王澄

摘要：科學(xué)風(fēng)險認(rèn)識和學(xué)生決策能力培養(yǎng)是目前不可回避的問題。文章通過對“維生素C的探究”的教學(xué)實錄，探討如何在教學(xué)中基于科學(xué)風(fēng)險認(rèn)識設(shè)計高三化學(xué)教學(xué)過程，提升學(xué)生決策能力，形成對化學(xué)的科學(xué)認(rèn)識。

關(guān)鍵詞：科學(xué)風(fēng)險；認(rèn)知；決策能力；科學(xué)認(rèn)識

文章編號：1008-0546（2017）02-0044-04 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.014

在西歐和瑞典， 調(diào)查報告顯示67%的公眾認(rèn)為沒有化學(xué)，社會會發(fā)展得更好。對本地區(qū)高中學(xué)生問卷調(diào)查的結(jié)果顯示，學(xué)生認(rèn)為危險性最大的學(xué)科是化學(xué)。今天的學(xué)生就是未來的公眾， 從科學(xué)傳播的高度上理解化學(xué)是目前亟待解決的問題。 要使未來的公眾理解化學(xué)科學(xué)，可以在化學(xué)教學(xué)中合理分析科學(xué)風(fēng)險，在課堂上讓學(xué)生對有風(fēng)險性的化學(xué)科學(xué)有正確的認(rèn)識。

一、設(shè)計思想

“風(fēng)險”一詞的由來有多種說法，學(xué)術(shù)界對于“風(fēng)險”也沒有嚴(yán)格的統(tǒng)一定義。 目前被普遍認(rèn)同的定義是“無法預(yù)測、無法確定的危險”或“面臨的傷害或損失的可能性”。基于對“風(fēng)險”的理解，結(jié)合化學(xué)學(xué)科特點，“科學(xué)風(fēng)險”可以被理解為：在技術(shù)發(fā)展運用過程中，帶給社會與人類的人為的風(fēng)險，如新能源開發(fā)、新物質(zhì)、新技術(shù)使用等。[1]本文所闡述的“科學(xué)風(fēng)險”認(rèn)知是指學(xué)生對科學(xué)風(fēng)險產(chǎn)生的原因、可能后果及防范的認(rèn)識；“決策能力”則特指學(xué)生面對復(fù)雜條件，經(jīng)由研討、爭論與權(quán)衡利弊，形成結(jié)論并為此提供證據(jù)的能力?；诳茖W(xué)風(fēng)險議題對化學(xué)教學(xué)中的問題進行討論，能夠加深對生活的認(rèn)識，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)欲望。基于科學(xué)風(fēng)險認(rèn)知的教學(xué)，將科學(xué)風(fēng)險作為學(xué)習(xí)情境，能夠為學(xué)生提供交流意見、互動協(xié)商的平臺，促使學(xué)生分析與評價各種信息，做出合理的抉擇，對科學(xué)道德議題進行明智的判斷。 決策能力是一般學(xué)科能力，也是目前高校選拔人才的重要參考。筆者選取了高三第一輪有機化學(xué)復(fù)習(xí)專題中“維生素C的探究”為課題，基于科學(xué)風(fēng)險進行教學(xué)設(shè)計，分五個環(huán)節(jié)進行教學(xué)實踐，反思、改進教學(xué)過程，形成觀點。 現(xiàn)將教學(xué)實錄與反思闡述如下。

二、教學(xué)實錄與反思

環(huán)節(jié)一：感知維生素C的用途

[PPT投影]水果、蔬菜、維生素C藥片、維生素C飲料。小學(xué)四年級語文課本中的“維生素C的故事”。壞血病的體征、病理。

[師生互動] 為什么維生素C在小腸和血液內(nèi)可以幫助Fe2+的吸收？維生素C體現(xiàn)了什么性？（生1：維生素C能防止Fe2+被氧化為Fe3+， 體現(xiàn)維生素C的還原性）

教學(xué)反思：小學(xué)語文課文中出現(xiàn)維生素C，說明了維生素C是社會關(guān)注度較高的話題。大量服用維生素C也是一個具有科學(xué)爭議性問題。在學(xué)生熟悉的場景下，選擇維生素C為切入點，不僅能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，更體現(xiàn)了科學(xué)風(fēng)險選題的特點，即問題的社會關(guān)注度，能引發(fā)大家討論的。

