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高中化學新課程教學中問題情境創設策略研究

2008-12-31 00:00:00王后雄
化學教學 2008年7期

摘要:探討了化學課堂教學問題情境設計的多種方法。結合高中化學新課程的具體教學案例闡明創設問題情境應注意情境的全面性、真實性、情感性、問題性、發展性和可接受性。

關鍵詞:化學新課題;問題情景;設計方法

文章編號:1005-6629(2008)07-0027-06中圖分類號:G633.8 文獻標識碼:B

新課程改革的一個重要特點就是學生學習方式的改變,它要求學生由原來的“接受式學習”轉變為“探究式學習”,以此激發學生的學習興趣和學習動機?!疤骄渴綄W習”總是圍繞具體的問題展開的,這就要求學生具備較強的問題意識,能夠發現、提出有價值的問題。創設豐富的問題情境是幫助實現這一目標的一種有效的教學手段。

1問題情境的涵義及其在探究學習中的作用

問題情境是指主體為達到某一活動目的所遇到的某種困難和障礙時的心理困境。對課堂教學而言,就是教師通過創設一種有一定難度、需要學生做出一定努力才能完成的學習任務,使學生處于急切想要解決所面臨的疑難問題的心理困境中。學生要擺脫這種處境,就必須進行創造性的活動,運用以前未曾使用過的方法解決所遇到的問題,從而使學生的問題性思維獲得富有成效的發展。

我們根據對探究式學習和課堂教學過程的分析,概括總結出在課堂開展探究式學習的主要過程為“情境—問題——探索”。

圖1探究式學習師生活動的流程

從整個教學過程看,探究式學習一般分為以下幾個階段,首先是創設情境,即教師將化學問題或事實鑲嵌在一種模仿或真實的環境中,呈現給學生。情境的主要作用是激發學生興趣,引發學生發現問題,提出問題,思考問題是整個教學的起點和成敗的關鍵。其次是發現問題,在教師引導下,問題情境激發著學生去掉非化學因素的情境,關注情境中的化學知識和學生不能解決的化學現象,從而主動感覺問題、提出問題,即情境問題化。

在學生的問題意識還比較淡薄的情況下,教師在教學的整個過程中或是在某些教學環節上有意識地創設良好的問題情境有助于學生發現并提出問題。創設問題情境的實質在于提示事實的矛盾或引起學生內心的認知沖突,打破學生已有的認知結構平衡狀態,激發學生的學習興趣和學習動機,使他們積極主動地投身到學習中去。

再次,要注重學習情境的設計和調整。對學生來說,學習活動的情境不同,他們具體行為的展開也是各異的。因此,教師應多創設一些探究性的學習情境,特別是當學習活動未能充分展開時,在做出學生是否能力不足的判斷之前,先探討一下自己創設的探究性學習情境對于學生能力的發揮是否適宜,這樣更有利于問題的解決。

2化學課堂教學問題情境的設計方法

在教學中創設問題情境要以培養學生的學習興趣為前提,誘發學生學習的主動性;以觀察、感受為基礎,強化學生學習的探究性;以發展學生的思維為中心,著眼于培養學生的創造性;以陶冶學生的情感為動因,滲透教育性;以解決問題為手段,貫穿實踐性?;瘜W新課程創設的問題情境通常有以下一些途徑。

2.1利用生活經驗創設問題情境

教師從化學在實際生活中的應用入手來創設情境,將學科與學生生活的結合點兩相融通創設問題情境,如日常生活中一幅熟悉的場景、一次親身的經歷、一個生動的自然現象、一件有趣的化學事實等,都可以讓學生體驗化學與日常生活的密切關系,感受化學知識學習的意義與作用,增強學習化學的興趣和動機,激發改造自然和探索科學奧秘的情感,培養分析和解決與化學有關的實際問題的能力。

[案例1]“鐵和鐵的化合物”問題情境的設計

教師:大家都有這樣的生活經驗,削皮后的蘋果顏色就會變銹,誰能知道其中的奧秘呢?

學生:思考、困惑(引起認知矛盾).

(注:這一提問就如同在學生平靜的腦海中,投下一顆石子激起了疑問的浪花,大家議論紛紛。正當學生處于“心憤憤,口悱悱”的時候。)

教師:(問向)Fe2+與Fe3+在溶液中各顯何種顏色,有哪些化學性質?

