“水雷”揭秘与金属钠

2003-04-26张国华包霞张蕴

人民教育 2003年14期

张国华包霞张蕴

一、问题缘起。

中学化学教学内容一般分成五大模块：基本概念和基本理论、元素化合物、有机化学、化学实验和化学计算。其中元素化合物知识既是其他四个模块知识的主要载体，也是它们的具体体现。

1.目前中学化学教学中关于元素化合物知识结构的认识。

教师通常根据教材的编写顺序呈现教学内容。教材中元素化合物知识的呈现顺序通常是以该元素（或物质）“在自然界的存在形态——物理性质——（结构和）化学性质——用途”的线形顺序出现的。在教学中通常通过以下线索联结这部分内容：结构决定性质，性质决定用途，从抽象到具体。这里所谓的“结构”主要指元素的原子结构（微观、抽象），“性质”指元素性质（宏观、抽象），“用途”指具体物质在现实社会中的用途（宏观、具体）。在中学化学教学中，基本不提分子结构或微粒之间的相互作用对物质性质的影响，因此在学习化合物时会缺少“结构”这一环节;而“用途”环节几乎都被简化为阅读而在课堂上忽略。于是，元素化合物知识就变成了仅仅是关于物质性质的知识。接着，教师再一次对性质进行甄别：突出化学性质，忽略物理性质。元素化合物知识的完整性一再被破坏，既没有说明物质具备某种性质的原因，也没有关于此种物质与现实社会的联系，只有几条找不到逻辑关系的性质的罗列。学生只能被动地机械记忆物质性质知识，于是便感到知识的无意义和“碎、散、多、繁”，记忆非常困难，而且不容易掌握重点。

2.改变元素化合物知识教学中单纯传授知识的现状的设想。

在元素化合物知识的教学过程中，教师通常按照教材内容顺序进行知识的传授，学生难以建立知识之间的有机联系，也感受不到知识与社会、生产或个人生活经验之间的联系，无法进行有意义的学习。我们经过市级骨干教师培训，感到在元素化合物教学中应该设置恰当的真实事件作为教学背景，提供“真实问题学科化”与“学科问题真实化”双向转化的机会，使学生在解决“真实问题”过程中建立学科知识的个人意义并促进学科知识的综合应用。

“如果你能应用知识，你就能牢牢掌握它。”（《教育的目的》怀特海）本着这样的教学理念，我们选择《“水雷”之谜》一课进行了教学尝试。

二、教学实践。

1.第一轮教学实践——对真实情境预设讨论框架。

我们在“广州日报大洋网”上找到了一则关于“金属钠事故”的报道——《炸起千层浪珠江金属钠“水雷”谜团待解》（2002.7.9）。这起事故的报道中包含着中学化学中关于金属钠的全部信息，同时也包含了真实情境中化学反应的复杂性、危险化学品如何储运以及处理方法等多种问题，非常适合作为沟通学科知识与真实问题的桥梁。

鉴于学生已经学习过金属钠的相关知识，因此决定为学生提供一个应用已有知识解决实际问题的真实情境。为此，我们对媒体材料进行整理，把与化学有关的内容进行汇总，把几千字的材料压缩到近400字（见附），并且将“肇事元凶”金属钠隐蔽为需要猜测的未知物质，以使学生产生探究的悬念.

（附：炸起千层浪珠江“水雷”谜团待解——

网上信息摘录：若千神秘“水雷”惊现珠江。7月7日，在珠江石溪附近，前前后后共漂着七个白色的来历不明的金属桶。突然，从漂在水面上的一个铁桶内冒起一股白烟，窜起亮黄色火苗，紧接着一声巨响，蘑菇状的水柱冲天而起。这个铁桶接着又连续爆炸了多次，爆炸腾起的白色烟雾有近十米高，还有许多未燃尽的白烟飘进旁边的公司内，这些灰白色的物体一遇到水就不停地冒泡，有时甚至还突然着火。

据悉，其中另有一铁桶被过往船只发现，并将其打捞上船，打算清洗后使用，但当船员把盖子打开后，捅内立刻冒起浓浓白烟，一接触桶内物质，双手立即感到剧烈疼痛。于是，他们又将其推到江里，一遇水，这个桶又爆炸了，所幸该船逃离迅速，伤害不大。

