運(yùn)動(dòng)與平衡 穩(wěn)定與相對(duì)

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基于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為目標(biāo)，以氧循環(huán)知識(shí)內(nèi)容為載體，讓學(xué)生體驗(yàn)物質(zhì)與能量相互關(guān)聯(lián)，理解大氣組分穩(wěn)定性和物質(zhì)活潑性的相對(duì)性，充分利用運(yùn)動(dòng)觀、平衡觀預(yù)設(shè)教學(xué)，建構(gòu)教學(xué)，實(shí)現(xiàn)富有思考氛圍、充滿思辨的課堂。

[關(guān)鍵詞]

科學(xué)思維;氧循環(huán);教學(xué)設(shè)計(jì)

從宏觀天體到微觀粒子運(yùn)動(dòng)，無(wú)不體現(xiàn)著物質(zhì)世界的運(yùn)動(dòng)性，而運(yùn)動(dòng)的結(jié)果使世界在不斷的變化中趨于動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡反映了事物內(nèi)部總量的變化規(guī)律，即指總量?jī)?nèi)部各組成要素之間具有相對(duì)平衡關(guān)系，運(yùn)動(dòng)與平衡是自然界普遍規(guī)律。

《科學(xué)》教材涉及大量的平衡教學(xué)內(nèi)容：溶解平衡、生態(tài)平衡、二力平衡、杠桿平衡，質(zhì)量守恒、體溫調(diào)節(jié)、血糖調(diào)節(jié)等人體內(nèi)環(huán)境的穩(wěn)定等等。授人以魚不如授人以漁，教會(huì)學(xué)生一種方法，使其會(huì)遷移、類比探究未知事物，其意義是尤其重大的，因?yàn)榭茖W(xué)教學(xué)應(yīng)該是對(duì)學(xué)生科學(xué)方法、科學(xué)思維等形成的引領(lǐng)，而不僅僅只是科學(xué)知識(shí)的傳授。

鑒此，筆者以科學(xué)教材中“氧循環(huán)”為例闡述如何培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)動(dòng)與平衡、穩(wěn)定與相對(duì)等認(rèn)識(shí)事物的基本規(guī)律。從教學(xué)內(nèi)容分析，其核心知識(shí)是圍繞氧元素而鋪展的。氧元素，是地球上含量最大的元素，在巖石圈、大氣圈、水圈和生物圈中都有著極大豐度。它的游離態(tài)以氧氣和臭氧存在，化合態(tài)以水、二氧化碳、碳酸鹽、大量有機(jī)物質(zhì)等等存在，在生物界和非生物界都有極其重要的地位。當(dāng)然，其存在并不是一成不變，而是處于不斷的運(yùn)動(dòng)變化之中。教學(xué)剖析其怎樣變化、為什么變化，是對(duì)知識(shí)的認(rèn)知主體和認(rèn)知客體相互依存整體性教學(xué)。只有在此基礎(chǔ)上，才能讓初中學(xué)生充分體驗(yàn)世界的運(yùn)動(dòng)性、運(yùn)動(dòng)的平衡性、平衡的穩(wěn)定性，穩(wěn)定的相對(duì)性，在思考中實(shí)現(xiàn)認(rèn)知能力在思維層面上的提升。

一、課引

（一）新課引入

問(wèn)題呈現(xiàn)：生物存在需要能量的供給，我們是如何獲取能量的？

分析預(yù)設(shè)：細(xì)胞通過(guò)呼吸作用利用氧氣分解營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，從而獲取能量。

（二）設(shè)計(jì)意圖

引出氧氣，并凸顯氧氣對(duì)于人類、乃至其他需氧生物的意義;同時(shí)使學(xué)生在潛意識(shí)里埋下物質(zhì)轉(zhuǎn)變往往伴隨著能量轉(zhuǎn)化的基本觀點(diǎn)。

二、物理動(dòng)態(tài)平衡的建構(gòu)

（一）構(gòu)建物理循環(huán)

問(wèn)題呈現(xiàn)：呼吸作用的存在必將不斷消耗氧氣，在教室這個(gè)有限空間里，氧氣含量會(huì)不會(huì)明顯降低？甚至導(dǎo)致我們?nèi)毖酰?/p>

