科學(xué)方法教育的實(shí)施

1、科學(xué)方法教育的實(shí)施新課程高中化學(xué)必修教學(xué)中科學(xué)方法教育的實(shí)施以人教版化學(xué)2（必修）中苯的教學(xué)為例課程高中化學(xué)必修課程是全體學(xué)生的共同基礎(chǔ)，其目的是為了進(jìn)一步提高全體學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，并為學(xué)生學(xué)習(xí)其他相關(guān)學(xué)科課程和化學(xué)選修課程提供基礎(chǔ)。所以，高中化學(xué)必修課程中化學(xué)知識(shí)的邏輯性和系統(tǒng)性有所弱化，聯(lián)系社會(huì)的知識(shí)和知識(shí)的應(yīng)用相對(duì)較強(qiáng)。而為了提高學(xué)生的科學(xué)探究能力，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)方法的要求則沒有放松，在認(rèn)識(shí)化學(xué)科學(xué)的主題下就有“認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、假說、模型、比較、分類等科學(xué)方法對(duì)化學(xué)研究的作用”的明確要求。知識(shí)是能力和方法的支架，知識(shí)的掌握對(duì)能力和方法的形成具有促進(jìn)作用。為此“知識(shí)弱化了，怎樣培養(yǎng)能力和方法”的問

2、題擺在了我們面前。本文擬以人教版化學(xué)2（必修）中苯的教學(xué)為例，分析新課程高中化學(xué)必修教學(xué)中實(shí)施科學(xué)方法教育的策略。1教材分析人教版化學(xué)2（必修）第三章有機(jī)化合物的框架為：顯然，教科書按課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，沒有考慮有機(jī)化學(xué)本身的內(nèi)在邏輯體系，而是以典型有機(jī)物的學(xué)習(xí)為切入點(diǎn)，介紹其基本的結(jié)構(gòu)、主要性質(zhì)以及在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用，較少涉及到有機(jī)物的類概念和它們的性質(zhì)（如烯烽、芳香烽、第1頁(yè)醇類、竣酸等），讓學(xué)生在初中有機(jī)物常識(shí)的基礎(chǔ)上，能進(jìn)一步從結(jié)構(gòu)的角度，加深對(duì)有機(jī)物和有機(jī)化學(xué)的整體認(rèn)識(shí)。為了學(xué)習(xí)同系物和同分異構(gòu)體的概念，也只簡(jiǎn)單介紹了烷燒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和主要性質(zhì)，沒有涉及烷燒的系統(tǒng)命名等內(nèi)容。苯是有機(jī)化合

3、物第二節(jié)介紹的第二種有機(jī)物，教科書主要介紹了苯的物理性質(zhì)、分子結(jié)構(gòu)及化學(xué)性質(zhì)中的燃燒、取代和加成等性質(zhì)，其重點(diǎn)和難點(diǎn)是苯的分子結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。2學(xué)生分析2.1學(xué)科知識(shí)方面由于受課程標(biāo)準(zhǔn)及教科書的限制，學(xué)生在學(xué)習(xí)苯的有關(guān)知識(shí)之前，結(jié)合甲烷與烷燒及乙烯等基本知識(shí)的學(xué)習(xí)，了解了碳碳單鍵、碳碳雙鍵的結(jié)構(gòu)特征，以及甲烷等烷燒的取代反應(yīng)和乙烯的氧化、加成反應(yīng)等特征反應(yīng)，并且以烷燒為例了解了同系物和同分異構(gòu)體的基本概念，對(duì)烷燒同系物物理性質(zhì)的遞變性和化學(xué)性質(zhì)的相似性也有所認(rèn)識(shí)。進(jìn)行苯的教學(xué)時(shí)，要以學(xué)生已有知識(shí)為基礎(chǔ)，注意新知識(shí)與已有知識(shí)之間的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已經(jīng)學(xué)習(xí)過的知識(shí)來推測(cè)和學(xué)習(xí)苯分子的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)。2.

