合作研究性學習案例：金屬的腐蝕和防護

摘要：嘗試改變學生的學習方式，通過合作研究性學習組織“金屬的腐蝕和防護”的教學，闡述了教學設計思路和設計方案，分析了教學過程和教學效果，并對教學進行了反思。

關鍵詞：合作研究性學習；金屬的腐蝕和防護；教學案例

文章編號：1005–6629（2013）11–0043–03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

“金屬的腐蝕和防護”是人教版化學選修教材《化學與生活》第二節的內容[1]，筆者嘗試引導學生改變學習方式，體驗合作研究性學習過程。

1 設計思路

作為一種學習方式，“研究性學習”就是以類似科學研究的過程、方法和形式進行的學習。研究性學習具有自主性、開放性、探究性和實踐性。研究性學習是一種自主學習，也是一種體驗學習，強調“通過親身實踐獲得直接經驗”；是一種探究學習，要求“綜合運用所學知識”解決“學生生活和社會生活中的實際問題”。它必須面向生活、走出課堂、全員參與、實現對傳統教學的教師中心、課堂中心、書本中心的超越。

作為一種教學策略，“研究性學習”是指教師通過引發、促進、支持、指導學生的研究性學習活動，來完成學科教學任務的一種教學思想、教學模式和教學方法。在教師成功實施研究性教學策略的情境下，學生既是研究性學習活動的主動者，又是教師教學策略的受動者[2]。

合作研究性學習是信息化教學模式的一種，即可以實現與信息化教學的整合。教學過程一般包括說明、任務、資源、調查、評價、結論六個部分。說明部分用于提出要學生解決的問題；任務部分羅列出學習任務；資源部分給出有關文章、書籍和網上資源；在調查過程中學生被分成幾個小組，每個小組承擔一定的調查任務，從不同的角度開展調查活動，得出分組的調查報告；評價部分對學生的調查結果進行評定；結論部分給出令人信服的結論，并將調查結果編成網頁供大家瀏覽。

“金屬的腐蝕和防護”這一課題與社會生活和發展緊密相連，是一個適合進行研究性學習的開放性課題：（1）學生、教師可以在網上獲得大量有關資料，也可以實地考察有關情況。（2）可以將本課題分解成若干小課題，學生對這些小課題進行研究性實驗，從實驗中得出結論。（3）可以為學生提供多種學習經歷。

高二學生已初步經歷過研究性學習，具有一定的動手實驗能力和自主學習的能力，并具有一定的計算機網絡、電子演講稿制作方面的知識和技能。

2 設計方案

2.1 教學目標

（1）了解金屬腐蝕的現狀及危害，學習關注社會，建立資源意識。

（2）理解金屬腐蝕的主要原因，加深對原電池原理的理解。

（3）了解金屬防護的方法。

（4）學會利用網絡學習，利用網絡資源進行研究性學習。

（5）學會合作學習。

2.2 實施過程

初步了解課題→制訂學習方案→學習、研究過程→學習結果→學生評價。

2.2.1 初步了解課題

教師簡單介紹金屬腐蝕和防護的課題，提出學習任務：

（1）調查并收集有關金屬腐蝕的資料，可以包括錄像、圖片、數據、表格、文字等等。分析資料，發表意見。

（2）了解金屬腐蝕的主要原因，設計實驗研究某一個或幾個因素對金屬腐蝕的影響。

（3）調查并收集有關金屬保護的資料，對金屬的保護提出你的看法。

（4）設計實驗對金屬的保護進行研究。

（5）動手制作一個簡單的原電池或拆開常用的一種電池，弄清它的構造。

說明：其中（1）和（3）；（2）、（4）、（5）中選擇一項。

2.2.2 制訂學習方案

學生在初步了解課題的基礎上，制訂學習方案。教師將方案類似的學生組成學習小組，小組討論，得出小組方案。

2.2.3 學習、研究過程

（1）學生可以利用課余時間從各種途徑查閱資料、設計小課題、動手實驗。課堂進行全班展示交流及討論。

（2）教師對小組計劃及實施給予指導，協助學生準備實驗材料。對有特殊需要的學生給予更多的關注。對有基礎的學生，可以啟發他們作更深入的研究。

2.2.4 學習結果

（1）各小組的研究結果制作成電子演講稿（包括實驗目的、實驗過程、結論、發現的問題等等），全班交流、討論，并由此得出對金屬腐蝕和原電池的正確認識。（有關設計見2.2.6）

