从北京奥运情景中创设化学教学情境的新视角

　　摘要：从“北京奥运中的化学”这一视角，分析了奥运火炬燃料、大气污染防治、污水处理、“水立方”材料、兴奋剂、“鸟巢”钢材等教学情景素材，探讨了相关化学教学情境的设计，并对教学情境设计中应注意的问题进行了讨论。 　　关键词：化学；教学情境；北京奥运 　　文章编号：1005－6629(2008)04－0036－03中图分类号：G633.8 文献标识码：B 　　 　　教学情境是指知识在其中得以存在和应用的环境背景或活动背景[1]。真实的、适合学生实际和发展的教学情境能够提供丰富的学习素材，同时在整个学习过程激发、推动、强化、维持、调整学生的情感活动、认知活动和实践活动，有效促进学习。 　　随着2008年的临近，北京奥运的气息已经传遍了神州大地的每一个角落，中国人民正在通过自己的勤劳与智慧，努力承办一届以“绿色奥运、科技奥运、人文奥运”为理念的“有特色、高水平”的奥运盛会。北京奥会中蕴含着大量与化学学科知识密切相关的内容，是教师创设教学情境的新视点，化学教学中教师应该敏锐地关注和提取相关信息，创设具有基础性、现实性、思想性、现代性和基于学生经验的教学情境，引导学生有效学习。 　　 　　1 绿色奥运中的化学 　　 　　所谓“绿色奥运”就是指用保护环境、保护资源、保护生态平衡的可持续发展思想筹办奥运会，广泛开展环境保护的宣传教育活动，促进北京和中国环保基础设施的建设和生态环境的改善，倡导绿色健康的生活方式和消费方式。在这个理念中蕴含着丰富的“绿色化学”知识及情感态度价值观教育的素材，基于“绿色奥运”背景创设教学情境，能有效地引导学生树立环境意识，树立绿色化学理念，形成正确的化学价值观。 　　1.1北京奥运火炬体现“绿色奥运”理念 　　我国奥运火炬“祥云”设计师章骏曾介绍说，“祥云”长72厘米，重985克，除了适合各个火炬手使用、媒体拍摄及饱含科技含量外，“祥云”的设计还体现了“绿色奥运”的理念。“祥云”使用燃料为丙烷，这种燃料价格低廉，燃烧后只产生二氧化碳和水，不会对环境造成污染。除此之外，火炬外形的制作材料也都是可回收的环保材料。 　　2007年北京市中考化学的一道试题即以上述资料为素材设计，突出对化学核心知识与化学基本概念的考查： 　　为体现绿色奥运的理念，北京奥运会采用丙烷作为火炬燃料，丙烷燃烧时发出亮黄色火焰，反应生成水和二氧化碳，该反应的化学方程式为_____。 　　在教学中，以上述资料作为情景素材，创设教学情境，可以引导学生探讨奥运火炬选择丙烷作为燃料的意义，讨论是否有更好的燃料可以选择，继而学习烷烃的相关性质，如燃烧后的产物和释放的能量等，同时引导学生深入认识绿色化学的意义与价值。 　　1.2通过大气污染防治创设情境 　　2006年12月25日北京市环保局网站上发布了题为“北京市民迎来第238个达标天 空气质量目标实现”的一则消息： 　　“24日中午，市环保监测中心的数据显示，当天北京市区空气污染指数85，空气质量为良。至此,今年我市市区空气质量二级和好于二级的天数已达238天，今年市政府确定的在直接关系群众生活方面拟办的重要实事之一，即‘全年市区空气质量二级和好于二级的天数达到65%’的目标实现了。同时，也标志着自1999年以来我市空气质量连续8年得到改善。今年到目前为止的空气质量达标天比1998年的100天增加了138天。” 　　这一令人振奋的消息，展示了北京市区空气质量的大转变，张显着北京向“绿色奥运”迈进的信心与成效。 　　同样，2007年北京市中考化学一道试题，也体现了奥运与环保的密切关系。 　　北京奥运会将有数以万计的观众。针对观看比赛时产生的垃圾，下列说法正确的是____。 　　①这些垃圾应随身带出赛场 　　②这些垃圾应送到垃圾焚烧发电厂，焚烧发电 　　③这些垃圾中的塑料制品不要丢弃，避免“白色污染”。 　　上述情景素材可引发什么是大气污染、引起大气污染的人为因素有哪些、什么是环境污染指数（API）、从化学的角度如何防治大气污染、良好的大气环境给运动员们带来了哪些益处等学习任务，引导学生深入地学习。 　　