“實(shí)驗(yàn)探究”與“微觀認(rèn)知”的巧妙結(jié)合

龔偉+汪芳芳+陳嘉文

摘要：文章從學(xué)生已有的CO2知識(shí)引出新課內(nèi)容——氯水微粒種類，學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究學(xué)習(xí)了氯水的性質(zhì)，討論分析了氯水中所含微粒，并將所學(xué)知識(shí)運(yùn)用到生活實(shí)際中。在此過程中，學(xué)生親身體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，經(jīng)歷了“宏觀認(rèn)識(shí)”到“微觀理解”的認(rèn)知過程，感受化學(xué)知識(shí)在生產(chǎn)、生活中的實(shí)際應(yīng)用。

關(guān)鍵詞：氯水的性質(zhì)；實(shí)驗(yàn)探究；課堂實(shí)錄；教學(xué)反思

文章編號：1008-0546（2016）12-0027-04 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.12.010

一、課題的提出

“氯氣的性質(zhì)”[1]是蘇教版高中《化學(xué)1》專題2第1單元的內(nèi)容，主要內(nèi)容包括氯氣的性質(zhì)及其用途。氯氣的性質(zhì)是學(xué)生在高中階段系統(tǒng)學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的開端，也是后續(xù)學(xué)習(xí)元素周期律的重要知識(shí)基礎(chǔ)，其學(xué)習(xí)方法更是對其他元素化合物知識(shí)學(xué)習(xí)有著很大的借鑒作用。

本課以“氯水微粒知多少”為核心主題對氯氣的性質(zhì)進(jìn)行重構(gòu)，使之承載如下重要教學(xué)目標(biāo)：引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究從宏觀層面上感知氯氣性質(zhì)，并通過分析與討論讓學(xué)生來理解宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)，最后引導(dǎo)學(xué)生感受化學(xué)性質(zhì)決定了氯氣在生產(chǎn)、生活中的實(shí)際應(yīng)用，建立起“宏觀現(xiàn)象”與“微觀本質(zhì)”的雙向等同。

二、教學(xué)過程

本課的教學(xué)過程分為5個(gè)環(huán)節(jié)：

1. 重整舊知，引入新課

[教師]請同學(xué)們回顧初中學(xué)過的CO2的性質(zhì)。

[學(xué)生1]CO2是無色無味氣體，易溶于水。

[學(xué)生2]CO2溶于水生H2CO3，顯酸性。

[學(xué)生3]……

[教師]同學(xué)們說得都很好！老師提供一個(gè)表格，請同學(xué)們填寫表中的空白部分，并請思考一下老師為什么這樣設(shè)計(jì)表格。

[過渡]老師設(shè)計(jì)這樣的表格，一方面是想讓同學(xué)們明白我們通過實(shí)驗(yàn)探究和理性分析來學(xué)習(xí)有關(guān)化學(xué)知識(shí)，另一方面是想讓同學(xué)們在物質(zhì)性質(zhì)與其用途之間建立聯(lián)系。那么，本節(jié)課按照表格所體現(xiàn)的思路來學(xué)習(xí)氯氣的性質(zhì)！

【設(shè)計(jì)意圖】執(zhí)教者提供表格讓學(xué)生重構(gòu)已學(xué)知識(shí)，不僅使得已學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，更重要的是學(xué)生初步體會(huì)化學(xué)學(xué)習(xí)是一個(gè)知識(shí)（CO2的性質(zhì)）、方法（實(shí)驗(yàn)、思維）、思想（“性質(zhì)決定用途”）三者有機(jī)結(jié)合的過程，這樣的設(shè)計(jì)可以將學(xué)生的學(xué)習(xí)引入深層次的思考。

2. 實(shí)驗(yàn)探究，感知宏觀

[教師]請同學(xué)們四個(gè)人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，每一個(gè)小組提供四個(gè)小塑料瓶，瓶中氣體為氯氣，請同學(xué)們按要求完成實(shí)驗(yàn)并記錄（教師上課前，給每一小組用小塑料瓶準(zhǔn)備四瓶氯氣供實(shí)驗(yàn)用）。

[學(xué)生]小組中每一位學(xué)生分別按要求完成實(shí)驗(yàn)1-4，實(shí)驗(yàn)結(jié)束后進(jìn)行廢液處理；并將觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行展示，初步判斷溶液中含有哪幾種微粒。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)根據(jù)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求和“綠色化學(xué)”思想，將書本上的探究實(shí)驗(yàn)重構(gòu)，給學(xué)生創(chuàng)設(shè)了生動(dòng)活潑的實(shí)驗(yàn)情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣，幫助學(xué)生理解和掌握化學(xué)知識(shí)，啟迪學(xué)生的科學(xué)思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)能力、科學(xué)態(tài)度和價(jià)值觀。[2]