環(huán)節(jié)二：探究維生素C的性質(zhì)

[實驗探究]根據(jù)提供的實驗藥品和自己的興趣好愛，探究維生素C的還原性。

實驗物品：飽和維生素C溶液1瓶，KMnO4溶液1瓶，F(xiàn)eCl3溶液1瓶，KSCN溶液1瓶，白瓷點滴板一塊。

[學(xué)生活動]獨立思考、完成實驗方案、進行實驗預(yù)測，小組討論、分享討論結(jié)果。

（生2：方案一、在點滴板中滴加維生素C溶液，再滴加FeCl3溶液， 再滴加KSCN溶液， 無血紅色出現(xiàn)）。

（生3：方案二、在點滴板中滴加FeCl3溶液，再滴加過量維生素C溶液，再滴加KSCN溶液，無血紅色出現(xiàn)）。

（生4：方案三、在點滴板中滴加FeCl3溶液，再滴加KSCN溶液，溶液變?yōu)檠t色，再滴加維生素C溶液，血紅色褪去）。

（生5：方案三、在點滴板中滴加KMnO4溶液，再滴加維生素C溶液，紫紅色褪去）。

[學(xué)生活動]分組實驗，記錄實驗現(xiàn)象。與實驗預(yù)測對比分析實驗結(jié)果。

[學(xué)生自評]評價你設(shè)計的方案。

（生2：實驗過程中，我們就滴加了1滴FeCl3溶液，但還是過量了，有血紅色出現(xiàn)，這個方案中維生素C溶液和FeCl3溶液的量不好控制）。

（生3：我們?yōu)榱吮ＷC維生素C過量，就多加了幾滴，結(jié)果就從點滴板的孔穴中溢出來了，過量也不好控制）。

（生4： 我們加的FeCl3溶液和KSCN溶液都是1滴，溶液變?yōu)檠t色，再滴加維生素C溶液2滴，血紅色就褪去了，現(xiàn)象很明顯）。

（生5：我們滴加了1滴KMnO4溶液，維生素C溶液一進去，紫紅色褪就去了，現(xiàn)象也很明顯）

[學(xué)生活動]修正實驗方案，投影學(xué)生6修正后方案。（見圖1）

教學(xué)反思：科學(xué)風(fēng)險體現(xiàn)的一個重要方面就是人為的風(fēng)險。這一環(huán)節(jié)的實驗探究，不僅讓學(xué)生體驗完整的探究過程，而且讓學(xué)生了解基于科學(xué)風(fēng)險的探究不是為了得到一個唯一的解決方案，而是對各種可能的考慮。多種實驗方案的實踐讓學(xué)生了解問題解決的可能性，理解不同順序背后的結(jié)果。 自評的方式能讓學(xué)生對自身進行理性的批判和思考，選擇切實可行的方案，做出合理的決策。

[過渡]為什么維生素C具有強還原性，化學(xué)與生活的書中給出了這個問題的答案。

環(huán)節(jié)三：認(rèn)識維生素C的結(jié)構(gòu)

[PPT投影]高二選修《化學(xué)與生活》中關(guān)于“維生素C”的內(nèi)容。（見圖2）

[教師活動] 請同學(xué)們將維生素C結(jié)構(gòu)簡式謄寫在學(xué)案上，并寫出維生素C的分子式、官能團的名稱。

[學(xué)生活動] 投影答案， 分析分子式書寫過程。（生7）。

[師生互動]教師：你能否從結(jié)構(gòu)上解釋，為什么維生素C是水溶性的維生素？

（生8：維生素C中一共有6個碳原子，卻有4個羥基，羥基溶于水，會和水分子形成氫鍵，所以維生素C是水溶性維生素）

教師：根據(jù)維生素C的結(jié)構(gòu)和所學(xué)的知識，預(yù)測維生素C還能發(fā)生哪些反應(yīng)？（生9：加成反應(yīng)）

