建构化学基本观念的教学设计思考
2022-06-08
摘要：学生建构化学基本观念需要经历从知识到方法再到观念的递进过程。以“溴、碘的提取”的教学设计为例，阐述如何帮助学生建构化学基本观念，以及基于建构学科观念的教学设计需关注的问题。
教育期刊网http://www.jyqkw.com/
关键词：科学观念建构；溴、碘的提取；教学设计
文章编号：1005?6629（2014）4?0038?03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
要让学生能够自主学习，需要有良好的学习定向。学习定向可以来自学习者外部，也可以来自学习者内部[1]。例如，教科书中的导言和教师精心设计的导课语都是外部学习定向刺激，学习者的学习经验以及他所具备的或明或暗的科学观念则可以起内部学习定向作用。因此，在日常教学中应该注意促进学生建构基本的科学观念，并注意发挥科学观念的育人功能。
什么是科学观念？上海师范大学吴俊明教授在有关报告中指出：科学观念是对科学事物的本质、变化过程、规律、方法、价值以及外部联系等问题的抽象的、概括的和总结性的认识与见解，通常也被称为科学思想。化学课程中的科学观念可以分为不同层次，例如关于化学具体问题的观念、关于化学理论问题的观念、关于化学科学的观念以及关于科学、技术以及“科学、技术与社会”的观念等。化学课程中应该重点抓好基本的化学观念的建构以及科学世界观的渗透、诱导、感悟和体验。基本的化学观念包括化学本体观、化学科学价值观、物质组成观（化学元素观）、物质结构观、化学变化本质观、化学变化能量观等等。有关的科学世界观包括世界本体观、事物联系观、科学观、技术观、STS观、科学发展观以及科学探究观等等。
要搞好科学观念建构，教师在教学设计时必须对教学内容作观念分析，思考所教内容蕴含哪些基本观念以及优先帮助学生建构哪些基本观念，思考如何帮助学生建构这些基本观念，如何以基本观念统领教学目标，围绕基本观念调整知识素材，设计教学活动，并予以实施。“溴、碘的提取”是苏教版必修1专题2第一单元教学内容，是高中化学研究物质的开端，涉及认识物质的一般方法，也是建构化学基本观念的重要阶段。本文就以此为例，对建构化学基本观念的教学设计做一些初步的讨论。
1 明确观念目标
学生建构科学观念时往往要经历从知识到方法再到观念的递进过程。通常，“溴、碘的提取”的教学目标主要是：了解利用氯气的氧化性制取溴、碘单质的反应原理；结合反应原理分析提取溴和碘的过程，初步学会实验设计的一般方法；通过了解溴、碘制取的工艺流程，认识到海水也是提供人类所需资源的一种重要来源，等等。根据这些具体内容，可以进一步概括出教学中应注意促使学生形成的具体层面的观点：了解溴和碘是与氯相似但各有个性的元素，单质氧化性次于氯，可以利用氯气的氧化性制取溴、碘单质；通过分析提取溴和碘的过程初步了解、设计探究物质制备实验的一般方法，感受化学的科学价值；通过了解溴、碘制取的工艺流程，使学生对化学化工技术初步有所了解。
上述具体层面的观点涉及化学元素观、化学变化本质观、科学探究观和化学科学价值观等，在教学设计中是不是要进一步进行概括，完成这些观念的建构？作者认为，观念的形成，特别是高层次观念的形成，不是一朝一夕的事。要尊重观念的形成规律，不能急于求成，否则就会做出死记硬背、拔苗助长的傻事、蠢事。“溴、碘的提取”只是苏教版必修1专题2第一单元的教学内容，学生是第一次接触同一族的几种元素，第一次比较系统地学习有关元素的知识，在其教学中，帮助学生积累有关素材、初步概括成比较具体的观念，为将来概括、建构更高层次的科学观念做一些准备就足够了，这样做才是适当的。
2 改进导言设计
