許振芳 洪茲田 蔡輝舞
(1.廈門市洪塘中學(xué) 福建 廈門 361100;2.廈門市翔安第一中學(xué) 福建 廈門 361101;3.廈門市翔安實驗學(xué)校 福建 廈門 361102)
化學(xué)用語是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要工具,包含元素符號、化學(xué)式和化學(xué)方程式三項核心內(nèi)容,是聯(lián)系宏觀現(xiàn)象和微觀世界的重要橋梁,在其知識體系、知識傳遞、科學(xué)研究中具有系統(tǒng)性和內(nèi)在連貫性。[1]化學(xué)用語既是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的重點,也是難點。不少學(xué)生抱怨化學(xué)方程式太難背,比英語單詞還難,除了字母還有數(shù)字。從中不難發(fā)現(xiàn)教師缺乏學(xué)科理解是問題癥結(jié)所在?;瘜W(xué)學(xué)科理解是指教師對化學(xué)學(xué)科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識,它不僅僅只是對學(xué)科知識的理解,還包括對具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解。[2]知識為本的傳統(tǒng)教學(xué),化學(xué)用語被等同于識記內(nèi)容,學(xué)生被要求以記憶的方式來落實。尤其在復(fù)習(xí)階段,常見的復(fù)習(xí)方式不外乎“蜻蜓點水走流程”和“機(jī)械訓(xùn)練強(qiáng)化記憶”兩種,課堂設(shè)計缺乏新意和高度。如果不從繁雜零散的知識中提煉出主要線索,將知識結(jié)構(gòu)化,那么記憶便成了一件苦差,背了又忘,忘了再背,效率低下自在情理之中。這些符號,在今后的生活與工作中不常用,它一定是成為被遺忘的第一批內(nèi)容,那么現(xiàn)在費(fèi)心費(fèi)力記它有什么用?如果知識最終會被遺忘,那么還要知識干什么?教育的價值到底是什么?著名的物理學(xué)家勞厄認(rèn)為教育的價值在于所學(xué)知識都忘記后所剩下來的東西。知識是培養(yǎng)學(xué)科思維方式和思維方法的載體,教學(xué)最終的目標(biāo)是隱含在背后對學(xué)生一生產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響的觀念。化學(xué)的學(xué)習(xí)不是以掌握更多的化學(xué)知識為目標(biāo),而是以化學(xué)知識為載體,在學(xué)習(xí)中逐漸形成化學(xué)的基本觀念,期待用化學(xué)獨特的視角看待世界,用化學(xué)的觀念指導(dǎo)解釋和解決社會生活中遇到的問題?;瘜W(xué)基本觀念就是中學(xué)生在深入理解化學(xué)學(xué)科特征的基礎(chǔ)上所形成的對物質(zhì)世界的基本看法和態(tài)度。[3]走出“知識為本”思想的束縛,以上位的學(xué)科觀念為引領(lǐng),才能凸顯學(xué)科本質(zhì),致力于學(xué)科觀念的建構(gòu),才能幫助教師走出耗時低效的困境。以“物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化”的復(fù)習(xí)課教學(xué)為例,展示以觀念為統(tǒng)領(lǐng)的化學(xué)用語復(fù)習(xí)案例設(shè)計與實施過程,在此基礎(chǔ)上梳理提煉出相應(yīng)的教學(xué)策略。
在化學(xué)用語教學(xué)中,教師過度重視記憶技巧的傳授,對微觀理解與符號理解的引導(dǎo)比較欠缺,導(dǎo)致學(xué)生對化學(xué)符號與物質(zhì)變化、微觀本質(zhì)之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)沒有建立深刻的理解,對“宏觀—微觀—符號”三重表征之間的聯(lián)系與轉(zhuǎn)換存在障礙。