(注:這一點撥,引出了思維之路,使學生得知:蘋果中的二價鐵離子被空氣中的O2氧化成三價鐵離子呈黃色。所以,市場上出售的蘋果汁中常摻入維生素C等還原劑,以防止二價鐵離子被氧化。)

教師:這些問題,就是本節課要探究的問題。

化學與生活聯系緊密,生活中處處涉及化學,從化學在實際生活中的應用入手來創設情境,既可以讓學生體會到學習化學的重要性,又有助于學生利用所學的化學知識解決實際問題。

2.2利用社會實踐創設問題情境

建構主義學習理論認為,只有當學習內容與學習者的經驗、社會環境或自然情境相結合時,所學的知識才容易發生遷移;只有在真實情境中獲得知識和技能,才能真正理解、掌握并應用于真實生活和工作環境中去解決實際問題。比如一件化學對社會發展有影響的事實、一項化學科學與技術發展的重大成就、一幅真實地反映化學現象的插圖、一則生動的有關能源或環境問題的報道等,都能使學生激發學習化學的熱情,產生學習化學知識的動機,強化自主學習的責任,認識化學在實現人與自然和諧共處過程中的重要使用,最終形成綜合的科學觀。

[案例2]“金屬鈉”問題情境的設計

據某報報道:在廣州市珠江河段曾經出現過驚險神秘的“水雷”,6個裝滿金屬鈉的鐵皮水桶浮在水面上,其中3個發生劇烈爆炸,另三個被成功打撈。據現場的一位同志講,早上10點多,河內突然冒起一股白煙,在水面上漂浮的一個鐵桶內竄出黃色火苗,緊接著一聲巨響,蘑菇狀的水柱沖天而起。群眾議論說,“沒想到水里的東西也能著火爆炸”打撈上來的桶被打開蓋子后,馬上冒出白煙,而且一旦人們接觸了桶內的物質,雙手感到劇烈的疼痛……消除隊員將打撈上來的鐵桶用煤油浸泡。

問題:(1)為什么裝滿金屬鈉的鐵桶不下沉?為什么“水里的東西也能著火爆炸”?

(2)為什么消除隊員將打撈上來的鐵桶用煤油浸泡?

(3)為什么打撈上來的桶被打開蓋子后,馬上冒出白煙,而且一旦人們接觸了桶內的物質,雙手感到劇烈的疼痛?

感受此情此景,學生的好奇、議論、猜測油然而生,求知的迫切性得到強化,探究心理氛圍已經形成。此時學生經過實驗探究,弄清了神秘“水雷”爆炸、燃燒的原因,認知積極性受到強化,課后部分學生還設計出了“滴水點燈”和“滴水生火”的實驗,學完鈉及化合物的內容后,學生們通過查閱資料、主動實驗,萌發主動獲取知識的心向,提高了課堂學習效率。

2.3利用化學實驗創設問題情境

化學是一門以實驗為基礎的自然科學,通過實驗創設問題情境可以模擬或再現知識的形成過程,使學生加深對知識的理解。中學生對化學實驗有著濃厚的興趣。基于這一特點,教師在教學中應盡量運用化學實驗來創設教學情境。教學實踐表明,通過學生親自進行的化學實驗所創設的教學情境,其教學效果要比單純的教師講授要有效得多。

[案例3]“鹽類的水解”問題情境的設計

[教師]我們知道酸溶液呈酸性,堿溶液呈堿性。

設問:鹽溶液是否一定呈中性?

