指向學生科學實踐能力培養的校本專題課設計與實施

黃鳴春 王建林 蘇鑫 牛麗亭 項今朝 王欣 劉聰 李丹陽

摘要： 校本專題課“玩轉沉淀”以發展學生的科學實踐能力為教學目標，從研究的視角進行設計，在教學內容的組織和實施上架構知識、問題、活動、素材、學生發展等5方面的線索，將科學閱讀作為重要的教學策略，完整地呈現了一個校本專題課開發的進展過程。

關鍵詞： 校本專題課; 科學實踐; 沉淀溶解平衡; 校本課程開發

文章編號： 1005-6629（2018）11-0047-06中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

1 問題提出

“玩轉沉淀”課的設計源于北京京源學校化學校本選修課的需求，在“化學平衡”專題推進到“沉淀溶解平衡”部分時，為提升學習效果，授課教師希望“最好有一些有趣的實驗讓學生更多地參與進來，在沉淀溶解平衡的應用價值驅動下學習沉淀溶解平衡”。于是，針對高一高二的化學學習優等生設計了2課時的能力提升課程，這是對教師校本課程設計與開發能力的一次挑戰。

課程改革的不斷推進給“學校課程建設”帶來了重大的機遇和挑戰[1]。將國家課程校本化、系統規劃學校課程體系、綜合校本課程均成為“學校校本課程建設”要直面的問題。總體上看，化學校本課程已有的研究中實踐案例居多，基于課程視角從課程理念、目標、內容、實施、評價方面進行分析的研究亦有所涉及，但是整體有序架構化學校本專題課的目標、內容組織和實施邏輯的案例仍然有待開發。本文將以“玩轉沉淀”課作為校本專題課的案例，分析筆者在課程目標的確立，課程內容的選取、組織與實施的一致和連貫性上所做的探索。

2 教學目標的定位

“玩轉沉淀”校本專題課首先需要解決的是教學目標的定位問題。一是需要在常規課時基礎上拓展“沉淀溶解平衡”的課時，這就需要考慮補充什么內容;二是需要考慮加入學生能夠參與的實驗活動，學生在參與實驗中發展什么能力;三是需要更多挖掘“沉淀溶解平衡”的應用價值，這就需要考慮以什么形式呈現課程內容。

按照教學設計的一般思路，我們進行了普通高中化學課程標準[2]中關于沉淀溶解平衡的內容要求、教學策略以及學習活動建議的分析，并從課程標準提出的學科核心素養的角度，分析本專題的知識與能力目標，從而概括課程標準對學生能力發展目標的要求。我們發現該目標與《美國科學教育框架》中明確提出的“科學實踐”的八個方面[3]基本一致，由此將“培養學生的科學實踐能力”作為本專題重要的能力發展目標。結合課程標準關于“資料分析”的要求以及科學實踐包含的“獲取評價并交流信息”，我們將“科學閱讀”作為本專題重要的教學策略。

綜上所述，專題課教學目標定位為： 認識難溶電解質在水溶液中存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解與轉化;結合沉淀溶解平衡培養學生“提出并定義問題、開發并使用模型、計劃并實施研究和設計解決方案、分析并解釋數據、運用數學和計算式思維、建立解釋和設計解決方案、獲取評價并交流信息”等科學實踐能力;認識沉淀溶解平衡的生產生活應用價值。

3 教學環節的設計、實施及反思

針對確定的教學目標，我們從課的準備到實施進行了系統設計。具體的教學設計和實施基于學生能力發展分為8個環節，其中前4個環節為第1課時的內容，后4個環節為第2課時的內容。各個環節均按照知識、問題、活動、素材、學生發展等5條線索進行橫向和縱向邏輯的組織和設計。

3.1 看“沉淀的生長”

作為引入和概念探查環節，教師在說明本次專題課的目標及規劃后，探查了學生原有關于沉淀的認識及轉變，并簡要補充講解了關于“水中花園”的生成和生長的知識（見表1）。

本環節可以明顯感受到學生對于“沉淀生長”過程的興趣，如認識到本實驗“水中花園”中“沉淀不是瞬間生成的，相反有些沉淀是緩慢生長”、“沉淀還可以向上生長”，甚至注意到“帶有氣泡的地方會生長”。在學案記錄中，學生表示“了解了沉淀形成的過程和原理”，產生了“可以通過不同濃度改變沉淀生長”的想法。

3.2 做“沉淀的生長”

見識了美麗的“沉淀生長”的過程后，學生躍躍欲試。他們進行了“水中花園”制作實驗，通過教師關于“探究水中花園生長條件”的完整思路的展示，初步感受控制變量的實驗探究方法（見表2）。

通過這個環節，學生初步得出“水中花園”實驗成功的合適條件，也注意到“濃度太大可能導致沉淀不能快速生長”、“不同物質生長速度不同”。并發展“變量控制”實驗的經驗。

3.3 分析“沉淀的生成和轉化”

