为培养学生的科学素养奠定基础:高中化学选修课的内容分析与教学建议(待续)_高中化学论文

为不同能力倾向学生科学素养的发展奠定基础——高中化学选修课程内容分析及教学建议(待续),本文主要内容关键词为:课程内容论文,倾向论文,能力论文,建议论文,高中化学论文,此文献不代表本站观点,内容供学术参考,文章仅供参考阅读下载。

2003年4月,教育部正式颁发了《普通高中化学课程标准(实验)》,从而拉开21世纪初我国高中化学课程改革的序幕。2004年,广东、山东、宁夏、海南四省区率先实施新高中课程方案,2005年江苏省进入试验,2006年浙江、福建等省开始实施……至2008年,我国大部分省开始实施新课程。可以说,高中化学课程改革实践从艰难起步已逐渐走上正轨,展现出较好的局面。

与以往的高中化学课程结构不同,新的高中化学课程(简称“4+2结构”)由必修模块和选修模块构成,必修模块化学1、化学2系全体学生必须共同学习的课程,选修模块有6个。学生在学完化学1、化学2之后(先学化学1,再学化学2),至少应从选修课程模块中任选一个模块进行学习。课程标准规定,学生在高中阶段最低必须修满并获得6个学分,即达到高中化学课程学习的毕业要求。

图1 高中化学课程结构

选修课程是必修课程的进一步拓展和延伸,它从不同的层面和视角建构内容体系,为不同发展倾向的学生学习化学提供了多样化的课程,也为化学教师的教学创造提供了实践基础。本文重点探讨高中化学选修课程设置的功能、内容以及合理教学的若干建议。

一、化学选修课程设置的目的和功能

着眼于高中学生科学素养的提升,高中化学课程充分关注知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观三个方面的发展,不仅设置必修课程模块化学1、化学2,帮助学生强化基础,引导学生认识化学科学的重要价值,激发对化学科学的兴趣;同时,考虑到学生个性发展的多样化需要,更好地实现课程的选择性,设置具有不同特点的选修课程模块。选修课程充分反映现代化学发展和应用的趋势,以物质的组成、结构和反应为主线,重视化学、技术与社会的相互联系,在提高学生科学素养的总目标下各模块的内容线索有所侧重,学生的学习任务有所不同,将为学生的发展提供多方面的基础。

在必修基础之上的上述6个选修课程模块,内容取向不同,反映了化学学科不同领域的特色,其学习要求和活动方式也有差异。选修课程互相并行,学生在修满必修4个学分之后,必须至少选择其中任意一个课程模块,再获得2个学分,即可达到高中化学课程学习的毕业要求。对学有余力或对化学特别感兴趣的学生,鼓励他们进一步选修其他化学课程模块。

必须指出的是,化学选修课程题材极为丰富,内容也相对独立,为学生在教师指导下自主选择选修课程提供了“菜单”。按教育部颁发的化学课程标准的要求,“4+2”课程结构中6个必修学分中有2个学分来源于选修课程,这是保证选修课程正常开设的基本约束。同时,由于选修课程模块有6个,可供学生选择的课程是灵活的、多样的、开放的,这又满足了一部分学生有志于进一步深入学习化学的需求。

然而,近年来的课程试验表明,各地在一定程度上存在着课程实践偏离课程标准的倾向,“4+2”的课程结构未能有效地得以落实。特别是忽视选修课程的功能,增加其课时数和内容难度,统一安排选修课程组(如规定理科倾向的学生必须学习“化学反应原理”“有机化学基础”“物质结构与性质”等),这种课程“套餐”剥夺了学生自主选择课程的权利,也加重了学生的学习负担。这一倾向如不能得到有效遏制,将直接影响课程改革的实效。

二、高中化学选修课程的类型分析

前面已有分析,高中化学选修课程内容取向不同,课程建构的线索不同,各有特色。

1.从课程的功能上考察

从选修课程的功能上考察,可将高中化学选修课程粗略地分为三类:

(1)第一类课程

第一类课程侧重化学在生产、生活中的应用,体现STS理念,如“化学与生活”“化学与技术”。这类课程注重联系社会生活实际,重视从社会线索中引出化学知识,或将化学知识应用于解释实际情景,从中引导学生认识化学规律,初步学会对与化学相关的生活、技术问题做出合理的判断。

(2)第二类课程

第二类课程侧重化学基本原理,与化学二级学科领域的知识相联系,如“物质结构与性质”“化学反应原理”“有机化学基础”。这类课程重视运用实验、模型和定量方法,归纳有关物质及其反应的基本规律,揭示物质结构与物质性质的关系,通过官能团分析探索有机物的反应规律。课程既重视概括有关的知识,又充分体现一般规律的应用,促使学生理解抽象的知识,培养学生运用化学思维解决问题的能力。

