張莉
(新疆生產(chǎn)建設(shè)兵團(tuán)第四師第一中學(xué),新疆 伊犁)
核心素養(yǎng)下教師精心設(shè)計的學(xué)習(xí)活動要以學(xué)生為主體,在真實情境下學(xué)習(xí)化學(xué)知識和原理,再把所學(xué)的知識和原理運用到生活中,解決與化學(xué)有關(guān)的社會問題?!镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017版,2020年修訂)》(以下簡稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”)必修和選擇性必修中建議的學(xué)習(xí)活動共158個,包括實驗與探究活動(98個)和調(diào)查與交流討論(60個)。以高中生現(xiàn)有的知識體系和技能,科技創(chuàng)新是可以做到的。
課程標(biāo)準(zhǔn)建議的學(xué)生活動實驗與探究活動在必修和選擇性必修教科書上欄目是實驗X-X、實驗活動(課程標(biāo)準(zhǔn)中要求的“學(xué)生必做實驗”)、探究、研究與實踐。
課程標(biāo)準(zhǔn)中高中化學(xué)必修和選擇性必修中學(xué)生必做實驗共18個,涉及化學(xué)物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)規(guī)律、物質(zhì)的制備、物質(zhì)的分離與提純、物質(zhì)的檢驗以及基本思路和操作方法。例如,配制一定物質(zhì)的量的濃度溶液和“酸堿中和滴定”實驗是教材中僅有的兩個定量實驗,是分析化學(xué)的基礎(chǔ)實驗。物質(zhì)性質(zhì)實驗旨在培養(yǎng)學(xué)生敏銳的觀察力和洞察力,同時使其掌握物質(zhì)的性質(zhì)。例如,探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素可用變量控制的方法,這是科學(xué)探究中常用的方法。把變量控制的方法運用到化學(xué)能轉(zhuǎn)化電能的干電池實驗,探究用生活中材料制作的簡單電池的性能比較。
課程標(biāo)準(zhǔn)強(qiáng)調(diào)教師在課堂教學(xué)中積極引導(dǎo)學(xué)生開展科學(xué)探究,讓學(xué)生掌握科學(xué)探究的過程,即發(fā)現(xiàn)問題,提出問題;查閱文獻(xiàn),設(shè)計探究方案;完成實驗,得出結(jié)論。學(xué)生在科學(xué)探究中,通過實踐可促進(jìn)協(xié)同合作,培養(yǎng)敢于質(zhì)疑和勇于創(chuàng)新的意識。例如,濃硫酸和銅加熱反應(yīng),在各個版本的教科書上都出現(xiàn)過并配有彩圖。高中生都親眼見過這個實驗過程或者親自做過這個實驗,但是只有極少數(shù)的學(xué)生在做實驗的過程中發(fā)現(xiàn)反應(yīng)過程中有黑色的物質(zhì)生成,從而批判質(zhì)疑,提出困惑:黑色的物質(zhì)是什么呢?這激發(fā)了學(xué)生的好奇心和求知欲。學(xué)生提出各自的假設(shè),假設(shè)1:黑色物質(zhì)是氧化銅?假設(shè)2:黑色物質(zhì)是硫化亞銅?假設(shè)3:黑色物質(zhì)是硫化銅?假設(shè)4:黑色物質(zhì)是混合物嗎?化學(xué)科技小組通過實驗探究并撰寫科技論文解決了這一問題,獲全國28屆青少年科技創(chuàng)新大賽三等獎。學(xué)生也可以把課堂中學(xué)會的科學(xué)探究方法運用到與化學(xué)有關(guān)的社會熱點問題上。例如,比較生活中除甲醛方法的利與弊,樹立正確的人生價值觀,落實并提升學(xué)科核心素養(yǎng)。