課堂分析：不會(huì)。因?yàn)榻淌彝饷娴难鯕鈺?huì)進(jìn)入教室。

問(wèn)題呈現(xiàn)：那教室中的氧氣的體積分?jǐn)?shù)是否會(huì)超過(guò)1/5呢？

課堂分析：不會(huì)，由于分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)會(huì)使空氣各組分處于最大的混亂度，從而使教室內(nèi)空氣各組分的含量保持穩(wěn)定。

板書設(shè)計(jì)如圖1。

（二）設(shè)計(jì)意圖

從簡(jiǎn)單的物理變化著手，在物質(zhì)轉(zhuǎn)移中使學(xué)生初步體驗(yàn)平衡是動(dòng)態(tài)的平衡，在一個(gè)相對(duì)封閉的空間內(nèi)體會(huì)平衡包含著生長(zhǎng)與消耗兩個(gè)不斷變化、且能循環(huán)往復(fù)的相互依存的過(guò)程。

三、化學(xué)動(dòng)態(tài)平衡的建構(gòu)

（一）構(gòu)建氧氣與二氧化碳循環(huán)

問(wèn)題呈現(xiàn)：相對(duì)于教室，大氣層是一個(gè)開(kāi)放的大空間，例舉其他耗氧渠道。

課堂分析：燃燒等氧化反應(yīng)。

問(wèn)題呈現(xiàn)：大氣中氧氣會(huì)不會(huì)越來(lái)越少呢？

課堂分析：不會(huì)，植物的光合作用會(huì)將二氧化碳轉(zhuǎn)化成氧氣。

問(wèn)題呈現(xiàn)：當(dāng)我們處于黑夜時(shí)，那該區(qū)域氧氣含量會(huì)有明顯變化嗎？

課堂分析：不會(huì)。因?yàn)榈厍蚩偸潜３謺円垢靼肭颍哉麄€(gè)大氣層的氧氣總量基本保持不變;再者，夜半球氧氣消耗量大，晝半球氧氣產(chǎn)生量大，必然通過(guò)分子無(wú)規(guī)則運(yùn)動(dòng)、風(fēng)、大氣環(huán)流等方式，使其轉(zhuǎn)移，保持不同空間氧氣含量相對(duì)的穩(wěn)定，循環(huán)往復(fù)而建立平衡。

結(jié)論：至此，我們完全有理由下一個(gè)結(jié)論，所謂的大氣組分及含量的穩(wěn)定，是一種相對(duì)的穩(wěn)定。

問(wèn)題呈現(xiàn)：請(qǐng)大家嘗試比較上述這兩種循環(huán)，你會(huì)得出什么結(jié)論？

課堂分析：從求同的角度分析，我們不難發(fā)現(xiàn)平衡是動(dòng)態(tài)的、循環(huán)的過(guò)程。從求異的角度分析，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)氧氣的轉(zhuǎn)移，是一個(gè)物理過(guò)程，而氧氣與二氧化碳之間的轉(zhuǎn)化是一個(gè)化學(xué)過(guò)程。

板書設(shè)計(jì)如圖2。

（二）設(shè)計(jì)意圖

由物理轉(zhuǎn)移走向化學(xué)轉(zhuǎn)化，由教室這個(gè)相對(duì)封閉的空間走向開(kāi)放的自然空間，是對(duì)事物認(rèn)知由簡(jiǎn)單走向復(fù)雜的過(guò)程。讓學(xué)生明白所謂的大氣層氧氣體積分?jǐn)?shù)約為1/5只是相對(duì)的總量穩(wěn)定，且在地球同一時(shí)間的不同區(qū)域，不同時(shí)間的同一區(qū)域，氧氣乃至大氣其他組分都處在動(dòng)態(tài)的變化中，也讓學(xué)生體驗(yàn)氧氣與二氧化碳相互轉(zhuǎn)變隱藏著光能與化學(xué)能的轉(zhuǎn)化。

（三）構(gòu)建氧氣與臭氧循環(huán)

問(wèn)題呈現(xiàn)：氧氣和二氧化碳之間的循環(huán)是氧元素在游離態(tài)與化合態(tài)之間的變化。氧元素的化學(xué)轉(zhuǎn)化一定就發(fā)生在游離態(tài)與化合態(tài)之間嗎？