(3)第三类课程

第三类课程“实验化学”,侧重“通过实验的线索”学习化学。该课程在实验课题的研究过程中进一步深化对有关概念的理解,学习实验操作技能和研究方法,发展实验思维和探究能力。在解决实验问题的同时培养学生的情感、态度与价值观。

2.从知识的综合性上考察

二级学科是化学知识的一种传统分类,通常以无机化学、有机化学、分析化学、物理化学、结构化学来划分学科领域。在同一领域,化学知识按一定的理论体系扩展延伸,知识结构相对比较完备,在研究方法和手段上具有共性。例如,有机化学着眼于各种官能团的特性,研究不同有机化合物的组成、结构、性质及其应用,在有机物组成分析与测定、有机物命名及结构表征、有机物结构与性质之间的关系分析、有机物的制备和合成等多个方面均已形成本领域比较成熟的方法论。这样,逐渐形成二级学科重点研究的对象和方法,并逐步完善其知识结构。显然,按上述思路划分,我们可以将高中化学选修课程分为专门领域的学科课程和跨领域的综合课程。

(1)专门领域的学科课程

专门领域的学科课程按二级学科分类的思路编排知识体系,注重知识内在的逻辑联系。例如,“有机化学基础”“化学反应原理”和“物质结构与性质”三门高中选修课程,分别与有机化学、物理化学、结构化学三个学科领域相对应,选用了二级学科最基本的概念(如同系物、同分异构体、取代反应、加成反应等;反应速率、化学平衡、自发反应、焓变等;化学键、杂化轨道、晶格能、配合物等)来建构课程内容,课程目标和内容“边界”比较清晰。

●物质结构与性质:了解人类探索物质结构的重要意义和基本方法,在原子、分子、离子水平上帮助学生认识物质构成的奥秘,初步揭示物质结构与性质之间的关系,引导学生从微观结构的视角去解释一些化学现象。

●化学反应原理:认识化学反应中能量转化的基本规律,阐述影响化学反应速率的因素和判断化学反应方向的依据,了解溶液体系中离子反应的有关规律,探索化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用。

●有机化学基础:探讨有机化合物的组成、结构、性质及应用,认识有机化学研究的基本方法,初步揭示有机化学反应的基本规律,阐述有机化学对现代社会发展和科技进步的伟大贡献。

(2)跨领域的综合课程

针对与生活、技术和实验相关的多种不同属性的化学现象,提炼相关的化学知识,或运用不同领域的化学知识阐释现象、总结规律。这样得到的课程具有跨领域横向联系的特点,并非按一定的学科逻辑体系纵向延伸。如“化学与生活”“化学与技术”“实验化学”虽都属于化学选修课程,但其内容超越了传统二级学科领域范畴,表现出一定的综合性。这些模块的内容往往以某一主题为线索,涉及化学原理的运用,又联系元素化学知识,也体现出结构与性质的关系,因而在知识的整合上表现出多元化、开放性等特点。

●化学与生活:从“环境”“健康”“材料”等生活线索入手,侧重研究日常生活中常见物质的性质及其应用,从化学视角分析生活中的某些化学现象,体会化学对提高人类生活质量所作的积极贡献,形成合理使用化学品的意识,提高学生运用化学知识解决有关实际问题的能力。

●化学与技术:从与化学相关的许多具体技术问题入手,选取“资源利用”“物质制备”“技术加工”“环境治理”等方面的具体课题,侧重研究相关物质的性质及其转化规律,阐述化学在资源利用、材料制造、工农业生产中的具体应用,初步揭示化学科学与技术进步和社会发展的关系。

●实验化学:以化学实验内容为线索,通过实验探究活动学习物质组成、性质和变化的知识,掌握基本的化学实验技能和实验研究方法,领悟实验设计的思路,认识实验在化学科学研究和化学学习中的重要作用,养成实事求是、严谨细致的科学态度,提高运用化学实验解决问题的能力。

从上述分析可知,在必修基础上选修课程展开的方式是有差异的:“化学反应原理”“物质结构与性质”“有机化学基础”以专门领域的学科知识为线索,前后衔接相对较好,其知识结构是现成的,教学中容易把握;而“化学与生活”“化学与技术”“实验化学”则采用与生活、技术、实验相关的某些主题展开,主题之间相对独立,相关的知识穿插其中,较少纵向探讨某一知识的“来龙去脉”,教学时必须重建知识结构。

