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“好看的皮囊千篇一律,有趣的灵魂万里挑一。”这句话的流行反映了人们对“有趣”的追求。课堂上有趣的内容能引发学生良好的情绪体验,长此以往,能培养学生积极、深刻、稳定的情感。而这样的情感对于学生的全面发展至关重要。
目前,中学科学学科的课堂中,情感培养目标的落实还存在一些问题:一是只重视知识目标,这与作为终端评价的中、高考采用纸笔测试的形式有关——纸笔测试的题目要有一个“标准答案”,因此考查显性、确定的知识点成为必然,而对隐性、多元的价值观的评价目前还只能是奢望。二是生硬地添加,把课堂处理成类似“碎片式知识点+小组讨论探究+情感类口号”等的拼盘,而其源头还是前一个问题——只关注结论性的知识点,不思考知识内在的认识过程和价值意义,必然造成各个维度的教学目标的割裂。
其实,课堂中的情感培养是融合在学习内容中的,是促使学生在学习、理解、运用学科知识和技能时慢慢形成的价值标准、思维方式和行为表现。指向学生核心素养的科学学科教学还是在于研究科学本身,体现科学本身的趣味性,原汁原味地呈现“科学味”,而不是人为贴上标签。下面以“碳酸钠与碳酸氢钠”这一内容的课堂教学为例,阐述如何体现科学本身的趣味性。
一、科学中的有趣是讲求理性的趣味
在“碳酸钠与碳酸氢钠”的教学中,常常会提到“侯氏制碱法”。有教师会将之处理成爱国主义情感板块:介绍侯德榜的生平以及名言“黄头发、蓝眼睛的外国人能办到的事咱们黑头发、黑眼睛的中国人也能办到”,甚至带领学生齐声朗读。其实,传销式的口号是科学课堂的大忌。科学需要的是“怀疑的态度和对教条主义的厌恶”,也就是科学理性。如果确实需要引用上述信息,标明信息的出处是不是更好?至少,通过这一行为,可以表明查阅资料的“科学态度”。
在化学课堂上介绍“侯氏制碱法”,重点不是“侯德榜”,而是“制碱”。因此,先介绍“索尔维制碱法(氨碱法)”,才是遵循历史脉络的做法。20世纪20年代,“索尔维制碱法”在全球范围内迅速地推广和发展,欧内斯特·索尔维(E.Ernest Solvay,1838~1922)也因此获得了巨大的经济利益。这在提醒国人:不搞自己的纯碱工业,必然受制于人。这才有了侯德榜的改进研究工作。况且,“索尔维制碱法”还存在食盐利用率低、废渣难以处理等问题。那么,侯德榜又是如何改进“索尔维制碱法”的呢?我们“黑头发、黑眼睛的中国人”做得更好的证据在哪儿呢?
教师可以提问:“索尔维制碱法”(NaCl+CO2+NH3+H2ONaHCO3↓+NH4Cl)过滤掉NaHCO3后的滤液中主要有什么?学生不难回答出:有NH4Cl、NaCl等。接着,教师可以提供不同温度下两者的溶解度(如表1),引导学生思考。学生会发现,NaCl 的溶解度随温度的变化不大,而NH4Cl则不同:它在低温下的溶解度较小,0℃ 时已经明显小于NaCl,因此,加入食盐(NaCl,增大Cl-的浓度)和降温便易于析出NH4Cl。那么,析出NH4Cl之后呢?溶液中是Na+、Cl-、NH4+、HCO-3这些微粒,怎样让NaHCO3析出?只需增大Na+和HCO-3的浓度。加食盐的过程已经增大了Na+的浓度,增大HCO-3的浓度可以通过通入CO2实现。这样,析出NaHCO3和析出NH4Cl便成为两个连续的生产过程,这就是“侯氏制碱法”(如图1)。
“侯氏制碱法”的优势在哪里?显然,通过上述分析过程,学生很容易理解:NaHCO3和NH4Cl(作为化肥)可以联合生产,循环进行。最重要的是,这一过程中没有产生废弃物,实现了零排放,符合原子节约,即“绿色化学”理念。
在这样的学习过程中,无需强调爱国主义,不用高喊侯德榜的名言,学生自然会从心底佩服“侯氏制碱法”的精妙,当然也理解了“侯氏制碱法”是在“索尔维制碱法”的基础上改进得到的,两者的基本化学原理相同。
这时,将有关侯德榜生平的素材提供给学生,以让他们明白兼收并蓄的重要性:“侯德榜的成就也与他的学习经历有关。1911年,侯德榜考入北平清华留美预备学堂。1913年,学堂公布第一批赴美留学名单,侯德榜榜上有名,被保送到美国麻省理工学院化工科学习。1921年,侯德榜在美国哥伦比亚大学获得博士学位,并在永利制碱公司任工程师。1933年,侯德榜用英文撰写的《纯碱制造》(Manufacture of Soda)一书在纽约出版,这对学术界和工业界都产生了深远的影响。”
这样的教学是不是比喊口号更符合科学理性,更能够激发情感?口号可以随便喊,但科学课堂上学科角度的理解才是独特而充满趣味的。
二、减少“伪科学”的问题和“假探究”的活动
课堂上有一些问题其实是“伪科学”的问题。比如,“为什么碳酸氢钠叫‘小’苏打,而碳酸钠就叫苏打”这类无中生有的问题——教师预设的答案是碳酸氢钠的分子量84比碳酸钠的分子量106小。这类问题似乎直接来自某些教辅图书,而教师也未用批判的态度加以审视。
还有一些活动是“假探究”的活动。比如,让学生分别向5mL碳酸钠和5mL碳酸氢钠溶液中滴加1mL稀盐酸,观察现象。学生完成后汇报:都产生气泡,碳酸氢钠反应较快。于是,探究活动结束。
“探究”应该这么整齐划一吗?我们能不能制造一点“混乱”?
