楊瑞雪

摘 要：在教學(xué)中以牛奶和蝦皮中鈣含量的比較這一真實(shí)生活背景為切入點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生逐步發(fā)現(xiàn)問題和解決問題，通過知識(shí)遷移，舉一反三，讓學(xué)生根據(jù)已知的知識(shí)和信息，自行設(shè)計(jì)測(cè)定牛奶和蝦皮鈣含量的實(shí)驗(yàn)方案，并完成實(shí)驗(yàn)，在實(shí)驗(yàn)中學(xué)會(huì)全面地思考問題，最終提升學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞：科學(xué)思維；探究式教學(xué)；深度學(xué)習(xí)；知識(shí)遷移

傳統(tǒng)的教學(xué)模式是教師備課、講課，學(xué)生聽課、做作業(yè)，教師改作業(yè)，學(xué)生訂正作業(yè)，而評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)是教師講清楚了，學(xué)生會(huì)做題了。在這個(gè)教學(xué)過程中，學(xué)生學(xué)習(xí)的知識(shí)和習(xí)題大多脫離實(shí)際。學(xué)生的學(xué)習(xí)是被動(dòng)的，思維也是被動(dòng)的。

如何讓學(xué)生的學(xué)習(xí)變?yōu)橹鲃?dòng)？我們不應(yīng)該讓學(xué)生僅僅停留在學(xué)習(xí)過的層面，而是要求他們?cè)趯W(xué)習(xí)過程中充分參與，發(fā)揮自己的能動(dòng)性。而這個(gè)參與過程就是學(xué)生被動(dòng)思維變?yōu)橹鲃?dòng)思維的過程，這充分體現(xiàn)了學(xué)生思維對(duì)教學(xué)的推動(dòng)作用，或者說，傳統(tǒng)教學(xué)是教師牽動(dòng)學(xué)生思維，對(duì)于深度學(xué)習(xí)而言，學(xué)生則是推動(dòng)者。用個(gè)更形象的比喻，傳統(tǒng)教學(xué)是教師劃槳，學(xué)生看風(fēng)景，現(xiàn)在的深度學(xué)習(xí)是學(xué)生劃槳找風(fēng)景，教師掌舵。

教學(xué)中要做到深度學(xué)習(xí)，就一定要給學(xué)生充分思維的空間和時(shí)間。思維是以一定的直觀感性材料為基礎(chǔ)的經(jīng)過人腦概括、抽象、提升出的反映事物內(nèi)在本質(zhì)的、理性的、間接的信息加工過程，因此思維是一個(gè)由具體到抽象，由現(xiàn)象到本質(zhì)，由外在到內(nèi)隱的過程。思維的品質(zhì)具有深刻性、靈活性、獨(dú)創(chuàng)性、批判性和敏捷性等特點(diǎn)，而培養(yǎng)學(xué)生的思維品質(zhì)是發(fā)展學(xué)生智力和培養(yǎng)能力的突破口[1]4-5。根據(jù)科學(xué)教育的本質(zhì)及學(xué)生思維發(fā)展規(guī)律，谷瑩瑩認(rèn)為在科學(xué)探究中比較重要的科學(xué)思維有求異思維、歸納思維、演繹思維、類比思維、辯證思維、系統(tǒng)思維、理論校驗(yàn)思維和直覺思維[2]。對(duì)學(xué)生進(jìn)行思維方法的訓(xùn)練將有助于學(xué)生迅速地分析、解決問題。

一、初步認(rèn)知使用滴定法的一般條件

傳統(tǒng)教學(xué)過程中我們對(duì)于滴定實(shí)驗(yàn)使用范圍通常不予講解，這就很容易形成一個(gè)誤區(qū)：只要是使用滴定法，實(shí)驗(yàn)就會(huì)準(zhǔn)確。當(dāng)引出測(cè)定牛奶和蝦皮中鈣含量這個(gè)課題時(shí)，由于學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)過一些滴定的常識(shí)，把滴定作為定量實(shí)驗(yàn)的標(biāo)準(zhǔn)方法，所有同學(xué)都建議使用滴定方法。