3.从教学方式上考察

从教学方式上看,由于选修课程内容要素不同,其常用的、典型的教学方法也有所差异。因此,可以将选修课程分成三类。

(1)假设—实验—分析—结论

这类课程在处理核心知识时,往往借助化学实验来帮助学生形成知识。面对问题,教师引导学生提出假设,通过实验进行验证,并分析原因,归纳得出结论。“化学反应原理”“有机化学基础”“实验化学”三门课程设置了较多的实验,无论是教师演示还是学生实验,均重视对实验现象的分析和探究,教师通过实验来归纳、提炼化学知识,启迪学生的科学思维。

(2)假设—模型—分析—结论

选修课程“物质结构与性质”涉及物质结构的微观知识,尝试分析结构与性质的关系,因而对物质结构的合理解析是教学的关键。课程的教学适宜运用模型方法,教师逐一介绍原子结构、化学键、晶体结构、配合物等知识,引导学生从中发现物质性质的某些规律。

(3)事实—解释—活动—结论

“化学与生活”“化学与技术”课程选取与化学相关的生活、技术实际素材,教师结合化学原理解释现象,并通过“交流与讨论”“调查研究”“请你决策”“检索咨询”等活动提炼知识、形成观念,运用化学知识对某些实际问题做出判断和决策。

本文从不同的视角对高中化学选修课程进行了分类,这有助于广大教师进一步理解化学选修课程的价值,把握课程的内容结构,选择合适的教学方法,引导学生利用多种资源学好选修课程。

三、化学选修教材总的教学建议

要在必修课程基础上有效地提高选修教学的质量,用好教材是重要的前提。首先要求教师了解选修教材的知识结构,分析这些教材的编写思路,明确重点知识和难点内容,揭示不同选修教材中化学核心知识的建构和表述的特殊规律,合理选择教学方法;其次,教师应根据课程标准分析教材内容的知识“边界”和深度,控制教学的容量,合理把握教学难度;再次,教师根据学生的知识基础和社会实际收集有关的课程资源,对教材的单元内容进行适当的调整、铺垫,删除教材中某些不适应学生的内容,改进演示实验和学生实验,充分利用信息技术等多种途径进行教学,以更好地适应学生的认知特点和发展需要。

此外,在选修教学中必须遵循共同的原则,如以化学必修课程为基础,引导学生认识保持和联系新知识的“锚”,让他们从记忆中有指向地提取选修化学学习所需的“先行组织者”;联系社会生活实际,体现化学知识的社会价值;组织学生通过科学探究,提高学生解决问题的能力等等。

本文将侧重分析各选修模块教材的内容特点,并有针对性地提出具体的教学建议。

四、《化学与生活》的内容体系和教学建议

《化学与生活》选修模块以学生的生活经验为基础,旨在通过贴近生活和社会实际的课程内容的学习,促使学生了解与化学有关的环境、能源、健康等社会问题,认识化学作为一门实用和创造性的科学对人类生活的重大作用,从而形成正确的价值观。

江苏教育出版社出版的《化学与生活》教材遵循课程标准的要求,从化学与环境保护、化学与健康、生活中的材料等角度建构内容体系。如表1所示。

表1 《化学与生活》教材的内容体系

专题 单元

洁净安第一单元 空气质量的改善

专题1全的生第二单元 水资源的合理利用

存环境第三单元 生活垃圾的分类处理

第四单元 化学品的安全使用

营养均第一单元 摄取人类必需的化学元素

专题2衡与人第二单元 提供能量和营养的食物

体健康第三单元 优化食品品质的添加剂

第四单元 造福人类健康的化学药物

丰富多第一单元 应用广泛的金属材料

专题3彩的生第二单元 功能各异的无机非金属材料

活材料第三单元 高分子材料和复合材料

人类的文明是与化学学科的发展密切相联系的。《化学与生活》教材确定了一条基本的线索,它从整体上支撑了教材的内容体系,即从满足人类生活发展的需要出发,体现化学在由低级向高级生活水平发展过程中所起的积极作用。图2是教材的整体结构。

图2 《化学与生活》教材的结构

人类最基本的需要是生存,而洁净、安全的生存环境是满足这个需要的前提。因此,教材专题1从创造人类生存所必需的洁净安全的生存环境入手,从空气质量的改善、水资源的合理利用、垃圾的分类处理、化学品的安全使用等方面来介绍如何创造洁净安全的生存环境。

在生存需要得到满足的前提下,人类的健康长寿就成了重点考虑的问题。因此,教材专题2介绍了常见的促进人类健康长寿的方法,即通过平衡膳食、合理摄取营养及人体必需元素,并适当使用药物以提高人类健康的水平。

