从尊重与丰富学生认知的角度设计教学

——必修模块“化学能与热能”的教学与思考

中学化学教学参考 2012/8

摘要：以必修模块“化学能与热能”的教学为例，教学设计时着眼于学生已有的认知，尊重他的认知，适当地去丰富他的认知。以此来理顺教与学的关系，让学生成为学习的主人。

关键词：学生认知；生活世界；科学世界；化学能与热能

在“教”与“学”的关系中，“教”是为帮助“学”而存在的。而在怎样帮助学生学的问题上是存在两种教学思路的，一种是着眼于学生的无知，于是迫不及待地用我们已掌握的学科知识去填补他的无知；另一种是着眼于学生已有的认知，尊重他的认知，适当地去丰富他的认知。也就是说，前者关注学生不会什么，而后者关注学生已经会了什么。虽然教学的最终目的是要帮助学生从无知走向有知，但当我们从尊重与丰富学生认知的角度去设计教学的时候，我们才能真正理顺教与学的关系，让学生成为学习的主人。

本文以必修模块“化学能与热能”的教学为例，谈谈对这一问题的思考与实践。

一、  将学生的生活世界作为教学的起点

人教版必修2中的“化学反应与能量”一章让我们对化学反应的认识从关注物质变化到关注能量变化。而对化学反应有热量变化的问题学生们并不陌生，在初中化学中他们已从燃料的角度初步学习了“化学与能源”的一些知识，在高中必修模块的教学中我们当然可以从初中所学引入，可以从燃料的燃烧、能源危机、神七升天等话题引入，但这些似乎都还不足以体现 “化学能与热能”的重要意义。对学生来说，对自已身体的兴趣应当甚于对环境的兴趣，教学从一开始就试图抓住学生的兴趣点。结合图片，提出问题：人、哺乳动物和鸟类都是恒温动物，为什么从生物进化的角度来说，恒温动物要比变温动物更高级些？人体的正常体温为 37℃，一般高于环境温度，因此在环境中不断在散热，为什么还能保持体温？植物有体温吗？植物的体温哪里来的？这些问题都来自于学生的生活世界，由它们引导学生走向科学世界。课堂实践表明学生们对这些问题是很有兴趣的，他们谈到人体、动物、植物都有呼吸作用，会放出热量供生理活动需要；谈到酶的催化作用对温度敏感，恒定温度时酶能很好发挥作用；谈到变温动物需要冬眠，少吃少喝也少活动，这样热量低产出也低消耗；谈到呼吸作用都是营养物质的缓慢氧化……从这样的交流中我们发现，学生对化学反应的热效应还是有不少前认知的，接下来的教学只需要让学生对这类问题的认知更丰富、更深刻。

二、  通过系列问题将学生的认知引向深入

既然已经认识到动植物体内的缓慢氧化是放出热量的，那从思维的逻辑性来看，下列问题的提出便顺理成章：①其它不在生物体内发生的氧化还原反应也会放出热量吗？举例说明。②非氧化还原反应会放出热量吗？举例说明。③化学反应会吸收热量吗？举例说明。这些问题的意图在于帮助生将头脑中已有的化学反应按不同类别组织整理起来，这些问题尊重学生已有的认知并丰富了他们认知的角度。

接下来便需要将学生的认知引向深入了。依然通过问题：你为什么认为煅烧石灰石、氯化铵分解等反应是吸热反应？学生的回答是很有意思的，有人认为这些都是分解反应所以吸热（言下之意，化合反应才会放热）。有人认为这些反应需要加热，所以是吸热反应。当教师在课堂上更注意倾听而不急于表态的时候，学生的思维是很活跃的。他们自发地讨论起来：双氧水分解也是分解反应但是放热，看来吸热与反应的基本类型并无特别关联。铜与浓硫酸的反应需要加热，可这是个放热反应，看来需要加热并不意味着反应就得吸热。不过对于吸热反应一定要加热才能发生，学生们倒是一致同意的，因为他们举不出反例。此时教师便需演示Ba(OH)₂·8H₂O固体与NH₄Cl固体或是NH₄HCO₃粉末与盐酸的吸热反应实验了。这些实验的效果都十分明显，它们丰富了学生头脑中的反应实例——原来吸热反应也有不需要加热的。

在此基础上，新的问题自然产生：既然吸热放热与反应是否需要加热并无必然联系，那是由什么决定的呢？吸热反应吸收的热量到哪里去了？放热反应放出的热量又来自哪里？这些问题只需提出便可引导学生在他们已有的认知中寻找答案。因为质量守恒、能量守恒的概念已在学生们的初中化学、物理课程的学习中基本建立。当他们意识到能量并不能凭空产生和凭空消失的时候，便已明白反应热是贮存在反应前后的各种化学物质中的，化学反应的过程也是能量存储和释放的过程。至于反应的热效应在数值上相当于反应物的总能量与生成物的总能量的差值，这一定量关系也是在以上认识的基础上可由学生自己得出的结论。

