上科版和人教版有机实验的设置功能与教学策略

上科版和人教版有机实验的设置功能与教学策略

有机化学是化学学科的一个重要分支，有机化学基础实验是有机化学课程的重要组成部分。新课改高中课程标准的选修或拓展教科书均要求学生掌握必要的、系统的有机化学实验基础知识，以加深和巩固已有的理论，更好地接受与化学相关的其他自然科学知识。中学化学作为一门以实验为基础的科学，实验对有机化学课程而言具有特别重要的意义。各种版本的高中化学新教材都非常重视其中实验内容的编排，并各具特色。本文对我国新课程两种版本高中有机化学教科书中（以烃的衍生物为例）的实验设置功能和教学呈现方法与策略进行分析和介绍，希望通过比较和解读，为理解认识高中化学新课程标准、新课程有机实验教学理念、教学方法、教学技术提供帮助。这两种版本教科书分别为人民教育出版社化学室编（宋心琦主编，有机化学基础·选修5，2007年第2版，简称人教版）、上海科学技术出版社出版（姚子鹏主编，有机拓展型课程，2008年版，简称上科版）。一、烃的衍生物实验设置的课标要求与教育功能1.实验设置注重反映新课程目标要求人教版、上科版（按基础型、拓展型课程螺旋式编排）教材严格遵循课程标准要求，将化学实验研究方法和探究能力要求融合到各个专题的化学知识教学中，通过实验探究使学生深刻认识有机结构尤其是官能团与有机物化学性质的关系，了解研究有机化学的一般方法与步骤，使学生的科学素养得以进一步提升。教材选择了现代科学理论研究的先进技术手段如质谱法、红外光谱和核磁共振氢谱法等以及与生活、生产实际相联系的实验操作内容，在帮助学生获得有机知识和研究方法的同时，认识有机化学实验对解决实际问题、促进社会发展的重要价值；结合典型有机物及其性质设计实验，使学生体验有机化学的研究方法，增强对物质性质的认识和应用；通过实验进一步展示化学研究方法和检测手段，提高学生科学思维水平和解决有机化学问题的能力。两种版本教材中实验的呈现方式主要有课堂实验、科学视野、实践活动（探究与实践）、思考与交流（讨论）等，其内容体系如表1所示（以烃的衍生物为例）。在同类有机物学习中均选择典型代表物，设置探究与验证性实验，例如酚类以苯酚为例，依次探究溶解性、酸性、取代反应和显色反应。实验的这种编排设置有利于学生认识不同类别有机物的结构与性质的关系，也有利于对所学专题知识、实验方法等进行迁移应用与系统总结。表1烃的衍生物实验内容设置体系两种版本中“科学探究”或“探究与实践”是实验课题的拓展延伸或后续学习，是核心基础实验课题研究思路的迁移训练，每个课题都是教材中的核心知识，是对核心基础实验课题的一种深究和反思，是培养学生实践体验，探究能力的重要教学内容。这既是新课程精神的体现，也是对有关教学内容、实验知识、学生思维与实践能力的训练与考查。上科版有机拓展教材中的实验十分重视保持我国原版教科书中验证、探究的特点，人教版有机选修教材突出实验的科学探究性、创新实验方法，尤其重视应用现代科学技术手段与实验相结合来研究有机物的结构与性质。两种版本教材中的实验设置都是围绕“知识与技能”“过程与方法”“情感态度与价值观”三个维度目标，反映新课程特点的合理编排设计。2.实验设置着重体现科学方法教育功能两种版本教材的实验设计、呈现方式都注重体现科学方法教育。教材中每个课题都设置了旨在帮助学生理解有机官能团与性质的知识预备、实验原理、正确进行实验设计与操作以及开阔视野所需的若干栏目，体现了以实验问题为线索进行有机教学。学生不仅可以获得知识、方法和技能，而且能通过对实验过程的体验深刻认识科学方法在有机化学研究中的重要性，达到培养学生对有机化学的兴趣，发展学生的能力，尤其是促进学生科学思维和科学方法的发展。基础有机选修或拓展教材实验科学方法教育功能的体现主要有理论分析方法、科学猜想方法、观察记录方法、操作方法、比较概括方法、演绎推理方法、交流得出结论的方法等。两种版本有机教材都充分注重通过实验探究，对学生进行科学探究方法的教育与引导。科学探究既是重要的学习内容，又是重要的学习方式。从探究性实验在教材中的分布看，反映了“通过实验学化学”的新课程教学思想，并通过探究性实验让学生知道科学探究是学化学的一种重要方式，这一理念贯穿两种版本教材始终。