學(xué)生自己設(shè)計科學(xué)探究實驗是高中生科技創(chuàng)新的萌芽和初探。例如,將Ba(OH)2·8H2O和NH4Cl在研缽中研磨,然后放入燒杯中,滴入少量水,用手觸摸燒杯的底部或者在玻璃片上滴些水,看兩者能否凍在一起,從而證明這個反應(yīng)是吸熱反應(yīng),是熱能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能的化學(xué)反應(yīng)。但是在整個實驗過程中有大量的刺激性氣味的氣體產(chǎn)生,污染了環(huán)境。出于綠色化學(xué)的考慮,學(xué)生大膽假設(shè)并實驗論證,最終得到兩個較好的實驗改進(jìn)方案,一是在燒杯上蓋個紙蓋并且戳些洞,在洞上放上蘸有硫酸的棉花。二是把實驗藥品放在氣球里反應(yīng),用手摸可以感受到?jīng)?,氣球是一個密閉可以看到膨脹的容器,氣球體積變大證明有氨氣生成,也達(dá)到了綠色化學(xué)的目標(biāo)。這樣可以促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變,使其主動學(xué)習(xí),主動探究未知領(lǐng)域。
學(xué)生活動“調(diào)查與交流討論”在教材中出現(xiàn)在思考與交流、課后習(xí)題、科學(xué)史等欄目?!罢{(diào)查與交流討論”是通過查閱文獻(xiàn)和實地考察收集資料、研究資料,與他人分享、交流與討論成果,協(xié)同合作。學(xué)生查閱文獻(xiàn)可獲得書本外的知識,學(xué)會使用數(shù)據(jù)庫,文獻(xiàn)是對已有研究的體現(xiàn),學(xué)生只有站在科技前沿,了解哪些是別人已經(jīng)研究過的,了解哪些是別人沒有研究過的,才能提出新的方法、新的角度、新的方案,進(jìn)行科技創(chuàng)新。例如,查閱合成氨、藥物合成、合成材料、環(huán)境保護(hù)等對提高人類生活質(zhì)量的影響。學(xué)生可開展實地考察,如調(diào)查市場常見化學(xué)電池的種類。學(xué)生走進(jìn)超市、批發(fā)市場、工業(yè)生產(chǎn)工具店等不同類型的商店調(diào)查,增強(qiáng)調(diào)查的廣度,增強(qiáng)數(shù)據(jù)的可靠性和有效性。電池按一次電池和二次電池分類,做好統(tǒng)計圖,記錄數(shù)據(jù)和分析數(shù)據(jù)。為了方便數(shù)據(jù)的展示,學(xué)生可以采用餅狀圖或柱狀圖呈現(xiàn)結(jié)果?!敖涣髋c討論”,如舉辦小小化學(xué)家論壇,分享高中生科技創(chuàng)新成果。每年校級、師市、兵團(tuán)、全國高中生科技創(chuàng)新大賽逐級遴選舉行,給獲獎高中生科技創(chuàng)新人才搭建展示的平臺,也為參與活動的每一位高中生埋下創(chuàng)新的種子,激發(fā)他們的創(chuàng)新意識,他們認(rèn)為創(chuàng)新距離自己很近,觸手可得。
在高中化學(xué)教學(xué)中,學(xué)??砷_展大手拉小手的活動,構(gòu)建區(qū)域校內(nèi)外合力,促高中生科技創(chuàng)新,也可以建立高等院校、科普設(shè)施、科教企業(yè)與高中生科技教育活動聯(lián)動的機(jī)制,還可以利用“雙導(dǎo)師制”指導(dǎo)學(xué)習(xí)活動。例如,走訪科研機(jī)構(gòu),了解物質(zhì)結(jié)構(gòu)研究的現(xiàn)代化技術(shù)和先進(jìn)成果。開展伊犁河水質(zhì)的成分研究和水污染的問題以及沿河兩岸工廠污染物排放的問題。鑒于我們學(xué)校的硬件完不成這個項目,需要有資質(zhì)的單位幫扶我們,伊寧市環(huán)保局是高中生科普基地,可以幫助我們完成研究。同時在專業(yè)人士的引領(lǐng)下,學(xué)生感受到了化學(xué)的魅力,激發(fā)了學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。