在健康得到保证的前提下,人们考虑更多的是从衣、住、行等多方面享受生活,提高生活质量。在科学技术高度发达的现代社会,丰富多彩的材料为提高生活质量提供了基础。因此,教材专题3介绍了与日常生活相关的常用的材料,如金属材料、无机非金属材料、高分子材料和复合材料等。

根据《化学与生活》教材的具体内容,本文提出如下教学建议。

1.发挥已学化学知识在解决生活问题中的作用

生活中的许多现象与化学知识密切相关。化学知识有助于人们认识生活现象,在提高生活质量的过程中发挥着重要的作用。

从整体上来看,教材是以生活事件为中心组织内容的,但也十分注意渗透相关的化学知识,力求通过多种途径指导学生应用已有的化学原理分析和解释生活问题,这不仅启发学生认识学习化学的重要意义,同时发展学生应用化学知识解决实际问题的能力。表2列出了其中一些生活中发生的事件、现象以及与之对应的化学知识。

表2 《化学与生活》教材涉及的某些生活事件及对应的化学知识

专题

相关的生活问题

化学知识

酸雨治理

酸性氧化物的性质

专 余氯能有效杀菌和净水

化学平衡移动原理

题 干洗剂能洗去油污

相似相溶原理

1

明矾净水

盐类水解

专 龋齿产生的原因及防治

沉淀溶解平衡原理

题 疏松剂 碳酸氢盐热分解

2

苯甲酸及苯甲酸盐的 电离平衡原理

防腐作用

专 玻璃表面镀银

银镜反应

题 ABS塑料合成共聚反应

3

钢铁的腐蚀与防护

原电池原理

由表2可知,与生活现象相关的知识有不少是学生已有的必修基础。在教学中,可以通过如下两种途径,将生活事件与已有的化学知识有效地结合起来。

(1)教师运用学生熟悉的化学知识阐释日常生活现象。

教师应注重从化学的视角去看待常见的生活问题,注意用学生已有的化学知识去分析问题。例如,在讲解硬水软化原理时,通过给出学生已经熟悉的碳酸氢钙、碳酸氢镁受热分解的化学方程式,加深学生对硬水软化原理的理解。又如,在介绍洗衣粉去污原理的时候,用学生在《化学2》中已经熟悉的有关肥皂去污原理加以类推,促进学生对洗衣粉去污原理的理解。在上述过程中,教师作为主导将知识与生活现象联系起来,并将结论直接告诉学生。

(2)通过活动引导学生应用已学化学知识解释生活现象。

教师可设计多种学生活动,引导学生回顾已学知识,交流讨论,分析和解释一些生活事件,自行总结出化学知识的有关应用。例如,对于“酸雨的形成及防治”,要求学生阅读酸雨形成的一般过程和防治酸雨的方法,应用学过的有关化学反应的知识书写相应的化学方程式;又如,“碳酸氢钠、碳酸氢铵为何可作为常用的食品疏松剂?”要求学生在讨论的基础上,写出加热时生成气体的化学方程式,并分析两者存在的不足;再如,“铁合金容易发生锈蚀的原因是什么?”要求学生从原电池角度回忆电化学腐蚀发生的条件。

值得指出的是,教学时撇开化学知识而就生活问题展开,或作为科普知识一般性介绍,缺乏必要的化学知识线索“串联”生活事实,学生难以理解和记忆。

2.立足教材线索适当介绍新的化学原理

《化学与生活》教材也涉及一些新的化学原理,但其地位与其他教材相比有所不同。这些原理虽是必修之上的新知识,但在教材中并非处于核心地位,引出原理的线索也力求简单,表述也缺乏系统性,其目的是要求学生能用新学的化学原理解释相关的生活现象,解决一些实际问题。因此,原理的教学应立足教材内容,围绕着解释具体的生活现象而展开,切不可将教学重心集中于化学原理的演绎扩展上,追加大量偏离教材的内容,增加学生的学习负担。

例如,《化学2》仅涉及化学平衡的概念,而《化学与生活》在结合自来水中余氯的作用时穿插介绍了化学平衡移动原理,这是一个新的知识。教学中应针对教材实例讲解原理的内涵,要求学生初步树立条件改变影响平衡移动的观念,并在后续的学习中遇到有关的生活现象时能应用该原理加以解释(如吃糖过多为何容易出现龋齿、酸碱性对苯甲酸防腐作用有何影响等),但不宜在该课程教学中从理论上强化该原理,并衍生大量的习题进行训练。又如,在涉及明矾等用作净水剂时,教材在“检索咨询”栏目中以为例介绍水解反应,学生只要求知道水解反应的概念,并能说明净水的原因即可,其他关于水解平衡的知识(如不同类型盐的水解及溶液的酸碱性,水解平衡常数和水解程度,水解的应用等)均不要求。

