边远少数民族地区高中化学教学中人文素养和科学认知的培养

张金怡

摘要：人文与科学不是对立和矛盾的两面，而是融通共生的。化学作为一门自然科学，教师在教学中应关注并挖掘蕴藏其中的人文内涵，提升学生人文素养的同时，促进学生认识化学学科的本质，形成科学的认知。作者在边远少数民族地区，就高中化学教学中人文素养和科学认知的培养展开了教学实践与探索。

关键词：边远地区;少数民族;人文素养;科学认知

文章编号：1008-0546（2021）04-0033-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.04.010

一、问题的提出

“人文”一词最早出现在《易经》：“刚柔交错，天文也。文明以止，人文也。”这里的“人文”指的是人的传承属性，泛指人类创造出来的文化。而“科学”是关于自然界、社会和思维发展规律的知识体系，是在人类社会实践的基础上产生和发展起来的实践经验总结。它作为一种认识活动，为追求知识和真理而奋斗，为人类的福社和自由而努力，所体现的恰恰是一种最根本的人文精神。因此，人文与科学不是对立和矛盾的两面，而是融通互动、互动共生的。

作为一门自然科学，化学学科是人类在研究、探索物质的组成、结构、性质及应用的过程中逐步形成。《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出：“应在人类文化背景下構建高中化学课程体系，充分体现化学课程的人文内涵，发挥化学课程对培养学生人文精神的积极作用。”在我们的教学过程中，有必要重视化学史、科学哲学和社会学中蕴含的人文内涵，加强对化学及科学探究的理解，提倡“化学、技术与社会”的教育，从而在提升学生人文素养的同时，促进学生认识化学学科的本质，形成科学的认知。

2018年8月，响应国家教育部号召，笔者来到了祖国西部边陲，开展为期一年半的支教工作。现选择人教版必修1《碳酸钠和碳酸氢钠的性质》一节内容，以《隐藏在油条和馕里的化学秘密》为题，开展在边远少数民族地区高中化学人文素养和科学认知培养的实践与探索。

二、教学分析

1.人文环境

支教所在的尼勒克县，位于新疆维吾尔自治区伊犁州，是以哈萨克族为主体的多民族聚居地。不同民族的文化在几千年的历史变迁中碰撞和交融，造就了独特的风土人情，具有鲜明的地域特色，为化学教学提供了很多富有人文内涵的素材。

2.学生基础

全县只有一所高中，县内的优秀学生通过选拔前往地市级高中就读。留在本县高中就读的学生往往基础薄弱，层次差异较大。具体表现在几个方面：首先，不同民族的学生汉语水平参差不齐，对化学知识的理解存在一定程度的语言障碍;其次，对化学物质和化学理论缺少系统性认识，连一些常见物质的化学式都不能正确书写，没有良好的学科思维方式和习惯。再者，计算能力弱，定量分析意识缺失。此外，由于地处偏僻、交通不便，校内超过半数的学生从没离开过尼勒克，甚至连县城都是第一次到，这也导致学生学科视野狭窄。因此，提升学生的人文素养，建立对化学学科的科学认知，显得尤为迫切。

3.硬件配套

从硬件环境来看，在对口援疆的长期帮扶下，学校设施配套整体较为完善，每间教室都装有“班班通”教学一体机;学校设有录播教室，可以进行课堂教学的网络直播。能有效地实现信息技术与学科日常教学的整合，促进教师教学方式和学生学习方式的变革。从实验室建设来看，学校设有化学教师实验准备室两间，化学实验室五间，常用化学药品、化学仪器、教具模型等配套完全，这也为学生人文素养和科学认知的培养，提供了有力保障。

三、教学目标

1.理解碳酸钠和碳酸氢钠在馕和油条制作过程中发挥的作用。

2.通过实验探究与分析，从定性和定量两个维度，深入认识碳酸钠和碳酸氢钠的性质。

3.感受化学学科对改善人类生活品质、民族饮食文化传承带来的积极意义。

四、教学思路与框架

以碳酸钠和碳酸氢钠在馕和油条制作过程中的作用为主线，串联教师的主导意识和学生的认知途径。在物质分类的基础上，结合分组实验、演示实验、视频实验，宏微结合、由浅入深，逐步认识碳酸钠和碳酸氢钠的性质，从而揭开隐藏在馕和油条里的化学秘密。教学过程立足真实情境，将贴近生活的问题融入课堂教学，激发学生学习兴趣。