教師：維生素C的什么官能團體現(xiàn)決定了它能發(fā)生加成反應(yīng)？（生9：碳碳雙鍵）

教師：還能發(fā)生什么反應(yīng)？（生10：水解反應(yīng)）

教師：什么官能團？反應(yīng)的條件？（生10：酯基，在酸性或堿性條件下水解）

教師：水解反應(yīng)是取代反應(yīng)的一種，什么官能團也能發(fā)生取代反應(yīng)？（生10：醇羥基）

教師：和什么物質(zhì)反應(yīng)？反應(yīng)的條件？（生11：和羧酸，在濃硫酸加熱時發(fā)生酯化反應(yīng)）

教師：酯化反應(yīng)也是取代反應(yīng)的一種，除此之外醇羥基還和什么物質(zhì)反應(yīng)？反應(yīng)條件是什么？屬于什么反應(yīng)類型？（生12：和溴化氫，在濃硫酸加熱時發(fā)生取代反應(yīng)）（生13：成醚，在濃硫酸加熱時反應(yīng)取代反應(yīng)）（生14：在濃硫酸加熱時反應(yīng)消去反應(yīng)，生成碳碳雙鍵）

教師：根據(jù)同學(xué)的梳理分析，我們得到了維生素C的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的關(guān)系圖，根據(jù)維生素C的結(jié)構(gòu)，請大膽預(yù)測一下，維生素C是否具有酸性？（生15：應(yīng)該沒有吧，沒有羧基和酚羥基啊，醇羥基沒有酸性）

[過渡] 可是在《化學(xué)與生活》的課本中維生素C被稱為抗壞血酸，那維生素C到底有沒有酸性？實驗讓我們眼見為實。

[學(xué)生實驗] 在白瓷點滴板孔穴中放入一張藍色石蕊試紙，用膠頭滴管吸取維生素C溶液，滴在藍色石蕊試紙上，藍色石蕊試紙變紅，維生素C呈酸性。

[師生互動]教師：你能否從基團間相互影響的角度，分析維生素C呈酸性的原因？（生15：在維生素C分子中，C=C影響了與其相連的羥基上的氫原子，促使它比乙醇分子中羥基上的氫原子更易電離。）

教學(xué)反思：學(xué)生對科學(xué)風(fēng)險的認(rèn)知應(yīng)該基于對科學(xué)知識的掌握，問題的解決注重知識的綜合應(yīng)用?；谶@一認(rèn)識，本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的重點還是學(xué)生對學(xué)科知識的學(xué)習(xí)。對于維生素C一般性質(zhì)的演繹體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的重要學(xué)科思想；對于維生素C酸性的論證，體現(xiàn)科學(xué)風(fēng)險背景下學(xué)科知識的不確定性。雖然每一類問題的解決具有一定的方法，但是許多相關(guān)的問題與很多因素有關(guān)，無法僅僅根據(jù)一般的科學(xué)知識做出判斷，要通過多種視角理解科學(xué)，甚至包括學(xué)科以外的知識。[2]

[過渡]正因為維生素C的重要作用，化學(xué)家們在深入研究了維生素C結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，研制出各種合成維生素C的方法，有一條工業(yè)合成路線如圖所示。

環(huán)節(jié)四：理解維生素C的合成

[PPT投影]維生素C的合成路線

思考：1. 上述①～⑥反應(yīng)中，屬于加成反應(yīng)的有_________________（填數(shù)字序號）。

2.A～G七種物質(zhì)中與C互為同分異構(gòu)體的有____________

（填字母序號）。

3.H的結(jié)構(gòu)簡式是 __________________。

4.比較D和G的結(jié)構(gòu)可知，G可看成由D通過氧化得到。工業(yè)生產(chǎn)中在第⑤步氧化的前后設(shè)計④和⑥兩步的目的是 ________________________。

[學(xué)生活動]獨立完成思考題，小組交流，投影匯報交流。（生16）

[過渡]隨著合成工藝的發(fā)展，維生素C保健品琳瑯滿目。生活中隨之出現(xiàn)一個話題，海鮮和維生素C一起會中毒。這個觀點依據(jù)的理由是，維生素C能將低毒的As2O5還原為劇毒的As2O3。這種說法是真的嗎？

教學(xué)反思：科學(xué)知識的不確定性，導(dǎo)致維生素C合成有多種路線。結(jié)合高三第一輪復(fù)習(xí)的特點，對南京市一模試題進行改編。第4小題的解決，需要學(xué)生根據(jù)醇羥基的性質(zhì)，預(yù)測氧化過程中的風(fēng)險，從而解決問題。本環(huán)節(jié)中學(xué)生利用自主學(xué)習(xí)、小組交流匯報的方式組織學(xué)生有效開展學(xué)科知識討論。這種教學(xué)方式培養(yǎng)了學(xué)生傾聽他人思想的習(xí)慣，掌握與人溝通的技巧。