(1)通過從不同角度認(rèn)識物質(zhì)及其變化,建立“宏觀—微觀—符號”三重表征之間的本質(zhì)聯(lián)系,多角度理解化學(xué)用語。
(2)通過物質(zhì)變化中微粒運(yùn)動狀態(tài)分析,感受物質(zhì)的運(yùn)動和變化,認(rèn)識化學(xué)變化需要一定條件,遵循一定規(guī)律,是可調(diào)控的;通過分析物質(zhì)變化中拆與合引發(fā)的吸能與釋能,嘗試探索化學(xué)變化產(chǎn)生能量變化的本質(zhì)原因,加深對“化學(xué)變化的本質(zhì)是有新物質(zhì)產(chǎn)生,伴隨著能量的轉(zhuǎn)化”的學(xué)科理解。
(3)通過化學(xué)知識與生產(chǎn)實際的結(jié)合,通過展望未來資源能源發(fā)展前景,初步形成利用科學(xué)知識改變資源能源狀況的意識;贊賞化學(xué)對人類社會可持續(xù)發(fā)展的重大貢獻(xiàn),正確地評判知識的價值。
本設(shè)計從“物質(zhì)變化”教學(xué)主線中剝離出“能量變化”線,成了課堂實施的另一條線索,雙線并行將符號與反應(yīng)事實、微觀過程、能量轉(zhuǎn)化融合一體,引導(dǎo)學(xué)生更進(jìn)一步認(rèn)識化學(xué)在創(chuàng)造新物質(zhì),解決未來資源、能源方面的巨大貢獻(xiàn)。創(chuàng)設(shè)真實情境,用符號表征搭建宏觀世界與微觀世界的橋梁,幫助學(xué)生更好地以化學(xué)的視角去看世界,增強(qiáng)學(xué)生對宏觀物質(zhì)變化現(xiàn)象和微觀本質(zhì)的理解。最后從定性走向定量,以氫熱值計算,呈現(xiàn)氫能源開發(fā)的美好前景,激發(fā)學(xué)生的學(xué)科自豪感,呈現(xiàn)化學(xué)研究理論走向?qū)嵺`的征程。本設(shè)計打破傳統(tǒng)化學(xué)用語的復(fù)習(xí)方式,以水為媒,能量為線,利用豐富的情境素材、實驗展示,以解決問題為導(dǎo)向,線索明晰地帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行了一場活潑愉快的化學(xué)用語復(fù)習(xí)旅程,在幫助學(xué)生梳理出結(jié)構(gòu)化知識網(wǎng)絡(luò)的同時,加深學(xué)生對學(xué)科的理解,促進(jìn)觀念的提升。教學(xué)中嘗試將化學(xué)的微粒觀、元素觀、變化觀、綠色觀等的培養(yǎng)滲透在活動環(huán)節(jié)中。
教學(xué)過程分別從物質(zhì)狀態(tài)視角、宏微變化視角、物質(zhì)變化視角、展望視角、定量視角看物質(zhì)變化與能源獲取。教學(xué)過程設(shè)計與觀念目標(biāo)培養(yǎng)流程見圖1。
圖1 教學(xué)過程設(shè)計與觀念目標(biāo)培養(yǎng)流程
表1 評價設(shè)計與實施
(續(xù)表1)
圖2是本節(jié)課的板書設(shè)計。
圖2 板書設(shè)計
化學(xué)用語是基于客觀事實、宏觀現(xiàn)象理解的符號表述,反之創(chuàng)設(shè)真實情境也能幫助學(xué)生更好地理解符號的內(nèi)涵。作為社會個體,學(xué)生有著豐富的生活經(jīng)驗。從學(xué)生原有經(jīng)驗入手,與所學(xué)內(nèi)容建立關(guān)聯(lián)是快速開啟教學(xué)主題的一種有效方法。