3. 微觀辨析，理性提升

[教師提問]請同學(xué)們思考一下，我們?nèi)魧⑸鲜霰砀裰械膶?shí)驗(yàn)進(jìn)行分類，可以分為幾類，并請說出你的分類標(biāo)準(zhǔn)。

[學(xué)生1]實(shí)驗(yàn)1-4為一類，實(shí)驗(yàn)5為第2類，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)5是廢液處理環(huán)節(jié)。

[學(xué)生2]實(shí)驗(yàn)1-2為第1類，為氯氣的物理性質(zhì)；實(shí)驗(yàn)3-4為第2類，為氯氣水溶液的性質(zhì)；實(shí)驗(yàn)5為第3類，為廢液處理環(huán)節(jié)。

[學(xué)生3]不對，實(shí)驗(yàn)5也可以體現(xiàn)氯氣水溶液的性質(zhì)。

[教師總結(jié)]同學(xué)們都說得很好，并沒有對錯(cuò)之分。分類的關(guān)鍵在于要有合理的標(biāo)準(zhǔn)，標(biāo)準(zhǔn)越多我們可以多方位地認(rèn)識(shí)事物，希望同學(xué)們在以后的化學(xué)學(xué)習(xí)中能夠熟練運(yùn)用“分類”這一科學(xué)方法。

【設(shè)計(jì)意圖】“分類”是一種重要的化學(xué)研究方法，其不僅可以將繁多的物質(zhì)構(gòu)成一個(gè)有序的邏輯體系，更重要的是能夠認(rèn)識(shí)事物的本質(zhì)。因此，以“分類”作為理性分析的開端，比直接進(jìn)行知識(shí)講解更能引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深層次的思考。[3]

[教師過渡]實(shí)驗(yàn)5涉及的反應(yīng)眾多，我們暫且把實(shí)驗(yàn)5僅作為廢液處理步驟，不予考慮。請同學(xué)們先根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象回答氯氣具有哪些物理性質(zhì)？

[學(xué)生]氯氣是一種黃綠色、有刺激性氣味的氣體，可溶于水。

[教師]我們把氯氣溶于水形成的溶液稱為氯水，氯水是什么顏色呢？

[學(xué)生]黃綠色。

[教師追問]氯水為什么會(huì)呈現(xiàn)黃綠色？

[學(xué)生思考后回答]氯水中含有氯氣分子。

[教師]很好，我們通過實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氯水呈黃綠色，進(jìn)而通過推理得知氯水中含有氯氣分子。那么，請同學(xué)們自己思考氯水中還含有哪些微粒呢？

[學(xué)生4]根據(jù)實(shí)驗(yàn)3，氯水顯示酸性，可知氯水中含有H+。

[學(xué)生5]根據(jù)實(shí)驗(yàn)4，有白色沉淀生成，可知氯水中含有Cl-。

[學(xué)生6]根據(jù)實(shí)驗(yàn)3，濕潤的pH試紙褪色，可知氯氣與水反應(yīng)生成一種可以使得pH試紙褪色的新物質(zhì)。

[教師]氯水中含有H+和Cl-，同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和已有知識(shí)能夠很準(zhǔn)確地判斷出來。可氯水與水反應(yīng)生成一種可以使pH試紙褪色的新物質(zhì)，這正確嗎？有沒有可能是氯氣使得pH試紙褪色？

[學(xué)生思考后搶答，教師總結(jié)]不錯(cuò)，同學(xué)們通過推理得出了正確答案！實(shí)驗(yàn)3其實(shí)是兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，我們通過對比發(fā)現(xiàn)干燥的pH試紙并沒有褪色，從而推斷出氯氣溶于水后生成了新物質(zhì)。

[教師總結(jié)]至此，同學(xué)們通過實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)推理得知氯水中有哪些微粒，明白了氯氣溶于水并不是簡單的溶解而是與水發(fā)生了反應(yīng)，請同學(xué)們閱讀課本進(jìn)一步了解反應(yīng)的化學(xué)方程式和產(chǎn)物次氯酸的性質(zhì)。

