基于化学观念建构的“知识情境化”教学实践与思考
文章编号：1008-0546（2014）11-0015-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2014.11.006
一、对“知识情境化”建构化学观念的基本认识
1. 建构化学观念是中学化学教学的第一目标
化学基本观念是指学生通过化学课程的学习，在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学的总观性的认识[2]。它具体表现为个体主动运用化学思想方法认识身边事物和处理问题的自觉意识或思维习惯。毕华林教授将化学观念分为：知识类（物质观、元素观、微粒观、变化观、能量观），方法类（分类观、实验观），情感类（价值观、辩证观）。《普通高中化学课程标准》（实验）“课程目标”中要求“了解化学科学发展的主要线索，理解基本的化学概念和原理，认识化学现象的本质，理解化学变化的基本规律，形成有关化学科学的基本观念[3]。”宋心琦教授曾指出：“学生能否牢固地、准确地、哪怕只是定性地建立起基本的化学观念，应当是中学化学教学的第一目标[4]。”随着时间的推移，学生对所学的化学知识可能会有所遗忘，但通过学习所形成的化学观念却不会被遗忘，也正是这些观念才能内化为他们分析、解释和解决实际生活中问题的能力，而这恰恰是教育的目的所在。因此，化学教学要从传授知识、理解原理转变为探究知识、建构观念，实现由“知识为本”转向“观念建构”的教学转变。
2. “知识情境化”是建构化学观念的有效教学途径
建构主义认为，知识存在于具体的、情境性的、可感知的活动之中，学习应该与情境化的社会实践活动结合起来。学习不是知识由教师向学生的传递，而是学生建构自己的知识的过程；学生不是被动的信息接受者，而是信息意义的主动建构者，这种建构不可能由其他人代替。因此，教学要为学生创设理想的学习情境，激发学生的推理、分析、鉴别等高级的思维活动，同时给学生提供丰富的信息资源、处理信息的工具以及适当的帮助和支持，促进他们自身建构意义以及解决问题的活动[5]。
化学科学的实践性和应用性决定了化学观念的建构必须将科学、技术与社会、科学史、科学哲学和科学社会学的思想内容融入到化学课程之中。“知识情境化”，即将知识置于其发生和应用的真实情境之中，通过知识与其发生和应用情境之间的本然联系，将学生已有知识经验与知识情境有机结合起来。其实质是真实地、客观地再现知识的产生、发展和应用过程，让学生在真实知识情境中经过自己的探索、发现、体验等多重感知深刻领悟化学核心知识。把陌生的、外在的知识内化为熟悉的、可以理解的、甚至是融于心智的经验，并通过内心体验与认知升华形成特定的情感态度，自觉主动地建构化学观念。
二、“知识情境化”建构化学观念的乙醇教学实践
1. 创设“燃烧法测定乙醇分子式”情境，建构“化学元素观”
乙醇的分子式为C2H6O。如何让学生分析乙醇的组成并推出其分子式？
有机物的定量分析最早是由德国人李比希提出的。他用CuO作氧化剂将仅含C、H、O元素的有机物氧化，产生的H2O用无水氯化钙吸收，CO2用KOH的浓溶液吸收。分别称出吸收前后吸收剂的质量，计算出碳、氢原子在分子中的含量，剩余的就是氧原子的含量。现代元素定量分析和有机物结构确定将在《有机化学基础》模块学习。如何确定乙醇的分子式，根据课程标准对必修阶段的要求，结合李比希的定量分析，创设的“知识情境”为：已知乙醇的相对分子质量为46，0.1 mol乙醇在纯氧中完全燃烧后生成5.4 g H2O和8.8 g CO2，通过计算确定乙醇的分子式。
学生通过计算C、H元素的质量，运用质量守恒定律分析出乙醇中还含有氧元素，求出1 mol乙醇中含有2 mol碳原子、6 mol氢原子、1 mol氧原子，得出分子式为C2H6O。显然，学生通过学习李比希研究有机物的科学史实，认识了有机物定量分析的基本方法――“元素分析法”，建构了分析有机物的“化学元素观”。根据“化学元素观”，乙醇分子中除了碳、氢元素，还含有氧元素，因此，乙醇不属于烃，而属于烃的衍生物。
2. 创设“搭建乙醇球棍模型”情境，建构“物质结构观”