例如:教師在引課環(huán)節(jié)以一段介紹露珠的科普視頻引入課題,迅速建立水宏觀、微觀以及符號的聯(lián)系,再引導(dǎo)學(xué)生思考外部能量對水分子聚集狀態(tài)和水宏觀狀態(tài)產(chǎn)生的影響。用兩顆磁石直觀地拆開和吸引,闡述了微粒拆、合與能量轉(zhuǎn)化的內(nèi)在聯(lián)系,順利亮出能量主題,成功激發(fā)學(xué)生的興趣;又如:教師在課中以一個巨型大象牙膏視頻、一個濃縮雙氧水催化分解產(chǎn)生強(qiáng)烈熱效應(yīng)的實驗和一個縮小版的大象牙膏趣味實驗徹底激活了學(xué)生的熱情?;瘜W(xué)用語復(fù)習(xí)不僅有實驗,而且還很驚艷,這讓學(xué)生感到意外驚喜。有效的情境創(chuàng)設(shè)激發(fā)了學(xué)生化學(xué)用語再學(xué)習(xí)的主動性,順利將宏觀現(xiàn)象“翻譯”成化學(xué)符號?;瘜W(xué)方程式本就是客觀事實與質(zhì)量守恒定律的雙重表征,符號背后是學(xué)生對于物質(zhì)變化的深度理解。這種基于理解的認(rèn)知正是在微粒觀、轉(zhuǎn)化觀、守恒觀、實驗觀等學(xué)科觀念共同作用下所建立的。知識助力于觀念的形成,而觀念反過來指導(dǎo)著思維的提升。
宏觀與微觀相結(jié)合是化學(xué)學(xué)科獨特的思維方式。在化學(xué)用語的復(fù)習(xí)中,對宏觀事實的辨識與微觀運(yùn)動的辨析不能停留于表面,可通過實驗觀察、現(xiàn)象描述、推理分析來加強(qiáng)對本質(zhì)的剖析和理解。
例如:在導(dǎo)入視頻中,一顆露珠,放大到無數(shù)的“米奇”腦袋一樣的水分子,不停地運(yùn)動著;外界能量變化,水分子間隔發(fā)生變化,宏觀上體現(xiàn)為液態(tài)和氣態(tài)的相互轉(zhuǎn)化。視頻直觀明了地呈現(xiàn)了物質(zhì)的微觀存在和分子的構(gòu)成。又如:在拉瓦錫分解水實驗的分析中,教師從宏觀現(xiàn)象入手到微觀過程探究,讓學(xué)生在“小球擺一擺”的活動中體驗分子變化導(dǎo)致物質(zhì)變化,但元素、原子、質(zhì)量都不變的微妙,加深學(xué)生對化學(xué)變化和質(zhì)量守恒定律的本質(zhì)理解。學(xué)生在活動后,深有體會地總結(jié):化學(xué)變化就像搭積木,原子就是一個個積木配件,同一堆配件可以搭建出不同的分子,自然具有不同的性質(zhì),而自始至終,配件個數(shù)、樣式保持不變,即原子的種類和數(shù)目,當(dāng)然還有質(zhì)量保持不變,這就是質(zhì)量守恒定律。教師引導(dǎo)學(xué)生對比水分解和雙氧水分解截然不同的熱效應(yīng),學(xué)生抽取“紅熱槍管”的重要信息得出水分解需要吸熱的結(jié)論;從雙氧水分解“水霧繚繞”和“外壁滾燙”的實驗事實中推出雙氧水分解放熱的結(jié)論。化學(xué)變化不僅是物質(zhì)發(fā)生變化,它總伴隨著能量的轉(zhuǎn)移或轉(zhuǎn)化,而且遵循著能量守恒定律。[4]教師嘗試著引導(dǎo)學(xué)生從微觀構(gòu)成的角度分析化學(xué)變化中能量轉(zhuǎn)化的原因,大膽猜想、推測并做出合理的解釋與判斷。實踐與體驗中,學(xué)生領(lǐng)悟結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的密切聯(lián)系。觀念引領(lǐng)的化學(xué)課堂,觀念培養(yǎng)隱藏在每一個精心設(shè)計的教學(xué)活動環(huán)節(jié)中,以潤物細(xì)無聲的方式滋養(yǎng)著化學(xué)觀念的養(yǎng)成。
