張璐
摘要:分析了“探究無明顯現(xiàn)象的化學反應是否發(fā)生?”的教學背景與相關內容的教學現(xiàn)狀;闡釋了以該課題為例,基于情境與問題導向、活動驅動以培育學生核心素養(yǎng)的教學理論和具體教學實施過程。首先選擇具有發(fā)展性的學習探索情境,巧妙構思針對每個教學環(huán)節(jié)的具有思維含量、可引導學生活動的大小問題,再由此創(chuàng)設基于問題解決、提升能力的不同形式的學生活動,以培育學生核心素養(yǎng)。
關鍵詞:情境與問題;學生活動;核心素養(yǎng)培養(yǎng);無明顯現(xiàn)象的化學反應;化學復習課
文章編號:1008-0546(2022)05-0018-08中圖分類號:G632.41文獻標識碼: B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.004
一、問題的提出
1.教學背景分析
“探究無明顯現(xiàn)象的化學反應是否發(fā)生?”實驗專? 題涉及到的物質知識(定性)涵蓋了金屬、氧化物、酸、堿、鹽類物質的物理與化學性質,也同時關注物質用? 量(定量)對反應后物質組成的影響。該專題可提升? 的學生實驗能力有:物質的檢驗,根據特定實驗目的? 設計簡單實驗,規(guī)范描述實驗步驟和準確描述實驗的? 現(xiàn)象,對于實驗現(xiàn)象和數據進行推理分析。專題相關? 知識內容在《上海市初中化學學科教學基本要求(試? 驗本)》[1]中體現(xiàn)的學習水平均為B 級。對于學生而? 言,“探究無明顯現(xiàn)象的化學反應是否發(fā)生?”是有難? 度的實驗內容。學生盡管以教材中無明顯實驗現(xiàn)象? 的三個化學反應(“二氧化碳和水的反應”“無明顯現(xiàn)? 象的酸堿中和反應”“氫氧化鈉與二氧化碳的反應”) 為探究依據,學習了從“證有新物質”和“證無反應物”兩方面來分析和解決問題,但對于該特定化學思路的? 理解不到位,在分析相關問題或設計實驗方案時思路? 不清或缺乏思路和方法[2,3]。
筆者所授課班級學生有較好的知識基礎和學習能力,本節(jié)課前存在的問題是:分析問題時,證據意識不夠強烈,思考問題不夠全面和嚴謹,遷移運用所學知識解決新情境中問題的能力有待提高。這些能力是學生在中考時拿高分的重要保障,更是良好學習力(科技的創(chuàng)新和發(fā)展以及知識的累積和更迭,需要我們擁有超強的學習力來傳承和創(chuàng)新)的幾個主要指標。
綜上所述,將“探究無明顯現(xiàn)象的化學反應是否發(fā)生?”作為上教版(試用本)第五章和第六章的一節(jié)專題復習課,通過選擇合適的探索情境,引導學生在充分的“做”“想”“講”中認識歸納解決特定問題的思路和方法并加以運用,是具有很高的復習價值的。
2.教學現(xiàn)狀分析
對目前已有的關于“探究無明顯現(xiàn)象的化學反應是否發(fā)生?”的教學設計進行分析,發(fā)現(xiàn)有以下特點:第一,教學設計都非常重視培養(yǎng)學生的證據意識,因此對于實驗方法和裝置的設計與改進進行了充分有深度的探索。涉及的實驗手段有“試管反應”也有“數字化實驗”,這樣可激發(fā)了學生學習的興趣,提升依據實驗現(xiàn)象與數據進行推理的能力。第二,絕大部分論文都是由證明“無明顯現(xiàn)象中和反應”或“氫氧化鈉與二氧化碳反應”發(fā)生的教學設計而展開的,沒有涉及綜合教材各相關實驗內容或引導學生解決新的情境問題的教學設計。因此,在引導學生形成解決特定問題的思路方法、培養(yǎng)知識遷移能力和思維靈活性方面還有探索的空間。第三,教師們充分挖掘教學素材,設計了系列方法來探究化學反應的發(fā)生。例如:產物檢驗法、壓強變化法、定量測定法、直接證明法和pH 檢驗法等。實驗方法類別繁多,但各方法之間的潛在關系未被充分挖掘,解決問題的思路不夠貼近概念本質,這樣不利于學生深刻理解和遷移運用。探究物質是否發(fā)生了化學反應,需要以化學反應的實質和典型特征為基本依據,由此形成的解決問題的思路才具有方法論的意義和價值,才可以提升學生對化學反應的認識[4]。