環(huán)節(jié)五：體驗維生素C的測定

[PPT投影]百度鏈接：中國的檢測標(biāo)準(zhǔn)海鮮類產(chǎn)品砷元素含量為0.5 mg/kg以下為合格。海鮮中的砷元素主要為低毒的As2O5，有劇毒的是As2O3，成年人一次性攝入As2O3與體重的比值為0.8 mg/kg時，有可能導(dǎo)致中毒死亡。維生素C能將As2O5還原為As2O3，以體重為50 kg的成年人為例，一次性攝入40 mg As2O3可能中毒。根據(jù)方程式2C6H8O6（維生素C）+As2O5（微毒）2C6H6O6+As2O3（劇毒）+2H2O，計算生成40 mg As2O3，需要多少毫克的維生素C？

[學(xué)生活動]獨立計算，小組交流，投影匯報交流。（生17：40 mg As2O3=0.202 mmol As2O3，和0.404 mmol維生素C發(fā)生反應(yīng)，0.404 mmol維生素C=71.1 mg維生素C）

[過渡]71.1 mg維生素C到底有多少呢？

[師生合作]以一個橙子為例，榨汁機攪碎后，放置于錐形瓶中，加入淀粉，無明顯現(xiàn)象，生18在潤洗過的酸式滴定管中加入0.1 mol/L的碘酒，調(diào)0后逐滴加入錐形瓶，眼睛注視錐形瓶顏色變化，等錐形瓶中混合物變藍色，且半分鐘內(nèi)不褪色，停止滴定，讀數(shù)后可得，消耗碘酒的體積為4.20 mL。根據(jù)反應(yīng)方程式C6H8O6（維生素C）+I2═C6H606+2HI，計算這個橙子所含維生素C多少毫克？

[學(xué)生活動]自主互助，匯報交流。（生18：0.1 mol/L的碘酒4.20 mL=0.42 mmol I2，和0.42 mmol的維生素C反應(yīng)，0.42 mmol的維生素C=73.92 mg維生素C。這個橙子中的維生素C含量為73.92 mg）

[過渡]1只橙子所含的維生素C的量都能反應(yīng)生成致死的砷元素的量， 那剛剛這種說法是真的嗎？再算算需要多少海鮮吧。

是不是說明維生素C就沒有危險呢？

[學(xué)生活動]獨立計算，匯報交流。（生19：40 mg As2O3=0.202 mmol As2O3=30.3 mg砷元素，海鮮類產(chǎn)品砷元素含量為0.5 mg/kg以下為合格，海鮮的質(zhì)量應(yīng)該大于60.6 kg）

[師生互動]教師：一個50 kg的成人，需要一次性食用多少橙子和海鮮才可能中毒？（生20：一個橙子和121斤的海鮮）

教學(xué)反思：提出生活中爭議性較大的話題，海鮮和維生素C一起是否會中毒？利用科學(xué)知識方法促進學(xué)生思維，利用信息數(shù)據(jù)定量分析明確風(fēng)險的大小，引導(dǎo)學(xué)生進行批判性思維。多因素考慮是否會中毒，體現(xiàn)了科學(xué)風(fēng)險認(rèn)知過程中考慮問題的復(fù)雜性。倡導(dǎo)學(xué)生對觀點提出質(zhì)疑，提出個人主張，討論因果關(guān)系，做出理性決策。

[過渡]小學(xué)四年級語文課本90頁，強調(diào)了補充適量的維生素，過量之后有什么影響呢？

[PPT投影]國外權(quán)威機構(gòu)研究的過量服維生素C的風(fēng)險。

[學(xué)生活動]討論如何正確攝入維生素？

（學(xué)生自由發(fā)揮，根據(jù)自己的理解，從補充維生素的途徑、補充維生素的對象、補充維生素的目的等多個角度對正確攝入維生素C做出了闡述和討論，同時分享本節(jié)課的學(xué)習(xí)收獲和困惑）

教學(xué)反思：如何正確攝入維生素C這一議題提出體現(xiàn)了風(fēng)險事件的內(nèi)部特征，即問題的爭議性。這一問題的討論幫助學(xué)生從了解科學(xué)知識到廣泛地了解科學(xué)和世界，從簡單對錯判斷到對問題進行多方面復(fù)雜評價，從依據(jù)有限知識和教師指導(dǎo)做出決定，到依據(jù)廣泛研究，不經(jīng)指導(dǎo)而獨立做出決定。

