基于问题设计的“思维课堂”教学的构建——以“苯”的教学为例

王希俭

（江苏省苏州实验中学江苏苏州215011）

课堂上教师和学生的核心活动是思维，化学思维型课堂教学构建以聚焦思维结构的智力理论为基础，着眼于课堂教学中的思维活动，意在更好地实现新课程目标。

一、思维是课堂的核心

思维过程指人们在头脑中运用存储在长时记忆中的知识、经验，对外界输入的信息进行分析、综合、比较、抽象和概括的过程并建立起合理的思维模式。思维课堂教学是使学生形成学习能力、质疑能力、自学能力、分析判断能力、综合概括能力、归纳与整理能力等。积极的思维活动是保证课堂教学高效进行贯彻新课程目标的前提。如何使学生积极的思维活动贯穿于整个课堂教学的始终，是课堂教学的关键。

课堂上对于学生学的活动来讲，不论是明确学习目的、感知学习材料、理解所学知识、掌握学科方法、迁移运用知识、反思学习过程，还是提出问题、分析问题、解决问题、师生互动、生生互动等，其核心活动都是思维。对于教师教的活动来讲，明确教学目标、了解学生基础、进行教学设计、创设教学情境、组织教学活动、反思教学过程等，核心活动也是思维。教育的重要目的是培养学生的思维能力，科学的教学将促进学生积极思维、发展思维能力作为课堂教学的核心。

二、“思维课堂”教学构建

1.创设认知冲突

教师向学生提出的问题所引起的新的需要和学生已有的知识水平或心理状态之间的矛盾，是学生发展的内因或内部矛盾。这种矛盾是促进学生积极思维和主动学习的动力。认知冲突指认知发展过程中原有认知结构与现实情境不相符时在心理上所产生的矛盾或冲突。

皮亚杰认为顺应或调节是解决认知冲突的一种有效方法，只有通过调节不断解决认知冲突，才能促使人的认知活动不断丰富和发展。教师设计一些能够使学生产生认知冲突的“两难情境”或者看似与现实生活和已有经验相矛盾的情境，以此激发学生的参与欲望，启发学生积极思维，引导学生在探究问题的过程中领悟方法、学会知识、发展能力，主动完成认知结构的构建过程。

以下以苯的教学为例予以说明。

首先创设认识冲突，给出情境：已知苯的分子式为C6H6，教师可以提出以下思维冲突。看到苯分子式你会产生什么疑难?从疑难中提出问题；做出解决问题的各种假设；推断哪一种假设能解决问题?通过实验验证。

［教师］（1）根据苯的分子式和已有知识，你会产生什么疑问？

［学生］与烷烃、烯烃等相比较，非常不饱和。

［教师］（2）你能从该疑问中提出什么问题？

［学生］与烷烃相比，6个碳原子要达到饱和烷烃的结构，需要多少个氢原子？苯的结构到底是什么样子的？

［学生］8个。

［教师］（3）你做出解决该问题的哪种假设？

学生讨论提出各种假设①链状结构含有4个双键；②链状结构2个三键；③链状结构1个三键2个双键等；④环状结构三个双键；⑤环状结构1个双键1个三键等。

［教师］（4）请你写出苯分子这些假设的可能的结构简式。

［学生］A.CH≡C—CH—CH—C≡CH

B.CH2=C=C=CH—CH=CH2

C.CH3—C≡C—C≡C—CH3

D.CH≡C—CH=CH—CH=CH2

［教师］（4）到底苯分子中有没有碳碳双键或碳碳三键呢?请同学们设计实验方案检验。

实验-1：在苯中分别滴加溴水和酸性KMnO4溶液，振荡、静置，观察现象。

现象：苯中加入酸性KMnO4溶液，紫红色不褪；苯中加入溴水，橙色不褪并转移到苯层，即上层呈橙红色。

（5）根据实验能得出什么结论？

结论：苯不能使溴水或酸性高锰酸溶液裉色，说明苯分子中不含简单的C=C或C≡C。

［再假说］1865年德国化学家凯库勒苯环结构的有关观点：

①6个碳原子构成平面六边形环；

②环内碳碳单双键相互交替。

［提问］上述说法是否正确呢？

①为了验证假说,科学家做了大量实验发现苯的一氯代物只一种,邻位二氯代物也只一种。

②碳碳双键加氢时总要放出热量，并且放出的热量与碳碳双键的数目大致成正比。苯在镍等催化下可与氢气发生加成反应生成环己烷，所放出的热量比环己二烯与氢气加成生成环己烷的还要少。

说明苯环中并不存在单双键交替的结构，因此凯库勒式不能全面地反映苯的结构，只是习惯上沿用至今。

（6）如何更确切地表示苯分子的结构？1872年凯库勒提出补充论点:苯分子中碳原子完全以平衡位置为中心进行振荡运动,使得相邻碳原子之间不断反复进行相吸和相斥,双键因此不断更换位置,交替运动。