講述:本節課我們將通過實驗來學習鹽在水溶液中的變化情況,并聯系實驗現象分析解釋部分事實。

[組織實驗]請用自己實驗臺上的試劑分別做兩組實驗。

實驗1:測定NH4Cl溶液、NaCl溶液、CH3COONa溶液的pH。

實驗2:往3mL 0.5mol/L CH3COONa溶液中滴入2滴-3滴酚酞,觀察顏色。加熱,再觀察顏色。

展示資料:25℃時,下列溶液的pH如下:

NaCN CH3COONa NaF Na2CO3 NaHCO3

11.2 8.9 8.2 11.6 8.3

提供事實:①實驗室配制FeCl3溶液時要加一定量的鹽酸。②泡沫滅火器成分為Al2(SO4)3溶液和NaHCO3溶液。③銨態氮肥不宜與草木灰混合使用。

[提出問題]

①NH4Cl溶液、NaCl溶液、CH3COONa溶液酸堿性如何?②向CH3COONa溶液中滴入滴酚酞,現象如何?加熱后現象又如何?③為何NaCN溶液、CH3COONa溶液、NaF溶液的pH依次減?。繛楹蜰a2CO3溶液的pH比NaHCO3溶液的大?④如何解釋問題①、②、③?

心理學研究也表明,只有當認知結構與外界刺激發生不平衡時才能引起學習的需要。因此,創設問題情境就是為了引起認知矛盾,在教材內容和學生求知心理之間制造一種“不協調”,把學生引入一個多疑、好奇的境界,從而讓學生產生學習的需要。

2.4 利用生動故事創設問題情境

濃厚的學習興趣,能使學習者產生探究的動機,并以渴望和愉快的心情去學習。激發學生學習興趣的方法和手段很多,如生活中與所學知識有關的趣事,有趣味的化學故事、夸張的卡通圖片或動畫、生動的化學史料、適合學生言語習慣的文字對白等,都能吸引學生自然融入學習活動中。

[案例4]“維生素”問題情境的設計

幾百年前,遠洋輪船上沒有冷藏設備,船員們只能吃面包、餅干、咸肉等食物,幾個月甚至一兩年吃不上新鮮蔬菜和水果。航行期間船員們經常病倒,癥狀是臉色暗黑、牙齦不斷滲血、渾身出現青斑,許多船員甚至因此而死亡。探險家哥倫布的船隊在航行途中也有船員患上這種病。患病的船員留在了途經的一個荒島上,他們采摘紅紅綠綠的野果調節口味并用以充饑。過了幾日,奇跡出現了,這些船員不但沒有死去,反而恢復了健康。

你知道船員們患的是什么病嗎?野果為什么能使他們恢復健康呢?

上述教學情境的設計,引起學生對“野果”成分的好奇,導引學生對維生素的結構、功能及對人身體健康有何益處探究的好奇心。從故事或其他途徑創設問題情境,激發了學生的認知好奇心,而學生的認知好奇心一旦被激發出來,就會產生學習的內部動機。這種動機是培養學生創新精神和創新能力最持久、最穩定的動力。

2.5利用化學史料創設問題情境

我國著名化學家傅鷹先生說過:“化學可以給人以知識,化學史更可以給人以智慧?!痹诨瘜W課堂教學中利用化學史料創設問題情境,不僅可以使教學不再局限于現成知識本身的靜態效果,而且可以追溯到它的來源和動態演變的過程,揭示出反映在認識過程中的科學態度和科學思想,使學生學到形成知識和運用知識的科學方法。

[案例5]“氯氣”問題情境的設計

在舍勒研究氯氣性質時,法國化學家貝托雷,他對這種黃綠色的氣體也很感興趣,于是對它進行了一系列的探索實驗。有一次,他將氯氣通入熱的濃苛性鉀溶液,結果發現生成了兩種鹽:一種是普通的鉀鹽,另一種是未知的新鹽,后人稱之為“貝托雷鹽”——KClO3。為研究該新鹽的特性,貝托雷把它放在殘存有硫磺的研缽中研磨,不料,立即發生了劇烈的爆炸。貝托雷受傷了,但他說:“搞科學難免要有犧牲,對我來說生活中可不能沒有科學呀!”1785年,貝托雷提出把氯氣的漂白作用應用于生產,并注意到氯氣溶于草木灰形成的溶液比氯水漂白能力更強,而且無逸出氯氣的有害作用。1789年英國化學家臺耐特把氯氣溶解在石灰乳中,制成了漂白粉。請你根據相關的史料內容,寫出相關的化學反應方程式,解釋相關的實驗現象。