因此,“探究無明顯現(xiàn)象的化學反應是否發(fā)生?”復習專題力求將學生的學習過程置于一個新的問題? 情境中,學生沿著設計好的問題路徑,親歷不同形式? 的探究活動,將原有認知模型進行優(yōu)化,提升思維的? 深刻性、全面性和嚴謹性。
二、教學理論基礎與教學設計說明?? 1.情境與問題是化學教學的“腳手架”
福建師范大學余文森教授說:“情境之于知識,猶如湯之于鹽,鹽需要溶入湯中才能被吸收,知識也需要溶入情境之中才能顯示其活力與美感,才能容易被學生理解、消化、吸收?!边m宜的情境一般是與實際問題的解決聯(lián)系在一起的,學習目標的達成就在問題解決的過程中[5]。為了保證情境能充分發(fā)揮其功能,復習課中創(chuàng)設的情境更要力求真實有效、貼近內容、貼近學生及可引發(fā)探究(如圖1所示)。
本節(jié)課設計了三條教學“線路”:明線是探究碳酸氫鈉和氫氧化鈉是否發(fā)生化學反應?暗線是對探究二氧化碳與水、二氧化碳與氫氧化鈉、鹽酸與氫氧化鈉三個化學反應發(fā)生實驗的深化理解,以及對實驗思路、物質轉化和實驗手段的掌握。學生的活動推動了這三條線的同時進行。教學時,先將已學過的知識整理歸納兩個實驗思路,使之與新問題緊密聯(lián)系起來,引導學生思維遷移;再通過實驗探究活動優(yōu)化認知模型。
這里選擇探究NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O反應的發(fā)生,是因為它無明顯現(xiàn)象,學生對與反應涉及到物質的性質熟悉或容易探究理解,且無論從“證有新物質”或“證無反應物(完全反應)”哪個角度看,都有較大的探究空間用以開展學生活動。
無論是布魯納的發(fā)現(xiàn)法,杜威的問題教學法,還是建構主義提出的基于問題學習,前提都是創(chuàng)設合適的教學情境,再圍繞情境設計具有趣味性,有思考價值、有意義的情境問題。通過對問題的思考和解決,建構知識,發(fā)展解決問題的能力;通過圍繞問題展開的合作、交流和自主探究等方式,使學生真正參與學習的過程,成為學習的主體,讓學習真實發(fā)生[6]。在本示例的活動設計中,嘗試以大問題構建活動的邏輯結構,再創(chuàng)建適切的引導性小問題,將活動中的各個環(huán)節(jié)串聯(lián)成了一個連續(xù)的、遞進的學生思維能力發(fā)展的過程,組成了一個生動有價值的學習活動[7]。課堂內問題的設計也有意識地關注化學素養(yǎng)達成情況的診斷。
邏輯清晰、設計意圖分明的問題(見表1)讓課堂結構有序,更好地引導學生開展活動解決問題。各環(huán)節(jié)間問題的設計注重知識間的內在聯(lián)系,讓學生知道怎么想和如何做。這樣分階段遞進式地促進學生形成解決特定問題的思路與方法,讓發(fā)展學生化學學科思維方式和解決問題能力的目標落實在具體的任務解決過程中。
2.學生活動是化學教學的“催化劑”
每一份教學設計都是為使課堂教學達成教學目標,而其中融合了探究性學習活動的教學設計與課堂對于學生的培養(yǎng)才最有價值與生命力。學生只有經歷了對知識主動加工和處理的過程,才會不僅知其然,而且知其所以然,達到對知識的靈活應用,且能感受知識獲得的樂趣和快樂,更好地形成思維,提升能力。在設計學生活動時要考慮,基于知識間的內在聯(lián)系,對學生認識發(fā)展有整體考慮,讓問題的解決與“思路”的形成同步(如圖2所示);將學生認識思路的形成和發(fā)展作為顯性目標,以問題驅動學生經歷建構思路的過程。
本節(jié)課是主題式實驗探究課,學生圍繞階段性的特定問題進行探究。教師以問題解決為主要目標,依據整體設計好的大、小問題組織了多樣化的學習方式,如:歸納討論、動手實驗(試管實驗及數字化實驗)、設計實驗、表達交流、查閱資料和解釋問題等。
三、基于情境與問題導向、學生活動驅動的教學設計