課堂分析：氧元素還有另一游離態(tài)單質(zhì)存在，臭氧。它呈藍(lán)色，有魚腥味，這是物理性質(zhì)。它的化學(xué)性質(zhì)較為活潑，很不穩(wěn)定。

問(wèn)題呈現(xiàn)：化學(xué)性質(zhì)活潑往往極易與其他物質(zhì)反應(yīng)，那大氣中臭氧是否會(huì)越來(lái)越少？

課堂分析：近地面處，臭氧含量雖然極低，但是在高空20～35km處，卻集中了大約地球90%的臭氧，并形成臭氧層。

問(wèn)題呈現(xiàn)：近地面和高空環(huán)境存在怎樣的差異呢？

課堂分析：該高度空間是一個(gè)高能環(huán)境，因?yàn)槌粞鯇訒?huì)吸收大量的紫外線。

小結(jié)：可見(jiàn)，物質(zhì)的變化往往伴隨著能量的變化。地面附近，相對(duì)是低能量環(huán)境，氧元素游離態(tài)以氧氣而穩(wěn)定存在，而相對(duì)是高能環(huán)境的高空，氧元素則以臭氧而穩(wěn)定存在;可見(jiàn)所謂的穩(wěn)定是相對(duì)的。我們也有理由相信，在地球46億年的演變過(guò)程里，臭氧層的出現(xiàn)到現(xiàn)在，是已經(jīng)達(dá)到了一種平衡，而平衡必然源于動(dòng)態(tài)的循環(huán)。

問(wèn)題呈現(xiàn)：但是，近年來(lái)我們發(fā)現(xiàn)臭氧層變薄、甚至出現(xiàn)空洞。你覺(jué)得是什么因素致使氧氣與臭氧之間的平衡遭受到破壞？

課堂分析：在動(dòng)態(tài)的循環(huán)過(guò)程中，可能出現(xiàn)臭氧的消耗大于生成。

問(wèn)題呈現(xiàn)：為什么消耗會(huì)增大，是誰(shuí)破壞了原有的平衡？

課堂分析：制冷劑氟氯烴的出現(xiàn)與使用，破壞了臭氧原有的平衡。

問(wèn)題呈現(xiàn)：比較上述三個(gè)循環(huán)，你有什么發(fā)現(xiàn)？

課堂分析：氧氣與二氧化碳、臭氧之間的循環(huán)有較大的相似之處，因?yàn)橥瑢儆谖镔|(zhì)轉(zhuǎn)化，是一個(gè)化學(xué)過(guò)程。當(dāng)然也有一定的差異，前者是氧元素在游離態(tài)和化合態(tài)之間的轉(zhuǎn)化，后者則是游離態(tài)與游離態(tài)之間的轉(zhuǎn)化。

板書設(shè)計(jì)如圖3。

（四）設(shè)計(jì)意圖

從氧氣與臭氧循環(huán)進(jìn)一步讓學(xué)生體驗(yàn)平衡是動(dòng)態(tài)的循環(huán)，其包含著生成與消耗兩個(gè)過(guò)程。再?gòu)难踉赜坞x態(tài)在地表不同區(qū)域不同單質(zhì)存在，讓學(xué)生樹(shù)立物質(zhì)存在所謂的穩(wěn)定性、活潑性都是相對(duì)的;物質(zhì)的變化往往伴隨著能量的變化。如果說(shuō)前兩個(gè)循環(huán)是從生成與消耗正向推導(dǎo)平衡的存在與特性，那么氧氣與臭氧則是從平衡的被打破逆向推演生成與消耗兩個(gè)過(guò)程的變化，培養(yǎng)學(xué)生為正、逆向線性思維的深化，為復(fù)雜的發(fā)散和整合思維的建立夯實(shí)基礎(chǔ)。

四、結(jié)語(yǔ)

科學(xué)不是簡(jiǎn)單的知識(shí)說(shuō)教、識(shí)記，而是用理性的方法、思維去認(rèn)知紛雜、感性的世界，去挖掘世界存在的關(guān)聯(lián)與規(guī)律。對(duì)于本節(jié)內(nèi)容的分析、定位，如圖4，不難發(fā)現(xiàn)其