……

教師:下面我們沿著先人足跡,開始氯氣的探究之旅吧……

2.6利用認知矛盾創設問題情境

新、舊知識的矛盾,日常概念與科學概念的矛盾,直覺、常識與客觀事實的矛盾等,都可以引起學生的探究興趣和學習愿望,形成積極的認知氛圍和情感氛圍,因而都是用于設置教學情境的好素材。通過引導學生分析錯誤原因,積極地進行思維、探究、討論,不但可以使他們達到新的認知水平,而且可以促進他們在情感、行為等方面的發展。

[案例6]“甲烷”問題情境的設計

教師:今天,我先給大家講一個真實的故事。有一次,在澳大利亞的一個農莊,一頭牛好幾天沒吃東西了,可牛的肚子卻是鼓鼓的,這可把農莊莊主急壞了。他想:牛不吃東西,會不會是牛嘴里有什么毛?。坑谑撬腥税雅W彀颓碎_,點了一支火把想看看究竟。誰知當火把剛一接近牛的嘴巴,就從牛嘴里射出了一條條長長的火焰!請問同學們:“牛為什么會從嘴巴里射出一條長長的火焰?”

(注:此時,已激發了學生強烈的探究興趣,教師因勢利導引導學生探究CH4的產生和性質。)

上述情境的設計,利用了學生認知因素之間的不協調,創設了一個有趣的情感環境和良好的認知環境來調動學生積極思維。

在設置問題情境時,教師繪聲繪色、富有感情的描述十分重要。而現代教學媒體,特別是以計算機為中心的現代化教學媒體,能把生動的圖像、清晰的文字和優美的聲音有機地集成并顯示在屏幕上,能拋開某些表面的、次要的、非本質的因素,將內在的、重要的、本質的東西凸現出來,能在屏幕上實現微觀放大、宏觀縮小、動靜結合、跨越時空限制,從而高效率地激發學習的興趣,調動學生的積極性,優化教學情境,增強其效果?,F代信息技術給教學情境設置提供了新型的表現手段。在設置教學情境時,也應該注意發揮多媒體技術的特殊功能。

3創設問題情境應注意的幾個問題

課堂教學中創設問題情境的根本目的是激活學生已有的知識經驗和學習動機,調動學生參與學習活動的積極性和主動性。因而,化學新課程課堂教學中創設問題情境應注意以下幾個問題。

3.1情境的全面性

一個良好的情境,不僅應該包含著促進學生智力發展的知識內容,幫助學生建構起良好的認知結構,而且應該蘊涵著促進學生非智力品質發展的情感內容和實踐內容,能營造促進學生全面發展的心理環境、群體環境和實踐環境,富有思想內涵。

[案例7]“碘”問題情境的設計

[教師]同學們,今天我首先給大家講一個故事:法國化學家庫爾特瓦為了制取黑色火藥所需的硝酸鉀,在巴黎開了一家硝石工廠。他將海岸邊生長的海藻燒成海藻灰,再與硝酸鈉反應來制取硝酸鉀。那是1811年的一天,當時庫爾特瓦正在實驗室做制取硝酸鉀的實驗,實驗臺上放著兩只瓶子:一只瓶中盛放的是海藻灰的酒精溶液,另一只瓶中盛放著濃硫酸。他家的一只小花貓,正好奇地看著主人做實驗。突然小花貓鬼使神差地爬上了實驗臺,并將兩只瓶子都碰倒,里面的液體流滿了實驗臺。這里,一個令人吃驚的現象出現了——

[過渡]當年庫爾特瓦實驗室的小花貓是無意識的行動,現在我們請一位同學來“反串”一下小花貓,故意把濃硫酸倒入海藻灰溶液,并迅速蓋上裝有水的表面皿。

[實驗]請學生上臺完成上述實驗。

[提問]同學們觀察到什么現象?因為小花貓的淘氣“發現”了什么物質?