吴俊明教授认为，观念具有主观性、实践指导性、历史性、稳定性和发展性等特点，常常还具有方法论意义。这意味着，个体关于某问题的观念可能是开头模糊、而后逐步发展变化的。尽管如此，观念或观念性认识可以帮助个体进行决策、计划、制定方法、实践、总结等活动，从而影响人的认识和行为。因此，蕴含着科学观念并且富有感染力、被认同度高的导言常常具有良好的学习定向作用。在教学设计中，要重视做好导言的设计。
教材中该单元的题头语写道：“浩瀚的大海中究竟蕴藏着什么？地球上99%以上的溴蕴藏在大海中，因此溴被称为‘海洋元素’。利用氧化还原反应，人们可以把海水中的溴离子、海带等海产品浸出液中的碘离子氧化成溴、碘单质。”这是有利于学生了解溴、碘提取的基本原理，产生从海水中提取溴和碘的初步映象和学习兴趣的。但最好让学生知晓学习活动的概况以有助于他们主动地参与、主动地学习，最好还含有“为什么要研究、怎样进行研究以及结果如何应用”等观念性简介，有一点化学思想方法和思维方式方面的启示，使学生获得一种新的认识自然界物质及其变化的思维视角，以便用初步的观念映象统领具体的化学知识，更好地理解、领会具体的知识，也有利于调动学生的学习兴趣，激发学生恒久的内在学习动力。
当然，导言和题头语的篇幅一定不要大，文字一定要精炼，“吸引眼球”。
3 调整知识素材
化学知识是化学教学内容的主体，具体的化学知识的学习是建构化学基本观念的基础。丰富的知识积累有助于学生全面地认识和深刻地理解化学概念。但在当前“知识为本”的教学活动中，课堂往往会出现过多的知识堆积现象，给学生的思维活动带来一定的负担，以致会减少学生进行较高水平思维的时间。因此，在选择知识素材时，需要调整教材内容，精心选择最能体现化学学科思想方法和思维方式的知识素材，然后在素材中清晰地呈现一个或几个最接近化学基本观念的概念、原理或方法作为核心概念或相关概念，以利于进一步的聚合思维。
围绕观念目标，作者对“溴、碘的提取”的教材内容做如下调整：将教材最后呈现的资料卡中有关溴、碘的特性的部分知识前置，让学生了解单质溴、碘的溶解性、氧化性等，让学生知道溴、碘及其化合物在生活和生产中的广泛用途；再回到教材该单元题头语，了解溴和碘元素在自然界的存在；然后组织本节课核心内容，引导学生探究溴的提取的反应原理，并将教材中有关从海水中提取溴的文字叙说转化成工艺流程；完成溴的提取学习后，学生自主完成碘的提取的方法建构过程。为了不分散学生注意力，本节课暂不学习溴离子和碘离子的检验。这样选材，聚焦主干知识，突出物质的应用价值，能从微粒的转化分析反应的本质，从核心反应出发设计工艺流程，利用物质的性质解决实际问题。 4 重视探究活动和思维活动
教学活动中的探究活动是促进知识向观念发展的重要基础。在探究活动中，生生之间进行质疑和讨论，加上教师的点拨，可以有效地帮助学生深入理解化学核心概念。为使活动探究与知识学习、观念建构有机地融合在一起，教师在设计探究活动时要始终关注“如何让学生形成主动运用化学思维方法处理现实问题的自觉习惯”。为此，作者设计了下列探究活动：
探究活动1 从海水中提取溴单质的实验
（1）运用实验探究如何将溴离子转化为溴单质，并分析从海水中提取溴的反应原理。
思考问题：
①海水为什么要浓缩？
②核心反应是什么？
③为何鼓入热空气或水蒸气？用这一操作得到溴蒸气体现溴单质的哪些性质？
④粗溴中残留少量Cl2，如何提纯？
⑤按图示框架设计从海水中提取溴的流程。
思考问题：
①灼烧前为什么要用刷子刷去海带表面粘附物，而不能用水洗干海带？
②I2易升华，为什么还可以灼烧干海带？
③海带灼烧过程中使用到的仪器有哪些？
④氧化操作中可选用哪些氧化剂？
⑤怎样将提纯后得到的碘和四氯化碳进行分离，得到碘单质？
探究活动3 问题拓展以及方法总结
（1）大量的碘还来源于自然界的碘酸钠（NaIO3），思考如何从碘酸钠提取I2？