在探究性实验呈现方式上，根据实验过程和学生认知发展需要，教材通过必要的提示语、预测与假设、实验方案介绍、实验记录与结论、归纳整理等引导学生经历、体验科学探究的不同要素与过程。例如，人教版酯的水解速率的探究，提示语有“介质”“温度”条件和判断速率的方法等；上科版如甲酸性质的探究，先通过问题的形式研究甲酸的结构中含有羧基和醛基，再运用基础模块已学和拓展模块新学的内容预测或假设甲酸可能具有的性质，然后进行实验方案设计，通过实验验证假设得出结论，最后归纳整理。每个探究课题承载着多维教育目标取向，通过完成探究性实验可使不同层次的学生在有机化学知识理解与掌握、实验探究方法与技能形成、科学态度体验感悟等方面得到应有的发展。二、烃的衍生物实验的教学策略与实施案例新课程要求教师不仅是教学活动的组织者和实施者，而且是教材内容的研究者和开发者。教学中如何根据新课程标准和学生实际需要，创造性地对教材实验内容进行必要的加工处理，使实验内容变成学生易于知觉的方式呈现出来，使实验目的、操作探究方法易于进入学生的认知系统，以适应实验课程教学的特殊性和达到新课程目标要求，是值得广大化学教师认真思考和研究的课题。下面笔者结合教学实践和两种版本有机实验教材的特点，介绍开发利用实验资源的有效教学呈现策略。1.实验内容认知化呈现教学策略美国著名心理学家奥苏贝尔曾提出“先行组织者”和“认知结构同化迁移”理论，强调新的学习材料只有与学生认知结构中原有的观念建立起全面的联系，才能产生有意义的学习，学生原有的知识经验是理解新知识的基础。他以为“如果我不得不把教育心理学的所有内容简约成一条原理的话，我会说影响学习的最重要因素是学生已知的内容。弄清了这一点，进行相应的教学。”这生动地论述了教学密切联系学生已有认知和经验的重要性。教师在呈现实验内容时要根据学生原有的知识、实验技能，通过复习、提示、铺垫、引申等方式，激活与新实验有关的旧知识与经验，使学生从已有知识经验背景中找到学习新知识的“生长点”，在新旧知识、实验与思维方法间架设一座“桥梁”。例如，教材中的有机性质探究实验、验证实验可设计成“实验学案导探”，创编校本“先行组织者”材料，使学生根据认知发展循序渐进地进行实验设计、操作与探究，从中体验科学实验的过程，习得并深化对所学知识的理解。案例1苯酚、乙酸和碳酸溶液酸性强弱探究（上科版或人教版）［知识预备］①请你说明实验室制取的原理，并写出反应式。实验室一般用——制取较弱的酸。②简述苯酚的物理性质，如何判断苯酚的生成？向苯酚钠溶液中滴入溶液能否看到溶液显紫色？请说出你的猜想与判断并与同学交流，然后到实验室完成实验。③设计气体生成装置应注意哪些问题？［实验用品］分液漏斗、广口瓶、铁架台、单与双孔橡皮塞、导管、锥形瓶等；大理石或碳酸钠、醋酸、饱和的苯酚钠和小苏打溶液等。［实验报告］见表2表2苯酚、乙酸和碳酸溶液酸性强弱探究实验步骤实验现象结论、解释或化学方程式①绘出一次性完成实验的装置图______。②检查装置的气密产生现象的原因依性，向装置中分别滴入醋酸溶液次为：______、______。加入合适的试剂，后产生的现象反应的离子方程式连接装置，然后通依次为______、依次为：______、______。过分液漏斗滴入醋______。结论：酸性强弱酸溶液。______。［思考感悟］①讨论交流实验中的和苯酚钠为什么要用饱和溶液？②有人设计的一次性探究实验装置如图1所示，观察思考讨论设置b的意义。③有同学对苯酚钠溶液中出现浑浊即表明有苯酚生成提出质疑，这种质疑是否合理有何根据，请通过调查访问、查阅文献或上网搜索等途径，从产物生成及溶解性（自查苯酚、碳酸氢钠的溶解度）等做出计算、分析判断，并与同学交流。图1苯酚、醋酸和碳酸溶液酸性强弱探究必须指出的是两种版本教材中的大多数课题实验已给出了实验方案、操作步骤或明确的提示，教师若将这些现成的内容以讲授的方式交代给学生，不注重引导学生分析实验过程的特点、设计方案、思考实验原理，不要求学生自己设计并与教材进行比较，则无疑是被动的教学，不利发挥实验教学多元的、潜在的价值。有机必修和选修实验知识与技能是螺旋递进的，设计思路与研究方法是贯通的。