科学与常识:基于生活关联的化学教学设计
文章编号：1005?C6629（2015）7?C0039?C05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
今天“名师课堂”展示的教学课题是“人类重要的营养物质”，由于多方面原因，该课题平时极少有教师开课，这次的尝试具有重要的理论研究和实践探讨价值。
初中化学“人类重要的营养物质”一节内容看似简单，教师在实践过程中却会面临多个教学设计难点，很少有教师上公开课。本文以一次网络公开课为例，从教学内容选择、化学知识表述、教学目标建立、学科价值观念、教学情境设计5个维度展开，分别从教学设计中一般会面临的教学难点，教师采用了怎样的教学策略，是否有其他教学设计方案3个方面对本节课进行了评析，为今后相关主题的教学设计提供具有参考价值的建议。
1 内容的选择与组织
在化学公开课、研讨课或评优课等情况下，“人类重要的营养物质”的教学内容通常很少有教师愿意作为主题。究其原因大致有：（1）20年来，义务教育阶段化学教材经历多次变化，营养物质内容是从2004年新课程以后才加入的，对它尚不熟悉，也缺乏可供借鉴的成功案例；（2）本单元知识体系不够清晰，内容复杂而且在不断变化中，编写的逻辑性也不如教材其他章节；（3）本单元内容在各种学业水平测试中较少涉及。该章节可以说是处于“理论层面重视、实践教学忽视、开课选题回避”的地位。
1.1 生活中的化学知识问题
我们现在的教育政策文件提倡，“将日常生活中生动的自然现象和化学事实、化学科学与技术发展及应用的重大成就”作为学习化学的重要情景。但回顾20年前的一段文字，有助于我们认识这一观念落实到实践中，化学教师将会遇到的困难。
刘知新在《化学教学论（第二版）》中指出，当时的化学教材，与生活相联系的教学内容主要体现在高中阶段，涉及了化工生产原理和化学工艺两方面，而日常生活中的化学知识较少呈现。作为课程今后的发展方向，他还列出了4个方面化学与生活的学习内容：①环境保护方面的化学知识，②居室和厨房中的化学知识，③洗涤用品中的化学知识，④能源化学、海洋化学、营养与保健。有意思的是，刘老先生当时还指出，“这些内容种类繁多、成分复杂，不少均为必修的教学内容所难以容纳，只好从选修或活动课程中找出路”。关于这一内容对学生的意义，该书提出的主要是提高学生化学素质和学习兴趣[1]。
今天重新研读这段文字，对我们的教学设计仍有很好的启示作用：
（1）今天的化学教材中加入了大量生活中的化学知识，本单元更是以集中的方式而不是分散方式编写相关内容，这就为教师提出了一个最大难题：生活中与化学相关的知识，内容种类繁多、成分复杂，如何选择、组织这些内容？这也就回到课程教学论中2个本源的问题：化学课程“应该提供哪些经验材料才能实现教学目标”和“怎样才能有效地组织这些经验”。
（2）本节教材编写思路是以营养物质为线索，选取相关内容组成教学材料。这样又出现了一个新问题：通常的化学教材内容编排，遵从的是元素化合物、化学概念与理论、化学计算和化学实验4个模块，其中元素化合物知识又遵从元素周期表的分类思想。如初中教材的其他各章节，都是以代表性元素的单质性质学习，掌握各族元素性质与物质合成等。本单元以营养物质为线索，从物质存在、性质、作用等方面建构教学内容，不可避免地与学生已有知识具有交叉关系。如血红蛋白和一氧化碳的反应、酶的催化作用等内容，学生已经在前面接触过，在这里究竟是简单重复、忽略不讲还是深入理解，这都是摆在教师面前的难题。
1.2 教学设计的选择方案
中科院院士周光召在为《科学教育的原则和大概念》作序中指出：“科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而应当慎重选择一些重要的科学观念，用恰当、生动的教育方法，帮助孩子们建立完整的对生活的理解。[2]”
