基于实验探究和思维训练的课堂教学实践

蔡玲玲　吴君磊

摘要：化学核心素养的培养将使学生在日后的科学探究和生活实践中不断受益。以苏教版化学2“乙醛”的教学为例，立足高中化学课堂，通过实验探究和思维训练提升学生的创新意识、科学精神以及解决实际问题的能力。

关键词：实验探究；思维训练；宏微结合；证据推理；创新意识；科学精神

文章编号：1008-0546（2017）07-0084-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.07.025

美国伯克利大学对于学生的培养目标中有两条令人震撼：一是培养学生具备完成大型复杂项目所需的系统思考能力；二是培养学生在日后生活中妥善处理模糊状态、灵活思考、实现智力成长的能力[1]。要实现这些能力的培养，我们化学教师能做些什么呢？学生在高中阶段所学的化学知识可能被遗忘，但在学习过程中提升的化学核心素养将使他们受益终身，而化学课堂是促进学生化学核心素养形成和发展的重要载体。

在课堂教学设计时，该如何设置探究实验，合理布置有逻辑性、启发性的问题线索，让能力提升过程变成生成型的、自然的问题解决过程，并在该过程中培养宏微结合、证据推理能力，提升创新意识和科学精神？现以苏教版化学2“乙醛”为例，探析如何在课堂教学中培养学生的化学核心素养。

一、教材解读与思考

1. 教学价值

（1）学科知识的建构价值

《化学2》专题3是高中化学必修教材中概述有机化合物知识的专题，第二单元从食品中最熟知的几种有机化合物入手设计了乙醇、乙酸、酯、糖类、蛋白质和氨基酸五个主题，而乙醛则是从乙醇这一专题中延伸出来的，在课本中主要以资料卡的形式呈现，所占的篇幅虽不大，但它在有机知识体系中起到了不可或缺的纽带作用。它的出现可以完善有机物知识体系，丰富学生对有机物的认知，建立常见有机物之间的相互联系，实现化学学科知识的系统化。

（2）学科方法的发展价值

乙醛是由乙醇氧化来的，乙醛可进一步被氧化成乙酸，也可以被还原成乙醇，这不仅扩展和延伸了学生在无机化学中所学氧化还原反应的定义和范围，更重要的是，在乙醇、乙醛、乙酸相互转化的性质探究中，提高学生对官能团的认识，掌握官能团之间的转变关系，形成了以官能团之间变化为主线的知识结构，提升学生在以后有机合成学习中发散思维和逻辑推理的能力，这是乙醛教学的最大价值。

（3）学科认知的情感价值

由创新实验构建乙醇、乙醛、乙酸间的相互转化，培养学生的创新精神；由对比实验探究官能团的性质差别，培养学生的实践能力；由探究实验拓展提升，培养学生的探索精神和严谨求实的科学态度。

“乙醛”的学习，不是简单的知识传递，而是在原有认知基础上生长出的新的知识。

2. 学情分析

知识基础：学生已学乙醇，掌握了羟基的性质。

能力基础：学生已了解有机物学习的重要思想，结构、性质之间的关系，也初步具备了一定的实验探究能力。

潜在困难：对结构决定性质的理解停留在表面，大部分同学对官能团之间相互转化时断键和成键方式不清楚；实验方案设计能力和实验操作技能比较薄弱。

3. 教学目标

（1）知识与技能

掌握乙醛的结构和性质，并能准确书写相应方程式；认识有机化学中的氧化反应和还原反应；掌握乙醇、乙醛、乙酸间的相互转化。

（2）过程与方法

用实验探究乙醛的性质，从而深刻认识乙醛的结构。应用对比分析、类比迁移等方法，形成性质反映结构、结构决定性质的观念；构建有机物间的相互转化，实质是官能团间相互转化的观念。

（3）情感态度与价值观

在自主、合作、探究的学习过程中，体会学习的乐趣，提高化学学习兴趣；通过官能团间相互转化的学习，树立事物间相互联系、相互依存、相互转化是物质世界普遍规律的辩证唯物主义观念。

