基于“科学风险认知与决策能力”的实践和思考

王澄

摘要：科学风险认识和学生决策能力培养是目前不可回避的问题。文章通过对“维生素C的探究”的教学实录，探讨如何在教学中基于科学风险认识设计高三化学教学过程，提升学生决策能力，形成对化学的科学认识。

关键词：科学风险；认知；决策能力；科学认识

文章编号：1008-0546（2017）02-0044-04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.014

在西欧和瑞典， 调查报告显示67%的公众认为没有化学，社会会发展得更好。对本地区高中学生问卷调查的结果显示，学生认为危险性最大的学科是化学。今天的学生就是未来的公众， 从科学传播的高度上理解化学是目前亟待解决的问题。 要使未来的公众理解化学科学，可以在化学教学中合理分析科学风险，在课堂上让学生对有风险性的化学科学有正确的认识。

一、设计思想

“风险”一词的由来有多种说法，学术界对于“风险”也没有严格的统一定义。 目前被普遍认同的定义是“无法预测、无法确定的危险”或“面临的伤害或损失的可能性”。基于对“风险”的理解，结合化学学科特点，“科学风险”可以被理解为：在技术发展运用过程中，带给社会与人类的人为的风险，如新能源开发、新物质、新技術使用等。[1]本文所阐述的“科学风险”认知是指学生对科学风险产生的原因、可能后果及防范的认识；“决策能力”则特指学生面对复杂条件，经由研讨、争论与权衡利弊，形成结论并为此提供证据的能力。基于科学风险议题对化学教学中的问题进行讨论，能够加深对生活的认识，激发学生的学习欲望。基于科学风险认知的教学，将科学风险作为学习情境，能够为学生提供交流意见、互动协商的平台，促使学生分析与评价各种信息，做出合理的抉择，对科学道德议题进行明智的判断。 决策能力是一般学科能力，也是目前高校选拔人才的重要参考。笔者选取了高三第一轮有机化学复习专题中“维生素C的探究”为课题，基于科学风险进行教学设计，分五个环节进行教学实践，反思、改进教学过程，形成观点。 现将教学实录与反思阐述如下。

二、教学实录与反思

环节一：感知维生素C的用途

[PPT投影]水果、蔬菜、维生素C药片、维生素C饮料。小学四年级语文课本中的“维生素C的故事”。坏血病的体征、病理。

[师生互动] 为什么维生素C在小肠和血液内可以帮助Fe2+的吸收？维生素C体现了什么性？（生1：维生素C能防止Fe2+被氧化为Fe3+， 体现维生素C的还原性）

教学反思：小学语文课文中出现维生素C，说明了维生素C是社会关注度较高的话题。大量服用维生素C也是一个具有科学争议性问题。在学生熟悉的场景下，选择维生素C为切入点，不仅能激发学生学习的兴趣，更体现了科学风险选题的特点，即问题的社会关注度，能引发大家讨论的。