［投影］键长数据

1935年，詹斯用X射线衍射法证实苯环是平面的正六边形，测得苯的碳碳键长都相等，都是1.4×10-10m。

［过渡］那么苯分子的结构到底是怎样的？

拓展视野：苯环中的碳原子都是采用的sp2杂化，碳原子之间形成σ（sp2－sp2）键，六个C原子的p轨道重叠形成一个大π键。

苯分子中碳碳键的键长都是一样长的，这说明碳原子之间形成的一种介于单键和双键之间的特殊共价建。

所以苯的结构可以表示为：或

［投影、讲述］现代科学对苯分子结构的研究：

①苯分子为平面正六边形结构，键角为120°。

②苯分子中碳碳键键长介于单键和双键之间。

［软件演示］苯分子球棍模型和比例模型进一步体会苯分子的结构特点。苯分子中碳碳键既不同于单键也不同于双键，而是介于单键和双键之间的一种独特的键。

2.思维自主建构

课堂教学自主建构就是认知建构。体现了建构主义关于认知建构的思想：学习是一个积极主动建构的过程；教学也是学生主动建构知识的过程。

课堂上使学生积极主动地思维，促进学生思维结构的发展，教师必须采取恰当地列举生活中的典型事例，唤起学生已有的感性认识、运用观察和实验来展示有关事物发生、发展和变化的现象和过程、联系学生已学知识进行教学。“思维课堂”的构建，课堂互动是课堂教学中最基本、最主要的人际关系，也是一种常用的教学方式。教师和学生之间、学生和学生之间发生具有促进性的相互影响、相互作用。从互动的主体来讲，有师生互动和生生互动；从课堂互动的内容来讲、有思维互动、情感互动和行为互动。情感互动是基础，行为互动是表现，思维互动是核心。

以苯的教学为例，运用实验和观察，联系学生已学知识，师生互动和生生互动，进行思维自主建构，根据苯的分子结构，构建苯的化学性质。

［教师］（1）苯分子中碳碳键既不同于单键也不同于双键，而是介于单键和双键之间的一种独特的键。它可能具有哪些化学性质？

［学生］可能具有象烷烃一样发生取代反应，也象烯烃一样发生加成反应。

实验-2：在烧瓶中加入苯和溴，组装好仪器，加入铁粉，根据实验现象观察，通过思维构建，推断表现出什么性质？

装置：

图1 苯的溴化实验装置

现象：（1）向三颈烧瓶中加入苯和液溴后，反应迅速进行，溶液几乎“沸腾”，一段时间后反应停止；

（2）反应结束后，三颈烧瓶底部出现红褐色油状液体（溴苯）；

（3）锥形瓶内有白雾，向锥形瓶中加入AgNO3溶液，出现浅黄色沉淀；

（4）向三颈烧瓶中加入NaOH溶液，产生红褐色沉淀——Fe(OH)3。

反应实质：取代

注意：

（1）直型冷凝管的作用——使苯和溴苯冷凝回流，导气（HBr和少量溴蒸气能通过）；

（2）锥形瓶的作用——吸收HBr，所以加入Ag-NO3溶液，出现浅黄色沉淀（AgBr）；

（3）锥形瓶内导管为什么不伸入水面以下——防止倒吸；

（4）碱石灰的作用——吸收HBr、溴蒸气、水蒸气；

（5）纯净的溴苯应为无色，为什么反应制得的溴苯为褐色——溴苯中溶解的溴单质；

（6）NaOH溶液的作用——除去溴苯中的溴，然后过滤、再用分液漏斗分离，可制得较为纯净的溴苯。

实验-3：在试管中加入苯、浓硝酸和浓硫酸，组装好仪器，根据实验现象观察，通过思维建构，推断苯表现出什么性质？

装置：

图2 苯的硝化实验装置

现象：加热一段时间后，反应完毕，将混合物倒入盛有水的烧杯中，在烧杯底部出现淡黄色油状液体（硝基苯）。

反应实质：取代

注意：（1）硝基苯难溶于水，密度比水大，有苦杏仁味；

（2）长导管的作用——冷凝回流；

（3）为什么要水浴加热——让反应体系受热均匀；便于控制温度，防止生成副产物（因为加热到100～110℃时就会有间二硝基苯生成；

（4）温度计如何放置——温度计水银球应伸入水浴中，以测定水浴的温度。

实验-4：在一定条件下，把氢气加入装有气态苯（3∶1）的密闭容器中，反应结束后恢复原状态，容器体积几乎没有变化，联系学生已学知识，通过思维建构，推断苯表现出什么性质？