通過碘的發現歷史情境的引入,總結碘的一般制法,探究碘的物理性質和化學性質。始終以探究實驗設計貫穿整節課,著重培養學生的創新精神和實踐能力。既能為情感教學服務,也能為認知教學和行為教學服務,有助于學生掌握學習內容。

3.2情境的真實性

學生學習知識,不是只為了能夠對知識進行準確表述和客觀再現,而是要基于自己的經驗背景對原有的知識進行重新構建和進一步解釋,并且還要使知識發生遷移和生長。因此,課堂中創設的教學情境越真實、越接近學生已有的生活體驗和知識經驗,就越能有效地促進學生對新知識的建構和內化。

[案例8]“二氧化硫”問題情境的設計

(1)1872年,美國化學家Smith首先提出了“酸雨”一詞,直到20世紀40年代,酸雨問題才引起人們的廣泛關注。(投影)

(2)1972年6月5日,具有歷史意義的人類環境會議瑞典首都斯德哥爾摩召開,通過了著名的《人類環境宣言》,并確定每年6月5日為“世界環境日”。從1974年起,每年由聯合國環境規劃署確定一個主題,開展“世界環境日”的活動,其中1983年的主題是防治酸雨。(投影)

(3)1985年,幾場酸雨過后,我國四川省奉節縣9萬畝華山松全部枯死,重慶市南山縣2.7萬畝馬尾松死亡過半。(投影)

……

酸雨的危害如此之大,造成酸雨的罪魁禍首是誰呢?學生對酸雨竟然有如此大的破壞性感到非常吃驚,都非常想立刻弄明白其中的原因,學習積極性被極大地調動了起來。

在真實問題情境中,教師引導學生,在課外通過查找資料、做家庭小實驗等方式,自學有關二氧化硫對環境的污染及防治方法等內容,并完成以下問題:

1.二氧化硫的主要來源有哪些?

2.什么是酸雨?它可分為哪些類型?分別是怎樣形成的?

3.酸雨有哪些危害?如何防治?

4.收集雨水并測定其pH,分析本地區酸雨的危害情況和形成的主要原因并提出相應的治理建議。

事實情境具有不容置疑的真實性而往往易于被學生接受,從而能更好地激發學生的學習熱情。

3.3情境的情感性

學生在學習中,如果從情感到行為都能夠滲透和融化到教師所創設的教學情境中,就很容易理解和掌握真實的、有針對性的教學情境中所體現的知識和技能,也很容易領悟和挖掘具體教學情境中所蘊涵的觀點和價值。因此,課堂教學中創設的情境越貼近學生的情感體驗,就越能夠激發學生的學習動機,提高學生的學習興趣,促使學生自主地探究問題。

[案例9]“氯氣”問題情境的設計

[播放1]播放江蘇淮安發生液氯泄露事故的有關報道(麥地枯黃、油菜變白、人畜中毒等)。

播放一戰和抗日戰爭時期“氯氣戰”圖片,以及氯氣在戰爭史上給人類帶來的災難。

教師:根據上述報道和圖片,同學們能總結氯氣有哪些性質和危害?氯氣的氣味應如何操作?為什么農作物顏色發生了改變?

(注:啟發誘導學生根據有關情境自主總結氯氣的一些物理性質(如:顏色、狀態等)之后,指導學生實驗探究:聞氯氣氣味,使學生掌握聞氣體氣味的基本操作方法;而后再歸納總結出氯的物理性質。進一步探究氯氣與水的反應。)

[播放2]播放江蘇淮安發生液氯泄露事故的救援與處理。

[教師]根據有關情境組織學生討論探究以下兩個問題:①有關人員為什么用浸有稀石灰水的毛巾或口罩捂住口鼻進行救援或疏散?還可以應用日常生活中的哪些物質?②消防戰士為什么要用土包搭成圍堰?圍堰內物質的主要成分是什么?

(注:這樣的設計不僅加深了學生對氯氣與堿反應的理解,而且增強了學生的環保意識和掌握應用日常生活中常用物質來應對一些突發事件的能力。)

上述情境的設計,一方面加深了學生對氯氣性質與毒性的認識,同時也增強了學生的學習興趣和愛國情感以及社會責任感和使命感!顯然,氯氣是造成這些災難的罪魁禍首。那么,氯氣都具有那些性質呢?從此展開對氯氣性質的探究。

3.4 情境的問題性

探究式學習和教學活動實施的關鍵是“問題環境”的設計。問題環境的設計不僅包括問題本身的設計,還包括問題的引入方式、利用方式、預計解決方式、連鎖引發新問題的方式等。結合日常教學,引導、啟發學生去延伸、開拓問題鏈,重視并利用學生在學習中提出的疑惑和問題,引導他們相互解疑。創設“微科研”的問題環境,讓學生更多地體驗探索,自主解決問題的過程。以問題為載體和核心圍繞著問題的提出和拓展而展開,要求教師創設有利于學生產生問題和解決問題的教學情境。

[案例10]服裝是用什么材料制成的

1.內衣選用什么衣料好?外衣選用什么衣料好?混紡衣料的優點是什么?