珠江水面上尚有五个一触即发的“水雷”漂浮着，消防队员、民警及广州化工集团的化学品专家赶来凑在一起，緊张地调查爆炸物的性质及研究“水雷”处理对策。）

在教学设计中，我们预设了一个需要讨论的问题框架，这个框架包括在事故处理中必须要搞清楚的四个问题：引起爆炸的物质是什么？为什么会发生爆炸（金属桶为什么会成为“水雷”）？如何防止爆炸〔另五个没有爆炸的金属桶如何处理）？事故的启示是什么？

与我们合作的Y老师有近五年的教龄。在共同对材料中的化学知识进行分析之后，Y老师拿出了她的第一个教学设计方案。在Y老师心中，她还把这节课定位成对金属钠知识的复习，因此她的教学流程设计中处处体现出相关知识的复习。

经过教学实践，Y老师感到这样的教学很难把握。在真实情境中，问题具有相当的开放性，教师首先是无法把握预设教学内容在40分钟里完成，预先设想的每一个问题都可能因为学生的意外思维（指与教师期望不吻合的思路）而无法控制，想要复习的内容无法复习到位：其次是课堂教学过程一旦放开，很难驾驭，教师难以即时对学生提出的五花八门的猜测作出恰当的判断和应对，有些问题教师自已也不知道答案，心中没底。

【片段1】关于另五个没有爆炸的金属桶如何处理的讨论。

师：还有五桶金属钠怎么处理？

生1：加盐酸。

生2：有污染吧.

生，：无关人员撤离，用鱼钩（把金属桶）捞上来，用干粉灭火剂吸干表面的水。

师：千粉灭火剂的成分是什么？

生，：应该用干冰灭火剂。

师：越想越歪。看桌上试剂瓶。

生3：酚酞？煤油！

师：我提个建议：挖坑，埋起来。

生4：（小声嘀咕）下雨怎么办？

课后，Y老师说：“我真没想到学生会想到用干粉灭火剂吸干水，也不知他怎么想的。”

显然，生1的思维非常活跃，他迅速作出了两个决策：一是销毁（用盐酸）：二是防止爆炸（用干粉灭火剂防水）。但两者都不是教师心中的答案。由于事出意外，教师一时无法判断学生在这里使用干粉灭火剂的对错，但教师认为干粉灭火剂在受热情况下会释放二氧化碳而不能使用，于是便转问了一个问题，这个问题似乎使学生受到使用“干粉灭火剂不合适”的暗示而马上改口为干冰灭火剂（即二氧化碳），教师无奈之下只好直接批判并作明确的引导。

在对第一轮教学进行课后讨论时，教研组的老师和我们都有一种感觉——似乎课堂上对许多问题的讨论都是隔靴搔痒，没有真正深入的讨论，师生都不能畅所欲言。预设的讨论框架对学生和老师的引导不足而束缚有余，教师为了完成教学任务而使讨论匆匆走过场。更重要的是，这种教法忽略了学生的思想和情感，使其在一定程度上仍然处于被老师牵着鼻子走的被动地位。为了最大程度地尊重学生的个体体验，我们决定取消预设的讨论框架，采取基于真实情境的“问题一解决”教学模式，让学生在阅读材料后就进行讨论和自由推测与提问，然后根据学生在推测和提问中生成的问题，展开讨论，促使学生进入知识的应用领域。通过对真实情境中化学问题的分析，学生可以感受实际问题的解决过程，体验从专业的角度分析处理这一突发事件。