【設(shè)計(jì)意圖】“實(shí)驗(yàn)探究”和“科學(xué)思維”是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方式，[4]能夠幫助學(xué)生從宏觀現(xiàn)象入手，逐步進(jìn)入現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生“像化學(xué)家一樣思考”，執(zhí)教者在這一環(huán)節(jié)僅僅是通過提問的方式引導(dǎo)學(xué)生自我“發(fā)現(xiàn)”。

4. 理論為基，生活為本

[教師]同學(xué)們剛才在閱讀課本中，知道了“氯氣在日常生活中可以制成漂白粉，主要成分是Ca（ClO）2和CaCl2”，而我們在剛才的學(xué)習(xí)中知道次氯酸具有漂白功能，這矛盾嗎？我們該怎么辦？

[學(xué)生]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)試試看……

[教師]我們通過兩個(gè)實(shí)驗(yàn)來探究一下，這兩個(gè)實(shí)驗(yàn)由老師來做，請同學(xué)們仔細(xì)觀察，認(rèn)真思考。

[教師]同學(xué)們，我們根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象可以得出漂白粉溶液并不能直接起到漂白功能，真正起漂白功能的仍然是次氯酸。請同學(xué)們再思考一下，次氯酸是如何產(chǎn)生的？是不是吹氣產(chǎn)生的CO2的緣故？如果是CO2的緣故，我們?nèi)绾伪４嫫追郏?/p>

學(xué)生在教師引導(dǎo)下，逐漸明白其中的原理……

[教師總結(jié)]我們再次通過探究、推理知道了漂白成分是Ca（ClO）2和CaCl2，但真正起漂白作用的是次氯酸，漂白粉由于空氣中CO2與水分的存在應(yīng)密封保存。

【設(shè)計(jì)意圖】“實(shí)驗(yàn)探究”和“科學(xué)思維”不僅是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方式，更是學(xué)生重要的化學(xué)學(xué)習(xí)內(nèi)容。執(zhí)教者在本課最后，再次利用學(xué)生的認(rèn)知沖突，將化學(xué)知識(shí)學(xué)習(xí)、方法掌握、思想形成三者有機(jī)結(jié)合起來。

5. 本課小結(jié)

[教師]本課首先從回顧已學(xué)CO2的性質(zhì)為開端，然后探究氯水的性質(zhì)及其所含微粒，最后分析了次氯酸的漂白性及其在生活中的應(yīng)用。知識(shí)的學(xué)習(xí)背后蘊(yùn)涵著更重要的是科學(xué)方法的掌握，“實(shí)驗(yàn)探究”與“科學(xué)思維”是學(xué)習(xí)化學(xué)的重要方法，希望同學(xué)們通過本課的學(xué)習(xí)能將其運(yùn)用到其他化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)中去。

三、教學(xué)反思

1. 重新整合單元教學(xué)內(nèi)容

新課程改革要求教師的角色從“課程計(jì)劃的執(zhí)行者”轉(zhuǎn)變?yōu)椤罢n程的開發(fā)者”，不再把課程知識(shí)看作是“一件產(chǎn)品或一個(gè)事件”，而將教與學(xué)的過程看成是一個(gè)“不斷建構(gòu)與前進(jìn)的過程”。本課執(zhí)教者不再囿于教材中的知識(shí)要求與呈現(xiàn)順序，而充分考慮到學(xué)生的當(dāng)前思維發(fā)展水平和認(rèn)知序列，以“氯水微粒知多少”為主題展開教學(xué)，設(shè)計(jì)了“CO2引入→實(shí)驗(yàn)探究→微觀分析→回歸生活”這一完整教學(xué)單元，使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)思維過程中從宏觀、微觀兩個(gè)層次充分認(rèn)識(shí)氯氣的性質(zhì)，建構(gòu)起合理的知識(shí)體系。此外，學(xué)生實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，執(zhí)教者對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，使探究過程更符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展順序，有助于學(xué)生的思維發(fā)展。

2. 教學(xué)設(shè)計(jì)蘊(yùn)含化學(xué)思想

新課程改革以來，針對原有化學(xué)課程與教學(xué)存在的問題，許多專家學(xué)者都提出中學(xué)化學(xué)教學(xué)要由“知識(shí)為本”的教學(xué)轉(zhuǎn)向“觀念為本”的教學(xué)。“基于觀念”的教學(xué)設(shè)計(jì)不僅有利于學(xué)生重構(gòu)知識(shí)體系，更加可以激發(fā)學(xué)生經(jīng)歷超越事實(shí)的思維，對問題的深層次理解，形成正確的情感態(tài)度、價(jià)值觀。本課的教學(xué)設(shè)計(jì)主要滲透了“實(shí)驗(yàn)觀”“微粒觀”“綠色化學(xué)觀”等。