五、教学实录

环节1：联系生活，以饮食文化中的化学知识为情境

【引入】馕，是新疆地区饮食文化中一张亮眼的名片，具有鲜明的民族特色，而油条则是全国多地街头巷尾的民间小吃，它们都是我国历史悠久的传统美食。不过，大家是否知道这两道美食又是如何制作的呢？下面我们就一起通过视频来简单了解。

【视频播放】馕和油条的制作。其中馕的制作节选自《舌尖上的中国》，视频中这样描述：“面粉要先经过发酵，再揉成面胚，透气孔可以防止烤炙时膨胀变形，洋葱碎和芝麻让香味更加迷人。馕在人类的食谱中已经存在了2000年。馕坑壁上的温度已经达到180℃。面粉中的糖在高温下发生脱水和降解，为馕染上焦糖色，浓郁的麦香也由此而来。从生到熟只要10分钟，但是传统已跨越千年历史。在沙漠中，馕耐腐蚀、抗干燥，保存几个月都不会变质，是人用食物应对极端环境的典范。”油条的制作，则是由网友自制的视频。

【问题】对比油条和馕的制作原料（表1），除了必要的食材，还添加了什么物质？

【回答】都用到了苏打粉，油条的制作还使用了含有小苏打的泡打粉。

【追问】你知道苏打和小苏打各是什么化学物质么？尝试写出它们的化学式。

【板演】碳酸钠（Na2CO3）：苏打

碳酸氢钠（NaHCO3）：小苏打。

【问题】碳酸钠和碳酸氢钠在馕和油条的制作中主要发挥了什么作用？这就需要我们来认识这两种物质的性质。

【分组实验】1.观察试剂瓶中的碳酸钠和碳酸氢钠样品，尝试描述它们的外观和状态。2.两支大试管内各有1g碳酸钠和碳酸氢钠，分别加入几滴水，触摸试管外壁你有什么感觉？3.继续向试管中分别加入10mL水，用力振荡，你能观察到什么现象？（室温为10℃）

【交流分享】1.均是白色固体。2.加入几滴水后：装有碳酸钠的试管壁微微发热;而装有碳酸氢钠的一支试管壁略感冰凉。3.加入10mL水，碳酸钠全部溶解，碳酸氢钠未能全部溶解。

【演示实验】继续向装有碳酸氢钠的大试管中再加入10mL水，碳酸氢钠也全部溶解。

【追问】这说明了什么？

【回答】碳酸钠和碳酸氢钠，都可以溶于水，相同条件下，碳酸钠更易溶。

【投影】碳酸钠和碳酸氢钠的物理性质（表2）

设计意图：选取当地学生熟悉的两种食物制作为代表，创设具有人文内涵的情境，引出本节课的研究对象——碳酸钠和碳酸氢钠。再通过样品展示和溶解实验，培养学生的观察及语言描述能力。从溶解过程中的能量变化和相同条件下溶解能力的对比，引导学生从不同的角度区分这两种物质，开拓学生的视野，渗透能量变化的意识。