《化学与生活》教材涉及了较多新的化学原理,并在内容呈现上作了简化处理,教学时应创设一定的生活情景引出,不求其理论脉络,不涉及复杂的推理和应用,以学生理解原理并能简单运用为目标。这样,知识的系统性虽有减弱,但同时降低了难度,拓展了广度,使学生在有限的课时中能获得更多对提高生活质量有指导意义的化学信息。

3.从正面事例阐述化学对提高生活质量的积极作用

化学在环境污染治理、资源开发利用、药物合成、新材料制造、农业现代化等社会问题的解决中发挥着极为关键的作用。教材应通过大量的实际生活事例,着重从正面来阐述化学在解决社会问题中的重要价值(如化肥使粮食增产,合成药物治疗疾病,合金材料应用广泛等)。但当前不少媒体较多关注化学品对人类生活的负面影响,导致公众对化学产生某种程度的恐慌。因此,在本课程教学中,教师应结合现代社会中衣食住行的实际需要和化学的密切关系,引导学生欣赏和感受化学,改变人们对化学的传统看法,激发学生学习化学的兴趣。

对发生在学生身边某些有争议的生活现象,教师应特别注意从正面引导学生,帮助他们学会用辩证的观点去分析。例如,在专题1第3单元“生活垃圾的分类处理”教学中,既介绍生活垃圾处理不当对环境可能产生的危害,又阐述对垃圾进行分类处理可将其变为可利用的资源,后者正是化学对社会可持续发展的具体贡献;在专题2第3单元“优化食品品质的添加剂”教学中,既要介绍添加剂怎样增强食品的色、香、味,又要指出添加剂使用不当可能导致疾病的产生,这必须去了解添加剂的化学成分和性质;在专题2第4单元“造福人类健康的化学药物”教学中,既说明药物对人体健康有促进作用,又指出了若药物使用不当对人体健康可能带来危害,这要求我们了解有关药物的化学成分和生理反应。因此,引导学生认识化学品,并加以合理使用,并依赖化学方法对其进行改良,这正是化学家对人类的重大贡献。

4.运用教材的有关栏目培养学生的社会责任感

本教材中涉及许多社会及生活问题,培养学生对这些问题的正确认识具有重要意义。教材注意引导学生在对社会问题进行讨论中深化对相关问题的认识,如保护资源与环境的重要意义,合理补充营养的必要性等。教材中设有三个特色栏目,即“新闻链接”“各抒己见”“请你决策”,教学中力求运用这些栏目将化学知识与社会热点紧密联系起来。

“新闻链接”引入发生在生活中的某些真实事件,解释其中的化学内涵,运用化学知识分析社会热点。如教材在相应内容处,链接了食用蛋白质含量很低的劣质奶粉造成的“大头娃娃”事件,拒绝含有毒物、病菌的“洋垃圾”进入中国等新闻事件。

“各抒己见”设置了一些开放性的问题,要求学生充分讨论,提出解决社会及生活问题的可能措施,如“对安全使用氮肥提出合理的建议”等。

“请你决策”提出与日常生活和社会可持续发展相关的化学问题,要求学生在分析权衡的基础上,作出合理的决策,如“探讨露天焚烧垃圾的弊端,提出一个无害化处理垃圾的方案”等。

教师在教学中应努力用好这些栏目,一是提出问题,使学生切实认识到目前人类所面临的各种危机,激发学生通过努力学习寻找解决问题的措施;二是通过分析讨论,促使学生能从众多可能采取的措施中找出正确的方案,培养学生的参与意识与决策能力。

五、《化学与技术》的内容体系和教学建议

《化学与技术》模块内容以化学知识为基础,介绍化学与技术的融合,旨在促使学生理解化学与技术的密切联系、化学在改进技术及促进社会发展等方面的重要作用,使学生能运用所学知识对与化学有关的一系列技术问题作出合理的分析,强化应用意识和实践能力。

《化学与技术》教材在内容建构上与《化学与生活》有相似之处,它从不同的技术领域提炼线索,形成相对独立的技术应用的主题。江苏教育出版社出版的《化学与技术》教材,编排了六大专题,具体内容见表3。

从上述主题内容可知,教材涉及多个领域,以技术运用过程中化学的重要作用为主线,重点关注的是“资源利用”“物质制备”“环境治理”“材料加工”等方面有关的化学知识以及重要的技术思想,这些知识和思想往往成为技术实现的重要条件。