这段话对本单元的教学设计思想有着重要指导意义。一方面，本课内容完全是生活中的化学知识，无疑体现了化学的实用性；另一方面，用学科知识审视生活中的科学原理，必然涉及纷繁复杂并具有前后交叉的性质，处理不好，更可能体现为化学学习缺乏规律。如何处理“化学学科的逻辑体系”与“日常生活问题解决”两者的关系，成为教学设计中最棘手的问题。
在实际教学中，本节课内容编排特点为：
（1）划分单元，分组探究。将学生分为4个小组，分别学习蛋白质、糖类、维生素和油脂的组成结构、存在性质等内容，这就从原则上把握了化学学科基本知识结构主线。在此基础上，以大量生活案例呈现，说明各种营养物质的作用与生活饮食息息相关，希望开阔学生眼界、激发学生学习动机。
（2）联系生活，交流研讨。在陈述生活中的化学知识时，积极鼓励学生参加各项研讨，如各种营养元素从何而来、对人体生命活动各有哪些作用等，加深学生对化学基础知识的理解和记忆。
2 知识的陈述与考证
本课位于初中化学教材最后部分，学生经过了一年的化学学习和初二的生物课程，教师可能会认为教材中的学科知识完全是常识性的介绍，知识点多而浅显易懂，学生自习完全能够掌握。实际往往并非如此。
2.1 学科知识教学难点
2.1.1 学科知识本身的难点
化学是一门研究物质的基础自然学科，而人类对客观世界的认识是一个不断深化的过程，体现在科学知识本身也处在不断的变化中。尤其化学学科成为单独体系是15世纪以后的事情，很多知识尚不成熟、认识尚不完善。同时，当科学技术与我们的日常生活相联系时，又涉及到专家知识与大众常识、科学观点与社会认识等多种变量因素，就会出现诸多技术争议与科学知识的演化。 具体在本节课“人类重要的营养物质”，仅举一例：教学过程中教师提出人体如何补充铁元素的问题，谈到可以通过食用菠菜的途径，涉及了历史上著名的“菠菜事件”。1870年，德国化学家Wolf发表了一篇论文，首次指出菠菜中铁的含量极高，其价值足可与肉类相当。“菠菜含丰富的铁”这一结论写入了最具权威性的百科全书。1929年，漫画家Segar借着这个重大发现创造了“大力水手”这一动漫人物，当时菠菜的年销量足足增长了33%。1934年，德国科学家Sherman发现自己对菠菜中铁元素含量的检测结果远远低于教科书提供的数据，引起了一场“纠错”风波。科学界就“单位质量菠菜的铁元素含量测定方法”、“元素质量数据的准确性”、“物质中的元素哪些可被人体吸收”等问题进行了一系列研究，大大加深了科学研究与生活应用的认知。新进的研究表明，以100g计，我国菠菜平均含铁量是2.7mg，其中能被人体吸收的只有1%。如果进行换算，需要10余斤菠菜才抵得上50g猪肝，所以真想补铁，主要依靠动物肝脏、全血、鱼类和畜禽肉类，“菠菜补铁”这个谬误一直影响了人们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？什么样的食品摄食结构更为合理？以及“常吃火锅麻辣烫会致癌”、“转基因食品的安全性”等等。但各种说法是否科学，哪些属于值得讨论的学科问题，哪些内容引入课堂讨论既能激发学生兴趣，又符合学生认知水平，还与最新的科学研究结果相符合，这些教学设计难点的解决都对教师提出了更高的要求。
2.1.2 学生认知的难点
初中学生表面上具备了一定的营养学知识，知道一些生活中的常见物质，实际上没有学习过系统的有机物知识，而各种营养物质多数属于结构复杂的有机物。在不具备营养物质结构（如有机物官能团）与性质关系认识的前提下，学生从学科角度理解各种营养物质对人体的作用及其营养价值，是一件非常困难的事情。这就要求教师能够从看似杂乱无章的教学内容中，梳理出便于学生理解、应用学科知识和生活联系的规律与线索。
