腦科學原理指導下的初中化學教學實踐

錢程

摘要：腦科學原理指導下的課堂教學要求兼顧學生左右腦的協(xié)同發(fā)展，注意發(fā)揮情緒的促進作用、創(chuàng)造積極的氛圍，發(fā)揮多巴胺的獎勵效應。作者在“蛋白質維生素”內容的教學中，在腦科學原理指導下，利用思維導圖開展基礎知識教學，基于多感官刺激開展蛋白質性質實驗教學，并對教學反饋進行了收集與反思。

關鍵詞：腦科學;初中化學;蛋白質;實驗改進

文章編號：1008-0546（2021）06-0019-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.06.005

一、問題的提出

滬教版九年級化學“蛋白質維生素”這節(jié)的知識點多且零碎，傳統(tǒng)教學中以教師講學生記，或者教師講學生跟著劃重點為主，這樣的灌輸模式節(jié)奏快，能節(jié)約課堂時間，但學生的感受會很糟糕，覺得學了和沒學沒有差別，還有一堆的“重點”要去背誦。

初三教學時間緊，內容多，很多教師更喜歡講實驗：講實驗節(jié)約時間、便于教師掌控課堂，不會讓課堂看起來亂糟糟的，能夠“快速、高效”地達成教學目標。然而，腦科學的研究成果告訴我們，課堂的主體應該是學生，教師更應該關注學生在“聽實驗”的過程中獲得了多少?！奥爩嶒灐眱H僅是調動了學生的聽覺和視覺的參與，屬于被動接受，而且很多學生聽的時候似乎是聽懂了，但是由于沒有“動手、動腦、動心”，實驗探究意識和動手能力并沒有得到鍛煉和發(fā)展，真正做實驗時會縮手縮腳，不敢操作，更不用說具備科學探究的能力了。

為了改變上述現(xiàn)象，筆者在“蛋白質維生素”內容的教學中，嘗試在腦科學原理指導下，利用思維導圖開展基礎知識教學，基于多感官刺激開展蛋白質性質實驗教學，取得了較好的教學效果。

二、利用思維導圖導學的基礎知識教學

思維導圖是英國著名教育家東尼·博贊發(fā)明的一種思維工具[1]。思維導圖的結構類似于大腦神經元的網(wǎng)狀放射性結構，可以將學習者的思維過程顯性化、圖示化，改善學習者的記憶、激發(fā)其思維[2]。根據(jù)學習者在學習過程中的思維方式不同，思維導圖可以有不同的結構：樹狀結構、環(huán)狀結構、網(wǎng)狀結構等。

教材中蛋白質的組成、結構、功能、存在、人體中的代謝等知識較分散，這部分知識簡單，學生容易理解。由于學生未接觸過思維導圖，筆者設計了思維導圖（圖1），介紹了使用方法——從右上按照逆時針順序填寫。引導學生閱讀課本自學相關知識的同時，初步整合蛋白質的基礎知識，建立網(wǎng)絡，為蛋白質的性質教學打下基礎。

本節(jié)課第二大知識點是維生素，教材用兩頁的篇幅向學生介紹維生素，中考中涉及維生素部分的知識點并不多，學生只要知道維生素主要作用是調節(jié)人體的新陳代謝，人體需要量很少，多數(shù)不能體內合成，需要從食物中攝取，不同維生素的作用和食物來源就可以。為此，筆者設計了簡單明了的思維導圖（圖2），引導學生閱讀自學，幫助學生剔除干擾信息，把握要點。

三、多感官刺激的蛋白質性質實驗教學

俗話說：聽來的忘得快，看到的記得住，動手做更能學得好[3]。也就是說，如果學生只聽講很快就會忘記;如果聽的同時看到一些圖片、視頻、實驗等視覺材料，記憶會比較深刻;如果給學生足夠的時間親手操作、相互討論后得出結論，則會更容易理解，并形成刻骨銘心的記憶。這也就是腦科學所倡導的多種感官參與學習，讓大腦神經元之間建立更多的聯(lián)結，提升學習效果。

蛋白質的有關實驗，筆者全部變?yōu)閷W生分組實驗，給予學生足夠的時間親手操作，對于難以理解和辨析的概念，設計對比實驗，加深學生的切身體驗，從實際的實驗現(xiàn)象出發(fā)，理解概念，達到知識的自我建構。