因此，在学生动手实验之前，教师既要引导学生有目的地回忆联系已学必修知识，又要通过启发讲授和归纳整理的方法讲解新知识，发现新问题，使学生在必修的基础上扩大认知结构，建构相对比较完整的实验知识体系，发展学生实验探究能力与思维能力。2.实验内容生活化呈现教学策略让课程回归学生的生活、联系社会是化学新课程教学的重要理念。教学内容的生活化、社会化，就是要充分注意实验内容与学生现实生活、社会的联系，实验教学要充分关注与STS间的联系，构建新的实验教学内容体系。实验教学内容贴近学生生活、社会实际，有利于学生了解社会、接触社会，学以致用，有利于激发学生的实验兴趣与探究动机。两种版本有机选修教材中结合生活、社会的实验案例显隐并存，内容非常丰富。例如，由甲醇中毒事件的调查引入“白酒中甲醇含量的测定”；由家庭装潢引入“居室甲醛含量的测定”；由“黑心水发干货”公害的调查导入“甲醛使蛋白质变性”，揭露不法商贩利用福尔马林给水产品“护肤美容”，欺骗坑害消费者；由传统糖尿病检测模拟实验导入“葡萄糖结构与性质实验探究”等。教学中教师要对这些资源进行开发加工、整合利用，在结合具体实验内容教学时要有意识、有目的地进行引导。案例2苯酚的鉴定与检测（上科版）［社会情境］苯酚泄露污染事件应急监测处理公告（PPT投影）：2006年6月6日福建某国道上发生翻车事件，造成槽车罐体内泄露苯酚30t。由于当地政府、环保等部门处理及时、妥当，没有造成人员畜禽伤亡和中毒，但事发地水体、土壤遭受严重污染……［生成问题］试用两种方法检测某含苯酚的工业废水。［方案与实验］方案①用浓溴水，生成白色沉淀；方案②用溶液，若含有苯酚，则溶液中有紫色的配合物生成。［评价与优化］观点①两个反应都很灵敏，都可用于苯酚的定性检验。观点②利用苯酚的显色反应比较好，因为浓溴水有强挥发性，挥发出的溴蒸气有毒，且浓溴水有强氧化性，加入过量会将白色沉淀氧化，生成四溴环己二烯酮，干扰检测。3.实验内容问题化呈现教学策略美国教育心理学家杜威、盖泽尔斯、奥苏贝尔等都曾十分重视问题化和问题解决模式的理论研究，认为将学习材料问题化呈现，通过问题解决能获得新的概念、新的高级规则或新的解决问题的策略。并指出问题既要有基础型，又要有发现型和创新型，问题要能够激起疑惑探索，促进思考。有机选修实验教学问题化就是将教材中的“呈现型”或学生只需按照规程完成实验，即可把“按图索骥”的材料转化为引导学生探究的“问题化”组织，让学生变被动接受式操作为主动探究。以“问题化”呈现教材实验的方式，能唤起学生探索研究的热情，激发学生主动参与积极思考的内在需要。实验教学内容的问题化策略的实施关键是教师要能从教材实验中提取有价值的、符合学生认知“最近发展区”的问题，能激发学生思维冲突，使学生产生强烈的实验解决问题的认知愿望。案例3乙酸乙酯的制取与拓展性问题探究（上科版或人教版）［装置设计与实验］实验操作如教材，完成少量乙酸乙酯的制取。［基础型问题］①试管中加入浓、冰醋酸和乙醇各2mL，正确加入的顺序与操作是______。②为防止液体发生暴沸，加热前应采取的措施是______。③试管b中饱和的溶液的作用是______，观察到的现象是______。④实验结束后振荡收集乙酸乙酯的试管，静置，观察到的现象是______。［发现型问题］①实验中加热a的目的之一是加快反应速率，另一目的是______。②如果控温不当（如过高），会发生哪些副反应，写出反应式和检验副产物的方法，并与同学交流。③混合反应物顺序课本上的介绍经典无疑是正确的，但有人研究并发表文章认为，也可按乙醇、乙酸、浓顺序加入，请通过访问、查阅文献、上网搜索等途径，指出这种改进方案科学性缺失之处，并与同学交流。以上通过层次化、系列化、递进化问题，较深入地探讨了看似简单的酯化反应实验操作过程、原因、结果和本质，探索了可能存在的问题，在问题解决过程中展示实验教学得天独厚的条件和多重育人功能。教学中必须鼓励和引导学生独立思考，支持学生提出不同见解，充分发挥每个学生的创新潜能和积极性。其次教师应具有创新思维和意识，每个问题的提出及问题解决过程必须设计成：基础型问题→发展或相悖型问题→创新型问题策略模式，以有利于学生进入问题解决的心理活动状态：因困惑收集信息→识别酝酿→启迪或灵感（涌现解决问题办法）→验证（形成或评价结论）。同时要着力营造学习情