环节二：探究维生素C的性质

[实验探究]根据提供的实验药品和自己的兴趣好爱，探究维生素C的还原性。

实验物品：饱和维生素C溶液1瓶，KMnO4溶液1瓶，FeCl3溶液1瓶，KSCN溶液1瓶，白瓷点滴板一块。

[学生活动]独立思考、完成实验方案、进行实验预测，小组讨论、分享讨论结果。

（生2：方案一、在点滴板中滴加维生素C溶液，再滴加FeCl3溶液， 再滴加KSCN溶液， 无血红色出现）。

（生3：方案二、在点滴板中滴加FeCl3溶液，再滴加过量维生素C溶液，再滴加KSCN溶液，无血红色出现）。

（生4：方案三、在点滴板中滴加FeCl3溶液，再滴加KSCN溶液，溶液变为血红色，再滴加维生素C溶液，血红色褪去）。

（生5：方案三、在点滴板中滴加KMnO4溶液，再滴加维生素C溶液，紫红色褪去）。

[学生活动]分组实验，记录实验现象。与实验预测对比分析实验结果。

[学生自评]评价你设计的方案。

（生2：实验过程中，我们就滴加了1滴FeCl3溶液，但还是过量了，有血红色出现，这个方案中维生素C溶液和FeCl3溶液的量不好控制）。

（生3：我们为了保证维生素C过量，就多加了几滴，结果就从点滴板的孔穴中溢出来了，过量也不好控制）。

（生4： 我们加的FeCl3溶液和KSCN溶液都是1滴，溶液变为血红色，再滴加维生素C溶液2滴，血红色就褪去了，现象很明显）。

（生5：我们滴加了1滴KMnO4溶液，维生素C溶液一进去，紫红色褪就去了，现象也很明显）

[学生活动]修正实验方案，投影学生6修正后方案。（见图1）

教学反思：科学风险体现的一个重要方面就是人为的风险。这一环节的实验探究，不仅让学生体验完整的探究过程，而且让学生了解基于科学风险的探究不是为了得到一个唯一的解决方案，而是对各种可能的考虑。多种实验方案的实践让学生了解问题解决的可能性，理解不同顺序背后的结果。 自评的方式能让学生对自身进行理性的批判和思考，选择切实可行的方案，做出合理的决策。

[过渡]为什么维生素C具有强还原性，化学与生活的书中给出了这个问题的答案。

环节三：认识维生素C的结构

[PPT投影]高二选修《化学与生活》中关于“维生素C”的内容。（见图2）

[教师活动] 请同学们将维生素C结构简式誊写在学案上，并写出维生素C的分子式、官能团的名称。

[学生活动] 投影答案， 分析分子式书写过程。（生7）。

[师生互动]教师：你能否从结构上解释，为什么维生素C是水溶性的维生素？

（生8：维生素C中一共有6个碳原子，却有4个羟基，羟基溶于水，会和水分子形成氢键，所以维生素C是水溶性维生素）

教师：根据维生素C的结构和所学的知识，预测维生素C还能发生哪些反应？（生9：加成反应）

教师：维生素C的什么官能团体现决定了它能发生加成反应？（生9：碳碳双键）

教师：还能发生什么反应？（生10：水解反应）

教师：什么官能团？反应的条件？（生10：酯基，在酸性或碱性条件下水解）

教师：水解反应是取代反应的一种，什么官能团也能发生取代反应？（生10：醇羟基）

教师：和什么物质反应？反应的条件？（生11：和羧酸，在浓硫酸加热时发生酯化反应）

教师：酯化反应也是取代反应的一种，除此之外醇羟基还和什么物质反应？反应条件是什么？属于什么反应类型？（生12：和溴化氢，在浓硫酸加热时发生取代反应）（生13：成醚，在浓硫酸加热时反应取代反应）（生14：在浓硫酸加热时反应消去反应，生成碳碳双键）

教师：根据同学的梳理分析，我们得到了维生素C的结构和性质的关系图，根据维生素C的结构，请大胆预测一下，维生素C是否具有酸性？（生15：应该没有吧，没有羧基和酚羟基啊，醇羟基没有酸性）

[过渡] 可是在《化学与生活》的课本中维生素C被称为抗坏血酸，那维生素C到底有没有酸性？实验让我们眼见为实。

[学生实验] 在白瓷点滴板孔穴中放入一张蓝色石蕊试纸，用胶头滴管吸取维生素C溶液，滴在蓝色石蕊试纸上，蓝色石蕊试纸变红，维生素C呈酸性。

[师生互动]教师：你能否从基团间相互影响的角度，分析维生素C呈酸性的原因？（生15：在维生素C分子中，C=C影响了与其相连的羟基上的氢原子，促使它比乙醇分子中羟基上的氢原子更易电离。）

教学反思：学生对科学风险的认知应该基于对科学知识的掌握，问题的解决注重知识的综合应用。基于这一认识，本节课教学内容的重点还是学生对学科知识的学习。对于维生素C一般性质的演绎体现了结构决定性质的重要学科思想；对于维生素C酸性的论证，体现科学风险背景下学科知识的不确定性。虽然每一类问题的解决具有一定的方法，但是许多相关的问题与很多因素有关，无法仅仅根据一般的科学知识做出判断，要通过多种视角理解科学，甚至包括学科以外的知识。[2]