考虑到这种教学设计进一步增加了教学难度，所以改由一位有18年教龄的教师实施教学过程。

2.第二轮教学实践——在真实情境中生成问题并引发讨论。

在学生阅读材料并讨论之后，教师根据学生做出的猜测及提出的问题归纳成以下板书：

教师原以为学生一定会首先推测引起爆炸的物质是什么，而且确定引起爆炸的物质为金属钠只是瞬间的事：依据有两点——焰色反应以及该物质与水反应的现象的描述。但学生的这些推测大大出乎上课教师的意料：第一阶段——推测和提问已接近尾声，在进行了17分钟的阅读、讨论甚至辩论之后，学生依然没有确定引起爆炸的物质到底是什么，而是小心翼翼地圈定了一个范围：强腐蚀性物质、钠元素、碱金属或者是强还原性物质等，显示出异乎寻常的谨慎，用词非常严谨，一些学生的发言表现出很强的思辩能力，言之有理，论之有据。

此刻要确定引起爆炸的物质是什么，必须将推测出来的不同因素综合起来分析才能得出结论。为促使问题进一步清晰化，教师提出了一个问题，目的是引发学生针对已有推测做进一步讨论：

【片段2】推测该物质是什么？

师：大家做了这么多推测，其中有哪些推测是直接指向这个物质本身的？

生：（纷纷小声说）黄色火苗。

师：好。这个直指它本身，然后呢，结论是（加重语气）钠元素。我们知道，如果我们说是钠元素，它可能包括些什么？

学生七嘴八舌，提到钠及钠的多种化合物。

师：包括各种钠的化学物质。包括它的单质、盐、碱等，都包括在其中。钠原子和钠离子统统合起来，称之为钠元素。显然，这个范围还是非常大的，你能不能把它缩小？

学生静默。

师：（进一步提示）在这些推测里，有没有帮助我们缩小范围的？有吗？

生4：有。因为有腐蚀性，而且还很活泼的话，应该是钠碱。

师：我们现在推测的是——

生4：原物质。估计是单质金属。

师：能确定是什么金属吗？

生4：碱金属。

师：碱金属，碱金属有好几种呢。

生4：应该是钠，钠！

师：能确定是钠了。你的理由？

生4：因为它很容易被氧化，因为黄色火苗，还因为和水反应生成腐蚀性物质。

教师以为关于“引起爆炸的物质是什么”的讨论已经结束了，没想到生4会再一次补充：“它（指金属桶）是漂在水面上的，而碱金属前面3个（指前四周期）密度都比水小，钠与水的反应是浮、游、熔、红四种现象，它全都符合了，所以我认为是钠。”生4补充了一个新的推测：漂浮——密度比水小，作为支持他的结论的新论据。

在这样的教学过程中教师处在一个被动的状态——她必须根据学生的问题迅即作出反应。因此，教师必须始终处于高度敏感和兴奋的状态，时刻悉心聆听学生的问题，根据学生的发言迅速判断并作出应对。作为讨论的主持人，教师明白“必须在不同观点中保持中立，以‘不推销自己的观点作为自己的责任”（斯登豪斯）。但教师同时也感到必须保证学生高质量的学习，即必须引导学生对种种推测和解释遂步予以廓清，保留合理成分，剔除不合理成分。但如何做才能恰当地把两者都把握好，是教师感到困惑的事情。

【片段3】关于白烟是什么的讨论。

生5：白烟可能是该物质自身沸点低，受热沸腾而产生的蒸气，也可能是与空气的成分反应的产物。

生6：我认为白烟是物质“受热沸腾而产生的蒸气”的说法应该排除。因为白烟是在空气中飘浮的固体小颗粒，而“受热沸腾而产生的蒸气”应该是气态的，因此这种说法不对。

师：〔笑问生5）你同意他的说法吗？

生5：这一点现在同意。（其他学生笑。）

师：（笑）同意？好。我们关键是要取得一致。在这个问题上我们达成了一個共识，从我们的知识推测，我们已经把它排除掉了。

在教师看来，在讨论中形成“一致”、“共识”，是用来澄清问题、肯定学生合理推理与排除学生不合理推理的一种方法，同时也是保证学生学习质量的一个方法。然而，这种做法中隐含的真实意义是：只有达成“共识”的知识才是正确的知识，也只有当学生获得了正确的知识，才能保证学习质量。而对在达成“共识”的同时是否会忽略学生对知识的个人理解，教师没有给予足够的注意。