4、2科學(xué)方法方面由于化學(xué)教育中科學(xué)方法教育的目標(biāo)包括科學(xué)認(rèn)識(shí)的一般過程和科學(xué)認(rèn)識(shí)過程的方法兩個(gè)層面。人教版新課程高中化學(xué)必修教科書在著力構(gòu)建化學(xué)知識(shí)體系的同時(shí)，力圖從這兩個(gè)層面構(gòu)建符合高中學(xué)生探究能力發(fā)展需要的科學(xué)方法體系。一是通過教科書中不同欄目的設(shè)計(jì)，體現(xiàn)科學(xué)認(rèn)識(shí)的一般過程；二是重視科學(xué)認(rèn)識(shí)過程方法的滲透。這些科學(xué)方法大致可以分為三個(gè)層次：第一個(gè)層次是化學(xué)學(xué)科內(nèi)的特殊方法，如物質(zhì)的分離和提純方法、化學(xué)性質(zhì)的試驗(yàn)方法等；第二層次是科學(xué)研究的一般方法，包括獲取事實(shí)材料的觀察、實(shí)驗(yàn)等方法，加工事實(shí)材料的邏輯方法、假說方法、模型方法等；第三層次是哲學(xué)方法，如唯物辯證法、系統(tǒng)方法等。有機(jī)化合物在化學(xué)2

5、（必修）中列第三章，從章節(jié)的數(shù)量看，學(xué)生已經(jīng)學(xué)完了必修課程的3/4,已經(jīng)基本達(dá)到了“認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)、假說、模型、比較、分類等科學(xué)方法對(duì)化學(xué)研究的作用”的要求，所以，在苯的教學(xué)中，要充分挖掘科學(xué)方法教育的因素，促進(jìn)學(xué)生在運(yùn)用科學(xué)方法探究苯的知識(shí)的過程中，進(jìn)一步加深對(duì)有關(guān)科學(xué)方法的認(rèn)識(shí)，提高科學(xué)探究的能力。3教學(xué)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)一：用文獻(xiàn)方法了解苯的發(fā)現(xiàn)和來源學(xué)習(xí)活動(dòng)1:交流課前就“苯的發(fā)現(xiàn)和來源”查閱的有關(guān)資料。學(xué)習(xí)活動(dòng)2:在教師的帶領(lǐng)下，總結(jié)苯的發(fā)現(xiàn)和主要來源。設(shè)計(jì)意圖：(1)雖然文獻(xiàn)法不是化學(xué)教學(xué)活動(dòng)中獲得事實(shí)材料的主流方法，但適當(dāng)安排文獻(xiàn)方法的運(yùn)用，能使學(xué)生體驗(yàn)獲得事實(shí)材料的多種途徑。(2)創(chuàng)設(shè)學(xué)生

6、感興趣的情境，使他們從一個(gè)輕松的話題“苯的發(fā)現(xiàn)和來源”入手，愉快地進(jìn)入新的學(xué)習(xí)任務(wù)之中。學(xué)習(xí)任務(wù)二：運(yùn)用觀察方法認(rèn)識(shí)苯的主要物理性質(zhì)學(xué)習(xí)活動(dòng)1:通過對(duì)苯的觀察，感知苯的顏色、狀態(tài)、氣味等物理性質(zhì)，并從記憶中搜尋嗅到苯的氣味的生活情景。學(xué)習(xí)活動(dòng)2:通過觀察苯與水(為了便于觀察，可在水中加一滴墨水)的混合實(shí)驗(yàn)，感知苯的密度和水溶性等物理性質(zhì),并討論分離苯與水的方法。學(xué)習(xí)活動(dòng)3:在教師的帶領(lǐng)下，總結(jié)苯的主要物理性質(zhì)，知道苯是一種重要的有機(jī)溶劑。設(shè)計(jì)意圖：觀察是獲取事實(shí)材料的主要方法，在科學(xué)研究中居于十分重要的地位。對(duì)苯的顏色、狀態(tài)、氣味的直接感知屬于自然觀察，通過與水的混合實(shí)驗(yàn)感知苯的密度和水溶性屬