如何从乙醇的分子式推出乙醇的结构式？联系到学生学过的水、乙烷的球棍模型，创设的“知识情境”为：根据水、乙烷的球棍模型，结合C、H、O元素在有机物中的价键特征，推测乙醇的结构式，并用球棍模型来表示其结构。乙醇分子和乙烷分子最接近，乙烷分子中有2种不同的化学键，在乙烷分子中的不同化学键部位插入氧原子有两种方式。于是，学生搭建出甲、乙两种球棍模型：
从结构上分析，甲的6个氢原子均与碳原子相连，两端的―CH3和烷烃两端的结构式一样；乙有5个氢原子与碳原子相连，有1个氢原子与氧原子相连。比较结构式甲和乙，可以看出结构式乙和水有相同的基团“―OH”。经过分析比较，学生掌握了由有机物分子式确定结构式的思维方法，建构了“物质结构观”。
3. 创设“实验探究验证乙醇的结构”情境，建构“科学探究观”
通过搭建球棍模型，学生对乙醇的分子结构有了初步认识。如何让学生通过实验探究确认乙醇的结构。一方面可以通过知识情境“金属钠保存在煤油中”，让学生思考“烃中碳原子上的氢是否和钠发生反应”，另一方面让学生通过科学探究来验证。
[实验探究1]：在一支大试管中加入2-3mL的无水乙醇，再向其中加入一粒新切的、用滤纸擦干表面煤油的黄豆粒大小的金属钠。在试管口迅速塞上配有导管的橡胶塞，用小试管收集并验纯气体。气体纯净后，点燃，并把一干燥的小烧杯罩在火焰上，片刻后，迅速倒转烧杯，向烧杯中加入少量澄清石灰水。 学生通过实验探究发现：钠沉在无水乙醇液面下，钠不断反应并产生气体，反应过程中钠块会上浮，试管壁发热。点燃产生的气体可以观察到淡蓝色火焰，将干燥的小烧杯罩在火焰上方，可以观察到烧杯壁上出现液滴，迅速倒转烧杯并向其中加入少量澄清石灰水，没有出现浑浊。
通过[实验探究1]的实验验证和分析，知道乙醇结构式是乙。为了加深学生对乙醇结构的理解，再创设“定量测定乙醇与钠反应生成氢气的体积”的知识情境来验证乙醇的分子结构。
如图所示实验装置测得46g乙醇与足量的钠反应，可得标准状况下11.2L氢气。显然，如果是结构式甲，46g乙醇与足量的钠应该生成标准状况下67.2L氢气；而如果是乙，当取代与氧原子相连接的氢原子，46克乙醇与足量的钠恰好生成标准状况下11.2L氢气。因此，乙醇分子的结构式为：
从实验探究验证到定量测定分析，不仅帮助学生确定了乙醇的分子结构，而且通过实验探究让学生建构了“科学探究观”。
4. 创设“动画模拟反应原理”情境，进一步建构“物质结构观”
有机物的基本学习模式为“组成→结构→性质→用途”，帮助学生建构“物质结构观”的关键是让学生明白化学键的形成和断裂部位。学生通过“燃烧法测定分子式”得出乙醇的分子式，通过“搭建球棍模型”和[实验探究1]知道了乙醇的结构式、结构简式、官能团（“―OH”、“羟基”）。教师引导学生从化学键断裂和形成的角度来分析乙醇和钠的反应，并通过动画模拟让学生留下深刻印象。
在此基础上，再来学习乙醇在铜或银作催化剂时氧化生成乙醛。创设“知识情境”：
（1）在高温焊接银器、铜器时，表面会生成黑色的氧化物，工艺师傅说，可以先把铜、银器具，趁热蘸一下酒精，铜、银会光亮如初。
（2）[实验探究2]：向试管中加入2-3mL无水乙醇，将铜丝烧热，迅速插入乙醇中，反复多次，并小心闻试管中液体的气味。
学生通过实验观察到，红色Cu受热变黑色CuO，热的黑色CuO伸入乙醇中变成光亮红色，液体沸腾，反复多次后，在试管口闻到刺激性气味。面对如此奇妙的现象，学生自然会产生疑问：铜丝由亮变黑的反应？铜丝由黑变亮的反应？氧化铜变成了什么？氧化铜中的铜元素、氧元素到哪去了？此时，教师演示“动画模拟反应原理”，让学生认识乙醇催化氧化时化学键断裂的过程，明白催化氧化的原理是氧气结合―OH上的氢原子和羟基碳上的氢原子生成水。
为了加深学生对“物质结构观”的建构，再总结乙醇在化学反应中断键位置：与活泼金属反应时断裂①，在Cu或Ag催化下和O2反应时断裂①③，C2H5OH燃烧时化学键全部断裂。
5. 创设“社会生活中的乙醇”情境，建构“化学科学价值观”
乙醇的用途主要有：作燃料（乙醇汽油、燃料电池），有机溶剂，消毒剂（体积分数75%），制造饮料和香精、乙酸、乙醚等。为了帮助学生自主完成知识学习和建构“化学科学价值观”。创设了下列知识情境：
（1）白酒标签上“39度”或“42度”的含义，解释“酒香不怕巷子深”。