2.2 教学设计方案
在实际教学中，本节课教学设计特点为：
（1）注重教学结构的一致性。从蛋白质、糖类、维生素到油脂，每一类营养物质采用一致性学习流程：存在形式――主要来源――具有的性质――在饮食中的作用――总结学习方法。既符合教材编写的体系，也有助于学生掌握科学的学习方法。
（2）以分组学习促进教学效果。每个小组研究一类营养物质，既能够分散知识点，同时对每一类物质研究得更为充分，防止学生重复性学习。
2.3 教学建议：教学设计中的学科思维
本课总体结构体现了分组讨论特点，但也出现一个缺陷，知识学习重点不够突出、教学设计中教师的作用没有很好发挥。提出以下2点建议：
（1）进一步突出“蛋白质”的学习，通过蛋白质内容的细致分析体现化学学习本质。
首先，正如恩格斯在《自然辩证法》中指出的：“生命是蛋白质的存在方式。”蛋白质内容学习具有营养物质内容学习的代表性，如日常生活中蛋白质的存在、性质、结构与应用最为广泛。
第二，化学在原子水平研究物质变化，生物是在大分子水平研究物质的，蛋白质分子连接了化学与生物学知识。蛋白质是学生在生物学和日常生活中最熟悉的物质，他们很容易说出蛋白质在人体内的存在部位与形式，蛋白质对人体起到的作用，蛋白质的性质（如血红蛋白会和一氧化碳反应、酶的催化作用与特征、甲醛对蛋白质的影响等）。所以教材中蛋白质环节的编写体现了知识的完整性，是一个完整的知识结构体系。
在本课教学中，分组活动的结果是平均分配时间与小组方法，没有很好起到蛋白质内容在知识与方法方面的代表性价值。蛋白质这一环节的内容，可以让全体学生在教师的引导下共同完成学习，学生通过蛋白质和酶的实例，知道蛋白质各种功能的化学原理，如何防止甲醛和一氧化碳的影响，蛋白质缺乏可能的危害等等；总结方法后，以点带面，学以致用。然后再以同样的教学设计结构，学生分组完成其他营养物质学习。
（2）一些内容的提出与语言使用不够严谨，问题创设没有体现学科知识性与问题性。如在课堂开始的教学引入中，使用一些过于生活化的图片，借助人的体型对比说明“吃”的重要性。一方面，学生对习以为常的情景未必感兴趣；另一方面，没有足够学科思维含量、缺少可供学生思考的问题。正如杜威所说：“熟悉的和相近的教材，本身并不能引起思维或使思维做出反应，只有用它们来理解陌生的和相远的教材时，才是有用的。[4]”也就是说，教学设计应该根据学生现有水平，由教师提供合适的、新颖的问题情境，促使学生不断产生有价值的思维。
3 科学的普及与学习
新课程以来我们接受了诸多新的教育理念，如纲领性文件《基础教育课程改革纲要（试行）》提出对原有课程应该“删除繁、难、偏”等教学内容，同时更强调科学与生活相联系、解决生活中的实际问题等等。但不可忽视的是，过于注重社会问题解决的教学设计，通常会出现对学科知识系统性学习的不足，易造成浅尝辄止的现象。
3.1 科学普及与科学学习
具体到本课的教学，很容易出现将化学学科知识的学习与科普性质的学习相混淆。两者之间有着很大的不同：（1）科学普及的目的是让公众了解一些基本的科学事实，或者说是“外行知识”，它只表示让大众理解科学、用通俗的语言让大众了解科学，而忽略了不同的学科领域、不同科学家之间的交流。（2）学校中的科学学习，是有目的、有计划、有组织地学习特定学科内容，使学生掌握本学科的知识与能力、过程与方法、情感与态度。