7、于實(shí)驗(yàn)觀察。這些觀察活動(dòng)教科書都沒有安排，但它們能使學(xué)生對(duì)苯的相關(guān)物理性質(zhì)留下深刻印象，值得教師的重視和研究。學(xué)習(xí)任務(wù)三：用假說方法確定苯分子的組成學(xué)習(xí)活動(dòng)1:根據(jù)通常情況下烷燒的狀態(tài)與分子中碳原子數(shù)的關(guān)系，估計(jì)苯分子中碳原子數(shù)的取值范圍。學(xué)習(xí)活動(dòng)2:閱讀教師提供的信息，推測(cè)苯分子的組成。信息法國(guó)化學(xué)家熱拉爾等人首先確定苯的相對(duì)分子質(zhì)量為78。學(xué)習(xí)活動(dòng)3:通過比較C6H6J乙烯分子中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，預(yù)測(cè)苯在空氣中燃燒時(shí)的現(xiàn)象。學(xué)習(xí)活動(dòng)4:通過觀察演示實(shí)驗(yàn)(用玻棒瓶取苯在酒精燈上點(diǎn)燃)，進(jìn)一步確認(rèn)苯分子的組成。設(shè)計(jì)意圖：(1)假說是人們根據(jù)已有的知識(shí)對(duì)于所研究的事物或現(xiàn)象所做的初步解釋，它是在人們

8、對(duì)于該事物或現(xiàn)象的原因沒有全面認(rèn)識(shí)的情況下作曲的推測(cè)，所以假說需要驗(yàn)證真?zhèn)巍＜僬f屬于認(rèn)識(shí)創(chuàng)新方法，是科學(xué)探究的核心要素。學(xué)生對(duì)假說方法的認(rèn)識(shí)，需要在科學(xué)教育活動(dòng)中多次的體驗(yàn)和不斷的深化。(2)本節(jié)學(xué)習(xí)任務(wù)是在改造教科書呈現(xiàn)方式的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)的，目的是給學(xué)生增加體驗(yàn)假說方法的機(jī)會(huì)。發(fā)現(xiàn)問題一一苯分子的組成是怎樣的？提由假說一一苯常溫下是液體，分子中的碳原子數(shù)應(yīng)該大于第5頁(yè)5;如果碳原子數(shù)為5,則氫原子數(shù)為7812X5=18,超過飽和時(shí)所需的2X5+2=12,所以苯的分子式只能是C6H6C6H6分子中碳的質(zhì)量分?jǐn)?shù)遠(yuǎn)大于乙烯，乙烯在空氣中燃燒時(shí)火焰明亮伴有黑煙，苯在空氣中燃燒時(shí)黑煙應(yīng)該更濃。實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)一

9、一苯燃燒時(shí)產(chǎn)生明亮的帶有濃煙的火焰（因燃燒時(shí)的黑煙會(huì)污染環(huán)境，不宜分組實(shí)驗(yàn)）。得由結(jié)論一一苯的分子式是C6H6學(xué)習(xí)任務(wù)四：認(rèn)識(shí)苯的凱庫(kù)勒式，感悟直覺思維的意義學(xué)習(xí)活動(dòng)1:閱讀教師提供的信息和圖片，認(rèn)識(shí)凱庫(kù)勒提由的苯的單雙鍵交替的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。信息德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒為了苯分子的結(jié)構(gòu)，苦思冥想不得其解。1865年的一天夜晚，凱庫(kù)勒在書房里打起了瞌睡，夢(mèng)見一個(gè)個(gè)原子跳躍而生，并且像蛇一樣盤繞卷曲。一會(huì)兒眼前的蛇銜住了自己的尾巴，并旋轉(zhuǎn)不停。凱庫(kù)勒從夢(mèng)中驚醒，繪制由了苯分子中碳原子呈環(huán)狀排列的結(jié)構(gòu)。為了保持碳的4價(jià)，凱庫(kù)勒又在環(huán)內(nèi)加了3個(gè)雙鍵，得到了苯的凱庫(kù)勒式?；蚝?jiǎn)寫成德國(guó)化學(xué)家凱庫(kù)勒苯的凱庫(kù)勒式學(xué)習(xí)活動(dòng)

10、2:從教師提供的上述信息中，感悟直覺思維對(duì)科學(xué)研究的意義。設(shè)計(jì)意圖：(1)由于學(xué)生只有甲烷與烷燒及乙烯等基本知識(shí)，對(duì)碳碳之間化學(xué)鍵的多樣性缺乏足夠的認(rèn)識(shí)，他們難以猜想苯分子的可能結(jié)構(gòu)，為此選擇了直接給由苯的凱庫(kù)勒式的策略。(2)直覺思維是非邏輯性的，它能打破常規(guī)思維定勢(shì)和邏輯規(guī)則的束縛，因而是創(chuàng)造性思維的重要形式。一個(gè)人的直覺是無法訓(xùn)練由來的，它是研究者長(zhǎng)期孜孜以求的結(jié)果。凱庫(kù)勒之所以能夠從夢(mèng)中得到啟發(fā)，是由于他一直致力于分子結(jié)構(gòu)的研究，才會(huì)夢(mèng)其所思；同時(shí)他又懂得化合價(jià)的真正含義，才捕捉到了直覺形象。近年來，有文獻(xiàn)表明，苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)是奧地利中學(xué)教師勞斯密特在1861年提由的，比凱庫(kù)勒的夢(mèng)早了4