1.3 通过污水处理创设情境 　　在北京申奥时，曾经对世界做出了这样的承诺：2008年，北京中心城区污水处理率要达到90%，再生水回用率要达到50%。 　　北京奥运官方网站讯，为实现奥运承诺，北京市区建成9座污水处理厂和配套管网设施，城区日污水处理能力已达到291万吨/日。2006年市区年处理污水近8亿立方米，污水处理率达到90％以上，提前1年实现奥运承诺目标。北京市把再生水利用作为新水源加以开发利用。让再生水成为农业灌溉、河湖景观用水、工业冷却等的主要水源。2006年全市利用再生水3.6亿立方米，再生水用量达到全市年用水量的10％。今年利用中水可以达到4.8亿立方米，占全市用水量的14%。实现再生水回用达到50%的承诺目标。2008年将利用再生水6亿立方米。 　　高中化学选修课程《化学与生活》中的“化学与环境保护”主题，课程内容标准要求学习污水处理中主要的化学方法及其原理, 调查污水排放和处理情况，撰写调查报告， 提出改进建议[2]， 教学中可利用上述素材创设情境，使学生真切地了解污水处理和再利用的重要意义，进一步引导学生从媒体与网络中收集当地的污水排放与处理情况，形成调查报告，并提出切实可行的意见和建议。 　　 　　2科技奥运中的化学 　　 　　所谓“科技奥运”就是指紧密结合国内外科技最新进展，集成全国科技创新成果，举办一届高科技含量的体育盛会；提高北京科技创新能力，推进高新技术成果的产业化和在人民生活中的广泛应用，使北京奥运会成为展示新技术成果和创新实力的窗口。这一理念结合材料科学、生物化学、分析化学的相关知识，可以为学生创设具有时效性并且触及化学科技前沿的教学情境，使学生切身感受化学在现代科技、现代体育中的应用，感受化学在社会发展和提高人们物质生活以及精神生活中的重要作用。 　　2.1水立方映射出科技之光 　　国家游泳中心又被称为“水立方”（Water Cube）,位于北京奥林匹克公园内，是北京为2008年夏季奥运会修建的主游泳馆，也是2008年北京奥运会标志性建筑物之一。2008年奥运会期间，国家游泳中心承担游泳、跳水、花样游泳、水球等比赛，赛后将建成为具有国际先进水平的、集游泳、运动、健身、休闲于一体的中心。 　　“水立方”的外形看上去就像一个蓝色的水盒子，而墙面就像一团无规则的泡泡。这个泡泡所用的材料是“ETFE”。这种材料耐腐蚀性、保温性俱佳，自清洁能力强。国外的抗老化试验证明，它可以使用15至20年。犹如一个个“水泡泡”的ETFE膜具有较好抗压性，厚度仅如同一张纸的ETFE膜构成的气枕，甚至可以承受一辆汽车的重量。 　　ETFE的中文名为乙烯-四氟乙烯共聚物。ETFE既具有类似聚四氟乙烯的优良性能，又具有类似聚乙烯易加工的性能，还有耐溶剂和耐辐射的性能[3]。ETFE膜材的厚度通常小于0.20mm，是一种透明膜材。ETFE膜材常做成气垫应用于膜结构中。最早的ETFE工程已有20余年的历史，其中最著名的是英国的伊甸园。 　　在高中化学选修模块《化学与技术》“高分子化合物与材料”、《有机化学基础》“合成高分子材料”等课题的教学中，教师可应用上述情景素材，配合展示水立方的效果图和实景图，提供关于水立方的新闻采访录像等，创设教学情境，更好地学习高分子材料的特性及其价值，两种聚合反应（加成聚合反应和缩合聚合反应），鼓励并组织学生进行小组讨论，举例说明已知的高分子材料的成功应用实例，并共同展望高分子材料的应用前景。

　　2.2拒绝运动场上的化学幽灵――兴奋剂 　　体育运动中的兴奋剂是指国际体育组织规定的禁用物质和禁用方法的统称。以前由国际奥委会医学委员会，现在由世界反兴奋剂机构每年公布一份禁用物质和禁用方法的清单，简称《禁用清单》[4]。体育运动中的“兴奋剂”，不单指药物，也包括禁用方法和其它生理物质，例如血液、尿液和含有违禁药物成分的食品添加剂、营养补品、饮料等，只要这些生理物质以“非正常量或通过不正常途径”摄入人体，也是兴奋剂。再如用血液回输以增强体内红细胞值的方法、尿液输入膀胱以逃避检测的方法，都属于使用兴奋剂。在一些食品、饮品、补品中含有某种禁止使用的化学成分且超出限制量，也是兴奋剂。