常規(guī)教學(xué)中使用0.1mol/L的鹽酸和0.1mol/L的氫氧化鈉溶液反應(yīng)，由于濃度和體積都是教師提前按照最佳濃度設(shè)計(jì)好的，學(xué)生的操作就是簡(jiǎn)單地照貓畫虎，模仿一次就算完成了教學(xué)任務(wù)。然而在實(shí)際測(cè)定中，滴定需要控制的條件很多，滴定終點(diǎn)體積的控制就是最重要的一環(huán)。按照規(guī)范，滴定終點(diǎn)必須大于20mL，在中學(xué)教學(xué)中雖然不要求這么準(zhǔn)確，但也不能出現(xiàn)較大的偏差。

而本課題中，牛奶和蝦皮的含量不一定正好符合滴定的要求，如果教師將標(biāo)準(zhǔn)操作直接告知學(xué)生，學(xué)生依然是重復(fù)已知的操作，就不會(huì)意識(shí)到滴定時(shí)要控制反應(yīng)物濃度和體積。因此第一次讓學(xué)生操作，學(xué)生就會(huì)按照學(xué)習(xí)過的酸堿滴定的方法直接取20mL牛奶開始滴定操作。當(dāng)滿滿一滴定管的溶液滴入牛奶后，沒有任何現(xiàn)象，再次滴入一滴定管溶液依然沒有滴定突躍現(xiàn)象。學(xué)生一臉茫然陷入了困惑：是操作的問題還是實(shí)驗(yàn)方法有問題？

其實(shí)食品包裝上已經(jīng)注明鈣的含量，滴定的EDTA試劑濃度已知，根據(jù)C1V1=C2V2原理，其實(shí)可以輕松算出大致的滴定終點(diǎn)。為了不讓滴定過程消耗過多EDTA，而且節(jié)約時(shí)間并減小誤差，最簡(jiǎn)單的方法就是取樣時(shí)減少樣品體積。而就是這么簡(jiǎn)單的準(zhǔn)備工作，大多數(shù)學(xué)生想不到，其根本原因就是我們的教學(xué)脫離生活過遠(yuǎn)。學(xué)生會(huì)用公式解決考試中的問題，但是不能用公式解決生活中的問題。

二、引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)知誤差分析的意義

定量實(shí)驗(yàn)重在實(shí)驗(yàn)測(cè)量數(shù)值的準(zhǔn)確性，但無論如何來自實(shí)驗(yàn)方案本身、藥品純度、儀器精度、操作方法、數(shù)據(jù)處理的誤差在所難免，對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差分析的訓(xùn)練也是提高學(xué)生思維能力的深刻性的重要時(shí)機(jī)[1]34。

學(xué)生在以往的實(shí)驗(yàn)中，即使知道實(shí)驗(yàn)中存在誤差，但是依然有很多學(xué)生編造數(shù)據(jù)應(yīng)付教師。教師在評(píng)判學(xué)生滴定的實(shí)驗(yàn)報(bào)告時(shí)，對(duì)于誤差較大的數(shù)據(jù)一般也不會(huì)對(duì)學(xué)生過于苛求，這也就讓學(xué)生更加認(rèn)為定量實(shí)驗(yàn)不重要。

而現(xiàn)在變?yōu)榻鉀Q實(shí)際生活中的問題，實(shí)驗(yàn)操作沒有變，但是學(xué)生的重視程度發(fā)生了變化，同樣的牛奶樣品，同樣的EDTA試劑，最后的測(cè)定結(jié)果卻是千差萬別，如果是給廠家提供檢測(cè)報(bào)告，哪個(gè)數(shù)據(jù)可以采信？首先要保證自己測(cè)定的有效性，由此引導(dǎo)學(xué)生思考誤差的來源。此時(shí)很多學(xué)生能夠認(rèn)識(shí)到，有些誤差是由于條件限制造成的系統(tǒng)誤差，是在所難免的，而有些誤差則是人為造成的隨機(jī)誤差，是可以通過多次實(shí)驗(yàn)取平均值來降低的（如表1），也就是定量實(shí)驗(yàn)中最基本也是最重要的環(huán)節(jié)——平行實(shí)驗(yàn)。