（2）2013年新交规对于酒驾的处罚：酒精含量达到20mg/100mL但不足80mg/100mL，属于饮酒驾驶；酒精含量达到或超过80mg/100mL，属于醉酒驾驶。饮酒驾驶属于违法行为，醉酒驾驶属于犯罪行为。交警快速检查酒后驾车是让司机呼出的气体通过硫酸酸化的重铬酸钾溶液，根据溶液的变化可测出呼出的气体中是否含有乙醇以及乙醇含量的高低。
（3）向学生展示彩色的固体酒精并点燃，介绍乙醇汽油（由90%的普通汽油与10%的燃料乙醇调和而成）。
创设上述“社会生活经验”情境，让学生交流讨论，学生不仅认识了早已融入日常生活中的固体酒精，了解“39度”或“42度”表示“酒中所含酒精的体积分数”，而且通过“酒香不怕巷子深”、交警检查酒驾，让学生知道酒是一种奇特而富有魅力的饮料，中国酒文化博大精深、源远流长。适量饮酒有益健康，长期大量饮酒损害身体。青少年正处于生长期，酒精的刺激会影响大脑发育。因此，同学们一定不要饮酒，也要劝告家人、亲友少饮酒，不饮酒。珍爱生命，拒绝酒驾！同时，通过乙醇汽油让学生了解能源危机，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的可持续发展意识和社会责任感，帮助学生建构了良好的“化学科学价值观”。
三、对“知识情境化”建构化学观念的思考
1. 创设的知识情境要能够促进学生主动建构化学观念
《普通高中化学课程标准》（实验）[6]“课程的基本理念”中要求“通过以化学实验为主的多种探究活动，使学生体验科学研究的过程，激发学习化学的兴趣，强化科学探究的意识，促进学习方式的转变，培养学生的创新精神和实践能力。”“知识情境化”要体现以学生为本的理念，教师要选取富有感染力的典型素材，根据不同的内容，创设不同的情境，及时把握情境设计的时机和切入点，达到知识与情境的有效融合。因此，在创设知识情境时要认真选择，可以是有关生活常识、社会生产中的实际应用、化学史实、最新科技成果、新闻事件；也可以是视频、图片、模型、文字、实验。无论采用哪种形式，知识情境的价值更多地凸显它对教学目标的支撑，能够促进学生主动建构化学观念。
2. 创设的知识情境要能够增进学生对化学观念的理解
美国心理学家布鲁纳说过“学习最好的刺激，乃是对所学材料的兴趣。”“知识情境化”的目的是通过将知识置于其发生和应用的真实情境之中让学生学习真实的化学、有趣的化学、实用的化学，它能真实反映化学学科的特点和独特价值。知识情境的创设应依据教学目标，紧扣教学主题，能够有效激发学生的认知冲突和求知欲，引导学生主动参与、积极思考、合作探究，体会化学知识产生、形成和发展的过程，帮助学生有效突破学习难点，掌握基础知识和基本技能。要创设贴近学生“最近发展区”的知识情境，架设学生“最近发展区”到“现有发展水平”之间的桥梁，培养学生的问题意识，启迪学生的思维。让学生在发现、分析、解决问题的过程中，逐步提高自身的思维能力、分析能力和自主学习能力，增进其对化学观念的理解。
3. 创设的知识情境能够促进学生形成科学的世界观
迅猛发展的化学已成为生命科学、材料科学、环境科学、能源科学、信息科学等领域的重要基础，它在解决人类社会发展过程中面临的有关问题、提高人类的生活质量、促进人与自然和谐相处等方面发挥着重要的作用[7]。因此，教师要全面把握化学课程中的学科观念体系，从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势，精心创设“知识情境”，让学生亲身体验化学知识的应用价值，感悟化学知识中蕴含的思想、观点和方法。帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会生活问题，认识化学在科技发展中的地位和作用，辩证地看待化学的积极作用和负面影响。如，环境保护、节能减排等社会热点问题。教师所创设的知识情境，要能够引导学生运用化学的基本思想、基本方法来解决实际问题，提高学生学习化学的热情和积极性，培养学生接受新知识、新信息的能力。增强学生的环保意识，培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力，让学生深刻体会和感悟学习化学的科学价值，自觉形成科学的世界观。
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