三、實踐反思后形成的結(jié)論

基于科學(xué)風(fēng)險認(rèn)知的化學(xué)教學(xué)，能夠?qū)ε囵B(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、發(fā)展學(xué)生創(chuàng)造性思維能力、形成強烈的社會責(zé)任感起到積極作用。有效地實現(xiàn)由“科學(xué)知識”→“風(fēng)險認(rèn)知”→“決策能力”的能力培養(yǎng)與提升。

筆者考慮了化學(xué)學(xué)科特點、學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和現(xiàn)有的實驗水平等因素，將本節(jié)內(nèi)容分為5個環(huán)節(jié)開展教學(xué)，形成鮮明的知識線：用途→性質(zhì)→結(jié)構(gòu)→合成→測定，構(gòu)建了學(xué)生的認(rèn)知線：感知→探究→認(rèn)識→理解→體驗。在“環(huán)節(jié)二”中，學(xué)生由還原性設(shè)計實驗。在實驗探究過程中，通過操作中出現(xiàn)的與預(yù)期不一樣的現(xiàn)象，認(rèn)識到近期的、主觀的、顯性的實驗風(fēng)險，最終選擇了科學(xué)合理的實驗方案，提升決策能力。在“環(huán)節(jié)三”中，學(xué)生用碳碳雙鍵和醇羥基無法解釋維生素C的酸性，認(rèn)知到科學(xué)風(fēng)險的不確定性。在小組討論過程中，韋某曾猜測“是否是維生素C的酯基水解得到羧基，呈現(xiàn)酸性”，這個觀點，被同組的梁某否決，理由是短時間水解需要催化劑，維生素C水溶液水解的程度不大。這個小組討論中的插曲體現(xiàn)了學(xué)生在已有認(rèn)知的基礎(chǔ)上，會理性分析提出的問題，進行科學(xué)決策。在“環(huán)節(jié)四”中，筆者改編了?？荚囶}，利用前3個小題強化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科觀點，在學(xué)生掌握科學(xué)知識的基礎(chǔ)上，預(yù)測醇羥基在氧化過程中的隱性的風(fēng)險，從而做出正確的決策，解決相關(guān)問題。在“環(huán)節(jié)五”中，利用現(xiàn)實中的風(fēng)險設(shè)計情景，在認(rèn)知相關(guān)反應(yīng)的基礎(chǔ)上，利用定量計算的方法分析分險的大小，最終對話題的真?zhèn)巫龀鰶Q策。本節(jié)課的各個欄目，均有基于風(fēng)險認(rèn)識的個性化的欄目，幫助學(xué)生提高決策能力。課堂中由學(xué)生參與攝入維生素C方案的決策，體驗遠期的、隱性的、客觀的大的風(fēng)險，運用化學(xué)知識和原理進行決策，初步樹立運用化學(xué)學(xué)科知識進行決策的意識。在教學(xué)過程中，學(xué)生體驗了完整的決策過程（見圖3）。

高三化學(xué)教學(xué)中研究科學(xué)風(fēng)險的目的是為了讓學(xué)生在已有認(rèn)知的基礎(chǔ)上，發(fā)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科真正的價值，使學(xué)生對化學(xué)學(xué)科從有興趣、有樂趣到有志趣?；诳茖W(xué)風(fēng)險的教學(xué)最終目標(biāo)是使學(xué)生掌握相關(guān)科學(xué)知識，并在此基礎(chǔ)上發(fā)展學(xué)生的認(rèn)知水平，提升學(xué)生的決策能力?；瘜W(xué)教學(xué)中研究科學(xué)風(fēng)險的最終目的是要在安全的水平上發(fā)展化學(xué)，使大眾認(rèn)識到任何新物質(zhì)的發(fā)明都是為了促進人類的發(fā)展和進步，風(fēng)險的產(chǎn)生是因為科學(xué)在發(fā)展過程中都會經(jīng)歷從不完善到完善的過程，最終能使整個社會正確公正地肯定化學(xué)的價值與意義。

參考文獻

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[3] 宋敏.中學(xué)化學(xué)教學(xué)中學(xué)生決策能力的培養(yǎng)「D].東北師范大學(xué)，2005：7-9