环节2：宏观辨识，了解碳酸钠和碳酸氢钠水溶液的碱性

【提问】除了苏打之外，碳酸钠还有其他你熟悉的名称么？

【回答】纯碱、面碱、口碱。

【提问】这些名称里都有一个“碱”字，那么碳酸钠是碱么？

【回答】有的说是，有的说不是。

【追问】请认为碳酸钠不是碱的同学来说一说，你认为碳酸钠属于哪类物质？为什么？

【回答】是盐，因为电离产生了金属阳离子和酸根离子。

【追问】以此来看，碳酸氢钠属于哪类物质？

【回答】也是盐，是酸式盐。

【板演】碳酸钠和碳酸氢钠的电离方程式：Na2CO3=2Na++CO32- NaHCO3=Na++HCO3-

【提问】怎样检测溶液的酸碱性？你有哪些办法？

【回答】可以用酸碱指示剂或pH试纸

【演示实验】分别测定0.1mol/L的NaOH、0.1mol/L的Na2CO3、0.1mol/L的NaHCO3溶液的pH。

【回答】均呈碱性，同浓度的三种溶液，NaOH碱性最强，Na2CO3次之，NaHCO3最弱。

【小结1】油条和馕的制作要加入碳酸钠和碳酸氢钠，正是利用了这一点。发酵过程中，酵母菌在面团里繁殖分泌酵素，会产生一些有机酸类物质，影响面食的口感，适量的苏打粉和小苏打可以起到中和这些有机酸的作用，使食物更加美味可口。不仅仅是馕、油条的制作，对碳酸钠和碳酸氢钠水溶液碱性的利用，还渗透到了生活中的各种情形（表3）。

【提问】基于对碳酸钠和碳酸氢钠溶液碱性的认识，判断下列说法是否正确？

（1）酸的溶液呈酸性，碱的溶液呈碱性。

（2）盐的溶液一定呈中性。

（3）呈碱性的溶液一定是碱的溶液。

（4）呈酸性的溶液一定是酸的溶液。

【回答】1是正确的，2和3是错误的，4不是很确定。

【提示】NaHSO4属于什么类别的物质？结合它在水中的电离方程式，想一想硫酸氢钠的水溶液呈什么性？

【回答】NaHSO4是盐，在水中能电离产生氢离子，所以呈酸性，呈酸性的溶液也不一定是酸。

【小结2】化学学习的过程中，我们需要正确理解概念之間的逻辑关系。

设计意图：分类是认识事物的一种重要方式，基于分类的思想有助于我们更加系统地认识化学物质。酸、碱、盐的分类以电离后产生微粒的种类为依据。在分类的基础上，结合实验，判断两种盐溶液的酸碱性，再与同浓度的氢氧化钠溶液比较碱性强弱关系。从而正确地理解溶液酸碱性和酸、碱、盐概念之间的辩证关系，树立正确的学科认知。同时，也使学生明白了碳酸钠和碳酸氢钠在油条和馕加工时的作用，体会到化学学科知识与日常生活之间的密切关系。充分展示了“性质决定用途，用途体现性质”的化学学科思想。

环节3：微观探析，建立对碳酸钠、碳酸氢钠与酸反应本质的科学认知

【讲述】结合初中所学知识，并基于对碳酸钠和碳酸氢钠水溶液碱性的认识，请写出两种物质分别与盐酸反应的化学方程式，并改写成离子方程式。

【板演】（1）Na2CO3+2HCl=NaCl+CO2↑+H2O（CO32-+2H+=CO2↑+H2O）

（2）NaHCO3+HCl=NaCl+CO2↑+H2O（HCO3-+H+=CO2↑+H2O）

【提问】从离子反应方程式不难看出，碳酸钠和碳酸氢钠与盐酸反应的本质是CO32-和HCO3-与H+的反应。但同样是和酸反应产生二氧化碳，两者又有何不同呢？

【回答】每生成1mol CO2，1mol CO32-消耗2mol H+，而每1mol HCO3-消耗1mol H+。

【提问】具体反应时，在现象上又会表现出什么不同之处呢？

【实验视频】碳酸钠和碳酸氢钠分别与同浓度盐酸反应，你观察到了哪些现象？

【回答】（1）将盐酸加入碳酸钠溶液，开始没有气泡，一段时间后才有气泡出现（图1）。（2）从数据图像可以看出，相同条件下，碳酸氢钠与盐酸的反应产生二氧化碳的速率更快（图2）。

【提问】你能揭示其中的原因么？（该问题学生回答有困难）

【分析】其实，我们从离子方程式就不难看出，HCO3-只需要再结合一个H+就可以转化为HZCO3，再分解为二氧化碳，而co32-需要结合两个H+才能转化为H2CO3。因此，同浓度的两种溶液均和盐酸反应，碳酸氢钠反应更快一些。如果酸的量比较少，碳酸根只能结合一个H+生成NaHCO3，所以开始没有气泡出现，而随着盐酸量的增加，生成的NaHCO3可以继续与盐酸反应产生CO2。