［学生］在催化剂镍的作用下，苯与H2能在180～250℃、压强为18MPa的条件下发生加成反应。

原理：

反应实质：加成

3.思维应用迁移

思维的发展是在掌握和运用知识、技能的过程中完成的；离开了学习和训练，什么知识都不懂，学生的智力、思维缺少形成的“中介”，这显然是无法得到发展的。应用概念、规律、理论解决实际问题，是学习这些知识的目的，也是检验知识掌握情况的主要标志，还是加深理解的重要环节。

思维的训练是培养学生思维能力的突破口，灵活性品质的训练，需要抓住知识、方法间的渗透与迁移，引导学生发散式思考、立体思考，培养学生一题多变、一题多解、一题多问、多题归一的能力，教给学生灵活解决问题的方法。独创性思维品质即创造性思维，在知识的教学和学生的学习过程中，让学生掌握创造性思维的基本方法，如类比思维、等效思维、迁移思维、发散思维等，训练创造性思维的品质，是培养创造性思维的主要途径。重视知识和方法的应用和迁移，学生加深理解知识，提高思维能力，为此，将应用迁移作为思维型课堂教学的基本原理。

通过苯的结构、化学性质的学习，可以通过以下类比、等效、迁移、发散思维等，培养学生创造性思维，对苯的性质的实质、用途等进行应用迁移。

［教师］（1）思维类比。烷烃发生取代反应的条件是什么？苯发生取代反应和加成的条件有哪些？苯为什么发生取代反应没有烷烃容易？

［学生］烷烃发生取代反应的条件光照，苯发生取代反应的条件是加热、催化剂等。苯分子结构对称、稳定。

［教师］（2）思维等效。苯发生取代反应的实质是什么？苯如果和硝酸、硫酸能发生取代反应，硝酸、硫酸分子中能取代苯分子的氢原子的官能团是什么？

［学生］苯发生取代是亲电取代。带正电荷的原子或原子团取代氢原子。硫酸分子中除了氢带正电就是硫原子，硫酸分子去掉羟基与苯分子中的氢原子结合，剩余部分为—SO3H，叫磺酸基。

［教师］（3）思维迁移。为什么苯与氢气的加成反应比烯烃与氢气加成条件要高？

［学生］苯环中的碳原子都是采用的sp2杂化，碳原子之间形成σ（sp2－sp2）键，六个C原子的p轨道重叠形成一个大π键。分子非常稳定。

［教师］（4）思维发散。已知苯分子能与丙烯发生加成反应，推测生成物是什么？

［学生］异丙基苯。

［教师］（5）思维发散：根据性质决定用途，推断苯在工业上会有哪些用途？

［学生］制硝基苯、苯胺、苯磺酸、溴苯、苯酚、环己烷等。

三、“思维课堂”的教学感悟

“思维课堂”的核心活动是思维，思维结构的构成要素及其影响因素对“思维课堂”教学的基本要求如下。

1.明确课堂教学目标

目的性是思维的根本特点。它反映了思维活动的自觉性、能动性。课堂教学，必须有明确的教学目标。一是要根据学生、教师和教学内容，制定比较明确的课堂教学目标和教学规划。二是在教师创设的教学情景中产生认知问题，引起学生认知冲突，从而使学生明确教学活动的目标，并激发学生积极主动的思维。

2.突出知识形成过程

思维过程在课堂教学中，要求突出知识的形成过程。一是重视概念、规律、理论等的形成过程，包括为什么引出这一概念和规律，怎么样得出这个概念和规律及其应用；二是让学生掌握建立概念、规律、形成知识、分析问题、解决问题的方法，以及观察、实验、思维等方法；三是提出能够引起学生认知冲突的有深度的问题，给学生留有足够的时间，引导进行积极主动的探究。

3.联系已有知识经验

已有的知识和经验对学生建构知识，促进思维发展具有重要作用。应用到课堂教学中，一是要认识到学习是一个积极主动的建构过程，知识是个体经验的合理化，教学就是学生主动建构知识的过程。教师的教学要帮助学生完成这个建构过程；二教师应采用恰当地列举生活中的典型事例，唤起学生已有的感性认识，运用观察和实验来展示有关事物发生、发展和变化的现象和过程，这样才能使学生真正理解和掌握知识。

4.创设良好的教学情境

积极思维的前提条件是具有良好的思维环境。一是要营造创造型的课堂教学情境。教师构建以培养创新意识和创造能力为核心的“学生主体”教育观念；鼓励学生独立思考；形成学生主动学习、积极参与的生动活泼的课堂教学氛围；二是要创设鼓励学生质疑的课堂教学情景。教师对待学生的提问应持积极态度，即喜欢、支持、鼓励、引导学生提问。

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［3］郑燕祥.多元思维和多元创造：应用和发展［J］.全球教育展望，2005，（3）