這樣，學(xué)生重新審視實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、原理、藥品及儀器選擇、實(shí)驗(yàn)基本操作、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄整理等，對(duì)自己的思維過程進(jìn)行反思、監(jiān)控和調(diào)整，提高了學(xué)生元認(rèn)知能力，鍛煉了思維的連續(xù)性，同時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)具有積極的指導(dǎo)意義，以至于對(duì)學(xué)生整體思維能力的提高起到了重要作用[1]35。

三、培養(yǎng)學(xué)生控制條件的意識(shí)

測(cè)定牛奶中的鈣含量使用的是絡(luò)合滴定法，而EDTA 與金屬離子的絡(luò)合反應(yīng)存在酸效應(yīng)、選擇性，且絡(luò)合滴定中所使用的金屬指示劑也是一種有機(jī)絡(luò)合劑，也存在酸效應(yīng)問題。所以，選擇和控制滴定條件在絡(luò)合滴定分析實(shí)驗(yàn)中十分重要[3]。我們知道，EDTA與不同的金屬離子所形成的絡(luò)合物穩(wěn)定性不同，而絡(luò)合物穩(wěn)定性的大小又與溶液酸堿度有關(guān)。所以控制溶液酸堿度在適當(dāng)范圍內(nèi)可使被滴定離子與EDTA穩(wěn)定絡(luò)合，定量地反應(yīng)，還可消除某些干擾離子的影響。另外，很多指示劑在不同的酸堿度條件下呈現(xiàn)不同顏色，所以只有在合適的條件下才能發(fā)揮指示劑的作用。

課上選擇的指示劑是最常用的鉻黑T，其與Ca2+、Mg2+形成紫紅色配合物，而沒有和Ca2+、Mg2+反應(yīng)的鉻黑T為純藍(lán)色，該反應(yīng)需要在pH=10時(shí)進(jìn)行，因?yàn)轱@酸性時(shí)鉻黑T不變色。

課上一部分學(xué)生選定牛奶做樣品，還有一部分學(xué)生選定蝦皮做樣品，這些學(xué)生都遇到了困難，發(fā)現(xiàn)滴入很多EDTA之后，溶液依然不變色，尤其是測(cè)定蝦皮鈣含量實(shí)驗(yàn)時(shí)，即使減少樣品量，有時(shí)問題依然存在。此時(shí)教師拿出一只學(xué)生實(shí)驗(yàn)失敗的錐形瓶，往里面加入一些氨緩沖溶液，終點(diǎn)顏色出現(xiàn)了。原因在于，蝦皮中的鈣不能溶于水，樣品需要使用鹽酸充分浸泡才能將其中的鈣元素溶解出來，按照參考資料提供的加入氨緩沖溶液體積，溶液依舊是酸性環(huán)境，而在酸性環(huán)境中，鉻黑T永遠(yuǎn)不會(huì)變色。這個(gè)現(xiàn)象讓學(xué)生明白了這個(gè)實(shí)驗(yàn)對(duì)于控制pH值的重要性。這也反映出我們教學(xué)還需強(qiáng)化中學(xué)生知識(shí)遷移能力的培養(yǎng)和訓(xùn)練。

四、培養(yǎng)學(xué)生求異思維

中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)課題絕大部分都是教學(xué)大綱和教材中事先規(guī)定的。學(xué)生對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的理解和分析都離不開理論思維。在教學(xué)中，從提出實(shí)驗(yàn)課題時(shí)起，就有必要采取有效的方法使學(xué)生一開始就進(jìn)入積極思維狀態(tài)。