（2）你认为工业上从海水中提取溴、碘进一步的研究方向是什么？
（3）从海水中提取物质的一般流程？
（4）在学习了“溴、碘的提取”之后，你有哪些体会、感受？
5 反思教学实践
5.1 了解高中化学基本观念的特点
高中化学基本观念的基础是高中化学基础知识，是高中学生在学习化学过程中所形成的一些基本观念，具有基础性和层次性等特点。
5.1.1 基础性
高中化学知识是根据高中生的发展需要和认知规律选择确定的。例如，针对中学生形象思维能力较强、抽象逻辑思维能力相对薄弱的特点，选择的化学知识对抽象逻辑思维能力要求高的相对较少，在此知识基础背景下形成的化学观念比较基础，不必一味拔高。“溴、碘的提取”只需帮助学生建构用实验的方法研究原理，根据溴、碘元素的存在寻找提取方法，以及认识一种新物质的一般方法等基本观念。在教学时，也需关注学生的已有知识基础，引导学生学会用氯气的知识和方法进行溴和碘的学习。
5.1.2 层次性
不同学段的学生所要形成的基本观念应该是不同的；同一基本观念在不同的学段，由于学生所拥有的知识经验不同，它的内涵的丰富程度也是不同的；更高层次的观念是以低层次观念为基础发展起来的，没有低一级的基本观念作基础高一级的基本观念就无法形成。学生的认知水平越高，知识和经验越丰富，越容易形成内容更完善、层次级别更高的观念[2]。
因此，我们需要对高中阶段化学基本观念的教学做整体设计，不能企望观念的形成能一步到位。尽管溴、碘的提取的工艺流程已具备化工流程的一般过程：原料选择→预处理→核心反应→分离与提纯→目标产品等，但在本节课无需帮学生建构解决化工流程题的具体方法。
5.2 研究教学设计中的问题解决
“知识决不能以一种不加选择的方式进行传授。对于那些重要的观念，我们要想理解它们，就必须对其提出问题并加以检验[3]”。所以，问题解决的过程是学生形成基本认识的过程，也必然是建构基本观念的过程。因此，教学设计的重要环节是将基本认识转化为“是什么”、“为什么”以及“怎样做”等启发性和驱动性问题。笔者在教学实践中，总结出如下通过问题解决活动产生基本认识的图式，帮助学生建构基本观念。
基本认识在问题解决过程中被认可、被修正或被摒弃，如此经过基本问题→基本认识→基本认识应用→问题解决→基本问题再认识→……几个往复操作，每一次往复操作，基本认识得到一次检验和修正，就会向基本观念靠近一步，经过多次检验和修正后，为学生的认知结构所内化，基本认识最终升华为基本观念[4]。
本节课教学时，学生最深的感受是设计了若干小问题，帮助学生在高中学习之初即能顺利理解提取溴和碘的复杂流程，并能尝试设计从海水中提取物质的一般方法。
5.3 重视师生的自我反思
学生反思是形成和检验基本观念及其有效性的重要途径。对已经形成的基本观念需从三个维度进行自我反思：通过课后适度练习，及时检测有关化学学科知识的基本观念的稳固性；在学习过程中建构的有关化学方法类的基本观念，遇到同类问题能否学以致用；能否升华在学习过程中形成的有关对化学学科的情感类认识，包括对化学知识的价值、化学学科的社会作用以及对化学学科的情感等。
建构化学基本观念的教学设计是以基本问题的解决为过程目标、基本观念的建构为最终目标的教学设计。自始至终，教师都要反复思考这些问题：通过这节课或该单元的教学，学生的认知水平能有什么发展？学生的基本观念能有多大程度的提升？建构基本观念的过程是否遵循了学生的认知发展规律？
参考文献：
[1]吴俊明，王祖浩.化学学习论[M].南宁：广西教育出版社，1996：127～129.
[2][4]杜明成.关于中学化学基本观念的初步研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2006：10，39.