【片段4】关于“漂浮”与密度相关性问题的讨论。

生7：我认为漂浮不能说明密度比水小，因为如果里面没有装满，有空气，桶同样可以浮在水面上。

师：〔在对生7的话进行重复和解释后）“漂浮”现在变成了一个很有争议的问题。关键的问题，我们要知道桶里的情况到底是怎么样，然后才能说漂浮到底能不能说明问题。（教师将“漂在水面上——密度？”写在黑板上的问题栏目里。）

生4：因为它是在铁桶内，冒着烟，已经与水反应，水肯定已经进到桶里去了，桶还是浮在水面上，肯定是（密度）小于水。

师：他认为水已经进入到桶里去了。从“水进入到桶里”这个推测，你认为这个桶是密封还是不密封的？

生4：不密封.

师：你认为是不密封的，或者是没有密封好，所以水已经进去了，在水进去的情况下，桶仍然漂着，这说明里面物质确实密度比水小。〔转问生7a你觉得这个说法合理吗？

生7：如果水从桶的下面进去，不影响桶漂在上面.

师：（生4一时无法反驳，大家都笑了。）其实，大家已经在猜想桶里到底是怎样的。在我们确定了金属钠以后，就涉及到金属钠在桶里保存的问题。请大家想像一下，金属钠，我们平常是这样保存的（举起装有金属钠的试剂瓶），在捅里又该怎样保存？

从以上讨论片段可以发现，教师在这里并没有寻求达成“共识”，而是将这个矛盾转化为关于“金属钠在桶里如何保存”的问题，因为关于“保存”的讨论与教师心中预设的问题“为什么会发生爆炸”有密切的关系，也有利于澄清学生的推测。由于这个矛盾在这里还不是一个终结性的矛盾，而具有转承性质，因此教师在这里将其转化了。

由于时间的关系，这节课讨论的内容只涉及了教师心中预设内容的两个问题：什么物质引起爆炸以及为什么爆炸，为什么爆炸的讨论也只是初步探讨。鉴于“白烟是什么”的问题没有解决而学生又比较关注，教师于是布置课后作业：观察金属钠与水反应的实验现象，与材料描写做对比，同时思考是否能通过实验求证“白烟”的成分。

三、课后反思。

通过两轮教学实践，我们感到这种基于真实情境的“问题一解决”教学模式，相对于传统的讲授式教学模式而言，有极其明显的变化。

1.课堂教学中教师角色的变化。

在讲授式的课堂教学模式里，教师是知识的掌握者、提供者和知识权威的化身。课堂教学的内容、节奏乃至对与错，都由教师掌控。对于学生已经具备了哪些知识和能力，教师关心比较少，教师更关心课本教学内容的传授，保证完成教学进度。

在基于真实情境的“问题一解决”教学模式里，由于教学内容由科学世界向生活世界回归，使教学内容显示出开放和活力。原来互不相干、毫无生气的知识点，在真实情境中因显示出相互的关联而变得具有真实的意义。而知识点的关联方式和程度都是教师无法预设的，学生因为没有固定答案的限制而敢于作大胆的联想和猜测。因此，教师在组织教学时不得不时刻关注并追随学生的思维活动，同时不断调整自己的思维，提醒学生检验所形成的猜测和推理，促使学生进行比较而产生新的问题，这样才能保证教学活动高质量地进行。显然，在这种教学模式中，教师更加贴近学生，不再高高在上，也不再把自己作为判定是非的权威。

在第二轮课后，有一位学生向老师追问一个问题：为什么一定是钠而不是氢化钠？教师听到这个问题暗暗倒抽一口冷气：因为已经看了事故报道，所以这种问题根本想都没想！教師只能回答学生：这个问题我没想过，这种物质我也不熟悉，我们是否都去查找资料，然后再讨论？教师翻阅资料后才能对这个问题给出解释：氢化钠与金属钠一样，也是遇水燃烧物品，与水反应的产物都是强碱和氢气;但氢化钠密度比水大，装有氢化钠的桶不可能漂在水面上。然而当初如果仅仅根据黄色火苗和该物质与水反应的情况，就判定该物质是金属钠，判据不足。显然教师原先的设想是有漏洞的。