表3 《化学与技术》教材的内容体系

专题单元

多样化的水第一单元 水的净化与污水处理

专题1处理技术 第二单元 硬水软化

第三单元 海水淡化

第一单元 氨的合成

专题2从自然资源第二单元 氯碱工业

到化学品 第三单元 硫酸工业

第四单元 镁和铝的冶炼

第一单元 有机药物制备

专题3让有机反应第二单元 合成洗涤剂的生产

为人类服务第三单元 纤维素的化学加工

第四单元 有机高分子合成

材料加工与第一单元 材料的加工处理

专题4性能优化 第二单元 材料组成的优化

第三单元 复合材料的制造

第一单元 土壤酸碱性的改良

专题5为现代农业第二单元 化肥的生产与合理使用

技术添翼 第三单元 无土栽培技术

第四单元 化学农药的发展

专题6从污染防治第一单元 环境污染的化学防治

到绿色化学第二单元 绿色化学与可持续发展

根据《化学与技术》课程标准的要求和教材的内容体系,本文提出如下教学建议。

1.将化学知识与技术实现的条件相结合

教师应帮助学生理解和掌握化学技术中蕴涵的丰富的化学知识,认识化学知识在技术开发、技术实现过程中的价值。鉴于教材中化学知识点多、分布广等特点,难以系统进行归纳和讲解,建议教师在处理教材时,首先应从繁杂的内容中理出一条思路:技术有助于实现产品转化,而技术实现的条件往往由化学内涵所决定。其次,在教学中以教材的典型技术案例为素材,侧重分析其中技术实现的条件与化学知识的关系,揭示知识和技术的双重规律。

例如,在介绍合成氨工业、硫酸生产工艺时,结合化学反应速率和化学平衡原理的应用,说明生产条件的选择与控制的重要性;在介绍氯碱工业生产、金属的表面处理等技术时,结合电解原理分析上述生产工艺是如何进行的,并对过程予以优化;在介绍镁、铝冶炼技术时,贯穿着这两种金属元素及化合物的转化规律(化学反应知识);在介绍有机药物制备、合成洗涤剂生产、有机高分子合成等技术时,以基本的有机反应和合成思想为依据设计工艺路线。

因此,可以这么理解,工艺和技术过程是一个“框架”,而化学知识是其中起支撑作用的“内容”。教学中应将两者密切联系起来,学生对“技术是什么”“化学与技术有何关系”等才能有更深刻的理解。

2.揭示化学知识应用过程中的技术思想

《化学与技术》教材每一个专题下的各个单元从不同的技术视角阐述了化学知识,既有化学原理知识,也有元素化学知识。受传统教学思维影响,教师往往将教学重点放在这些知识点上,忽视了对技术方法、技术思想的认识,使教学在一定程度上偏离了课程标准要求。

技术思想是指在一定的社会规范和资源条件下,促进科学知识在实际场合中的有效转化的策略(或程序)。技术思想的核心是经济化(低投入高产出)、绿色化(不以环境破坏为代价)。教材设置了大量的技术应用项目,教学中不仅要讲清相关的化学原理(如化学平衡移动原理、电镀知识等),更重要的是揭示蕴涵于工艺过程之中的技术思想(如环境友好、控制成本、循环经济、简单化思想等)。

例如,合成氨的工艺过程与化学平衡移动原理密切相关,但合成塔内发生的化学变化和多层催化剂所起的作用、在大型合成氨厂中建有尿素生产线等事实,充分体现出循环经济的思想。又如,氯碱工业不仅与饱和食盐水电解的知识有直接关系,而且从原料来源、厂址位置、设备特点、产品销售、副产品综合利用等环节上充分体现资源利用、控制成本、循环经济等思想。教师应引导学生在分析技术案例中逐步形成观念:技术思想反映了社会可持续发展背景下对技术进步的要求,它能保证在相同的工艺路线下获得高质量的产品,同时耗费的成本更低,对环境不造成污染。

随课程的推进,学生已经积累了一定的技术知识,教师应激发学生根据已有经验去分析新的技术,围绕“这种新技术为什么出现”“它具有哪些优点”“这种工艺存在的不足是什么”等问题进一步提炼技术思想。教学中应特别重视技术工艺的改进,分析其具体的特色(如采用成本低、毒性小的设计方案,采用了无污染、可循环使用的溶剂等)。

3.引导学生认识化学、技术与社会的相互关系

《化学与技术》课程内容不仅包含化学知识和工艺技术要求,还充分体现了化学、技术对社会文明的重大贡献,也反映了技术应用中的“两面性”问题。要深刻认识这一关系,仅依靠教师的讲解和分析有时是不够的,必须激励学生“亲临其境”,获取真实感受。教师应充分利用教材主题或其他技术线索,创设各种活动情景,强化学生对化学、技术与社会关系的认识。