教材中的科學(xué)史話欄目涉及化學(xué)家、化學(xué)史料和化學(xué)發(fā)現(xiàn)等拓展性內(nèi)容。例如,氧化還原反應(yīng)概念的發(fā)展:1774年,法國化學(xué)家拉瓦錫提出燃燒的氧化學(xué)說,人們以得氧和失氧定義氧化還原反應(yīng)。1852年,英國化學(xué)家弗蘭克蘭提出化合價的概念,人們以化合價升高和降低定義氧化還原反應(yīng)。1897年,英國物理學(xué)家湯姆孫發(fā)現(xiàn)電子,人們以電子的轉(zhuǎn)移定義氧化還原反應(yīng)。“化學(xué)史”學(xué)習(xí)活動讓學(xué)生掌握化學(xué)知識和化學(xué)原理的同時,感受到了科學(xué)家們的研究歷程,樹立崇尚真理的意識,不斷探索和創(chuàng)新,服務(wù)社會,推動科學(xué)技術(shù)的發(fā)展。
STSE(科學(xué)·技術(shù)·社會·環(huán)境)綜合實踐活動可激發(fā)高中生科技創(chuàng)新的科研潛質(zhì),提升科學(xué)素養(yǎng)。各學(xué)科融合探究的學(xué)生活動,是培養(yǎng)高中生科技人才的最佳載體。例如,距離我們學(xué)校1.5公里的伊寧市六星街歷史街區(qū),是學(xué)生自主選擇“STSE綜合實踐”的研究對象。有些學(xué)生想研究歷史街區(qū)特色美食——百年古蘭丹姆冰激凌的制作工藝;有些學(xué)生想研究拒絕使用添加劑的柳芭俄羅斯列巴面包房食物發(fā)酵的研究;有些學(xué)生想通過化學(xué)分析方法研究網(wǎng)紅藍(lán)墻面肺子美味湯汁的秘方;有些學(xué)生想研究歷史街區(qū)新能源開發(fā)利用的問題;有些學(xué)生想研究六星街歷史街區(qū)垃圾處理的問題;有些學(xué)生想研究六星街建筑材料的防腐蝕問題;有些學(xué)生想研究六星街主要污染物的來源及危害;有些學(xué)生想研究六星街污水排放問題和處理的情況;等等。學(xué)生帶著問題查閱文獻(xiàn)和實地考察,走進(jìn)伊寧市六星街。通過查閱文獻(xiàn),學(xué)生找到伊犁師范大學(xué)李教授和她的團(tuán)隊,得到了專業(yè)理論和知識的指導(dǎo)。高一(4)班杜××和?!羶蓚€學(xué)生無意中發(fā)現(xiàn)了語言景觀“工人街九巷”錯誤。這一發(fā)現(xiàn)激發(fā)了學(xué)生探索的欲望,社會責(zé)任感油然而生,她們協(xié)作共采集了96塊景觀語言語料,發(fā)現(xiàn)翻譯不當(dāng)共14處,并把自己的研究結(jié)果告知六星街所在的社區(qū)管理工作人員,改善了旅游文化建設(shè),并撰寫科技小論文《“一帶一路”下景區(qū)語言景觀的探究——伊寧市六星街歷史街區(qū)(AAAA級景區(qū))》參加2022年兵團(tuán)第20屆青少年科技創(chuàng)新大賽一等獎。高××和于×熱愛家鄉(xiāng),知道新疆伊寧市是“一帶一路”沿線最西部邊境城市,既是一所歷史文化名城,又是一所國家級優(yōu)秀旅游城市。伊寧市六星街是一個富有特色的歷史文化街區(qū),具有多元文化交匯的人文資源優(yōu)勢和獨特的城市格局。
基于核心素養(yǎng)的“學(xué)習(xí)活動”是高中生科技創(chuàng)新人才培養(yǎng)的重要方式。學(xué)習(xí)活動形式多種多樣和內(nèi)容層次豐富,在活動中師生教學(xué)相長,相互促進(jìn),學(xué)生轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式,主動學(xué)習(xí),建立高階思維,逐漸成為高質(zhì)量科技創(chuàng)新人才;教師在學(xué)習(xí)活動設(shè)計過程中成長為專家型教師,引領(lǐng)高中生科技創(chuàng)新??萍寂d則民族興,科技強(qiáng)則國家強(qiáng),科學(xué)技術(shù)和創(chuàng)新從來沒有像今天這樣深刻影響著國家的前途和命運,從來沒有像今天這樣深刻影響著人民的生活福祉。我們要為實現(xiàn)中華民族偉大復(fù)興貢獻(xiàn)自己的力量。