【板书】Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3（CO32-+H+=HCO3-）

【小结4】由此可见，碳酸钠与盐酸的反应是分步进行的，盐酸用量不同，反应的产物也不同。我们也再次感受到了化学反应的复杂性，对于一个反应的认识，不仅仅从定性，还需从定量的角度思考。

【板书】如图3。

设计意图：碳酸钠与盐酸的分步反应是本节教学的难点，教学过程中采用了逐层推进的方式化解难点。首先通过实验现象的观察，使学生明晰碳酸钠和碳酸氢钠均能与盐酸反应产生二氧化碳，加深了对两种物质水溶液碱性的认识。将反应改写成离子方程式，能看出两个反应的本质是CO32-和HCO3-分别结合了2个H+和1个H+转化为碳酸，再分解产生二氧化碳，强化了从微观的角度理解化学反应的本质。其次，结合数字实验系统数据图表的直观反映，碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸反应产生二氧化碳速率的差异一目了然。再者，视频实验拍摄了两种物质与盐酸反应的细节现象，从而帮助学生意识到碳酸钠与盐酸的反应是分步进行，相同的物质有可能因为反应物用量的不同，导致不同的反应发生，深刻感受化学反应的复杂性。

环节4：回归情境，升华化学知识背后的人文内涵

【提问】既然碳酸钠和碳酸氢钠的水溶液均为碱性，且相同条件下碳酸氢钠的碱性更弱，那为什么在油条制作的过程中还要加入碳酸氢钠呢？

【思考】不会回答。

【追问】这两种美食，我想同学们都吃过，你能描述一下它们在口感上有什么不同么？

【回答】馕吃起来比较劲道，而油条比较酥脆。

【叙述】很好。我们来对比一下油条下锅前后的变化。

【描述】下锅前，油条是一根细细的实心面条，油炸之后，油条体积明显变大，截面还可以看到很多气孔，说明在加热的过程中有气体生成。

【提问】那么油条下锅后产生的气体又从何而来？与碳酸钠还是碳酸氢钠相关呢？我们通过实验进一步了解。

【演示实验】分别加热碳酸钠和碳酸氢钠固体，将产物通入澄清石灰水。

【学生分析】碳酸钠较稳定，受热不分解。碳酸氢钠不稳定，受热分解产生二氧化碳，使澄清石灰水变浑。

【板书】2NaHCO3Na2CO3+H2O+CO2↑

【小结5】碳酸氢钠是一种重要的食品疏松剂。比如苏打饼干的配料中也有碳酸氢钠。它的加入可以使食品疏松可口。当然，不管是碳酸钠还是碳酸氢钠的添加，都需注意用量，用量过大也会使面食发黄，口感变差，还会对身体健康造成不良影响。所以，食品添加剂的用量在食品加工过程中需要严格控制，我们应该科学合理地使用食品添加剂。

【总结】至此，隐藏在馕和油条中有关化学的秘密，已被揭示。我们对于食物的认识，不再只是满足口腹之需。一方面，它承载着中华饮食文明的传承与创新，特别是“一带一路”建设以来，不同民族之间的交往交流也更为密切，文化也因此相互渗透和融合。现如今，馕早已跨越千山万水，出现在全国各族人民的餐桌之上。另一方面，从化学的视角来看，在食品制作的过程中包含了人们对不同化学物质的认识与应用，学会多观察、多思考、多实践，相信你会感受到更多化学带给生活的积极意义！

设计意图：围绕情境继续挖掘隐含其中的化学秘密，找到碳酸钠和碳酸氢钠在热稳定性上的差异。碳酸氢钠作为一种重要的食品疏松剂，能改善食物的口感，是人类在生产生活实践中对化学物质合理使用的智慧体现。但不管是碳酸钠还是碳酸氢钠的添加，都需注意用量，用量过大也会对面食的外观、口感及人体健康造成不良影响。所以，食品添加剂的用量需要严格控制。科学地使用食品添加剂，是化学改善人类生活起到积极作用的体现。

