阮慶元

[摘 要]

基于培養(yǎng)學生的科學素養(yǎng)為目標，以氧循環(huán)知識內(nèi)容為載體，讓學生體驗物質(zhì)與能量相互關(guān)聯(lián)，理解大氣組分穩(wěn)定性和物質(zhì)活潑性的相對性，充分利用運動觀、平衡觀預設(shè)教學，建構(gòu)教學，實現(xiàn)富有思考氛圍、充滿思辨的課堂。

[關(guān)鍵詞]

科學思維;氧循環(huán);教學設(shè)計

從宏觀天體到微觀粒子運動，無不體現(xiàn)著物質(zhì)世界的運動性，而運動的結(jié)果使世界在不斷的變化中趨于動態(tài)平衡。動態(tài)平衡反映了事物內(nèi)部總量的變化規(guī)律，即指總量內(nèi)部各組成要素之間具有相對平衡關(guān)系，運動與平衡是自然界普遍規(guī)律。

《科學》教材涉及大量的平衡教學內(nèi)容：溶解平衡、生態(tài)平衡、二力平衡、杠桿平衡，質(zhì)量守恒、體溫調(diào)節(jié)、血糖調(diào)節(jié)等人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定等等。授人以魚不如授人以漁，教會學生一種方法，使其會遷移、類比探究未知事物，其意義是尤其重大的，因為科學教學應該是對學生科學方法、科學思維等形成的引領(lǐng)，而不僅僅只是科學知識的傳授。

鑒此，筆者以科學教材中“氧循環(huán)”為例闡述如何培養(yǎng)學生運動與平衡、穩(wěn)定與相對等認識事物的基本規(guī)律。從教學內(nèi)容分析，其核心知識是圍繞氧元素而鋪展的。氧元素，是地球上含量最大的元素，在巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈中都有著極大豐度。它的游離態(tài)以氧氣和臭氧存在，化合態(tài)以水、二氧化碳、碳酸鹽、大量有機物質(zhì)等等存在，在生物界和非生物界都有極其重要的地位。當然，其存在并不是一成不變，而是處于不斷的運動變化之中。教學剖析其怎樣變化、為什么變化，是對知識的認知主體和認知客體相互依存整體性教學。只有在此基礎(chǔ)上，才能讓初中學生充分體驗世界的運動性、運動的平衡性、平衡的穩(wěn)定性，穩(wěn)定的相對性，在思考中實現(xiàn)認知能力在思維層面上的提升。

一、課引

（一）新課引入

問題呈現(xiàn)：生物存在需要能量的供給，我們是如何獲取能量的？

分析預設(shè)：細胞通過呼吸作用利用氧氣分解營養(yǎng)物質(zhì)，從而獲取能量。

（二）設(shè)計意圖

引出氧氣，并凸顯氧氣對于人類、乃至其他需氧生物的意義;同時使學生在潛意識里埋下物質(zhì)轉(zhuǎn)變往往伴隨著能量轉(zhuǎn)化的基本觀點。

二、物理動態(tài)平衡的建構(gòu)

（一）構(gòu)建物理循環(huán)

問題呈現(xiàn)：呼吸作用的存在必將不斷消耗氧氣，在教室這個有限空間里，氧氣含量會不會明顯降低？甚至導致我們?nèi)毖酰?/p>

課堂分析：不會。因為教室外面的氧氣會進入教室。

問題呈現(xiàn)：那教室中的氧氣的體積分數(shù)是否會超過1/5呢？

課堂分析：不會，由于分子無規(guī)則運動會使空氣各組分處于最大的混亂度，從而使教室內(nèi)空氣各組分的含量保持穩(wěn)定。

板書設(shè)計如圖1。

? （二）設(shè)計意圖

從簡單的物理變化著手，在物質(zhì)轉(zhuǎn)移中使學生初步體驗平衡是動態(tài)的平衡，在一個相對封閉的空間內(nèi)體會平衡包含著生長與消耗兩個不斷變化、且能循環(huán)往復的相互依存的過程。

三、化學動態(tài)平衡的建構(gòu)

（一）構(gòu)建氧氣與二氧化碳循環(huán)

問題呈現(xiàn)：相對于教室，大氣層是一個開放的大空間，例舉其他耗氧渠道。

課堂分析：燃燒等氧化反應。

問題呈現(xiàn)：大氣中氧氣會不會越來越少呢？

課堂分析：不會，植物的光合作用會將二氧化碳轉(zhuǎn)化成氧氣。

問題呈現(xiàn)：當我們處于黑夜時，那該區(qū)域氧氣含量會有明顯變化嗎？

課堂分析：不會。因為地球總是保持晝夜各半球，所以整個大氣層的氧氣總量基本保持不變;再者，夜半球氧氣消耗量大，晝半球氧氣產(chǎn)生量大，必然通過分子無規(guī)則運動、風、大氣環(huán)流等方式，使其轉(zhuǎn)移，保持不同空間氧氣含量相對的穩(wěn)定，循環(huán)往復而建立平衡。