在學生經歷了“沉淀的生長”教學過程后，我們引導學生進一步關注沉淀。此時學生分組閱讀前期準備的由8篇文獻[4～11]轉化而來的“科學閱讀材料”，引發他們產生對沉淀新的關注角度;接著通過演示實驗（AgCl沉淀轉化為AgI沉淀）認識到沉淀能發生轉化，通過實驗分析建立“沉淀溶解平衡”的概念模型（見表3）。

這一階段，學生通過各個閱讀素材發現“沉淀可以轉化為另一種沉淀”，通過遷移“化學平衡”的知識，再通過演示實驗進一步認識到“沉淀轉化的實質為沉淀溶解平衡的移動”。

3.4 發現“沉淀的生成和轉化”的規律

第1課時最后的環節是精讀科學閱讀材料，希望學生利用所建立的沉淀溶解平衡概念定性分析解讀科學閱讀素材（見表4）。

這個環節需要精致閱讀，能力較強的學生能夠直接提取科學閱讀素材的信息，認識到沉淀溶解平衡遵循化學平衡移動的一般規律。如“納米氫氧化鎳的研制及其電化學性能”素材中，學生識別了“NiC2O4、 Ni（OH）2”兩種沉淀，并認識到過程中發生了沉淀的轉化。

3.5 做“沉淀的生成和轉化”

在第2課時的第一個環節中，我們把演示實驗轉化為學生實驗，以進一步鞏固“沉淀溶解平衡”的概念模型（見表5）。

3.6 進行“沉淀溶解平衡的調控”

我們選取AgSCNAg++SCN-這一沉淀溶解平衡作為素材，進行下列研究活動（見表6）。

本環節學生通過改變離子濃度調控平衡的移動方向，從直接加入Ag+聯想到通過生成其他沉淀減少Ag+，可能加入Cl-、 S2-、 I-。其中只有S2-組的黑色沉淀生成這一現象明顯說明了平衡的移動，那么其他離子如Cl-、 I-，甚至Ag+都會面臨沒有明顯現象的問題，那么一方面此時基于實驗事實論證平衡的移動就成了關鍵問題，另一方面學生需要考慮是否只要生成新的含Ag+的沉淀就能夠使得平衡發生移動，進而調動由難溶生成更難溶的認識，并思考如何定量判斷誰更難溶。

3.7 探究“沉淀溶解平衡的直觀外顯”

本環節凸顯讓學生發現和提出問題，建立解釋和設計解決方案，并進行基于事實的論證的能力培養。從上一環節中發現，沉淀溶解平衡電離出自由離子的濃度是很低的，因而需要找到平衡“顯示”劑，到通過科學閱讀獲取評價并交流信息對“Fe（SCN）3顯示劑”原理進行解釋和解讀文獻中的解決方案，然后再次進行實驗驗證（見表7）。

學生經歷了一輪基于事實的論證，然后又發現和提出關于AgSCN沉淀溶解平衡是否移動了的問題，認識了沉淀溶解平衡常數，從而將學生對沉淀溶解平衡的認識提升到簡單的定量水平。

3.8 討論“沉淀溶解平衡的價值”

通過前面對沉淀溶解平衡的“可見”的調控，學生發現觀察到沉淀溶解平衡并非易事，由于沉淀溶解平衡體系中，離子的濃度均非常低，較難被直接檢測出來。那么這樣一個很“微量”的平衡在實際生產生活中，是否有應用價值呢（見表8）？

學生認識到沉淀溶解平衡可以用于處理金屬廢水，如果要知道金屬離子的去除程度時就需要用到分光光度等定量分析方法。

4 反思與討論

“玩轉沉淀”作為2課時的校本專題課，其目標指向學生科學實踐能力的發展以及基于知識、問題、活動、素材、學生發展五大線索進行的系統設計與實施，對于“校本課程開發”及“教師校本專題課的設計開發能力”的研究都有十分有益的啟發。

4.1 需要清晰系統地設定課程目標

首先，化學校本課程的開發應該回歸認識本源性問題，深入挖掘化學學科本體知識。對“玩轉沉淀”課而言，所謂的“認識本源性問題”，一是對認識對象“沉淀”本身的追問： 沉淀是什么樣子的？它們是如何生成、生長起來的？不同的沉淀生長狀況有什么不同？它有應用價值么？二是對“平衡”這一概念的追問： 沉淀溶解平衡不同于其他化學平衡的地方在哪里？它有什么樣的應用價值？正是對這些認識本源性問題的追問，幫助我們確立了“玩轉沉淀”校本專題課的基本知識目標。