學生在真實有效、具有挑戰(zhàn)性的學習情境中,在精心設計的問題引導下,經歷歸納概括、實驗設計與驗證、查閱資料、解釋問題、表達交流等活動解決了新的問題情境,同時將原有認知模型進行優(yōu)化,形成并運用解決此類實驗問題的思路模型,提升了化學觀念與素養(yǎng)。
(如圖3所示)
1.教學與評價目標
【教學目標】
(1)通過探究不熟悉的 NaHCO3與 NaOH 是否反應的過程,形成解決這類問題的思路,進一步培養(yǎng)知識遷移、歸納概括、證據推理的能力,鍛煉全面、嚴謹的思維。
(2)通過理解探究無明顯現(xiàn)象化學反應是否發(fā)生的思路,掌握相關的認知模型。
(3)通過動手實驗探究NaHCO3的相關化學性質,設計實驗探究 NaHCO3與 NaOH 是否反應并進行分析,培養(yǎng)設計實驗與動手實驗的能力。
【評價目標】
(1)通過交流與點評基于特定思路證明NaHCO3與NaOH反應發(fā)生的實驗設計,診斷并發(fā)展學生物質性質的實驗探究設計的水平(孤立水平、系統(tǒng)水平)。
(2)通過運用特定思路對具體無明顯現(xiàn)象化學反應發(fā)生證明方法的判斷與分析,診斷并發(fā)展學生認識思路結構化的水平。
(3)通過對小組實驗、數字化實驗的交流與點評,診斷并發(fā)展學生證據推理的能力。
2.教學與評價思路
化學日常學習評價不能游離于化學教育學之外,應與化學教育學活動有機融合在一起[8]。教學設計應緊緊圍繞發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)這一主旨,將評價滲透到教學活動的整個過程,通過評價引導和促進學生的學習。本節(jié)課的教學與評價思路見圖4。
3.教學實錄
(1)基于組成相似性質相似,引出新的實驗情境? 【情境】觀察 Ca(HCO3)2溶液與 NaOH溶液混合、NaHCO3溶液與NaOH溶液混合的現(xiàn)象,并基于物質組成推斷反應的發(fā)生。
【問題】見表1。
【學生活動】觀察現(xiàn)象,基于實驗現(xiàn)象與“同類物質化學性質相似”的化學觀念推斷化學反應的發(fā)生。
【評價任務】從基于概念原理水平診斷并發(fā)展學生對物質及其轉化思路的認知水平(見圖5)。
設計意圖:通過本環(huán)節(jié)的設置,建構了預測物質變化認知模型,提升了學生模型認知的水平;培養(yǎng)了宏觀辨識與微觀辨析的素養(yǎng),同時激發(fā)繼續(xù)探索學習的興趣。
(2)建構、遷移運用證明無明顯現(xiàn)象化學反應發(fā)生的實驗思路一
【情境】依據思路一設計證明NaHCO3與NaOH反應發(fā)生的實驗方案,見圖6。
【問題】見表1。
【學生活動】學生小組對“探究二氧化碳與水反應的發(fā)生”及“探究氫氧化鈉與二氧化碳反應的發(fā)生”兩個探究實驗進行思考,討論歸納證明無明顯現(xiàn)象化學反應發(fā)生的思路一。通過實驗了解NaHCO3與相關物質反應的現(xiàn)象,對比分析 NaOH 與 NaHCO3的相關化學性質按思路一設計實驗證明NaOH 與NaHCO3與反應發(fā)生,并進行實驗評價。
【評價任務】根據問題的思考、分析討論與交流診斷學生認識思路結構化的水平;根據實驗設計方案的交流與評價,診斷并發(fā)展學生物質性質的實驗探究設計的水平(孤立水平、系統(tǒng)水平)。
設計意圖:學生對已學“探究二氧化碳與水反應的發(fā)生”及“探究氫氧化鈉與二氧化碳反應的發(fā)生”兩個探究實驗從“證有新物質”的角度進行深入比較思考,形成證明化學反應發(fā)生的一種思路:在反應后加入一種物質,通過明顯的現(xiàn)象證明有新物質生成;該物質(或一種實驗方法)與新物質作用有明顯現(xiàn)象而與各反應物不作用或作用無相關現(xiàn)象。在通過動手實驗拓寬了對NaHCO3化學性質的了解后,學生不難找到解決問題的合適方案:取氫氧化鈉溶液于試管,加入碳酸氫鈉溶液,再滴加氯化鈣溶液,若有白色沉淀生成,則有碳酸鈉生成,該反應發(fā)生了。在本學習環(huán)節(jié)中,學生作為主動的、積極的知識的探究者,參與建立解決特定問題的一種化學思路的過程,并以框圖的形式使這一思路顯性化(見圖1)以深化理解。學生按此認識思路進行遷移運用,合理進行實驗設計和評價,培養(yǎng)學生思維的深刻性。