一般學(xué)習(xí)要經(jīng)歷新知習(xí)得、舉一反三、本質(zhì)抽離、變式應(yīng)用等環(huán)節(jié)。相對于“知識為本”的教學(xué),“觀念建構(gòu)”的課堂已超出一般的知識傳授范疇,更注重學(xué)生深層次學(xué)科思維的培養(yǎng)和學(xué)科觀念的凝練。它能有效指導(dǎo)學(xué)生的學(xué)習(xí),讓學(xué)習(xí)變得富有靈性。學(xué)生在新課學(xué)習(xí)中習(xí)得了化學(xué)方程式書寫的一般步驟和原則;前一環(huán)節(jié)的活動與探究中抽離出了化學(xué)反應(yīng)原子重組、新物質(zhì)生成的本質(zhì),理解了化學(xué)方程式書寫必須遵循客觀事實和質(zhì)量守恒定律的規(guī)則,學(xué)習(xí)了信息獲取與處理轉(zhuǎn)化的方法。物質(zhì)世界的化學(xué)反應(yīng)是無窮的,抽離出的物質(zhì)變化的本質(zhì),能否指導(dǎo)實踐,則需要反復(fù)驗證。變式與拓展,是檢驗學(xué)生“學(xué)會學(xué)習(xí)”的標(biāo)志之一。
例如:能源是社會發(fā)展的基礎(chǔ),能源的開發(fā)與利用離不開化學(xué)。[4]在“從物質(zhì)變化視角看能量變化”環(huán)節(jié)中,教師以神舟十三號的成功發(fā)射和順利返回為情境,引導(dǎo)學(xué)生分析不同的火箭動力燃料的反應(yīng)原理和優(yōu)缺點。絕大部分學(xué)生不僅能順利地書寫出化學(xué)方程式,更能針對不同燃料的利與弊進(jìn)行分析,客觀看待現(xiàn)行普遍使用的燃料組合偏二甲肼、四氧化二氮,并根據(jù)信息利用化學(xué)方法實現(xiàn)火箭殘骸中劇毒殘留物的轉(zhuǎn)化。就火箭燃料的污染問題,學(xué)生提出建議:開發(fā)無污染、熱值高的氫能源。神舟十三號的返回艙使用的就是液氫、液氧燃料組合;2022年北京冬奧會上,氫燃料電池車作為賽事期間人員出行服務(wù)保障用車投入使用。這些資訊,與學(xué)生的建議不謀而合。那么,為何熱值高、無污染的氫能至今還未大力推廣呢?教師讓學(xué)生對比幾種氫氣獲得的方法,思考其優(yōu)劣。學(xué)生分析:利用活潑金屬和酸反應(yīng),物料貴造價高;利用水高溫分解、通電分解耗能高,速度慢,而且只是將熱能或電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能,并沒有額外的能源獲取。最后,學(xué)生關(guān)注點聚焦在光催化分解技術(shù)上。按照學(xué)生的敘述:水通過光催化分解生成氫氣和氧氣,氫氣燃燒又生成水。水還是水,但太陽能“兜兜轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)”轉(zhuǎn)化成了人們需要的熱能、動能等。話糙理不糙,質(zhì)樸話語中包含著學(xué)生對物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能源發(fā)展的深度理解,這種上位的思維方式讓人欣喜?;顒又袑W(xué)習(xí),思考中成長,學(xué)生學(xué)科觀念的提升需要教師任重而道遠(yuǎn)的堅持。
《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2022年版)》在“物質(zhì)的變化與轉(zhuǎn)化”“認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的思路與方法”中明確指出:“學(xué)習(xí)利用質(zhì)量關(guān)系、比例關(guān)系定量認(rèn)識化學(xué)反應(yīng),認(rèn)識定量研究對化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重大作用”,[5]在學(xué)業(yè)要求中也提到:“能根據(jù)化學(xué)方程式進(jìn)行簡單的計算,并解決生產(chǎn)生活中的簡單問題”。[5]化學(xué)學(xué)習(xí),最終實現(xiàn)定性到定量的提升。在化學(xué)方程式表示意義的闡述中,學(xué)生已經(jīng)定量地從分子個數(shù)比、原子個數(shù)守恒、分子數(shù)目變化等進(jìn)行分析,而實際生產(chǎn)工藝中更關(guān)注反應(yīng)條件的控制和物料(即反應(yīng)物)的配比。