比如,只让学生向碳酸钠溶液中加盐酸并观察现象,并不说明“怎么加”“加多少”。学生自然会出现“混乱”:有人“倒”,有人“滴”;有人加的多,有人加的少。只要加了盐酸,就会看到气泡,知道有反应发生。可是,不同的加法,现象有细微的不同:“滴”盐酸时,先看不到什么气泡,过一会才有大量的气泡;而“倒”盐酸时,一下子就能看到大量的气泡。为什么会这样?这就自然地产生了一个有“化学味”的问题,学生也自然而然地想要一探究竟。
如果事先在碳酸鈉溶液中滴加酚酞,就更有意思了:缓慢“滴”盐酸的时候,虽然看不到明显的气泡,但是酚酞的颜色却在逐渐变浅,说明碳酸钠在逐渐减少。按照一般的逻辑,随着盐酸的继续滴入,酚酞的颜色会越来越浅,碳酸钠会越来越少,反应会越来越慢,直到完全消失——可以引导学生做出这样的推理。但是,实验过了一会儿,反而产生了大量的气泡。这种矛盾要如何解释?消失了的碳酸钠没有变成二氧化碳气体的话,又变成什么了呢?这样,又一个有“化学味”的问题在“混乱”的实验过程中产生了,探究也就顺水推舟地发生了。
这样的过程可以使学生认识到碳酸钠与盐酸反应是分两步进行的:少量、缓慢地滴加盐酸时,碳酸钠也会发生反应,但是没有变成二氧化碳“逃逸”出溶液,而是“变身”为其他形式“隐藏”于溶液中。“变身”为什么形式呢?只能是碳酸氢钠。当盐酸加到足够多时,碳酸氢钠也“隐藏”不住了,这才变成二氧化碳“逃逸”出溶液。
上述对反应微观本质的认识是通过对宏观现象的观察和思考得来的,这正是充满化学学科魅力的地方。那么,接下来的教学环节应该继续加强这种认识,并着眼于培养学生的怀疑态度。在先前“混乱”的实验过程中“倒”盐酸的学生正后悔没有“滴”盐酸而错过了分步反应的现象。这时,再请他们“滴”盐酸并观察现象。无疑,他们会很珍惜这一机会,因而看得特别仔细。于是,在仔细观察之下,新的惊奇产生了:“滴”盐酸时,一开始并不是一点气泡都没有,只是气泡比较少而已。更特别的是,这些气泡在上升的过程中变小了,所以不太容易从溶液中逸出(如果给试管套上气球,会观察到有气泡在溶液中而气球并不变大)。不是才得到第一步没有气泡产生的结论吗?现在明明有气泡产生!如何解释有少量气泡产生?如何解释气泡在上升过程的变小、消失?气泡消失后变成了什么?能否通过实验验证自己的猜测?在这里,逻辑与想象的融合、宏观与微观的联系得到了充分的体现,这就是化学课堂上的“化学味”。这些问题对于学生来说,是有一定的难度。可是,学生抓耳挠腮、食不甘味,不正是真正的学习开始发生的前奏吗?