在课堂教学中,可就某个技术问题启发学生“交流与讨论”(如依据国家法规、各地区的实际,讨论硫酸厂的最佳选址问题);组织学生通过“角色扮演”对化学与技术相关的某些重大事件“各抒己见”(如DDT的“功过是非”辩),引导学生“观察与思考”有关的工艺过程或模型(如氨合成塔内部结构设计的原因),学生通过动手实验开展“活动与探究”(如自来水的硬度测定)等。

组织实践活动更有助于认识化学、技术与社会的关系。教师可利用教材中“废旧金属资源回收再利用问题”“施用化肥对土壤和环境可能会造成什么负面影响?请查阅资料进行分析”等问题展开调查研究;组织学生与技术人员和工人座谈,并对某一技术工艺的改进(如将“有氰电镀”改为“无氰电镀”等)进行客观的评价;参观有关的工厂,了解工艺过程和其他情况(如了解处理污水的类型、方法、污水排放标准、处理工艺及“中水”使用情况);向有关技术人员就某一问题(如植物生长调节剂的特性、应用情况及安全须知等)进行访谈等。上述实践活动有助于学生进一步领悟化学与技术的价值,以及深化对技术应用过程中“两面性”的辩证认识。同时,结合教学内容,消除学生因受媒体对化工生产负面报道的影响而形成的片面认识,帮助学生正确认识只有运用化学创新技术才能革新化学工艺过程,才能减少甚至消除化工生产对环境的污染(如煤的脱硫等),逐步树立对化学的正确态度和价值观。

教学中教师要充分利用典型的技术史实,引导学生认识技术的本质,培养学生对技术的情感。通过叙述化学与技术相关的一些具有里程碑意义的事件,如合成氨工艺的发明及氮肥的改良、农药的发明和换代、人造纤维的合成等,从中使学生理解从技术创意到产品生产是一个曲折的过程,认识到由知识到产品的生产过程并非是一个简单地将知识、理论应用于实践的过程,科学先驱在人类技术发展的道路上付出了智慧和艰辛。结合教学内容引导学生理解化学家、工程技术专家是如何解决化工生产中遇到的实际问题的,领略他们在解决技术问题过程中所表现出的精神气质和技术思想,认识化学工业对人类文明的重大意义,培养学生崇尚化学家、热爱化学工业的情感态度。

六、《物质结构与性质》的内容体系和教学建议

物质结构理论是现代化学的重要组成部分,也是医学、生命科学、材料科学、能源科学、信息科学的重要基础,它揭示了物质构成与性质之间的内在关系,有助于人们理解物质变化的本质,预测物质的性质,为分子设计提供科学依据。通过了解人类探索物质结构奥秘的历史,引导学生进一步认识化学变化的微观本质,学习化学学科思想和科学思维方法,有助于学生形成科学的世界观。

《物质结构与性质》选修课程模块阐述物质结构研究对科学发展的重大意义,突出了“从现象到本质”“从宏观到微观”“结构决定性质”等化学思想方法,在原子、分子水平上揭示物质构成的奥秘,初步认识物质的结构与性质之间的关系,并运用于解释一些化学现象。

江苏教育出版社出版的《物质结构与性质》教材从追溯人类研究物质结构的历史入手,激发学生探索化学微观世界的兴趣,以有关物质结构的基本概念为核心,以原子结构、微粒间作用力、分子结构与物质性质的关系为线索,按学科逻辑建构教材内容体系。教材不仅重视知识的结论,更关注知识形成的过程,有助于帮助学生领悟和把握化学观念和化学方法。

内容体系见表4所示。

表4 《物质结构与性质》教材的内容体系

专题 单元

专题1揭示物质结

构的奥秘

专题2原子结构与 第一单元 原子核外电子的运动

元素的性质 第二单元 元素性质的递变规律

微粒间作用 第一单元 金属键 金属晶体

专题3力与物质性 第二单元 离子键 离子晶体

质 第三单元 共价键 原子晶体

第四单元 分子间作用力 分子晶体

分子空间结 第一单元 分子构型与物质的性质

专题4构与物质性 第二单元 配合物是如何形成的

专题5物质结构的

探索无止境

《物质结构与性质》课程侧重从物质结构视角学习化学基本原理,知识比较抽象,理论性较强。在教学过程中,教师应注意根据学科特点和学生实际进行教学。本文根据课程标准要求和教材体系,提出如下教学建议。

1.注重运用“性构相依”的学科思想

所谓“性构相依”思想,指的是物质的结构决定物质的性质,物质的性质又反映了物质的组成和结构,物质的性质决定其存在、制法和用途。《物质结构与性质》教材的内容较好地体现了“性构相依”思想。因此,在教学过程中,教师不宜在结构的复杂性和细节上做文章,而应结合具体的物质,抽象出物质结构的主要特征,分析、预测物质可能的性质;或从认识物质的性质入手,分析和推断结构特征。

