主题式教学中“问题链”的设计策略——以“探秘维生素C”为例

黄 燕

(广东省阳江市广东两阳中学)

2018年教育部颁布的《普通高中化学课程标准(2017年版)》的基本理念中提到,以发展化学学科核心素养为主旨,选择体现基础性和时代性的化学课程内容,结合学生已有经验,引导学生关注人类面临的与化学有关的社会问题,培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力。这意味着在新课标新高考背景下,老师要更多的思考如何通过创设真实情境,培养学生运用所学知识分析和解决问题的思维和能力,并提升化学学科核心素养。而这一目标的达成很大程度上需要通过主题式教学来实现。

主题式教学是指教师根据学情拟定主题,将学生所学知识与鲜活的生活素材创设有意义的连接来设计课堂活动。活动中在学生已有的知识和经验的基础上设计问题,学生在解决问题的过程中获得知识,体验合作的学习方式,培养思维品质和提升学科核心素养,再将其所学知识融入到生活现象中,进行探索、解释和创新。

“问题链”是指教师为了实现教学目标,根据学情将教材知识转化为一连串有层次性、系统性的教学问题,是一组有中心、有序列、相对独立而又相互关联的问题。学生通过解决老师设计的“问题链”由浅入深地完成课堂活动。而问题链的设计是主题式教学的核心,高质量的问题链可以提高课堂教学的效率,调动学生学习的积极性。

本文将以笔者执教过的在广东省高中化学优秀教学创新成果中荣获一等奖的课例——“探秘维生素C”为例,探讨主题式教学中问题链的设计策略。

一、建构主义理论下问题链的设计

建构主义学习理论认为,学生学习是根据原始经验,对外在信息进行提取和整合从而主动建构知识结构的过程。教师在设计问题链时要充分考虑学生的个体差异和学生的原始经验,设置认知冲突,并给予充分的信息,帮助学生从已有的知识经验中生长出新的知识经验,并引导学生运用所学知识分析和解决问题,从而促使学生建构知识体系。比如,在“初识维生素C”的课堂活动中,笔者在与学生探讨维生素C(以下简称维C)中烯醇结构能够相对稳定存在的原因时,用建构主义理论来指导问题链的设计。

【问题1】请观察维C的结构简式(见图1),写出维C的分子式,官能团名称,能发生的有机反应类型,用*标出手性碳,预测其水溶性。(知识层面,原始经验)

图1 维C的结构简式

【问题2】维C结构中碳碳双键上为什么可以直接连羟基?(认知冲突)

【问题3】根据以下信息分析(外在信息)

信息1:共轭体系是指具有单键—双键交替结构的体系,能降低体系能量,使分子更加稳定。

信息2:

【生】反应一:烯醇结构不稳定。

反应二:分子内形成氢键,存在共轭体系,烯醇式变得稳定。

反应三:苯环结构很稳定。(分析和整合信息)

【生】结论:维C结构中碳碳双键与碳氧双键形成共轭结构,分子内形成氢键。(问题解决,形成新的知识经验)

课堂教学不仅是知识的传递,更是知识的灵活运用。课堂上我们不能以学生教材现有知识的权威去压服学生,而是要让学生自己来完成知识建构。学生在解决问题的过程中,不仅对新信息进行分析与整合,还要对原有经验进行改造和重组。该环节从学生观察并分析维C的结构开始,激起学生原始的经验。接着其烯醇结构引发学生的认知冲突,老师提供信息,学生自行获取并整合信息,通过数据证据推理,最终解决问题,提高分析和解决问题的能力,并产生新的知识经验——烯醇结构在一定条件下可以稳定存在。

二、最近发展区理论下问题链的设计

前苏联心理学家维果斯基提出的“最近发展区”理论认为,学生的发展包括学生现有的发展水平,即独立解决问题的水平;潜在的发展水平,需要借助外界帮助才能解决问题的水平。这两种水平之间的差距就是“最近发展区”。“最近发展区”理论强调了教学在学生发展中具有主导性和决定性作用,教学应以学生发展的明天为方向,而教学应该超越最近发展区。这意味着教师在设计问题链时,可以从学生现有的发展水平,创设螺旋式上升的问题,最终达到甚至超越学生的潜在发展水平。比如,在“再识维生素C”的课堂活动中,为达到让学生认识α—H的终极目标,运用“最近发展区”理论来指导问题链的设计。

【问题1】维C被称为抗坏血酸,根据维C的结构,你认为是哪一部分结构在表达酸性?