[3] Grant Wiggins & Jay McTighe著.么加利译.理解力培养与课程设计：一种教学和评价的新实践[M].北京：中国轻工业出版社，2003：44.
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关键词：科学观念建构；溴、碘的提取；教学设计
文章编号：1005?6629（2014）4?0038?03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B
要让学生能够自主学习，需要有良好的学习定向。学习定向可以来自学习者外部，也可以来自学习者内部[1]。例如，教科书中的导言和教师精心设计的导课语都是外部学习定向刺激，学习者的学习经验以及他所具备的或明或暗的科学观念则可以起内部学习定向作用。因此，在日常教学中应该注意促进学生建构基本的科学观念，并注意发挥科学观念的育人功能。
什么是科学观念？上海师范大学吴俊明教授在有关报告中指出：科学观念是对科学事物的本质、变化过程、规律、方法、价值以及外部联系等问题的抽象的、概括的和总结性的认识与见解，通常也被称为科学思想。化学课程中的科学观念可以分为不同层次，例如关于化学具体问题的观念、关于化学理论问题的观念、关于化学科学的观念以及关于科学、技术以及“科学、技术与社会”的观念等。化学课程中应该重点抓好基本的化学观念的建构以及科学世界观的渗透、诱导、感悟和体验。基本的化学观念包括化学本体观、化学科学价值观、物质组成观（化学元素观）、物质结构观、化学变化本质观、化学变化能量观等等。有关的科学世界观包括世界本体观、事物联系观、科学观、技术观、STS观、科学发展观以及科学探究观等等。
要搞好科学观念建构，教师在教学设计时必须对教学内容作观念分析，思考所教内容蕴含哪些基本观念以及优先帮助学生建构哪些基本观念，思考如何帮助学生建构这些基本观念，如何以基本观念统领教学目标，围绕基本观念调整知识素材，设计教学活动，并予以实施。“溴、碘的提取”是苏教版必修1专题2第一单元教学内容，是高中化学研究物质的开端，涉及认识物质的一般方法，也是建构化学基本观念的重要阶段。本文就以此为例，对建构化学基本观念的教学设计做一些初步的讨论。
1 明确观念目标
学生建构科学观念时往往要经历从知识到方法再到观念的递进过程。通常，“溴、碘的提取”的教学目标主要是：了解利用氯气的氧化性制取溴、碘单质的反应原理；结合反应原理分析提取溴和碘的过程，初步学会实验设计的一般方法；通过了解溴、碘制取的工艺流程，认识到海水也是提供人类所需资源的一种重要来源，等等。根据这些具体内容，可以进一步概括出教学中应注意促使学生形成的具体层面的观点：了解溴和碘是与氯相似但各有个性的元素，单质氧化性次于氯，可以利用氯气的氧化性制取溴、碘单质；通过分析提取溴和碘的过程初步了解、设计探究物质制备实验的一般方法，感受化学的科学价值；通过了解溴、碘制取的工艺流程，使学生对化学化工技术初步有所了解。
上述具体层面的观点涉及化学元素观、化学变化本质观、科学探究观和化学科学价值观等，在教学设计中是不是要进一步进行概括，完成这些观念的建构？作者认为，观念的形成，特别是高层次观念的形成，不是一朝一夕的事。要尊重观念的形成规律，不能急于求成，否则就会做出死记硬背、拔苗助长的傻事、蠢事。“溴、碘的提取”只是苏教版必修1专题2第一单元的教学内容，学生是第一次接触同一族的几种元素，第一次比较系统地学习有关元素的知识，在其教学中，帮助学生积累有关素材、初步概括成比较具体的观念，为将来概括、建构更高层次的科学观念做一些准备就足够了，这样做才是适当的。
2 改进导言设计