目前国际奥林匹克运动委员会规定：“竞技运动员使用任何形式的药物和以非正常量或通过不正常途径摄入生理物质,企图以人为的或不正常的方式提高竞技能力即被认为使用了兴奋剂”[5]。 　　北京奥运官方网站讯，2007年11月12日，中国反兴奋剂中心正式揭牌。中心面积约5500平方米，拥有目前世界上最大的兴奋剂检测实验室。中心下设兴奋剂检查、教育信息等6个部门。该中心的工作人员中，除国内相关专业的专家和志愿者外，另有20名从国外兴奋剂检测机构聘请的专家。同世界其他三十几个得到世界反兴奋剂机构（ＷＡＤＡ）认证的实验室相比，中国反兴奋剂中心的仪器是世界上最先进的。在奥运会期间，中心预计将进行4500例兴奋剂检查。同时，中国反兴奋剂中心还承担着反兴奋剂的宣传教育工作，发扬公平竞争的体育精神，并培养运动员和教练员的主动抵制兴奋剂的意识。 　　这一情境的创设，有利于帮助学生树立体育道德和公平竞争的意识，了解常用化学检测方法及其应用。结合高中化学选修课程《实验化学》中的《化学实验基础》，引导学生利用查阅的文献资料，认识现代的化学分析手段和仪器，例如：红外、色谱、原子吸收光谱、核磁共振等现代化学分析测试技术。 　　2.3“鸟巢”中的化学 　　“鸟巢”是2008年北京奥运会主体育场。由2001年普利茨克奖获得者赫尔佐格（Herzog）、 德梅隆（De Meuron）与中国建筑师李兴刚等合作完成的巨型体育场设计，形态如同孕育生命的“巢”，它更像一个摇篮，寄托着人类对未来的希望。“鸟巢”外形结构主要由巨大的门式钢架组成，共有24根桁架柱，现已完成24根桁架柱整柱及2根下柱吊装。国家体育场建筑顶面呈鞍形，长轴为332.3米，短轴为296.4米，最高点高度为68.5米，最低点高度为42.8米。 　　托起“鸟巢”最关键的“肩部”结构的，就是为“鸟巢”量身打造的“Q460”钢材。Q460是一种低合金高强度钢。Q代表钢材的强度，460代表460兆帕。Q460就是钢材受力强度达到460兆帕时才会发生塑性变形，这个强度要比一般钢材大。“Q460”建筑可用钢是中国科研人员经过三次技术“攻关”才研制出来的，它不仅在钢材厚度和使用范围都是前所未有的， 而且它具有良好的抗震性、抗低温性、可焊性等特点[6]。“Q460”钢材这一自主创新成果用于“鸟巢”的主体结构，是这种钢材在国内建筑上的首次使用，而这次使用的钢板厚度达110毫米，也是史无前例的，在国家标准中，“Q460”的最大厚度只是100毫米。 　　高中化学课程《化学 必修1》中的“常见无机物及其应用”主题的教学中，可运用上述情景素材引导学生认识金属的通性以及合金的特性，初步了解各种钢材的原料配比与相应的应用价值，帮助学生学会材料的基本分类方法。在选修模块《化学与技术》“化学材料的制造和应用”主题中还可以引导学生推测“Q460”的基本成分，引发深层次的研究性学习。同时，上述素材也是引导学生认识我国现代材料研究和材料工业发展，认识新材料的发展方向，认识和欣赏化学对现代科技与社会发展重大贡献的重要资料。 　　 　　3 讨论 　　 　　运用上述情景素材创设教学情境，除了要体现情境作用的真实性与时效性，还应特别注意发挥好情境作用的全程性与发展性，激发学生学习的兴趣，特别是继续学习的愿望和潜能。在教学中教师除了要引导学生学习相关化学知识的外，还要根据情境的特点，发展学生的文献检索与分析、信息分类、数据分析、文字表达、讨论与交流、总结与分析、解决问题等能力，引导学生树立健康意识、公平意识、正确价值观念等。 　　 　　参考文献： 　　[1]刘知新．化学教学论．[M] 北京：高等教育出版社，2004： 124． 　　[2]中华人民共和国教育部．普通高中化学课程标准（试验）．[M] 北京：高等教育出版社，2006：16． 　　[3]李君，向阳．ETFE膜材在建筑中的应用．[J] 建筑创作，2004，（1）：128． 　　[4]郭启华，钱春燕等．化学与申奥．[J] 化学教育，2001，（6）：5． 　　[5]段天兵．兴奋剂．[J] 化学教育，2004， (09) ：3． 　　[6]第29届奥林匹克运动会组织委员会．“Q460”托起“鸟巢”钢铁结构．[J] 北京2008，2006，（1）：85．