其次，化學校本課程的開發需要考慮學生實際和培養需求，需要依據課程標準系統設定課程目標。“玩轉沉淀”課作為校本專題課針對的是高一、高二的化學選修學生，他們都屬于較高水平的化學選修生：高一學生幾乎沒有太牢固的關于“平衡”的認識，高二學生則已經學習過沉淀溶解平衡的知識。這就要求不能僅以知識為依據來確定課程內容，還需要考慮學生應該發展的共同能力和素養。于是我們將“科學實踐能力”和“學科核心素養”的培養作為課程的系統目標定位。

4.2 課程內容的選取、組織和實施需要全面架構知識、問題、活動、素材、學生發展5方面線索的橫向和縱向邏輯

作為校本專題課“玩轉沉淀”，一方面需要深入認識沉淀，另一方面需要深入認識“平衡”。在此過程中，如前所述，通過教學環節的邏輯設置，即知識、問題、活動、素材之間橫向和縱向的推進，實現學生的認識發展。而“科學實踐”的八個方面均在不同環節得到不同程度的發展，特別是凸顯了“計劃并實施研究和設計解決方案、參與基于事實的論證、獲取評價并交流信息”三項科學實踐能力的發展，并最終實現學生對具體對象的認識發展。“玩轉沉淀”課促進學生認識發展的路徑為： 學生從認識沉淀生成和生長開始、逐步認識沉淀存在沉淀溶解平衡，并能依據平衡移動原理認識平衡移動從而實現沉淀轉化;了解沉淀溶解平衡的反方向不僅能夠發生，而且有時有特殊的意義，進而認識到沉淀溶解平衡一般電離出較微量的自由離子的特點，實現依據平衡移動原理來調控沉淀溶解平衡，并設計如何“顯示”沉淀溶解平衡;最后從沉淀溶解平衡常數的定量角度認識沉淀溶解平衡。

4.3 課程內容實施需要精致打造特色教學策略

將科學閱讀作為“玩轉沉淀”教學中一個重要策略，在四個教學環節中不斷交替運用，指向學生獲取、評價并交流信息的能力發展。它帶來的收獲在于對科技文獻的加工上，注意到直接將科技文獻給學生閱讀會造成較大的閱讀障礙，于是對文獻進行了格式的統一以及表達的簡化。“研究背景—實驗原理—實驗探究過程”的設計能夠有效幫助學生很快抓住文獻的重點而提高學習效率。

4.4 課程的自主設計需要有研究的視角

“玩轉沉淀”課的準備階段，首先查閱了大量的沉淀溶解平衡應用的相關科研文獻，選取了八篇文獻，并對其中內容進行選擇和重新組織，按照“研究背景—實驗原理—實驗探究過程”的統一格式進行文獻加工，共得到八篇科學閱讀文獻。并根據文獻進行了“水中花園最佳生長條件”的實驗探究，梳理出作為“控制變量的實驗探究”案例為學生呈現。根據文獻“銀鹽沉淀溶解平衡的直觀性實驗研究”[12]，我們進行了“AgSCNAg++SCN-平衡發生移動”的實驗探究，并擬將之轉化為一個學生自主探究的實驗活動。

參考文獻：

[1]黃鳴春.從課程構成要素的視角看學校課程建設的現狀、問題及展望[J].教育探索， 2017， 310（4）： 15～19.

[2]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京： 人民教育出版社， 2018.

[3]National Research Council. A Framework for K-12 Science Education： Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas [M].Washington，D.C.： THE NATIONAL ACADEMIES PRESS， 2011.

[4]胡鍇，田秋霖.含氟牙膏對預防齲齒作用的體外研究[J].大學化學， 2013，（5）： 62～64.

[5]陳建波，馬小波.沉淀轉化法制備非化學計量化合物Cu2-xS的物相研究[J].稀有金屬與硬質合金， 2015，（6）： 56～58.

[6]柳濤，張小劉.用純堿沉淀轉化法從草酸鈷廢料中回收鈷[J].濕法冶金， 2015，（6）： 496～498.

[7]趙力，周德瑞.納米氫氧化鎳的研制及其電化學性能[J].化學通報， 2001，（8）： 513～515.

[8]李倩，田彥文.含砷廢水砷鐵分離的研究[J].材料與冶金學報， 2010，（3）： 35～38.

[9]胡容平，余于懷.沉淀轉化法制高純磷酸鋅[J].現代化工， 2010，（11）： 48～51.

[10]王飛鏑，王開毅.硫化鎳沉淀轉化法從鎳電解液中深度凈化除銅的研究[J].湖南冶金， 1993，（5）： 21～23.

[11]郭燕妮，方增坤.化學沉淀法處理重金屬廢水的研究進展[J].工業水處理， 2011，（12）： 9～12.

[12]李昕媛.銀鹽沉淀溶解平衡的直觀性研究[J].理化生教學與研究， 2016，（81）： 140～141.