（2）整合各小組的成果，編輯一個校園主題網頁。可以將討論無法解決的問題帖在網絡上，征詢解答。

2.2.5 學生評價

（1）查閱、篩選資料的情況。

（2）小課題的研究情況，電子演講稿的制作質量。

（3）課堂參與情況，包括發言的次數和質量。

2.2.6 課堂交流討論的設計

（1）播放圖片、錄像，創設教學情景，提出課題。

（2）根據學生查找資料的情況，選擇一些小組從不同的角度對金屬的腐蝕情況進行闡述。引導學生學會從各種途徑獲取所需的信息，并對信息進行整理分析。學習關注社會問題，發表自己的見解。從中了解以下幾點：金屬腐蝕的危害、金屬腐蝕的應用等。

（3）選擇一些小組展示他們的實驗研究，并組織學生對每一組實驗進行討論或參與，從而得出一些初步的結論。在問題的討論過程中，引導學生充分利用網絡資源。

2.2.7 預計學生可能提出的實驗小課題

（1）比較干燥空氣和潮濕空氣中鐵生銹的速度。

（2）比較純水環境和鹽水環境鐵生銹的速度。

（3）比較鹽水環境和食醋環境鐵生銹的速度。

（4）比較單獨鐵和鐵銅接觸鐵生銹的速度。

（5）制作番茄電池。

（6）了解普通干電池、紐扣電池等的結構及工作原理。

（7）利用TI探頭測量原電池中的能量轉化。

（8）利用萬用表測量不同電池的電動勢。

（以上活動中，課堂交流討論需兩個課時，其余活動均在課外完成。）

3 教學過程及效果

按計劃將學生進行了分組后，各小組開始了以下活動。

3.1 資料的查詢和小課題的確立

當學生到網上查找有關資料時，才發現有關金屬腐蝕和保護的資料非常之多，其中絕大部分都是企業的網頁，可供利用的資料卻并不多。學生馬上面臨著如何在紛繁的資料中尋找到自己所需要的東西，而這正是網絡時代必須學習的能力。所以需要教師給予必要的指導，更應提醒他們其實書籍包括教科書也是資料的一種。同時，也發現由于語言的限制，使教師和學生在利用英特網資源上都受到了制約。

學生提出的課題基本上在預計的范圍之內。但課題的確立一開始是模糊的。這一方面是由于學生對課題所涉及的知識很陌生，缺乏認識，隨著他們通過資料的查詢和學習，逐漸明朗起來。另一方面是由于對研究過程缺乏了解，使得他們提出的課題設計過于抽象或簡單。教師的及時指導非常重要。

3.2 學習、研究過程

學習、研究過程的實施充分體現了研究性學習所強調的實踐性、操作性、探索性。學生在其中獲得了多種的經歷和體驗，他們在實踐中不斷改進自己的設計，不僅僅是學科能力的提高，更重要的還有身心的鍛煉。

有一個小組的課題是制作番茄電池，他們原先的設計是利用番茄電池使收音機響起來，但實際情況并不是他們想的那么簡單，因為他們發現一只番茄制作的電池并不能使哪怕一只最小的二極管發亮。他們因此對問題有了感性的認識，重新進行了設計，經過了反復多次，在損失了不少番茄后，他們的課題研究已經相當的科學了：首先用靈敏電壓計測量出同一組電極、不同的水果時的電壓，挑選出最好的水果，結果還是番茄，但意義已經不同。接著又測量了不同的電極組合，比較哪一種效果最好，結果他們選擇了鎂和銅。他們對實驗有了進一步的認識，甚至注意到每次測量時電極之間的距離及插入的深度對結果的影響。最后他們用了15只番茄串聯起來終于使最小的二極管發出了亮光，小組成員興奮地歡呼起來。這種最真實的體驗和快樂對學生的發展是至關重要的。課堂展示時，全班同學傾聽了他們的制作過程，然后關上燈，所有的人都看到了那微弱的光亮，教室里響起了熱烈的掌聲。