吴俊明教授认为，观念具有主观性、实践指导性、历史性、稳定性和发展性等特点，常常还具有方法论意义。这意味着，个体关于某问题的观念可能是开头模糊、而后逐步发展变化的。尽管如此，观念或观念性认识可以帮助个体进行决策、计划、制定方法、实践、总结等活动，从而影响人的认识和行为。因此，蕴含着科学观念并且富有感染力、被认同度高的导言常常具有良好的学习定向作用。在教学设计中，要重视做好导言的设计。
教材中该单元的题头语写道：“浩瀚的大海中究竟蕴藏着什么？地球上99%以上的溴蕴藏在大海中，因此溴被称为‘海洋元素’。利用氧化还原反应，人们可以把海水中的溴离子、海带等海产品浸出液中的碘离子氧化成溴、碘单质。”这是有利于学生了解溴、碘提取的基本原理，产生从海水中提取溴和碘的初步映象和学习兴趣的。但最好让学生知晓学习活动的概况以有助于他们主动地参与、主动地学习，最好还含有“为什么要研究、怎样进行研究以及结果如何应用”等观念性简介，有一点化学思想方法和思维方式方面的启示，使学生获得一种新的认识自然界物质及其变化的思维视角，以便用初步的观念映象统领具体的化学知识，更好地理解、领会具体的知识，也有利于调动学生的学习兴趣，激发学生恒久的内在学习动力。
当然，导言和题头语的篇幅一定不要大，文字一定要精炼，“吸引眼球”。
3 调整知识素材
化学知识是化学教学内容的主体，具体的化学知识的学习是建构化学基本观念的基础。丰富的知识积累有助于学生全面地认识和深刻地理解化学概念。但在当前“知识为本”的教学活动中，课堂往往会出现过多的知识堆积现象，给学生的思维活动带来一定的负担，以致会减少学生进行较高水平思维的时间。因此，在选择知识素材时，需要调整教材内容，精心选择最能体现化学学科思想方法和思维方式的知识素材，然后在素材中清晰地呈现一个或几个最接近化学基本观念的概念、原理或方法作为核心概念或相关概念，以利于进一步的聚合思维。
围绕观念目标，作者对“溴、碘的提取”的教材内容做如下调整：将教材最后呈现的资料卡中有关溴、碘的特性的部分知识前置，让学生了解单质溴、碘的溶解性、氧化性等，让学生知道溴、碘及其化合物在生活和生产中的广泛用途；再回到教材该单元题头语，了解溴和碘元素在自然界的存在；然后组织本节课核心内容，引导学生探究溴的提取的反应原理，并将教材中有关从海水中提取溴的文字叙说转化成工艺流程；完成溴的提取学习后，学生自主完成碘的提取的方法建构过程。为了不分散学生注意力，本节课暂不学习溴离子和碘离子的检验。这样选材，聚焦主干知识，突出物质的应用价值，能从微粒的转化分析反应的本质，从核心反应出发设计工艺流程，利用物质的性质解决实际问题。 4 重视探究活动和思维活动
教学活动中的探究活动是促进知识向观念发展的重要基础。在探究活动中，生生之间进行质疑和讨论，加上教师的点拨，可以有效地帮助学生深入理解化学核心概念。为使活动探究与知识学习、观念建构有机地融合在一起，教师在设计探究活动时要始终关注“如何让学生形成主动运用化学思维方法处理现实问题的自觉习惯”。为此，作者设计了下列探究活动：
探究活动1 从海水中提取溴单质的实验
（1）运用实验探究如何将溴离子转化为溴单质，并分析从海水中提取溴的反应原理。
思考问题：
①海水为什么要浓缩？
②核心反应是什么？
③为何鼓入热空气或水蒸气？用这一操作得到溴蒸气体现溴单质的哪些性质？
④粗溴中残留少量Cl2，如何提纯？
⑤按图示框架设计从海水中提取溴的流程。
思考问题：
①灼烧前为什么要用刷子刷去海带表面粘附物，而不能用水洗干海带？
②I2易升华，为什么还可以灼烧干海带？
③海带灼烧过程中使用到的仪器有哪些？
④氧化操作中可选用哪些氧化剂？
⑤怎样将提纯后得到的碘和四氯化碳进行分离，得到碘单质？
探究活动3 问题拓展以及方法总结
（1）大量的碘还来源于自然界的碘酸钠（NaIO3），思考如何从碘酸钠提取I2？
（2）你认为工业上从海水中提取溴、碘进一步的研究方向是什么？