(3)建構、遷移運用證明無明顯現(xiàn)象化學反應發(fā)生的實驗思路二
【情境1】查閱資料、實驗探究 NaHCO3、NaOH、 Na2CO3的化學性質,為按思路二證明NaHCO3與NaOH 發(fā)生反應提供證據。
【問題】見表1。
【學生活動】學生小組對“探究氫氧化鈉與鹽酸發(fā)生反應”探究實驗進行思考,討論歸納證明無明顯現(xiàn)象化學反應發(fā)生的思路二。查閱資料了解 NaHCO3、 NaOH、Na2CO3受熱是否分解這一性質,并通過數字化實驗探究NaHCO3溶液受熱分解的性質(見圖7)。
【評價任務】根據問題的思考、分析討論與交流診斷學生認識思路結構化的水平;根據實驗設計方案的交流與評價,診斷并發(fā)展學生的實驗方案設計和質疑思辨的水平。
設計意圖:學生對已學“探究氫氧化鈉與鹽酸反應的發(fā)生”探究實驗從“證無反應物”的角度進行深入思考,形成證明化學反應發(fā)生的第二種思路:確保一種反應物被消耗完全,通過加入一種物質(或一種實驗方法)產生明顯的現(xiàn)象證明無該反應物;反應后加入的化學試劑與該反應物作用有明顯現(xiàn)象而與其他反應物及各生成物不作用或作用無相關現(xiàn)象。學生通過思考后發(fā)現(xiàn)依據已知物質性質無法證明NaHCO3? 與NaOH反應發(fā)生,需要了解物質更多的性質。學生通過查閱資料,知道碳酸氫鈉固體在50°C 時開始分解,270°C 分解完全。由此探究碳酸氫鈉溶液是否受熱會分解產生二氧化碳,讓學生感受到科學研究需要有嚴謹的科學態(tài)度。加熱碳酸氫鈉溶液實驗現(xiàn)象不明顯,借助數字傳感器分析讓學生又感受到定量研究的神奇。比如,在加熱碳酸氫鈉溶液實驗中,教師近距離拍攝溫度傳感器的金屬棒,才看見少量的氣泡附著在表面。而課堂在加熱碳酸氫鈉溶液時,同時用二氧化碳傳感器和溫度傳感器,就可以將二氧化碳濃度的變化轉化成具體的數據和曲線,發(fā)生明顯的變化。本環(huán)節(jié)的設置也注重培養(yǎng)學生證據推理的化學素養(yǎng);融合創(chuàng)新模擬實驗與數字化實驗,應用新技術解決問題,凸顯學科價值。
【情境2】依據思路二實驗探究 NaHCO3與 NaOH 反應發(fā)生,并進行實驗評價(見圖8)。
【問題】見表1。
【學生活動】按思路二設計實驗探究 NaHCO3與 NaOH反應發(fā)生;觀察按實驗方案進行的數字化實驗,并依據實驗數據對實驗進行分析評價。
【評價任務】根據學生的方案設計及評價情況,診斷并發(fā)展學生化學實驗探究的水平(定性水平以及定量水平)、證據推理的能力以及質疑思辨的水平。
設計意圖:學生往往會因為思考問題不嚴謹和不全面而在分析問題時產生錯誤。教師準確把握易錯內容,針對性設計活動促進學生能力和思維的發(fā)展。在將過量的NaOH 溶液與 NaHCO3溶液混合后,學生會因不能全面考慮體系中各物質的性質而認為加熱混合后溶液不會有CO2生成,因此體系內CO2的濃度保持不變。學生觀看實驗中CO2的濃度是減小的,進而思考分析出,假設兩種物質不反應,NaOH 會吸收 NaHCO3受熱分解產生的CO2,體系內CO2的濃度也不會增加。因此,這個方法不能用來證明反應的發(fā)生。經歷兩個探究活動后,在課堂上能感受到學生批判性思維的成長,預期實現(xiàn)知識的學習由低階思維和高階思維的聯(lián)通。通過本環(huán)節(jié)的設置,讓學生在不斷完善知識體系的基礎上形成結構化的認知體系,提升學生應用知識解決問題的能力。
(4)深化理解與運用探究無明顯現(xiàn)象化學反應發(fā)生的兩種實驗思路
【情境】辨析實驗思路一、二是否適用于證明每個化學反應(重點分析課內學習的三個化學反應)的發(fā)生(見圖9)。
【問題】見表1。