每门学科都以自己独特的魅力承载着育人的功能。人类追求真善美的普适价值观是和科学本身融为一体的。因此,认真研究学科内涵、尊重学科特色和学生认知特点的教学才是真正有趣的教学,那些有着强烈学科特色的问题和实验才是润物细无声的“情感态度与价值观”教育——它们教育学生尊重事实,引导学生理性思维,激发学生探索未知世界的热情。
目前,中学科学学科的课堂中,情感培养目标的落实还存在一些问题:一是只重视知识目标,这与作为终端评价的中、高考采用纸笔测试的形式有关——纸笔测试的题目要有一个“标准答案”,因此考查显性、确定的知识点成为必然,而对隐性、多元的价值观的评价目前还只能是奢望。二是生硬地添加,把课堂处理成类似“碎片式知识点+小组讨论探究+情感类口号”等的拼盘,而其源头还是前一个问题——只关注结论性的知识点,不思考知识内在的认识过程和价值意义,必然造成各个维度的教学目标的割裂。
其实,课堂中的情感培养是融合在学习内容中的,是促使学生在学习、理解、运用学科知识和技能时慢慢形成的价值标准、思维方式和行为表现。指向学生核心素养的科学学科教学还是在于研究科学本身,体现科学本身的趣味性,原汁原味地呈现“科学味”,而不是人为贴上标签。下面以“碳酸钠与碳酸氢钠”这一内容的课堂教学为例,阐述如何体现科学本身的趣味性。
一、科学中的有趣是讲求理性的趣味
在“碳酸钠与碳酸氢钠”的教学中,常常会提到“侯氏制碱法”。有教师会将之处理成爱国主义情感板块:介绍侯德榜的生平以及名言“黄头发、蓝眼睛的外国人能办到的事咱们黑头发、黑眼睛的中国人也能办到”,甚至带领学生齐声朗读。其实,传销式的口号是科学课堂的大忌。科学需要的是“怀疑的态度和对教条主义的厌恶”,也就是科学理性。如果确实需要引用上述信息,标明信息的出处是不是更好?至少,通过这一行为,可以表明查阅资料的“科学态度”。
在化学课堂上介绍“侯氏制碱法”,重点不是“侯德榜”,而是“制碱”。因此,先介绍“索尔维制碱法(氨碱法)”,才是遵循历史脉络的做法。20世纪20年代,“索尔维制碱法”在全球范围内迅速地推广和发展,欧内斯特·索尔维(E.Ernest Solvay,1838~1922)也因此获得了巨大的经济利益。这在提醒国人:不搞自己的纯碱工业,必然受制于人。这才有了侯德榜的改进研究工作。况且,“索尔维制碱法”还存在食盐利用率低、废渣难以处理等问题。那么,侯德榜又是如何改进“索尔维制碱法”的呢?我们“黑头发、黑眼睛的中国人”做得更好的证据在哪儿呢?
教师可以提问:“索尔维制碱法”(NaCl+CO2+NH3+H2ONaHCO3↓+NH4Cl)过滤掉NaHCO3后的滤液中主要有什么?学生不难回答出:有NH4Cl、NaCl等。接着,教师可以提供不同温度下两者的溶解度(如表1),引导学生思考。学生会发现,NaCl 的溶解度随温度的变化不大,而NH4Cl则不同:它在低温下的溶解度较小,0℃ 时已经明显小于NaCl,因此,加入食盐(NaCl,增大Cl-的浓度)和降温便易于析出NH4Cl。那么,析出NH4Cl之后呢?溶液中是Na+、Cl-、NH4+、HCO-3这些微粒,怎样让NaHCO3析出?只需增大Na+和HCO-3的浓度。加食盐的过程已经增大了Na+的浓度,增大HCO-3的浓度可以通过通入CO2实现。这样,析出NaHCO3和析出NH4Cl便成为两个连续的生产过程,这就是“侯氏制碱法”(如图1)。
“侯氏制碱法”的优势在哪里?显然,通过上述分析过程,学生很容易理解:NaHCO3和NH4Cl(作为化肥)可以联合生产,循环进行。最重要的是,这一过程中没有产生废弃物,实现了零排放,符合原子节约,即“绿色化学”理念。
在这样的学习过程中,无需强调爱国主义,不用高喊侯德榜的名言,学生自然会从心底佩服“侯氏制碱法”的精妙,当然也理解了“侯氏制碱法”是在“索尔维制碱法”的基础上改进得到的,两者的基本化学原理相同。
这时,将有关侯德榜生平的素材提供给学生,以让他们明白兼收并蓄的重要性:“侯德榜的成就也与他的学习经历有关。1911年,侯德榜考入北平清华留美预备学堂。1913年,学堂公布第一批赴美留学名单,侯德榜榜上有名,被保送到美国麻省理工学院化工科学习。1921年,侯德榜在美国哥伦比亚大学获得博士学位,并在永利制碱公司任工程师。1933年,侯德榜用英文撰写的《纯碱制造》(Manufacture of Soda)一书在纽约出版,这对学术界和工业界都产生了深远的影响。”
这样的教学是不是比喊口号更符合科学理性,更能够激发情感?口号可以随便喊,但科学课堂上学科角度的理解才是独特而充满趣味的。
二、减少“伪科学”的问题和“假探究”的活动
课堂上有一些问题其实是“伪科学”的问题。比如,“为什么碳酸氢钠叫‘小’苏打,而碳酸钠就叫苏打”这类无中生有的问题——教师预设的答案是碳酸氢钠的分子量84比碳酸钠的分子量106小。这类问题似乎直接来自某些教辅图书,而教师也未用批判的态度加以审视。
还有一些活动是“假探究”的活动。比如,让学生分别向5mL碳酸钠和5mL碳酸氢钠溶液中滴加1mL稀盐酸,观察现象。学生完成后汇报:都产生气泡,碳酸氢钠反应较快。于是,探究活动结束。
“探究”应该这么整齐划一吗?我们能不能制造一点“混乱”?