由宏观现象到微观本质是化学研究的思路。只需提醒学生关注到化学学科的这种研究特点，便自然引发学生对反应热微观本质的思考，而这一定是与化学反应的微观本质是联系在一起的。看上去，像“化学键的断裂和形成正是化学反应中能量变化的主要原因”、“可由键能数据计算出理论上的反应热”是需要教给学生的新内容，但教学实践表明教师只需用问题引起学生对微观的关注，他们便会搜索出头脑中原有的关于“化学反应是分子分为原子、原子重新组合”、“原子间强烈的相互作用称为化学键”等这些已有的认知，并将这些认知进行再加工、重组，从而自己得出以上结论。而如果我们不本着尊重学生已有认知的态度来设计教学，不仅自己教得累，学生学得更累。

三、  通过问题再从科学世界回到生活世界

如果说教学进行到这里学生已对化学能与热能之间的内在联系与相互转化有了基本了解，那接下来我们要做的就是进一步丰富学生关于反应热的认知，并帮助他们从科学世界回到生活世界，以科学理性的眼光重新审视原来的生活现象。关于反应是否需要加热与反应的热效应并无必然联系这一点学生已有所认识，但反应过程的“加热”是用来干什么的，这始终是学生的一个疑问，因为学生们见过太多需要加热的反应了。这个问题还为将来选修模块中进一步认识反应的活化能埋下伏笔，因此有必要展开讨论。

在人教版必修2的教材中有幅“对比水能、化学能变化对比示意图”，教学中可借助其中一幅充分提问展开讨论：

http://s3/middle/8b66a8f1nc8647ed82c22&690


图1将水由低处抽向高处需提供能量                                      图2 化学反应过程中的能量变化

①这幅图（图1）中如果以水面高低来示意反应物、生成物的总能量，能否将其改成反应过程中能量变化示意图？

②这幅能量变化示意图（图2）所代表的化学反应是吸热反应还是放热反应？为什么？如果反应进程反过来呢？

③在图2中哪部分可代表热量变化的具体数值呢？它由什么决定？（它只由反应物的总能量与生成物的总能量差值决定。）

④在图1中将水由低处运向高处要先翻一座“山”，如果反过来将高处的水运送到低处，也需要翻过这座“山”吗？（都需要。）

⑤在图2中正、逆向反应也同样需要翻“山”，上山的过程中要消耗能量吗？这个能量用来干什么？（消耗的能量用于断裂化学键。）

⑥这座“山”的山峰高低能改变放热、吸热的情况吗？与放热、吸热的数值有关吗？那它与什么有关？（与放热、吸热无关，只与断裂化学键的难易程度有关。）

⑦如果爬山的能量靠外界加热来获取，那“山”低些说明什么？（只需略微加热就能引发反应，甚至室温下也能反应。）

在教学中，对一个教学资源（如一幅图片）的充分使用往往比对多个教学资源泛泛而谈要好。因为前者才能更深入引发学生的思考。讨论到这里，可提醒学生关注生活中燃料燃烧的放热反应。有了刚才的深入讨论，学生们看待这些生活中常见反应的眼光自然有了不同，他们突然发现，这些反应虽然都放热，但都是要有“门坎”的，那就是要先爬一座“山”，需要周围环境提供能量——即需要“点燃”。师生共同畅想了一番如果没有这个“门坎”，世界会是什么模样。大自然能给人类留下这么多的燃料，也同时为这些燃料的燃烧设置了“门坎”，这是自然界多么神奇的地方！

四、认识是不断发展的——为将来的学习留下悬念

科学教育的重要意义不仅在于获得知识本身，还在于理解获得知识的途径、方法以及理解知识是变化发展的。因此有悬念的教学才能为学生将来进一步认知留下空间，悬念也应当成为丰富学生认知的一部分。教学到最后，提出2个问题供学生进一步思考：①爱因斯坦早已提出质量与能量是相互联系的（E=mc²）,所以自然界的守恒统称为“质能守恒定律”，既然如此，那我们今天是不是就不能再说化学反应前后“质量守恒”了呢？②既然自然界能量是守恒的，不会消失，只会从一种形式转化为另一种形式，那为什么还要提倡“节约使用能源”呢？

教学实践表明，教学以这样悬而未决的问题结束是很让学生着迷的。课后他们争论不休，通过“教”来引发“学”的目的达到了。也许在今后的选修模块或物理课程的学习中，他们才能明白自然界还有熵的变化，才能明白光速数值的巨大在联系质量与能量关系上的意义，也许他们并没有机会学习选修模块，这些问题他们会始终心存疑惑，但这都没关系，能感受到知识的浩瀚与自然的神奇也是极有意义的事。

总之，立足于丰富与放大学生认知的教学过程，是让学生主动学习与发展的过程，是一个积极并富有成就感的过程；而立足于消除学生无知的教学过程，是教师外在强调与告之的过程，是一个消极而又艰难的过程。学生在受教育过程中，不断发现自己认知能力与优势，这是令人奋进的；而学生一次又一次地面对自己的无知与不足，是令人沮丧的。

参考文献

［1］周彬.课堂密码（第二版）［M］.上海：华东师范大学出版社，2012：168-173.