【生】维C具有与苯酚类似的烯醇结构,推测应该是连在碳碳双键上的两个羟基体现酸性。(学生现有的发展水平)

【问题2】与碳碳双键相连的羟基上的氢具有一定的酸性。再比如羧酸、肟、黄原酸等分子,体现酸性的H如图2所示,我们可以从中建构一个模型吗?(根据学生现有的发展水平,走向潜在发展水平)

图2

【问题3】经过查阅信息,等物质的量浓度的尿素和甲胺溶液的pH如下,请运用以上模型,解释两者pH差异。(学生潜在的发展水平)

pH=7.06 pH=12.3

【问题4】运用上述模型分析,乙酸—CH3上的氢是否具有酸性?请设计实验方案证明。(达到甚至超越最近发展区)

从学生的现有发展水平出发,由维C的结构来推测其酸性,再从表达酸性的官能团中抽出模型,并运用模型来描述和解释物质的性质,并预测有探究价值的问题——乙酸中—CH3上的氢是否具有酸性?接着从问题和假设出发,依据探究目的,设计实验方案验证。课堂活动中,老师通过设计一系列层层渗透,螺旋式上升的问题链来搭建学习支架,逐步将学生的思维引向深处,达到深度学习,从中帮助学生形成从建构模型到利用模型来解决复杂化学问题的思维框架。在解决问题链过程中帮助学生从现有的发展水平走向潜在的发展水平,最终掌握新的化学知识,即达到认识α—H这一潜在的发展水平目标。

三、人本主义理论下问题链的设计

美国心理学家A.H马斯洛创立的人本主义理论认为,教师要尊重学生的个性,充分发挥学生的创造性,还要将认知与情感相结合。这意味着教师在设计问题链的时候,从学生自身的需求开展教学活动,激发学生的独立思考能力和创造性思维,引导学生树立正确科学态度与形成社会责任。比如,在“应用维生素C”的课堂活动中,笔者在维生素C产品的应用与改进环节,用人本主义理论来指导问题链的设计。

【问题1】学了维C的结构,请同学们思考黄瓜敷面膜抗衰老有效吗?

【生】抗衰老可能效果不大,因为维C易被氧化,还没有来得及进入皮肤,它就被氧化了。

【问题2】正因如此,需要对维C结构进行改造,如某知名品牌通过添加维生素C葡萄糖苷(见图3)来达到抗衰老的目的。请观察该物质的结构,评价它改进的优点。(学生独立思考)

图3 维生素C葡萄糖苷

【生】维C中烯醇结构上的羟基被保护,不易被氧化。

【问题3】维生素C葡萄糖苷有多个羟基,是亲水物质,而我们皮肤细胞膜的磷脂双分子层是亲脂的,所以此类产品较难进入皮肤。那我们可以从什么方向去继续改造呢?(上升到创造性思维)

【生】在羟基的位置上加亲脂的基团。

【问题4】于是就有了另一种产品——维生素C棕榈酸酯(见图4)。这个更容易被皮肤吸收,但依然有缺陷,同学们还可以从什么方向去继续改造呢?(创造性思维进一步提高)

图4 维生素C棕榈酸酯

【生】烯醇结构上的羟基没有被保护,如果把维C结构中的所有羟基全部酯化,不就可以达到加入亲脂基团,又可以保护羟基的目的了吗?(创造性思维的完美展现)

【师】哇,同学们太棒了,把维C改造成了维生素C四异棕榈酸酯(见图5),该产品相对稳定,又容易被人体吸收。

图5 维生素C四异棕榈酸酯

【问题5】2015年某化妆品公司一则广告宣传语是“我们恨化学”,你如何看待?

【生】陷入沉思,并发表观点。

【师】同学们,从维C结构被发现,到人工合成,再到衍生品的开发,化学带给了我们健康和美丽,没有哪一个护肤品是不含化学成分的。相反,利用化学技术可以让天然的产品变得更适合人体吸收,被人类更高效地利用。我们恨的不应该是化学,而是那些没有专业素养的,滥用和乱添加一些对人体有害试剂的人。(正确科学态度与社会责任的引导)

维C的应用课堂活动是以“黄瓜敷面膜能否抗衰老?”这一情境引入,以维C在护肤品中结构的改进展开的,通过一系列的问题链的设置,学生从微观结构去分析与评价护肤品的优缺点,并针对产品的不足,创造性地提出改进方向,充分发展了学生的高阶思维,也在深度学习下实现知识的高效迁移,提高解决真实问题的能力,学生也能深刻理解到化学与技术对人类的重大贡献。最后安排了一个“我们恨化学”的广告语,是想让同学们知道化学人应站稳立场,要对与化学有关的社会热点问题作出正确的价值判断,要有正确的科学态度和社会责任,我们所学的化学知识和思维是为了更好地为人类服务的,达到了知识的深入融合与情感的升华。