在實驗過程中，學生每一小步的成功都能讓學生大腦分泌多巴胺，產生愉快的情緒，增強學生的學習動機，促使學生主動進行學習與探究。化學實驗直觀、生動，學生在做實驗的過程中，可以觀察到從未見過的實驗現(xiàn)象，體驗成功的快樂，可能會遇到一些現(xiàn)實的問題，需要大家討論解決，不管是哪種情況，都能讓學生思想高度集中，投入在所做的實驗中，對于化學知識和原理能夠“知其然”并“知其所以然”，在遇到相似的問題情境時，能夠舉一反三，自主解決問題[4]。

有關蛋白質的實驗在教材81頁“活動與探究”板塊，教材上共設計了三個實驗：實驗1為蛋白質的鹽析;實驗2為蛋白質溶液受熱、遇到乙酸鉛、濃硝酸溶液發(fā)生變性;實驗3為蛋白質的檢驗——灼燒凝固的蛋白質聞氣味。

課堂教學過程中，筆者對三個實驗均進行了一定程度的改進，并全部設計為學生分組實驗，班上學生六人一組，共8組實驗。

筆者針對教材上的實驗1設計了表1。

準備實驗時，筆者發(fā)現(xiàn)使用對比實驗更容易讓學生得出正確的結論，而對比實驗需要控制變量，即加入試管的雞蛋清體積要相等;所加水的體積和飽和硫酸銨溶液的體積也要相同，如果上課時讓學生量出所需要的液體，實驗桌的儀器增多，實驗步驟較繁瑣，會浪費課堂時間，分散學生的注意力，影響本節(jié)課教學目標的達成。

因此，筆者在準備儀器時，將滴瓶替換成廢棄的、洗干凈并晾干的廢棄眼藥水瓶，用于控制等體積的液體，以及加入液體的體積。在課前，筆者反復實驗，確定了溶解1mL雞蛋清所需水的體積。準備實驗時，先用注射器在兩支試管中各注入1mL雞蛋清，再用注射器抽取等體積的兩種液體分別注入眼藥水瓶中，貼上標簽，實驗時，只要學生將眼藥水瓶中的液體擠人放好雞蛋清的試管中即可，節(jié)約課堂實驗時間，便于學生對比得出結論。

教材中的實驗無法向學生展示蛋白質的鹽析是物理變化，直接講授學生難以理解，難以與蛋白質的變性實驗區(qū)別開來。筆者在學生記錄好第一步實驗的現(xiàn)象后，引導學生將試管②中的混合物倒人裝有蒸餾水的燒杯②中，觀察到原本渾濁的混合物變得較為澄清，以此幫助學生理解：飽和硫酸銨溶液影響的是蛋白質的溶解性，是物理變化，當“飽和硫酸銨溶液”的環(huán)境不存在時蛋白質會再次溶入水中（圖3）。

實驗2教材中原本是乙酸鉛溶液，由于實驗室沒有乙酸鉛，使用初中化學實驗室常用的、學生非常熟悉的硝酸銀溶液代替，設計表2。

實驗中需要的3mL雞蛋清溶液為上課前教師配制好的，事先在試管中放好，貼上序號置于學生實驗桌的試管架上待用，硝酸銀溶液和濃硝酸需要嚴格控制用量以節(jié)約藥品，筆者將所需的藥品置于眼藥水瓶中貼好標簽，考慮到硝酸銀溶液見光易分解，分裝入瓶后放在紙盒中蓋好避光保存，使用之前分發(fā)給各組。學校濃硝酸實驗效果較好，滴入現(xiàn)配的蛋白質溶液后立刻會出現(xiàn)黃色沉淀，因此課堂上省略了微熱的步驟，節(jié)約了實驗時間。為了向學生說明蛋白質的變性為化學變化，引導學生將第四只試管的混合物倒人裝有蒸餾水的燒杯④中，觀察白色渾濁是否消失，與燒杯②形成對比，明白“變性”是化學變化（圖4）。

實驗3教材中是灼燒凝固的蛋白質，筆者課前用煮熟的蛋白、豆腐進行了實驗，氣味較復雜，沒有明顯的“燒焦羽毛的氣味”，分組實驗時棄之不用，采用了理發(fā)店收集來的頭發(fā)、菜市場收集來并消毒洗凈的鴨毛，設計表3。

頭發(fā)、羽毛燒出來的氣味相似，為“燒焦羽毛的氣味”，氣味特殊，學生聞過之后很容易記住。實驗時灼燒頭發(fā)引起了學生的驚嘆，因為速度很快，他們還沒有注意到就燒光了，不得不想辦法讓自己以及同組的成員能夠聞到比較明顯的氣味，這個知識點很簡單，在實驗的過程中，學生體驗到了做實驗的樂趣，“燒焦羽毛的氣味”不再需要死記硬背，回憶起這個實驗時，好多學生嘴角都是帶著笑的。