比较而言，科普具有社会性、群众性和持续性，在知识方面多数在知其然而不必事事知其所以然，更多表现为对科学常识的传播。而学校科学教育的知识性体现在，学习者能够从学科的专业视角分析各种问题，进行科学研究。具体到化学学习，化学学科是从分子原子角度研究物质的运动与变化，中学阶段的化学学习包括化学基本概念、元素化合物知识、化学实验与化学计算。从比较的视角分析，我们可以说，本单元每一个内容似乎学生都懂，实际上学生知道的只是生活常识而不是其中的科学原理，他们知道蛋白质、糖类十分重要，但并不知道这些物质中的化学成分是什么、化学性质怎样、对人体具体有哪些作用。 3.2 本单元的化学学习要素
初三后半阶段的学生已经具有了基本化学视角，本课的教学目标应该将学生已有的普及性生活常识向化学学科知识转变。这也是我们今天特地提出“科学与常识：基于生活关联的学科教学设计”的原因。形成这样的观念，也就便于我们更好理解教材是如何从学科角度展示这一部分内容的。
（1）突显化学学科的物质表征。尽管学生没有系统学习有机高分子化合物，教材呈现了血红蛋白分子结构图，同样有丙氨酸的结构简式。
（2）强调科学研究的定量特征。展示了各种营养物质释放热量，特别是出现了3次计算：求血红蛋白分子中铁原子数、奶粉中蛋白质含量达标计算和脂肪消耗量，充分体现科学研究的量化特点，强调对科学问题原理的细致分析。在义务教育阶段化学计算内容减少、难度降低的今天，这样的教材编写十分值得深思，这种定性与定量相结合的研究方法，恰恰是学生化学学习与公众科学普及的不同之处。
3.3 教学设计简评
本课教学基本体现了利用化学基本原理解释生活问题的思路，如学生规范化地书写糖类物质化学反应方程式、分析饮用牛奶包装袋标签上的营养物质成分数据等。但对初中最后阶段的化学学习来说，可以进一步强化学科知识，增加一些化学定量计算、化学原理分析等方面的内容，如从分子组成结构预测蛋白质、糖类、脂肪分解产物各有哪些，为什么会有所不同，能不能通过实验证明等。
相对而言，本课的教学设计过于追求化学与生活相联系、降低学习难度的思想，一定程度上忽视了学科知识的系统性、学习促进学生发展的要求。必须承认，化学家的研究工作主要是用科学的语言描述客观世界的规律。从学生能力发展看，“如果实际对象与理解物质及生命世界无关，所发展的能力只是一般泛指的能力，而不是特指的科学能力”[5]。
4 化学的正面与反面
4.1 化学学科观
近年来只要是化学教学，总要涉及到化学学科在人们心目中的形象：人们对化学很大程度上是反感、抗拒而不是好奇和敬仰，因为似乎化学的发展总会导致社会的灾难，如酸雨、大气污染、环境恶化。国内曾译介过一本著作――《被困的普罗米修斯》，谈的就是当今科学的社会地位与价值降低问题，用在化学上尤为适切。化学是最古老的科学，起源可以追溯到火的利用，而火是人类文明的象征，古希腊神话中普罗米修斯从天庭偷来火种，为凡间带来光明。在西方，普罗米修斯的自我牺牲精神，一定程度上象征了化学家乃至科学家的群体精神。现实却是越来越少的人会认为化学是一门美好的学科，在这里当然不需要讨论公众究竟是对化学误解还是背叛的问题，但教学设计中教师应该体现出一个正面的思想。
首先，作为化学教师的专业立场，必须懂得化学研究主要分为两类：一类是研究自然和人类自身的未解之谜，找出自然界的规律；一类是合成自然界中不存在的新物质。无论是哪一类，都体现了化学家造福人类的基本追求。其次，教师还应该了解学生的心理，笔者曾经写过一句话：人们一方面习以为常地享受着科学带给我们的巨大便利，另一方面对科学发展中的暂时问题具有异乎寻常的猎奇心。学生同样如此，教师的引导很大程度上决定学生对化学的基本看法。
世界范围内的科学教育对这一内容同样十分关注。如《英国国家课程》认为学生应对“科学与技术发展带来的，包括人类环境、个体健康以及生活质量的正面和负面影响及相关伦理问题给予正当的解释与适合的价值取舍”[6]。真实社会中对这一问题也是一个难题，如提到甲醛，学生基本持否定态度，但实际上对于产品设计与制造商而言，传统的装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、层积板、复合板的必需原料；在医疗上甲醛同样用途广泛。所以说，将甲醛等物质简单定性为“有害的化学物质”，无疑有失偏颇，不利于学生批判性思维能力养成或形成正确的科学观念。