（3）从海水中提取物质的一般流程？
（4）在学习了“溴、碘的提取”之后，你有哪些体会、感受？
5 反思教学实践
5.1 了解高中化学基本观念的特点
高中化学基本观念的基础是高中化学基础知识，是高中学生在学习化学过程中所形成的一些基本观念，具有基础性和层次性等特点。
5.1.1 基础性
高中化学知识是根据高中生的发展需要和认知规律选择确定的。例如，针对中学生形象思维能力较强、抽象逻辑思维能力相对薄弱的特点，选择的化学知识对抽象逻辑思维能力要求高的相对较少，在此知识基础背景下形成的化学观念比较基础，不必一味拔高。“溴、碘的提取”只需帮助学生建构用实验的方法研究原理，根据溴、碘元素的存在寻找提取方法，以及认识一种新物质的一般方法等基本观念。在教学时，也需关注学生的已有知识基础，引导学生学会用氯气的知识和方法进行溴和碘的学习。
5.1.2 层次性
不同学段的学生所要形成的基本观念应该是不同的；同一基本观念在不同的学段，由于学生所拥有的知识经验不同，它的内涵的丰富程度也是不同的；更高层次的观念是以低层次观念为基础发展起来的，没有低一级的基本观念作基础高一级的基本观念就无法形成。学生的认知水平越高，知识和经验越丰富，越容易形成内容更完善、层次级别更高的观念[2]。
因此，我们需要对高中阶段化学基本观念的教学做整体设计，不能企望观念的形成能一步到位。尽管溴、碘的提取的工艺流程已具备化工流程的一般过程：原料选择→预处理→核心反应→分离与提纯→目标产品等，但在本节课无需帮学生建构解决化工流程题的具体方法。
5.2 研究教学设计中的问题解决
“知识决不能以一种不加选择的方式进行传授。对于那些重要的观念，我们要想理解它们，就必须对其提出问题并加以检验[3]”。所以，问题解决的过程是学生形成基本认识的过程，也必然是建构基本观念的过程。因此，教学设计的重要环节是将基本认识转化为“是什么”、“为什么”以及“怎样做”等启发性和驱动性问题。笔者在教学实践中，总结出如下通过问题解决活动产生基本认识的图式，帮助学生建构基本观念。
基本认识在问题解决过程中被认可、被修正或被摒弃，如此经过基本问题→基本认识→基本认识应用→问题解决→基本问题再认识→……几个往复操作，每一次往复操作，基本认识得到一次检验和修正，就会向基本观念靠近一步，经过多次检验和修正后，为学生的认知结构所内化，基本认识最终升华为基本观念[4]。
本节课教学时，学生最深的感受是设计了若干小问题，帮助学生在高中学习之初即能顺利理解提取溴和碘的复杂流程，并能尝试设计从海水中提取物质的一般方法。
5.3 重视师生的自我反思
学生反思是形成和检验基本观念及其有效性的重要途径。对已经形成的基本观念需从三个维度进行自我反思：通过课后适度练习，及时检测有关化学学科知识的基本观念的稳固性；在学习过程中建构的有关化学方法类的基本观念，遇到同类问题能否学以致用；能否升华在学习过程中形成的有关对化学学科的情感类认识，包括对化学知识的价值、化学学科的社会作用以及对化学学科的情感等。
建构化学基本观念的教学设计是以基本问题的解决为过程目标、基本观念的建构为最终目标的教学设计。自始至终，教师都要反复思考这些问题：通过这节课或该单元的教学，学生的认知水平能有什么发展？学生的基本观念能有多大程度的提升？建构基本观念的过程是否遵循了学生的认知发展规律？
参考文献：
[1]吴俊明，王祖浩.化学学习论[M].南宁：广西教育出版社，1996：127～129.
[2][4]杜明成.关于中学化学基本观念的初步研究[D].济南：山东师范大学硕士学位论文，2006：10，39.
[3] Grant Wiggins & Jay McTighe著.么加利译.理解力培养与课程设计：一种教学和评价的新实践[M].北京：中国轻工业出版社，2003：44.