环节5：延伸拓展，促进学生课后思考

【演示实验】雪碧中加入两药匙碳酸钠粉末，盖紧瓶塞，充分振荡，你观察到了什么现象？能否尝试在今天所学知识的基础上分析解释这个现象背后的原理是什么？

设计意图：将问题延伸到课后，鼓励学生对知识的活学活用，满足不同层次学生的学习需求，促进学生的积极思考。

六、教学反思

在尼勒克支教期间，笔者对当地高中化学课堂教学进行了连续性跟踪观察，并对在校师生进行了访谈。调查发现，在该地区高中化学课堂的教学中，人文素养和科学认知的培养较难落实。一方面和学生的基础薄弱有关;另一方面，部分教师非化学专业出身，有的是食品检验专业，有的是兽医专业，实验员还会出现碱性溶液用玻璃瓶塞这样常识性知识的错误，教师队伍的专业素养参差不齐。再者，尽管硬件設施配套完整，但教师使用的频率并不高，课堂教学方法和模式相对单一，实验教学基本不开展。

鉴于上述调查了解，笔者在日常教学中主要从两点入手，着力提升高中化学课堂的人文内涵，树立学生的科学认知。

1.紧扣日常生活和化学史实，渗透化学学科中的人文知识

人文知识包括历史知识、文学知识、哲学知识等[3]。这些知识渗透到了生活、生产的各个领域。课堂上每认识一种新的化学物质时，学生常常会问这个物质能不能吃，因此认识碳酸钠和碳酸氢钠的性质时，选择构建以饮食文化为中心的教学情境。油条是遍布全国的小吃，馕则带有鲜明的新疆地域特色，这两种食物都是劳动人民智慧的结晶，也是民族文化的一种传承，对于尼勒克的学生来说都很熟悉。所以，就以《隐藏在油条和馕背后的化学秘密》为题，从碳酸钠、碳酸氢钠水溶液的碱性人手，再到碳酸氢钠受热分解产生气体，使学生明晰在油条和馕制作过程中加入碳酸钠和碳酸氢钠的化学原理，情境贯穿了整个教学的始终，不断引发学生的思考。学生逐步体会人类在生活生产实践中的探索，是认识物质性质一种重要途径。学会多观察、多思考，将会发现生活中处处皆化学，它让我们的生活更加美好。

2.重视实验探究，体验科学研究的方法

实验是化学学习的基础，同时也满足了学生的内心需求。正如苏霍姆林斯基所说：“每个青少年内心都渴望自己是一个探索者和研究者。”本节课的实验采用了多样化的形式，有教师演示实验，也有学生分组实验。演示实验中，碳酸钠和碳酸氢钠的溶解实验比较便于观察就直接采用常规试管实验;碳酸氢钠受热分解实验则采用现场投影实验的方式，让所有同学能更清楚地同时看到气泡的产生，并使澄清石灰水变浑的现象;而碳酸钠、碳酸氢钠与盐酸的反应则利用了原工作学校的数字化实验，将其拍成视频，以直观的方式，呈现两者与盐酸反应速率的差异，并理解碳酸钠与盐酸反应时的少量和过量问题，有效降低了知识的难度，更加适合这里的学生。其实，不管是哪种实验方法，都是为了便于学生的观察，促使学生从发现问题到分析问题，最终解决问题，形成开展科学探究的一般思路。此外，对实验现象的观察与描述还强调了对比意识，如同浓度的氢氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠溶液碱性强弱的对比等，培养学生科学严谨的思维方式。

当然，落实边远少数民族地区高中化学人文素养和科学认知的培养，不可能一蹴而就。除此之外，笔者还开设了一系列带有人文背景的主题教学，如以“寻味记”为题认识乙酸、以“揭秘祥云火炬”为题认识烷烃，以“沉睡的能量块”为题认识甲烷等等，这些课堂教学得到了当地教师的一致好评，也有效地提升了学生学习化学的兴趣。作为支教老师，希望通过自己的教学实践，起到良好的示范作用，带动当地教师注重日常的积累，不断大胆地尝试与改变，从而实现培养目标。

参考文献

[1][2]张婷，江军.比较碳酸钠、碳酸氢钠与酸反应快慢的新方法[J].实验教学与仪器，2017（10）：40-41

[3]艾进达.初中化学课堂中人文情怀的培养[J].中学化学教学参考，2018（9）：27-29