本课重点体现过程与方法目标，因为只有在一定的过程和方法中才能落实知识、锻炼技能、提升情感、形成正确的价值观。

4. 教学重点和难点

教学重点：羟基、醛基、羧基间的相互转化。

教学难点：由结构分析反应的断键规律。

5. 教法学法

教法：通过创设情境，问题引领，实验探究等教学方法，引导学生协作交流，帮助学生解决问题，从而促进学生完成知识的自我构建。

学法：通过小组合作、实验探究、对比分析等学习方法自主形成概念，构建知识，发展观念。

教法和学法的选择，体现以学习者为中心的学习，学生才是学习的主体，是意义的主动建构者，而教师则是帮助者、促进者。

二、教學实践与反思

1. 教学实践

第一环节：创新实验——激活思维

一个用于鼓入气体的气唧，连着装有无水乙醇的平底烧瓶，导管长进短出，后接内壁覆有黑色CuO覆盖层的硬质试管，产生的物质通入新制Cu（OH）2悬浊液中（如图1）。现配新制Cu（OH）2悬浊液，往2mLNaOH溶液中滴4滴CuSO4溶液，水浴加热无水乙醇促进其挥发，预热CuO，用气唧鼓入乙醇，观察到黑色的CuO变红，出现光亮的铜镜（如图2）；取下装有新制Cu（OH）2悬浊液的试管直接加热，出现砖红色的沉淀（如图3）。

[师]为什么黑色的CuO变红了？

[生]被乙醇还原了。

[师]请大家写出CuO和乙醇反应的化学方程式。

[板]乙醛

[师]再请大家根据所观察到的现象，描述乙醛的物理性质。

[生]无色、气体、易溶于水，易溶于乙醇，刺激性气味（扇闻通入CH3CHO后的新制氢氧化铜溶液）。

[师纠正]乙醛加热之后呈气态，是因其沸点只有20.8℃，常温下是呈液态的。

设计意图：通过创设创新实验情境，培养学生的创新意识，唤醒原有的认知经验，自然而然地引出新的课题，进而认识乙醛的结构，建构新旧知识之间的联系。同时基于好奇心和本能，学生会主动观察，会闻，发现乙醛的物理性质，在完成概念同化的同时培养学生宏观辨析的能力。

第二环节：探究实验——发散思维

[师]鼓入新制Cu（OH）2悬浊液中的物质有哪些？是什么物质导致的砖红色沉淀呢？

[小组合作]学生自行设计实验方案，自主探究是乙醇还是乙醛对砖红色沉淀的出现起了作用？通过对照实验，得出是乙醛跟新制Cu（OH）2反应形成的砖红色沉淀。

设计意图：由于之前猜想的分歧，所以学生是带着强烈的学习动机进入到探究活动中去的，这更有利于学生发现问题，引发思考，在培养学生实验探究意识的同时提高其实验探究能力。

[PPT信息提示]砖红色物质是Cu2O。

[师] 请从氧化还原反应的角度分析该反应的还原剂。

[生]Cu（OH）2变成Cu2O，化合价降低，被还原，是氧化剂，则乙醛是还原剂。

[师]这意味着乙醛具有还原性，被新制Cu（OH）2氧化了。而在硬质试管中，乙醇被CuO氧化，说明乙醇也有还原性。两种都具有还原性的物质，在与新制氢氧化铜共热时，为什么出现不同的现象呢？

对比乙醇和乙醛的结构，是CH3CHO中哪个基团与新制Cu（OH）2起了作用？

[生]醛基。

[师]具有还原性的醇-OH能被O2、酸性KMnO4氧化，但不能被新制Cu（OH）2氧化，说明什么？

[生]新制Cu（OH）2的氧化性较弱。

[师]而-CHO能被弱氧化剂氧化，说明什么？

[生]-CHO的还原性很强。

[师]为什么-CHO具有强还原性呢？因醛基中的H是接在羰基上的，受羰基的影响，-CHO中的C-H键易断裂，断裂后加O被氧化成羧基，得乙酸。我们把这种有机物被氧化的反应称为氧化反应。

