之不尽，关键是我们有没有这个意识和功夫去追求。如在“相似相溶”教学中，如果教师先演示在一个吹大的气球旁边剥开一个橘子时就可以意外地发现气球爆炸了，再改用将橘子里面果肉部分的溶液滴到气球上进行对比（没有任何现象），接着提问请同学分析可能的原因，学生尽管无法知道是什么成分使气球爆破，但学生可以运用逻辑推理的方法，判断前者是橘子皮溅出的有机物使气球表面橡胶部分被溶解，壁变薄引起爆炸。通过这样的情景，既解决了化学知识本身的问题，更培养了学生科学的方法观和生活中处处有化学、用化学的价值观。【案例4】苏教版化学1专题4硝酸的性质一节中对于硝酸的不稳定性教学中教师采用如下教学设计：在课堂上，让一名同学与教师一起做对于实验，前者直接加热装有浓硝酸的试管，而后者教师按右图装置先只用酒精灯1加热，对比两者现象差异（学生做的实验出现大量白雾）。然后再加热酒精灯2，再让学生进行对比观察（教师实验的大试管内有大量红棕色气体），此时学生处于“愤悱”状态。接着教师依次提出如下问题链：依据实验现象分析硝酸受热分解的产物有什么？运用你学过的理论分析，除了有NO2还应生成什么，说理由；写出硝酸热分解反应方程式；为什么同学直接加热硝酸的试管口只有白雾，而老师加热硝酸的装置没有？教师实验装置中长导管的作用是什么？分析为什么刚开始直接加热浓硝酸没有现象？而后面加热试管中部就能看到红棕色气体？由此你对硝酸热分解条件可以得出什么结论？通过一系列有序、有层次的问题，让学生有理有据地分析并解决问题，拓展了思维，并从中感受到化学中有些结论看看简单，实际不一定能做不出来，需要分析查找原因，并改进实验技术与方法。学生从这一课中不仅牢固掌握了硝酸分解这一知识，学会了如何仔细观察实验、分析实验现象、得出实验结论等实验方法观，产物推测的守恒观，更重要地是体验化学实验的魅力！5 反思与讨论从笔者自身的教学实践的反思与总结看，基于基本观念建构的课堂教学模式对改善学生的学习方式，提高学生对化学学科本质的认识上是有积极意义的，在教师自身清晰地识别基本观念，并以此编写基本理解，设计基本问题序列，这一些列的系统化教学设计为学生的学习指明了方向和目标，使学生更加容易抓住问题的本质，使他们的思维变得更加深刻与开阔，化学基本观念的建构也就成了顺理成章的事了。值得一提的是，在基于基本观念建构的系统化学教学设计中要特别注意化学观念的形成一定是建立在基本知识、核心概念的掌握和成功应用的基础之上的，否则基本观念的建构必然是机械而空洞的。所以，观念结构的教学设计的核心与难点在如何确立基本理解以及如何编写好基本问题，这是一件任重而道远的工作，我将继续努力，使之更加完善。参考文献：1（美）迪克等著系统化教学设计上海：华东师范大学出版社，20072 郑学裕.在教学中培养学生形成基本的化学观念化学教学.2012年第1期3 陆军.培养学生学科观念的化学课堂教学策略.化学教学.2013年第5期第 8 页 共 8 页