（1）實(shí)驗(yàn)觀

本課中，執(zhí)教者以探究氯水中的微粒種類為主題，通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)、教師引導(dǎo)等方式使學(xué)生經(jīng)歷著類似科學(xué)家的研究工作，激發(fā)學(xué)生“像科學(xué)家一樣去思考”，在實(shí)驗(yàn)探究過程推斷出新制氯水中所含的微粒數(shù)及微粒種類，從而幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)氯氣溶于水的本質(zhì)及其規(guī)律。本課后半段，演示實(shí)驗(yàn)更是設(shè)計(jì)生活化的情境，引發(fā)學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，自主分析與解決相關(guān)化學(xué)問題。

（2）微粒觀

新制氯水的化學(xué)性質(zhì)取決其所含微粒種類，是氯水和其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)的本質(zhì)原因。引導(dǎo)學(xué)生從微觀層次來分析問題，是化學(xué)研究認(rèn)識(shí)宏觀現(xiàn)象的需要，也是學(xué)生提高認(rèn)知水平的需要，將有利于學(xué)生建立起宏觀和微觀間的橋梁。

（3）綠色化學(xué)觀

實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié)中，實(shí)驗(yàn)材料塑料瓶、注射器的選取，實(shí)驗(yàn)裝置的重復(fù)使用以及實(shí)驗(yàn)5的設(shè)計(jì)在一定程度上均體現(xiàn)了綠色化學(xué)思想。在教學(xué)過程中融入綠色化學(xué)思想可有效促進(jìn)學(xué)生關(guān)注生活中所謂的“廢棄物”、培養(yǎng)其“變廢為寶”的意識(shí)、養(yǎng)成可持續(xù)發(fā)展的綠色化學(xué)觀。

2. 教學(xué)行為服務(wù)教學(xué)內(nèi)容

轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式是新課程改革的基本要求，教師應(yīng)考慮學(xué)生的學(xué)習(xí)情況和具體的教學(xué)條件，采取有針對性的教學(xué)方式，優(yōu)化教學(xué)策略。[5]執(zhí)教者在單元教學(xué)設(shè)計(jì)重構(gòu)之后，主要采取了“實(shí)驗(yàn)”和“提問”這兩種教學(xué)方法，引導(dǎo)著學(xué)生的學(xué)習(xí)。

（1）實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)

執(zhí)教者根據(jù)教學(xué)需要設(shè)計(jì)了學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)和教師演示實(shí)驗(yàn)，Schwab、Herron有關(guān)對科學(xué)探究水平的研究表明本課的實(shí)驗(yàn)探究水平較低。[6][7]但本課實(shí)驗(yàn)通過實(shí)驗(yàn)順序調(diào)整、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容整合、實(shí)驗(yàn)思想體現(xiàn)，激發(fā)了學(xué)生的探究興趣、引發(fā)了學(xué)生的深層次思考，對學(xué)生的知識(shí)掌握與能力發(fā)展同樣具有較強(qiáng)的促進(jìn)作用。

（2）提問環(huán)節(jié)

針對本課內(nèi)容，執(zhí)教者的提問不再局限于“是什么”“怎么樣”或“為什么”，而是通過具有一定思維容量的問題來啟發(fā)學(xué)生思考，并結(jié)合有效的追問、反問及評價(jià)來引導(dǎo)學(xué)生深入思考，產(chǎn)生思維碰撞。例如，次氯酸的漂白性是本課的知識(shí)難點(diǎn)，教師通過提問啟發(fā)學(xué)生自己思考、抓住實(shí)驗(yàn)本質(zhì)、自行得出結(jié)論。

布魯納大力倡導(dǎo)“發(fā)現(xiàn)學(xué)習(xí)”而反對“接受學(xué)習(xí)”，奧蘇貝爾在充分反思布魯納研究成果與自身實(shí)踐的基礎(chǔ)上提出“學(xué)習(xí)的關(guān)鍵不在于學(xué)習(xí)過程是否‘發(fā)現(xiàn)，而在于學(xué)習(xí)是否有意義”[8]。本課所采用的教學(xué)行為并不多、也不先進(jìn)，但其設(shè)計(jì)旨在引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究與微觀分析，經(jīng)歷有意義學(xué)習(xí)的過程。

參考文獻(xiàn)

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