4.2 教学设计简评
本节课的教学设计也注意到了这个问题，整体结构分为三个模块，其中第三个模块专门将物质分为“无害的化学物质”与“有害的化学物质”，引导学生从一氧化碳的毒性认识吸烟危害、从甲醛的腐蚀性讨论它对人体健康造成的伤害，展开讨论并提出预防这些危害的建议。
尽管教师举出了大量化学在生活中正反两方面的应用，不过我们可以看出：（1）学生课堂表现为对化学的负面作用津津乐道，回答起化学的正面作用有气无力；（2）多数日常生活问题的讨论与化学知识联系不大，无法深入，如地沟油使用涉及的是道德规范而不是科学问题，吸烟有害健康是常识习惯也不是科学问题；（3）仅仅以物质的毒性等个别性质将物质分为“有害或无害”，是否合适？
可以说，最后15分钟集中出现较多化学负面内容，还是强化了学生对化学的不良印象。建议能够以某一典型性问题讨论，突显化学积极意义的同时向学生传达一个基本思想：科学技术的应用是一个复杂的问题，随着科学认识的不断发展，一些问题会有更好的解决途径。如关于甲醛，应该说明：（1）化学学科对甲醛的性质与特点研究；（2）甲醛的性质决定了它在日常生活中有哪些用途；（3）如何通过科学方法测定甲醛含量；（4）合理使用甲醛的方法，哪些材料可以取代甲醛，提高人们的生活水平。这样更有利于学生形成科学的学科发展观念。
5 情境的创设与关联
优质的教学情境创设有利于学生更好掌握学科知识、发展学科能力。本节课知识点很多，包括营养元素的定义与存在、人体活动能量的提供与储备、重要物质的结构与变化等。初步统计，本课教师各种提问110余个，创设了大量生活情境，而且都是与生活有关的、真实性问题。将一个个知识点转化为相应的学科问题，即“知识问题化、问题情境化”。
从研究的视角看，提出2个建议：
（1）知识内容的结构化。鉴于本课内容的多样，初中生往往难以把握重点。教学最后可以用表格化的形式对本课内容加以整体呈现，从4类营养物质的结构与性质、变化与用途等维度加以比较，让学生将新学习的知识与已有的知识结构相结合，形成良好的知识网络。 （2）问题解决的综合性。问题解决是人类学习的最高层次，科学教育中的问题解决主要体现为“应该能够使学生自己建构对概念的理解，包括基于可能的想法提出预测，用不同方法搜集数据、解释数据，以及讨论概念的应用”[7]。本课教学设计主要围绕合理膳食中的营养物质展开，从教学设计的一致性与延续性出发，可以通过1个综合性问题链完成本课的知识巩固与应用环节：①提供一份菜谱，学生指出其营养物质的存在；②综合应用知识，定性分析菜谱中饮食结构合理性；③提供适量数据，定量探究食物中能量分布情况及其合理性。
6 总结
本课放在初中化学最后学习，在学科学习的思想高度，教师以大量生活案例展示化学与生活关系的同时，重点体现学生化学学科知识的掌握与应用，是一个值得不断研究的问题。在学科观念的形成方面，20年前，化学教育外部环境是“学会数理化，走遍天下都不怕”，化学与生活的联系很大程度是点缀性的；今天，很大程度上已经变成了“化学生活化，社会真可怕”，这为当下的化学教育提出更多的、更为辩证的问题，化学与生活的学习也就具有更多的意义。
附注：课例源自江苏省中小学教学研究室教学新时空名师课堂，本文为现场评课文本，略有修改，感谢上课教师的辛勤劳动（http：//hx.jssjys.com/ Html/Article/2786/）。
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