結(jié)論：至此，我們完全有理由下一個結(jié)論，所謂的大氣組分及含量的穩(wěn)定，是一種相對的穩(wěn)定。

問題呈現(xiàn)：請大家嘗試比較上述這兩種循環(huán)，你會得出什么結(jié)論？

課堂分析：從求同的角度分析，我們不難發(fā)現(xiàn)平衡是動態(tài)的、循環(huán)的過程。從求異的角度分析，我們會發(fā)現(xiàn)氧氣的轉(zhuǎn)移，是一個物理過程，而氧氣與二氧化碳之間的轉(zhuǎn)化是一個化學過程。

板書設(shè)計如圖2。

（二）設(shè)計意圖

由物理轉(zhuǎn)移走向化學轉(zhuǎn)化，由教室這個相對封閉的空間走向開放的自然空間，是對事物認知由簡單走向復雜的過程。讓學生明白所謂的大氣層氧氣體積分數(shù)約為1/5只是相對的總量穩(wěn)定，且在地球同一時間的不同區(qū)域，不同時間的同一區(qū)域，氧氣乃至大氣其他組分都處在動態(tài)的變化中，也讓學生體驗氧氣與二氧化碳相互轉(zhuǎn)變隱藏著光能與化學能的轉(zhuǎn)化。

（三）構(gòu)建氧氣與臭氧循環(huán)

問題呈現(xiàn)：氧氣和二氧化碳之間的循環(huán)是氧元素在游離態(tài)與化合態(tài)之間的變化。氧元素的化學轉(zhuǎn)化一定就發(fā)生在游離態(tài)與化合態(tài)之間嗎？

課堂分析：氧元素還有另一游離態(tài)單質(zhì)存在，臭氧。它呈藍色，有魚腥味，這是物理性質(zhì)。它的化學性質(zhì)較為活潑，很不穩(wěn)定。

問題呈現(xiàn)：化學性質(zhì)活潑往往極易與其他物質(zhì)反應，那大氣中臭氧是否會越來越少？

課堂分析：近地面處，臭氧含量雖然極低，但是在高空20～35km處，卻集中了大約地球90%的臭氧，并形成臭氧層。

問題呈現(xiàn)：近地面和高空環(huán)境存在怎樣的差異呢？

課堂分析：該高度空間是一個高能環(huán)境，因為臭氧層會吸收大量的紫外線。

小結(jié)：可見，物質(zhì)的變化往往伴隨著能量的變化。地面附近，相對是低能量環(huán)境，氧元素游離態(tài)以氧氣而穩(wěn)定存在，而相對是高能環(huán)境的高空，氧元素則以臭氧而穩(wěn)定存在;可見所謂的穩(wěn)定是相對的。我們也有理由相信，在地球46億年的演變過程里，臭氧層的出現(xiàn)到現(xiàn)在，是已經(jīng)達到了一種平衡，而平衡必然源于動態(tài)的循環(huán)。

問題呈現(xiàn)：但是，近年來我們發(fā)現(xiàn)臭氧層變薄、甚至出現(xiàn)空洞。你覺得是什么因素致使氧氣與臭氧之間的平衡遭受到破壞？

課堂分析：在動態(tài)的循環(huán)過程中，可能出現(xiàn)臭氧的消耗大于生成。

問題呈現(xiàn)：為什么消耗會增大，是誰破壞了原有的平衡？

課堂分析：制冷劑氟氯烴的出現(xiàn)與使用，破壞了臭氧原有的平衡。

問題呈現(xiàn)：比較上述三個循環(huán)，你有什么發(fā)現(xiàn)？

課堂分析：氧氣與二氧化碳、臭氧之間的循環(huán)有較大的相似之處，因為同屬于物質(zhì)轉(zhuǎn)化，是一個化學過程。當然也有一定的差異，前者是氧元素在游離態(tài)和化合態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，后者則是游離態(tài)與游離態(tài)之間的轉(zhuǎn)化。

板書設(shè)計如圖3。

（四）設(shè)計意圖

從氧氣與臭氧循環(huán)進一步讓學生體驗平衡是動態(tài)的循環(huán)，其包含著生成與消耗兩個過程。再從氧元素游離態(tài)在地表不同區(qū)域不同單質(zhì)存在，讓學生樹立物質(zhì)存在所謂的穩(wěn)定性、活潑性都是相對的;物質(zhì)的變化往往伴隨著能量的變化。如果說前兩個循環(huán)是從生成與消耗正向推導平衡的存在與特性，那么氧氣與臭氧則是從平衡的被打破逆向推演生成與消耗兩個過程的變化，培養(yǎng)學生為正、逆向線性思維的深化，為復雜的發(fā)散和整合思維的建立夯實基礎(chǔ)。

四、結(jié)語

科學不是簡單的知識說教、識記，而是用理性的方法、思維去認知紛雜、感性的世界，去挖掘世界存在的關(guān)聯(lián)與規(guī)律。對于本節(jié)內(nèi)容的分析、定位，如圖4，不難發(fā)現(xiàn)其知識內(nèi)容并不復雜，但隱藏于知識之后的思維能力層面的教學目標突破，則屬于教學重點與難點。只有邏輯而科學的設(shè)計才能做到事半功倍，讓學生體驗不管是轉(zhuǎn)移的循環(huán)、還是轉(zhuǎn)化的循環(huán)，其歸根結(jié)底是因為生成與消耗之間達成的平衡。消耗與生成是一個極其復雜多變的動態(tài)的過程，正因為世界的多變，才有了我們?nèi)f紫千紅、異彩紛呈的生命存在。