11、年。這一學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)，并不是要為誰(shuí)論功,而是為了給由苯的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生感悟直覺思維的意義。學(xué)習(xí)任務(wù)五：用假說方法確定苯分子中沒有與乙烯類似的雙鍵學(xué)習(xí)活動(dòng)1:根據(jù)乙烯的性質(zhì)和苯的凱庫(kù)勒式，推測(cè)苯的性質(zhì)。學(xué)習(xí)活動(dòng)2:進(jìn)行苯與澳水、酸性高鎰酸鉀溶液的混合實(shí)驗(yàn)，得由苯分子中沒有與乙烯類似的雙鍵的結(jié)論(注意引導(dǎo)學(xué)生分析苯對(duì)澳水的萃取現(xiàn)象)。設(shè)計(jì)意圖：這一節(jié)的學(xué)習(xí)任務(wù)教科書原本就是按假說的模式編排的，這第7頁(yè)不僅能揭示苯的凱庫(kù)勒式存在的問題，而且能激發(fā)學(xué)生深入學(xué)習(xí)苯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的興趣。發(fā)現(xiàn)問題一一苯的凱庫(kù)勒式是單雙鍵交替的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，其中的雙鍵與乙烯中的雙鍵類似嗎？提由假設(shè)一一如果苯分子中有與乙烯

12、類似的雙鍵，則苯也能使濱水或酸性高鎰酸鉀溶液褪色。實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)一一苯不能使濱水或酸性高鎰酸鉀溶液褪色。得由結(jié)論一一苯分子中沒有與乙烯類似的雙鍵。學(xué)習(xí)任務(wù)六：用模型方法認(rèn)識(shí)苯分子的平面正六邊形結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)活動(dòng)1:觀察苯分子結(jié)構(gòu)的比例模型，認(rèn)識(shí)苯分子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。學(xué)習(xí)活動(dòng)2:根據(jù)教師提供的信息，進(jìn)一步糾正凱庫(kù)勒式中的單雙鍵交替的環(huán)狀結(jié)構(gòu)。信息苯的鄰位二氯取代物只有一種結(jié)構(gòu)。設(shè)計(jì)意圖：(1)受課程標(biāo)準(zhǔn)要求的限制，必修教科書中沒有介紹共價(jià)鍵的鍵參數(shù)，所以用鍵參數(shù)等分析苯分子結(jié)構(gòu)的特殊性宜留在選修5(有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ))中進(jìn)行。(2)化學(xué)科學(xué)對(duì)微觀粒子結(jié)構(gòu)及其變化的研究離不開模型方法。苯分子的比例模型屬于物理模型，它能

13、為學(xué)生直觀地展示苯分子的獨(dú)特結(jié)構(gòu)。而苯的鄰位二氯取代物只有一種結(jié)構(gòu)的信息，又能使學(xué)生加深對(duì)苯環(huán)結(jié)構(gòu)特殊性的認(rèn)識(shí)。學(xué)習(xí)任務(wù)七：用演繹方法完成苯的有關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式學(xué)習(xí)活動(dòng)1:根據(jù)教師提供的信息，運(yùn)用已有知識(shí)完成苯的取代和加成反應(yīng)的化學(xué)方程式。信息1在一定條件下，苯能與澳、硝酸等物質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng)，苯環(huán)上的氫原子分別被澳原子和硝基（-NO2取代后，生成澳苯（）和硝基苯（）o信息2在一定條件下，苯能與氫氣發(fā)生加成反應(yīng)，生成環(huán)己烷（）。學(xué)習(xí)活動(dòng)2:由苯的取代和加成等性質(zhì)，體會(huì)其在化工生產(chǎn)中的應(yīng)用。設(shè)計(jì)意圖：（1）受課程標(biāo)準(zhǔn)要求的限制，苯與澳、硝酸等取代反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)操作暫不宜介紹，因此無法通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象抽象由相關(guān)的化學(xué)方程