2.哪種天然纖維織物保暖性最好?哪種合成纖維織物保暖性最好?高寒地區解放軍戰士冬季穿什么衣料做成的衣服好?為什么?

3.人造棉、人造絲、人造毛都可以用黏膠纖維織成,這三種纖維有什么差別?

探究式教與學所涉及的化學規律往往隱藏在較深層次,需要學生去挖掘和感悟;解決問題的方法與途徑往往不太明確,需要學生去嘗試并提出假設和驗證假設。問題的不確定性最能引起學生的好奇心,激發學生求異創新的愿望。

3.5情境的發展性

情境作用的發展性是指教學情境應該具有促進學生產生繼續學習的愿望、有利于激發和增加學生潛能的功能。教學情境的設計不僅要針對學生發展的現有水平,更重要的是,還要針對學生的“最近發展區”:既便于提出當前教學要解決的問題,又蘊涵著與當前問題有關、能引發進一步學習的問題,形成新的情境;利于學生自己去回味、思考、發散,積極主動地繼續學習,達到新的水平。

[案例11]“可逆反應”問題情境的設計

[實驗探究]已知FeCl3溶液和KI溶液能發生如下反應:

2Fe3++2I- 2Fe2++I2

取5mL 0.1mol·L-1 KI溶液,滴加0.1mol·L-1 FeCl3溶液5滴~6滴,繼續加入2mL CCl4,充分振蕩。靜置后觀察到什么現象?取上層溶液,用KSCN溶液檢驗是否還存在Fe3+。該實驗說明了什么?能得出什么結論。

這個實驗問題情境的設計,促進學生更好地認識,發現規律:許多反應都是可逆的,在同一條件下既可以向正反應方向進行,又可以向逆反應方向進行。在一定條件下,可逆反應有一定的限度,反應物不能完全轉化為生成物。

3.6情境的可接受性

情境的設計要考慮學生能不能接受,要設計好合適的“路徑”和“臺階”,便于學生將學過的知識和技能遷移到情境中來解決問題。由于知識和技能的遷移總是受到個人能力以及情境因素的影響。所以,教師提供的情境,一定要精心地選擇和設計,由近及遠,由淺入深,由表及里,使之能適合于學生,才能被學生理解和接受,發揮其應有的作用。在這樣的情境中學習,才能使學生學會知識與技能的遷移,才可能使學生解決具體問題的經驗和策略日趨豐富,在新情境中解決實際問題的能力和創造能力逐步提高。

[案例12]“活化分子和有效碰撞”問題情境的設計

[情境1]運用多媒體微觀動畫,呈現化學反應中分子的碰撞及新分子形成的課件。(略)

[情境2]科學發現的數據及分析。(略)

[文字]在1標準大氣壓、500℃時,對于0.001mol·L-1的HI氣體,單位體積、單位時間內分子碰撞高達3.58×1028次之多,如果每次碰撞都發生反應,那么反應速率約為58.0mol·L-1·s-1,但實驗證明實際反應速率為1.20×10-8mol·L-1·s-1

在這里動畫的引用恰好能為學生搭建起認知的橋梁,使微觀事物直觀化,化抽象為具體,體驗感性,大大降低了教學的難度,同時增強了課堂的趣味性,學生感覺趣味盎然,相互討論,很自然地就得出了有效碰撞的概念。繼而我又給出三組數據,學生分析出濃度增大→單位體積的分子總數增加→單位體積的活化分子數目增大→單位時間有效碰撞次數增多→化反應速率增大。

創設問題情境中蘊含的知識內容必須符合學生的認知發展水平。因為,在這種教學情境的引領下,學生可通過探究等活動完成知識的意義建構和不斷的自我發展。否則,創設情境的教學素材所涉及的知識若遠離了學生實際,只會損傷學生的學習興趣,降低學生的學習效果。

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