【學生活動】辨析實驗思路一、二是否適用于證明每個化學反應;根據給定 NaOH 與 NaHCO3的溶解性設計實驗證明NaOH與CO2發(fā)生了化學反應。
【評價任務】根據問題思考、分析評價,診斷并發(fā)展學生認識思路結構化的水平和實驗設計能力。
設計意圖:學生深化理解了“探究二氧化碳與水? 反應的發(fā)生”“探究氫氧化鈉與二氧化碳反應的發(fā)生”以及“探究氫氧化鈉與鹽酸反應的發(fā)生”三個經典實? 驗內容;深刻領悟到對于有特定目的實驗(比如,探究? 無明顯現(xiàn)象反應的發(fā)生)有特定的實驗思路:我們要嚴謹得依據化學反應中各個物質的化學或物理性質,創(chuàng)造條件獲得證據,由此分析得到可靠的結論。關注培養(yǎng)學生的思辨能力,通過探究、討論知道不是所有無明顯現(xiàn)象化學反應都能用“證有新物質”與“證無反應物”兩種實驗思路來進行證明,需依據物質性質具體分析實驗方案的合理性。
4.結構化的板書設計體現(xiàn)核心知識、觀念的模型建構
結構化板書(見圖10)呈現(xiàn)使教學過程更為清晰、幫助學生觀念建構得更為清晰。教師引導學生建構形成探究無明顯現(xiàn)象化學反應發(fā)生的兩種思路,并用圖示法將這兩種思路及相關的核心素養(yǎng)與觀念顯性化。學生按此思路就能進行靈活遷移,對探究其他無明顯現(xiàn)象的化學反應的發(fā)生能較順利地設計出實驗方案。課堂教學中,教師也在副板書上用簡潔清楚的符號表征(書寫化學方程式)幫助對動態(tài)的化學變化進行分析,這對學生的指導非常具體和有效。
5.延伸學習活動維度的作業(yè)設計
學生在課堂內獨自或以小組形式參與了多樣化的學生活動;在課后,學生活動形式的維度也是多向的:適量的紙筆作業(yè)幫助學生鞏固提升設計實驗與評價實驗的能力;通過觀看、思考與交流碳酸氫鈉溶液加熱分解系列實驗(見圖11,可掃碼觀看),培養(yǎng)科學探究與創(chuàng)新意識;通過走進實驗室,按小組設計的新方案動手實驗探究 NaOH 與 CO2的反應的發(fā)生,培養(yǎng)勤于實踐、善于合作的精神,發(fā)展思維的深刻性與全面性。
四、結語
本課例創(chuàng)設學習探索情境,通過任務驅動解決新的問題,進行相關物質性質的復習,掌握解決特定實驗問題的思路,培養(yǎng)實驗探究、證據推理、模型認知的核心素養(yǎng)。本課例曾獲區(qū)域內教學比賽化學(初中組)一等獎、“一師一優(yōu)課、一課一名師”活動區(qū)級優(yōu)課;在外省市進行過一次交流展示,課堂中學生學習積極性高,也得到聽課教師們的一致好評。本課例取得較好的教學效果,在按“基于情境與問題導向、活動驅動課堂”的原則進行教學設計的同時,也在以下方面做認真思考。
首先,確定好教學主題與教學目標后,先從學科本質出發(fā)初定教學邏輯與教學主線。
然后根據教學目標篩選合適的情境,根據大小情境確定有引導性、啟發(fā)性的大小問題。其次再設計組織以學生為主體的形式豐富的活動。最后再調整理清教學邏輯與教學主線,力求教學環(huán)節(jié)條理清晰且緊湊,同時注重學科思想、方法的提煉。學生活動要切合主題,避免出現(xiàn)形式大于內容與教學內容不相關的活動。在本課例中,學生通過實驗探究了解物質性質、驗證實驗方案;數字化系列實驗設計科學且必要性強,將不能清晰辨析的現(xiàn)象顯性地表現(xiàn)出來,使實驗證據更充分更可信。教學設計也要突出以學生為主體,把課堂交給學生:教學過程中注意引導、激發(fā)學生獨立思考、合作交流;將對問題的表達和解釋權盡可能地留給學生,引導他們進行科學規(guī)范的表達。
如果這節(jié)課還有一次執(zhí)教的機會,仍有可以改進的地方:還可以再給學生更多獨立思考和表達的機會,如:增加他們交流研討的時間;可以讓學生在課后用圖示或海報的形式將特定實驗問題的解決思路外顯出來,再到課堂上進行交流。力求更好地培養(yǎng)他們思維的深刻性,靈活的遷移能力和表達交流的能力。
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