例如:教師以一道氫能計算題引導(dǎo)學(xué)生從定量視角看能源獲取。學(xué)生通過計算,測算出1 L 汽油完全燃燒產(chǎn)生的熱相當(dāng)于1.1 L 左右的水轉(zhuǎn)化的太陽能。教師依托具體數(shù)值,讓學(xué)生感受氫氣的熱值之高,感受人為操控化學(xué)反應(yīng),實現(xiàn)能量轉(zhuǎn)化的妙處,感受化學(xué)在解決資源、能源危機(jī)的突出貢獻(xiàn),凸顯化學(xué)在促進(jìn)人類可持續(xù)發(fā)展上不可替代的重要價值。教師將一段科技前沿資訊投上屏幕:2022年1月8日,中科院地質(zhì)與地球物理研究所等單位的研究成果在線發(fā)表于《科學(xué)·進(jìn)展》,他們發(fā)現(xiàn)1t月壤中約有120 g“水”,1 t 巖石中約有180 g 水。學(xué)生驚嘆如果該項技術(shù)能夠付諸生產(chǎn),人們就能分解月球中發(fā)現(xiàn)的水造出供給呼吸的氧氣和用作燃料的氫氣,或許月球?qū)⒈蝗祟愰_辟為另一個可以居住的地方。用化學(xué)方程式呈現(xiàn)光催化分解水的原理似乎不那么重要了,而隱藏于其中更具價值的是學(xué)生對未來科技的期待和能源世界的理解。當(dāng)教師展示CNKI上科學(xué)工作者對水催化分解的研究時,學(xué)生眼中有光,想必心中也有夢。教師讓學(xué)生分析光催化分解水的意義及這一項研究的主要方向,學(xué)生初步體驗了科學(xué)工作者崇尚真理、勇于探索的科學(xué)精神。
以觀念為導(dǎo)向的化學(xué)課堂,教學(xué)超越了對具體化學(xué)知識的追求,從傳授事實、掌握知識轉(zhuǎn)變?yōu)槭褂檬聦崱l(fā)展觀念,即要從“知識為本”的教學(xué)轉(zhuǎn)向“觀念建構(gòu)”的教學(xué)。[3]如何對學(xué)生學(xué)習(xí)過程進(jìn)行觀念改變的評價?觀念是學(xué)生在長期學(xué)習(xí)過程中逐漸領(lǐng)悟、凝練出來影響學(xué)生看待問題、指導(dǎo)問題處理的重要思維方式和思想方法,也是意識形態(tài)的一種。觀念不像具體的知識可以用具體的試題進(jìn)行量化評價。觀念提升更多的是通過學(xué)生對具體問題的看法或是解決問題的方式來評價。課堂上,教師讓學(xué)生闡述自己的看法,讓同伴評價,再相互修正,最終達(dá)成統(tǒng)一的認(rèn)識。教師通過學(xué)生外顯思維、情緒浮動、態(tài)度變化、認(rèn)識改變等的觀察和分析做出判斷。課后,教師讓學(xué)生靜心思考,并將想法轉(zhuǎn)化成文字,自我思想沉淀是觀念提升的一種有效方法。想法轉(zhuǎn)化成文字,讓學(xué)生與自己心靈進(jìn)行對話,寬裕的時間也便于學(xué)生進(jìn)行更系統(tǒng)、更深層的思考,比現(xiàn)場即時表達(dá)更能體現(xiàn)學(xué)生的真實認(rèn)識水平,也可以幫助教師對觀念培養(yǎng)進(jìn)行更有效地監(jiān)測。