[过渡]正因为维生素C的重要作用，化学家们在深入研究了维生素C结构的基础上，研制出各种合成维生素C的方法，有一条工业合成路線如图所示。

环节四：理解维生素C的合成

[PPT投影]维生素C的合成路线

思考：1. 上述①～⑥反应中，属于加成反应的有_________________（填数字序号）。

2.A～G七种物质中与C互为同分异构体的有____________

（填字母序号）。

3.H的结构简式是 __________________。

4.比较D和G的结构可知，G可看成由D通过氧化得到。工业生产中在第⑤步氧化的前后设计④和⑥两步的目的是 ________________________。

[学生活动]独立完成思考题，小组交流，投影汇报交流。（生16）

[过渡]随着合成工艺的发展，维生素C保健品琳琅满目。生活中随之出现一个话题，海鲜和维生素C一起会中毒。这个观点依据的理由是，维生素C能将低毒的As2O5还原为剧毒的As2O3。这种说法是真的吗？

教学反思：科学知识的不确定性，导致维生素C合成有多种路线。结合高三第一轮复习的特点，对南京市一模试题进行改编。第4小题的解决，需要学生根据醇羟基的性质，预测氧化过程中的风险，从而解决问题。本环节中学生利用自主学习、小组交流汇报的方式组织学生有效开展学科知识讨论。这种教学方式培养了学生倾听他人思想的习惯，掌握与人沟通的技巧。

环节五：体验维生素C的测定

[PPT投影]百度链接：中国的检测标准海鲜类产品砷元素含量为0.5 mg/kg以下为合格。海鲜中的砷元素主要为低毒的As2O5，有剧毒的是As2O3，成年人一次性摄入As2O3与体重的比值为0.8 mg/kg时，有可能导致中毒死亡。维生素C能将As2O5还原为As2O3，以体重为50 kg的成年人为例，一次性摄入40 mg As2O3可能中毒。根据方程式2C6H8O6（维生素C）+As2O5（微毒）2C6H6O6+As2O3（剧毒）+2H2O，计算生成40 mg As2O3，需要多少毫克的维生素C？

[学生活动]独立计算，小组交流，投影汇报交流。（生17：40 mg As2O3=0.202 mmol As2O3，和0.404 mmol维生素C发生反应，0.404 mmol维生素C=71.1 mg维生素C）

[过渡]71.1 mg维生素C到底有多少呢？

[师生合作]以一个橙子为例，榨汁机搅碎后，放置于锥形瓶中，加入淀粉，无明显现象，生18在润洗过的酸式滴定管中加入0.1 mol/L的碘酒，调0后逐滴加入锥形瓶，眼睛注视锥形瓶颜色变化，等锥形瓶中混合物变蓝色，且半分钟内不褪色，停止滴定，读数后可得，消耗碘酒的体积为4.20 mL。根据反应方程式C6H8O6（维生素C）+I2═C6H606+2HI，计算这个橙子所含维生素C多少毫克？

[学生活动]自主互助，汇报交流。（生18：0.1 mol/L的碘酒4.20 mL=0.42 mmol I2，和0.42 mmol的维生素C反应，0.42 mmol的维生素C=73.92 mg维生素C。这个橙子中的维生素C含量为73.92 mg）

[过渡]1只橙子所含的维生素C的量都能反应生成致死的砷元素的量， 那刚刚这种说法是真的吗？再算算需要多少海鲜吧。

是不是说明维生素C就没有危险呢？

[学生活动]独立计算，汇报交流。（生19：40 mg As2O3=0.202 mmol As2O3=30.3 mg砷元素，海鲜类产品砷元素含量为0.5 mg/kg以下为合格，海鲜的质量应该大于60.6 kg）