四、教學反思

本節(jié)課也是一節(jié)區(qū)級公開課，聽課老師認為思維導圖能夠較好地整合知識，讓學生接受到體系化的知識，而不是分散地去死記硬背，思維導圖的使用也有利于學生記憶和提取知識。

聽課老師對于課堂教學中的分組實驗評價也較高，認為凸顯了對比實驗的作用，很好地使用對比實驗突破這節(jié)課的難點。讓學生親身經歷化學實驗還幫助學生養(yǎng)成了科學的實驗態(tài)度：不論是藥品的用量、裝置的組裝還是實驗的步驟，都需要學生本著實事求是的態(tài)度去嚴肅認真地對待;在實驗過程中，學生一邊動手一邊觀察一邊思考：為什么我們的實驗現(xiàn)象會和別人的不同？怎樣提高實驗的成功率？實驗操作要注意什么？學生不斷地發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，理論聯(lián)系實踐，有助于提高學生的實驗探究能力;實驗過程中，小組成員之間必須通力合作，表達與交流自己的想法與觀點，并在討論、甚至辯論中達成共識，得出結論，有助于培養(yǎng)學生的團隊合作意識與合作能力，同時滿足了學生的社會性需求。

課后，筆者對部分學生進行了訪談，學生表示，思維導圖是第一次使用，一開始有點懵，閱讀課本之后要把知識歸納到思維導圖中很有意思，可以把分散的知識整合起來，復習的時候會很方便。另外，通過實驗可以很好地理解“盆析”和“變性”，但是有個別組進行實驗的時候由于動作較慢，實驗總是最后完成，感覺很匆忙，尤其當聽到老師結束實驗的指令時，一組人都顯得有些手忙腳亂。訪談中，多數(shù)學生好奇為什么沒有讓他們灼燒凝固的蛋白質，這個實驗課本上是有的。

根據(jù)訪談結果，筆者進行了反思，在設計課程的時候，把注意力集中在如何在有效的時間里完成教學任務，所以做了大量的課前準備工作，包括：設計好思維導圖讓學生填空;設計好對比實驗;方便學生操作、控制藥品用量等都考慮到了，整節(jié)課流暢而緊湊。

那為什么不能課前教給學生思維導圖的畫法，課堂上學生自學并小組討論完成思維導圖呢？學生自己討論建構出的知識體系一定比教師直接給出的效果更好，課后也可以布置學生畫出本節(jié)課所講內容的思維導圖，進一步整合本節(jié)課所講的知識。

筆者低估了學生的實驗設計能力，“鹽析”和“變性”的區(qū)別在完成課本實驗后為什么不能引導學生利用實驗桌上的用品，用實驗證明“鹽析”是物理變化、“變性”是化學變化呢？已經是九年級下學期了，學生完全有這樣的能力，課堂上完全可以放手讓學生去思考、完成對比實驗。

筆者忽略了學生對于實驗的熱情，有些實驗完全可以在課前布置家庭小實驗，比如溶解蛋清、加熱蛋清溶液，在課堂上做溶解實驗時好多學生是持懷疑態(tài)度的，在他們的認知里面，蛋清是不溶解的，相信布置家庭實驗他們很樂意動手試一試。還有蛋白質的灼燒，完全可以讓學生在家里灼燒煮熟的蛋清、豆腐、頭發(fā)、羽毛、羊毛制品、蠶絲制品等他們所能找到的主要成分為蛋白質的物品，比較氣味，查閱資料尋找氣味出現(xiàn)偏差的原因。這樣既解決了課堂時間不足的問題，又能讓學生明白實驗探究可以隨時隨地進行，就算在家里也可以完成。

參考文獻

[1]肖鶯.略談思維導圖在高中英語讀寫教學中的應用[J].考試周刊，2019（84）：107-108

[2]王海成.思維導圖在小學高年級“空間與圖形”課堂的應用策略研究[D].保定：河北大學，2015：15-18

[3]李輝.淺談初中地理教學中如何利用地圖培養(yǎng)學生的地理空間能力[J].中學政史地：教學指導版，2012（5）：45-46

[4]劉興貴.如何在小學數(shù)學教學中培養(yǎng)學生的自主學習能力[J].速讀（中旬），2017（7）：54