比如,只让学生向碳酸钠溶液中加盐酸并观察现象,并不说明“怎么加”“加多少”。学生自然会出现“混乱”:有人“倒”,有人“滴”;有人加的多,有人加的少。只要加了盐酸,就会看到气泡,知道有反应发生。可是,不同的加法,现象有细微的不同:“滴”盐酸时,先看不到什么气泡,过一会才有大量的气泡;而“倒”盐酸时,一下子就能看到大量的气泡。为什么会这样?这就自然地产生了一个有“化学味”的问题,学生也自然而然地想要一探究竟。
如果事先在碳酸鈉溶液中滴加酚酞,就更有意思了:缓慢“滴”盐酸的时候,虽然看不到明显的气泡,但是酚酞的颜色却在逐渐变浅,说明碳酸钠在逐渐减少。按照一般的逻辑,随着盐酸的继续滴入,酚酞的颜色会越来越浅,碳酸钠会越来越少,反应会越来越慢,直到完全消失——可以引导学生做出这样的推理。但是,实验过了一会儿,反而产生了大量的气泡。这种矛盾要如何解释?消失了的碳酸钠没有变成二氧化碳气体的话,又变成什么了呢?这样,又一个有“化学味”的问题在“混乱”的实验过程中产生了,探究也就顺水推舟地发生了。
这样的过程可以使学生认识到碳酸钠与盐酸反应是分两步进行的:少量、缓慢地滴加盐酸时,碳酸钠也会发生反应,但是没有变成二氧化碳“逃逸”出溶液,而是“变身”为其他形式“隐藏”于溶液中。“变身”为什么形式呢?只能是碳酸氢钠。当盐酸加到足够多时,碳酸氢钠也“隐藏”不住了,这才变成二氧化碳“逃逸”出溶液。
上述对反应微观本质的认识是通过对宏观现象的观察和思考得来的,这正是充满化学学科魅力的地方。那么,接下来的教学环节应该继续加强这种认识,并着眼于培养学生的怀疑态度。在先前“混乱”的实验过程中“倒”盐酸的学生正后悔没有“滴”盐酸而错过了分步反应的现象。这时,再请他们“滴”盐酸并观察现象。无疑,他们会很珍惜这一机会,因而看得特别仔细。于是,在仔细观察之下,新的惊奇产生了:“滴”盐酸时,一开始并不是一点气泡都没有,只是气泡比较少而已。更特别的是,这些气泡在上升的过程中变小了,所以不太容易从溶液中逸出(如果给试管套上气球,会观察到有气泡在溶液中而气球并不变大)。不是才得到第一步没有气泡产生的结论吗?现在明明有气泡产生!如何解释有少量气泡产生?如何解释气泡在上升过程的变小、消失?气泡消失后变成了什么?能否通过实验验证自己的猜测?在这里,逻辑与想象的融合、宏观与微观的联系得到了充分的体现,这就是化学课堂上的“化学味”。这些问题对于学生来说,是有一定的难度。可是,学生抓耳挠腮、食不甘味,不正是真正的学习开始发生的前奏吗?
每门学科都以自己独特的魅力承载着育人的功能。人类追求真善美的普适价值观是和科学本身融为一体的。因此,认真研究学科内涵、尊重学科特色和学生认知特点的教学才是真正有趣的教学,那些有着强烈学科特色的问题和实验才是润物细无声的“情感态度与价值观”教育——它们教育学生尊重事实,引导学生理性思维,激发学生探索未知世界的热情。