[师生互动]教师：一个50 kg的成人，需要一次性食用多少橙子和海鲜才可能中毒？（生20：一个橙子和121斤的海鲜）

教学反思：提出生活中争议性较大的话题，海鲜和维生素C一起是否会中毒？利用科学知识方法促进学生思维，利用信息数据定量分析明确风险的大小，引导学生进行批判性思维。多因素考虑是否会中毒，体现了科学风险认知过程中考虑问题的复杂性。倡导学生对观点提出质疑，提出个人主张，讨论因果关系，做出理性决策。

[过渡]小学四年级语文课本90页，强调了补充适量的维生素，过量之后有什么影响呢？

[PPT投影]国外权威机构研究的过量服维生素C的风险。

[学生活动]讨论如何正确摄入维生素？

（学生自由发挥，根据自己的理解，从补充维生素的途径、补充维生素的对象、补充维生素的目的等多个角度对正确摄入维生素C做出了阐述和讨论，同时分享本节课的学习收获和困惑）

教学反思：如何正确摄入维生素C这一议题提出体现了风险事件的内部特征，即问题的争议性。这一问题的讨论帮助学生从了解科学知识到广泛地了解科学和世界，从简单对错判断到对问题进行多方面复杂评价，从依据有限知识和教师指导做出决定，到依据广泛研究，不经指导而独立做出决定。

三、实践反思后形成的结论

基于科学风险认知的化学教学，能够对培养学生科学素养、发展学生创造性思维能力、形成强烈的社会责任感起到积极作用。有效地实现由“科学知识”→“风险认知”→“决策能力”的能力培养与提升。

笔者考慮了化学学科特点、学生学习兴趣和现有的实验水平等因素，将本节内容分为5个环节开展教学，形成鲜明的知识线：用途→性质→结构→合成→测定，构建了学生的认知线：感知→探究→认识→理解→体验。在“环节二”中，学生由还原性设计实验。在实验探究过程中，通过操作中出现的与预期不一样的现象，认识到近期的、主观的、显性的实验风险，最终选择了科学合理的实验方案，提升决策能力。在“环节三”中，学生用碳碳双键和醇羟基无法解释维生素C的酸性，认知到科学风险的不确定性。在小组讨论过程中，韦某曾猜测“是否是维生素C的酯基水解得到羧基，呈现酸性”，这个观点，被同组的梁某否决，理由是短时间水解需要催化剂，维生素C水溶液水解的程度不大。这个小组讨论中的插曲体现了学生在已有认知的基础上，会理性分析提出的问题，进行科学决策。在“环节四”中，笔者改编了模考试题，利用前3个小题强化“结构决定性质”的学科观点，在学生掌握科学知识的基础上，预测醇羟基在氧化过程中的隐性的风险，从而做出正确的决策，解决相关问题。在“环节五”中，利用现实中的风险设计情景，在认知相关反应的基础上，利用定量计算的方法分析分险的大小，最终对话题的真伪做出决策。本节课的各个栏目，均有基于风险认识的个性化的栏目，帮助学生提高决策能力。课堂中由学生参与摄入维生素C方案的决策，体验远期的、隐性的、客观的大的风险，运用化学知识和原理进行决策，初步树立运用化学学科知识进行决策的意识。在教学过程中，学生体验了完整的决策过程（见图3）。

高三化学教学中研究科学风险的目的是为了让学生在已有认知的基础上，发现化学学科真正的价值，使学生对化学学科从有兴趣、有乐趣到有志趣。基于科学风险的教学最终目标是使学生掌握相关科学知识，并在此基础上发展学生的认知水平，提升学生的决策能力。化学教学中研究科学风险的最终目的是要在安全的水平上发展化学，使大众认识到任何新物质的发明都是为了促进人类的发展和进步，风险的产生是因为科学在发展过程中都会经历从不完善到完善的过程，最终能使整个社会正确公正地肯定化学的价值与意义。

参考文献

[1] 徐光静.对中学化学教育中科学风险认知教育的审视「J].中学化学教学参考，2015（10）：14-15

[2] 孟献华，倪娟.化学教学中的风险议题选择与应用「J].化学教学，2016（02）：34

[3] 宋敏.中学化学教学中学生决策能力的培养「D].东北师范大学，2005：7-9