在这样的教学过程中，教师因失去权威而产生“空杯”意识，认识到自己必须不断学习，包括向学生学习，并从中体会到，基于真实情境的“问题—解决”教学模式对教师的专业素养提出了更高的要求。教师必须具备更丰富的“本体性”知识，然而这并不意味着教师必须全知全能，因为面对学生的个性思维，教师不可能了解所有学生的思维方式，但丰富的“本体性”知识一定能增强教师识别有价值的猜想和推测的敏感性。同时教师更必须丰富自己的条件性知识，注意积累实践性知识，拓展自己的知识广度，发展学科专长。

2.学生学习方式的变化。

基于真实情境的“问题一解决”教学模式，把学生领进了真实、逼真的生活情境之中，为了解决问题，学生已经将具备的个人知识、直接经验都变成了解决问题的工具，藉此做出自己的推测和解释。知识的主动应用成为十分自然的事情。在应用过程中，知识结构还在发生拓展：发现并建立了一些知识点之间的关联：对某一具体知识点的认识进一步深化。

【片段5】讨论桶里的金属钠如何保存？

生8：我认为固体的钠直接保存是危险的。应该把钠隔绝空气加热变成气态的，和惰性气体一起充进桶里去。

师：你认为金属钠在被充进桶里后，还是气态的吗？

生8：保温。改变压强。

师：改变压强？是增加还是降低压强？

生8：降低。

师：你的意思是降低压强，物质的沸点降低？这个物理学知识大家都有吧？

生：嗯。

生9：我不同意。因为把金属钠变成蒸气后它的体积会变得很大，但是从桶里再取出来用的时候就只有很小一块了，使用的时候（略做停顿），肯定很不方便的。

此刻，学生为了解决化学问题，非常自然地运用着物理学的知识设计方案或对方案的可行性作出自己的判断。在课后作业——关于爆炸的讨论中，有一位学生进一步发表了自己的看法：“什么是爆炸？我认为是一种强烈的气体冲击形式，不一定要有火花、烟雾，”学生重新审视了初中学过的“爆炸”的概念，并根据自身以往的经验与对实验的观察和讨论提出了“我认为”的独特见解。

“金属钠与水的反应”是中学化学的一个重要实验，其重要性主要表现在该实验中有丰富的现象可供观察，最经典的总结是“浮（金属钠浮在水面上，说明密度小于水）、游（金属钠在水面上游动，说明反应放出气体）、熔（金属钠熔化成一个小球，说明反应放热且金属钠熔点低）、红〔反应后的溶液能使酚酞变红，说明反应生成了碱）”四个字。然而对实验中可能产生的“燃烧”的现象通常都忽略不提。这一次有一位学生显然对钠与水的反应产生了浓厚的兴趣，他设计并完成了四个实验，通过控制反应中钠的用量、水的用量、反应温度等变量，对钠与水的反应情况进行了比较深入的研究，形成了一份详细的实验报告。在报告的小结部分他写道：“事实证明，现实生活中遇到的问题并不是一个简单的问题，往往多而复杂。一些化学反应即使完全相同，也可能因为细小之处而使反应大不一样。”尽管他在报告中的表述尚不够规范，推理也不够严密，然而他在这份报告中体现出的科学思维和科学精神使我们感到震惊和由衷的赞叹。

【片段6】课后学生访谈。

师：我想和同学们聊聊，今天这节课，和你们以往的化学课相比，你们感觉有什么不同？

生1：这节课从一个生活中的事件引入，而且可以發挥自己的想像。而平常上课的话，老师叫你前进，你就得前进。

生2：以前老师上课就只讲书上的东西。

生，：就是讲课外的，也不是像今天这样讲很多课外的，最多插入一点点。

师：你们是不是觉得平常的课，课外的东西太少？

生3：没法发挥自己。

生2：平常的课太没趣味了。

生4：我们的话多，可没法讲，很压抑。

师：就是说，今夭的课与平常相比，自由度大些，是吗？（学生点头。）那么，从内容上相比，还有什么区别？

生1：内容感觉比平常要少。好像只是针对一种物质。

生2：时间用得很长，不过具体、深入了，但是费时。