例如:教師在本節(jié)課的教學(xué)中并沒有用鋪天蓋地的習(xí)題將學(xué)生圈養(yǎng)在紙面上,而是不斷引領(lǐng)學(xué)生在解決問題的同時提升對學(xué)科價值的認(rèn)識。精選的課堂練習(xí)鑲嵌在情境中,巧妙地將“教—學(xué)—評”貫穿于預(yù)設(shè)的教學(xué)主線上,學(xué)生克服陌生化學(xué)方程式書寫的心理障礙,在反應(yīng)物、生成物判斷與書寫、條件判斷上不存在困難,但配平技巧尚缺,還需要后續(xù)的指導(dǎo)與落實。通過學(xué)生對一些問題的看法,可見學(xué)生對化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的理解加深:能從組成、結(jié)構(gòu)上認(rèn)識物質(zhì);能辯證看待化學(xué)物質(zhì)的利弊;能從宏微結(jié)合的角度分析問題;認(rèn)識化學(xué)是一門創(chuàng)造物質(zhì)的科學(xué);懂得從化學(xué)變化中獲取能源;了解化學(xué)與社會、環(huán)境的關(guān)系,贊賞科學(xué)對社會發(fā)展和人類文明進(jìn)步的貢獻(xiàn)。教師布置了一項作業(yè):以“我看未來能源世界”為題寫一篇300字左右的小文,談?wù)剬ξ磥砟茉吹恼雇?。文字間:學(xué)生期望分解水的高效而廉價的催化劑被找到,人們通過水可以恣意地獲取潔凈而強(qiáng)大的太陽能;同時,貯存液氫的技術(shù)難題突破,人們造出了抗壓性能極佳的儲氣罐,輔以靈敏的安全氣閥,這個世界將不會再為爭奪石油而戰(zhàn)爭,化石燃料燃燒帶來的空氣污染、溫室效應(yīng)加劇等問題一并解決。有的學(xué)生則暢想著利用月球上發(fā)現(xiàn)的“水”,制得供給呼吸的氧氣和氫燃料,把月球打造成美好的度假村。還有學(xué)生想提著一桶水,開車游遍全世界,去看各種奇聞異事。從學(xué)生對未來資源的遐想中,可以看出學(xué)生對化學(xué)學(xué)科的理解提升了,懂得利用物質(zhì)的轉(zhuǎn)化規(guī)律去創(chuàng)造物質(zhì),根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)去使用物質(zhì),各種腦洞大開的設(shè)想是敢于表達(dá)的勇氣,是勇于創(chuàng)新的意識,是對科學(xué)創(chuàng)造能力的認(rèn)同與期許。
化學(xué)用語貫穿著整個化學(xué)學(xué)習(xí)的過程,是一門有靈魂、有意義的語言,它的教學(xué)不僅在于符號的書寫,更在于豐富內(nèi)涵的賦予,以促成化學(xué)觀念建構(gòu)的目的?;瘜W(xué)基本觀念不是以現(xiàn)成結(jié)論的形式出現(xiàn)在教材中的,而是內(nèi)隱于課程教材知識體系當(dāng)中并隨知識層次的推進(jìn)而發(fā)展深化的,基本觀念并不單獨存在,它總是寓于具體的化學(xué)知識當(dāng)中并通過它們顯示出來,具體化學(xué)知識是化學(xué)基本觀念形成的載體。[3]在教學(xué)中,教師應(yīng)通過創(chuàng)設(shè)情境,引導(dǎo)學(xué)生活動體驗、閱讀思考,剖析物質(zhì)變化與能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系,幫助學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)及其變化的本質(zhì)與規(guī)律,深度理解化學(xué)用語的意義。通過引導(dǎo)學(xué)生多角度看待化學(xué)變化,以加深學(xué)生對化學(xué)用語的深度理解為目標(biāo)。[6]在實施教學(xué)過程中,將觀念的培養(yǎng)進(jìn)行有效滲透,促進(jìn)學(xué)生思維水平的提高。通過對能源現(xiàn)狀的了解與未來前景的展望,讓學(xué)生了解化學(xué)科學(xué)對人類科技進(jìn)步和文明發(fā)展的重要價值,體驗化學(xué)在認(rèn)識物質(zhì)、創(chuàng)造物質(zhì)、獲取能量方面的學(xué)科智慧??傊?,化學(xué)觀念的培養(yǎng)不是靠教師一張嘴或者書上幾行字,它是在自然滲透、積極體驗和用心感悟的過程中逐漸形成和內(nèi)化的,需要在基于學(xué)科理解的教學(xué)實踐中不斷探索。