例如本實(shí)驗(yàn)在鍛煉了學(xué)生類比思維的同時(shí)，也強(qiáng)化了求異思維。培養(yǎng)學(xué)生的求異思維是建立在求同思維的基礎(chǔ)上，充分認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)的實(shí)質(zhì)、規(guī)律之后，采用盡可能多的方法達(dá)到同一目的，殊途同歸。對(duì)于如何能夠測(cè)定鈣的含量，我們不固定方法，旨在引發(fā)學(xué)生的頭腦風(fēng)暴，盡可能多地想出測(cè)定鈣含量的方法。在大多數(shù)學(xué)生都選擇教師給出的常規(guī)方法時(shí)，有的同學(xué)敢于選擇文獻(xiàn)提供的其他方法。比如除了EDTA滴定法，還可以使用KMnO4進(jìn)行反滴定；對(duì)于固體樣品的鈣含量測(cè)定，學(xué)生想到了灰化，很快學(xué)生就發(fā)現(xiàn)以氧化物形式存在的鈣元素是不能直接滴定的，此時(shí)需要學(xué)生開動(dòng)腦筋思考怎樣先使鈣離子出來……一切能夠沉淀鈣離子的方法我們都可以討論實(shí)驗(yàn)的可行性，這亦是批判思維的具體體現(xiàn)，也是發(fā)散思維的本質(zhì)所在。在教學(xué)過程中，學(xué)生敢于采用不同的實(shí)驗(yàn)方法，教師就給予鼓勵(lì)，讓學(xué)生去嘗試，鼓勵(lì)求異思維就是發(fā)展創(chuàng)造性思維。

在這樣一個(gè)小實(shí)驗(yàn)中，我們著重培養(yǎng)學(xué)生辯證邏輯思維的能力。中學(xué)階段，學(xué)生的抽象邏輯思維占主導(dǎo)地位，并慢慢地向辯證邏輯思維轉(zhuǎn)化。他們一方面積極尋求對(duì)各種經(jīng)驗(yàn)材料、具體事實(shí)做出規(guī)律性的說明，另一方面要用理論知識(shí)進(jìn)一步擴(kuò)大他們的知識(shí)領(lǐng)域。學(xué)生這一時(shí)期的思維發(fā)展特點(diǎn)說明學(xué)生自身內(nèi)在的生理及心理?xiàng)l件已經(jīng)具備了對(duì)他們進(jìn)行更深層次思維訓(xùn)練的可能。學(xué)生思維的發(fā)展也需要教師在教學(xué)內(nèi)容的選擇、組織和講解上滿足他們思維更高層次的能力要求。激勵(lì)學(xué)生大膽地刨根問底，探索化學(xué)世界的奧妙，從而提高其分析問題和解決問題的能力[1]8。

本實(shí)驗(yàn)選取的是貼近生活的實(shí)驗(yàn)材料——牛奶和蝦皮，這樣將教學(xué)的事實(shí)性知識(shí)置于真實(shí)的問題情境中，教學(xué)內(nèi)容就顯得生動(dòng)且有意義，所以能夠充分地調(diào)動(dòng)學(xué)生的興趣，讓其表現(xiàn)出參與化學(xué)科技活動(dòng)的熱情，增強(qiáng)學(xué)生將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生產(chǎn)、生活實(shí)踐的意識(shí)，為今后能夠?qū)εc化學(xué)有關(guān)的社會(huì)和生活問題做出合理的判斷提供了實(shí)踐基礎(chǔ)[4]。因此，深度學(xué)習(xí)能夠提升學(xué)習(xí)者的問題解決、高階思維、自主學(xué)習(xí)和知識(shí)創(chuàng)新等高階能力[5]。

（最后，感謝中國人民大學(xué)附屬中學(xué)的老師和同學(xué)在本課實(shí)施過程中給予的幫助?。?/p>

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