[师]另外，1mol-CHO需2molCu（OH）2氧化，请大家写出该反应的化学方程式。

设计意图：通过强烈的认知冲突，促使学生分析、思考。性质反映结构，通过思维探究，比较乙醇、乙醛结构，感悟醛基的性质，进而分析微观的反应本质，突破难点。再用化学符号——反应方程式表示成键和断键的过程，通过对比学生书写出的不同方程式，进一步落实新制Cu（OH）2悬浊液的配制方法。

这个过程不仅建构了乙醇到乙醛再到乙酸的转化过程，培养了学生的转化思想，也让学生学会运用对比的方法研究反应的微观本质，培养其微观探析的能力。通过实验探究培养学生的实验操作能力、观察能力、分析能力，从而获得成就感，学生的能动性被激发。

[任务驱动] 具有强还原性的—CHO能否被另一種弱氧化剂银氨溶液氧化呢？

[学生实验]PPT信息提示银氨溶液的配制及实验过程中的注意事项，实验后展示结果。

[结果展示]有些组展示的是灰白色的浊液，有些组呈现的是光亮的银镜。

[讨论]学生分析实验成败的原因，感悟科学探究的严谨性。

[师] 通过银氨溶液配制过程中的现象及乙醛与银氨溶液反应的现象分析发生的反应，并书写化学方程式。

设计意图：唤醒学生强烈的探究欲望，通过提供必要的信息材料和注意事项引导学生配制银氨溶液，进行银镜反应，学生通过交流、讨论实验成败的经验，感悟到药品的滴加顺序、药品的用量对实验成败的影响，学会提取、运用有效信息，形成严谨的科学态度，体味化学的魅力。通过化学方程式的书写再次落实乙醛发生氧化反应的微观本质，完成醛基发生氧化反应本质的同化，并引发认知结构的重组，完成有机反应中氧化反应概念的顺应。

[类比迁移]—CHO中存在着C=O，哪类物质中存在双键？容易发生什么反应？

[生]烯烃中存在碳碳双键，容易发生加成反应。

[师]请大家写出乙醛和H2加成的方程式。

设计意图：用结构指导性质的学习亦是有机研究的重要方法。教师提示新旧知识的联系，唤醒学生原有的认知经验，通过类比迁移，培养学生微观探析、证据推理能力。而醛基跟H2的加成又称为还原反应，完成有机反应中还原反应概念的顺应。至此，羟基、醛基、羧基间的相互转化得以建构，学生在形成转化思想的同时初步建立有机合成的观念。

第三环节：拓展实验——提升思维

[过渡] 醛基的加成反应和氧化反应相互独立却又相互依存，在遇到特定的物质时会不会产生矛盾呢？

[思考与探究]乙醛能使溴水褪色吗？

乙醛跟溴水发生了什么类型的反应？请设计实验方案探究。

（课堂上设计实验方案课后进行实验探究）

[生]有说加成反应有说氧化反应。学生通过对比加成反应和氧化反应的产物设计出检验反应后的H+或Br-的实验方案，在讨论、完善实验方案的过程中再次体味科学精神。

设计意图：通过情境创设引导学生主动运用所学知识解决问题，提升证据推理、实验探究能力，完成观念和方法的顺应。

2. 教学反思

（1）从教学设计角度

以创设的创新实验为情境核心，所有的问题都围绕这个实验解决，从而实现知识的系统化。先通过实验现象引入课题并引发认知冲突，通过实验探究和思维探究得出性质，进而认识反应的微观本质与结构的关系，由表及里，层层递进，突破难点。

（2）从学生发展角度

学生化学核心素养的培养不可能“毕其功于一役”，本课着重通过创新实验唤醒学生的创新意识和探究欲望；通过探究实验，培养学生的探究能力及严谨、求实的科学态度，实现对思维的发散及提升。在本课的教学实践中笔者亦融合了核心素养的多个方面：通过认识结构与性质的关系，培养证据推理能力，同时建构宏观与微观的联系，构建物质间的相互转化，引导学生建立宏微结合思维及官能团转化的思想，从化学视角认识事物、解决问题，发展化学基本观念。诚然，化学核心素养的培养是个循序渐进的过程，需在日常教学过程中不断渗透、完善和强化。

参考文献

[1] 叶慧芳，金佩华.对美国研究型大学本科生培养目标的探讨[J].高等农业教育，2006（8）：78-80