教材将“结构与性质”的关系分成三大方面:原子结构与元素的性质、微粒间作用力与物质的性质、分子空间结构与物质性质。教学时又可根据具体情况,通过“性—构”或“构—性”来组织内容。例如,认识了原子结构、特别是核外电子排布的周期性知识后,可引导学生分析第一电离能、元素电负性等性质的变化趋势;从甲烷、乙烯、苯三者的结构比较,预测苯可能的性质;在讲解晶体结构时,可引导学生对组成相似但物理性质差别却很大的物质(如干冰和二氧化硅)进行比较,进而从结构上探讨性质差异产生的原因;对同分异构体邻羟基苯甲酸和对羟基苯甲酸两者性质不同(熔点:前者159℃,后者213℃),推出两者所含的氢键类型不同,前者可能存在分子内氢键;在介绍配合物的空间结构时,由顺、反在物理性质和药效上的明显不同,启发学生探索两者空间结构的差异,并认识到结构上的细微不同有可能导致物质性质的较大差异。

对教师而言,“性构相依”思想有助于理清教学思路,突出教学重点,组织教学内容;对学生而言,“性构相依”思想有助于理解物质结构知识,初步掌握物质结构研究的方法,是物质结构问题解决的重要思维工具,因而值得引起教师的重视。

2.合理运用模型方法启迪学生思维

本教材主要探讨物质的微观结构与宏观性质的关系,这对学生的抽象思维能力提出了较高的要求,也在一定程度上增加了学生理解的负担。要避免这一现象,就必须努力将抽象的知识形象化。在教学中运用模型的直观效果有助于引导学生观察,启迪学生思考,从而理解和把握微观结构的特征。

本课程所涉及的原子轨道、各种晶体结构、共价分子的空间构型以及配合物结构,要求学生有较强的三维空间的辨别能力和想象能力,并从中抽象出一定的结构特征。因此,老师可指导学生亲自动手,现场制作和使用物质结构的实物模型,使学生深切感受物质的三维结构,理解结构中各微粒之间的相互作用,从而更有效地把握物质的结构与性质的关系。通过多媒体屏幕演示结构的动态图像,也可达到抽象过程形象化的效果,但实践证明学生从实物模型中获得的直接感受更多,对物质结构的描述将更准确。

但是,值得指出的是,教师结合具体的物质结构知识运用模型教学仅是一种教学方法,应使学生了解物质模型并不完全等同于物质原型,只是对原型的一种解释,对原型的一种粗略的描述。在科学研究过程中,模型是可以根据新的实验事实和理论不断被优化和改进的。模型的建立不是随意的,它必须以一定的化学事实为基础,经过抽象思维提炼而成。

3.不宜对微观结构知识进行深度挖掘

就本课程涉及的微观结构知识而言,内容的理论性和广度相比以往的中学教材有所提升,但远没有到大学“普通化学”的水平。在教学过程中,必须充分考虑所教学生的实际情况,把握好教材知识点的深度和“边界”,选择恰当的基础性内容进行讲解。切忌片面追求理论的深度和核心概念的系统性,一味增加习题难度,甚至出现大学知识“下放”的倾向。

具体而言,教材没有提及的知识内容不宜进行讲授(如金属键的能带理论);教材涉及的定性概念不宜往定量延伸(仅要求学生简单了解晶格能概念,理解晶格能与晶体性质之间的一般关系,但不要求学生利用近似公式或“玻恩—哈伯循环”进行计算);对只要求“列举”的内容不宜进行细节上的深化(如金属晶体的基本堆积模型);对“拓展视野”中提及的有关内容可有选择地讲解,但不要求学生掌握,更不宜作为练习和评价内容(如价电子对互斥理论、离子半径比规则、复杂分子的大π键等)。关于原子核外电子排布知识,教学中仅要求学生掌握前36号元素的轨道表示式,不要求出现四个量子数等有关概念。

鉴于物质结构的知识体系逻辑性较强,涉及的问题又比较抽象,学生学习容易感到困难。因此,教师一定要仔细研究课程标准的具体要求,在基础层面上对教材内容进行仔细加工,内容简洁,教学思路力求清晰;重点应放在训练学生能运用物质结构的基本知识解释一些化学现象,预测物质的有关性质;习题的选择要谨慎,既要与教材匹配又要符合学生实际,在评价学生学习的同时激起学生学习物质结构的兴趣,提高学生“宏观—微观转换”的能力,培养学生良好的化学思维品质。

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为培养学生的科学素养奠定基础:高中化学选修课的内容分析与教学建议(待续)_高中化学论文
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