另一個小組的課題是觀察比較鐵片在不同環境中生銹的情況，他們選擇了鹽酸和鹽水。據他們對腐蝕的認識，預計鐵片應該在鹽酸這樣的酸性環境中更容易腐蝕。他們每天去觀察鐵片生銹的情況，兩天后，發現食鹽水中的鐵片已經銹蝕的相當嚴重時，鹽酸中的鐵片似乎還沒有太大的變化。這一現象讓他們感到非常詫異，一時無法解釋。但這更加激發了學生求知的欲望，再一次去研究查閱的材料，試圖對實驗的現象做出合理的解釋。教師提醒他們繼續觀察鐵片，就在他們還沒有找到答案之前，第三天，鐵片又發生了變化，鹽酸中的鐵片開始了嚴重的銹蝕，程度一點也不亞于鹽水中。同學們用相機如實地記錄了這些變化，并編輯到小組的電子演講稿中，同時還有他們的疑惑。自主的實踐活動充分調動了學生學習的主動性。

學生在研究過程中最容易暴露的問題，就是他們的研究常常停留在表面，難以深入。如“金屬的保護方法”課題組的研究是這樣設計的：取三塊同樣的純鐵片，一塊纏上銅絲，一塊纏上鋁絲，還有一塊做對照。將以上材料都浸在鹽水中觀察現象。他們很快發現第一塊鐵最先生銹，第二塊一直沒有明顯改變。他們認為實驗已經完成，準備拆除裝置了。這時教師提醒他們再耐心等待下一步還可能有什么變化，果然過了幾天，第二塊鐵片上纏繞的鋁絲完全變成了一堆白色的粉末，而鐵片在以后慢慢也出現了銹跡。這一現象的出現使他們對問題又有了更加感性和深入的認識。

教師還鼓勵一些學生運用手持技術對原電池的能量轉化作更加深入的研究。

課題設計之后，小組的成員將面臨一系列的實際問題：實驗材料的準備，有些設備，比如靈敏電流、電壓計必須自己去借，番茄、二極管必須自己去買，請老師或別班的同學幫助拍照作為多媒體制作的材料。在這些問題的處理過程中他們培養了相互之間的合作精神，提高了解決實際問題的能力。

3.3 課堂討論的組織

課堂的活動不僅僅局限于各小組展示電子演講稿，更重要的是組織學生對同一個問題從不同的角度進行討論和探究。所以學生的演講稿不必追求是完美的、正確的，可以存在缺陷甚至是錯誤，或是發現的問題尚未解決。

如在對金屬腐蝕現狀的認識中，大多學生談到的都是腐蝕的危害，但卻有學生提出了腐蝕其實也可以被人們利用。

對鹽酸和食鹽水中鐵片腐蝕情況的比較，這一小組的實驗結果和解釋引起了學生們的爭論，從而引發了什么是析氫腐蝕和吸氧腐蝕？鐵片腐蝕是否一定表現為生銹呢？生銹的可能反應有哪些？而這些問題正是有關金屬腐蝕的較為深入的問題，也是我們教學目標中必須解決的。

在鐵片生銹情況的觀察、水果電池的制作、電動勢的測定、金屬保護的方法等課題的研究和討論中，學生發現他們的研究結果相互得到了驗證，如“電動勢的測定”小組通過不同的曲線反映了不同電極材料、不同電解質溶液對電池電動勢的影響，得出了與“水果電池的制作”小組極為相近的結論。這就使學生對問題有了更深刻的理解。

課堂討論要讓學生的思維碰撞出火花，使學生對自己的學習經歷產生更深的理解和感悟，同時從別人身上獲取生動的間接經驗，這也應是合作學習的一種方式。

4 幾點思考

（1）在開展研究性學習的過程中教師的指導非常重要。由于學生長期以來接受的是應試教育，解決實際問題的能力普遍較差。因此開展研究性課題的學習，教師必須有充分的準備和適時的引導。

（2）相信并鼓勵學生的創造力。教師在指導中所要把握的是學生研究方向或方法的科學性，而應給予學生充分的時間，讓他們自己得出結論。

（3）信息技術與課堂教學的整合。信息技術不應僅僅是指多媒體技術，而還應包括研究過程中所使用的獲得信息的其他手段，如萬用表、手持技術等。信息技術也不應只是教師使用多媒體課件輔助教學，而應是教師學生都可以使用，并與教學過程有機結合。利用網絡獲取信息，再將學習、研究的成果編成網頁，充分利用了網絡的快速、高效的特點和共享性。使學生體驗在信息社會如何利用網絡進行有效的合作學習。

參考文獻：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心 編著.普通高中課程標準實驗教科書·化學與生活（選修）[M].北京：人民教育出版社，2008：49～53.

[2]王升主編.研究性學習的理論與實踐[M].北京：教育科學出版社，2002：68～75.