創(chuàng)設(shè)實驗情景 自主學(xué)習探究 引導(dǎo)知識建構(gòu)

孫美榮

摘要：創(chuàng)設(shè)實驗情景，讓學(xué)生親歷實驗過程，體驗物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。在自主學(xué)習單的引領(lǐng)下，在問題解決的進程中，學(xué)會內(nèi)化知識建構(gòu)。

關(guān)鍵詞：實驗體驗；晶體生成；自主學(xué)習；內(nèi)化知識；知識建構(gòu)

文章編號：1008-0546（2017）11—0086—04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.028

一、復(fù)習課案例的提出

筆者在講授滬教版上冊第五章“金屬的性質(zhì)”時，設(shè)計了一組不同金屬（鎂、鋅、鐵、銅）分別與相同濃度稀硫酸反應(yīng)的分組實驗，發(fā)現(xiàn)鐵絲與稀硫酸反應(yīng)的速率相對較慢，能觀察到鐵絲表面有氣泡冒出，溶液的顏色變化在短時間內(nèi)不容易觀察。為了能讓學(xué)生親眼看到硫酸亞鐵溶液是淺綠色的事實，決定延長實驗的觀察時間，設(shè)想隨著反應(yīng)的進行，生成的新物質(zhì)硫酸亞鐵隨之增多，預(yù)期的目標是學(xué)生親眼觀察到硫酸亞鐵溶液的顏色。該實驗僅僅放置了一天，第二天就觀察出溶液的顏色的淺綠色，同時還發(fā)現(xiàn)鐵絲表面懸掛著少許淺綠色的晶體，第四天試管鐵絲上沉積的晶體逐漸增多，試管底部有少許黑色物質(zhì)沉積，到第十天鐵絲幾乎全部被溶解完，試管里淡綠色硫酸亞鐵晶體越來越多，有些小顆粒晶體逐漸生長成較大顆粒，試管底部有較多黑色物質(zhì)沉積，我拿著試管愛不釋手，一個教學(xué)的好素材萌生了。這些現(xiàn)象的背后呈現(xiàn)出的是多個知識的融合，隱藏著學(xué)生還未學(xué)到的一些知識，限于學(xué)生剛剛學(xué)到第五章的知識水平，只能解釋金屬與酸反應(yīng)生成了可溶性的物質(zhì)和氫氣。試管底部黑色物質(zhì)是由于鐵絲為鐵碳合金，鐵被過量的硫酸溶液溶解后導(dǎo)致碳析出沉積在試管底部。但是，學(xué)生尚未學(xué)習到第六章溶液的知識，對溶液的組成和溶液的濃度，以及隨著反應(yīng)的不斷進行，溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)不斷增大，溶液由不飽和溶液變?yōu)轱柡腿芤骸柡腿芤河肿兂蛇^飽和溶液導(dǎo)致溶液中有晶體析出還不能夠深刻理解。如果將該實驗設(shè)計成實驗探究復(fù)習課——硫酸亞鐵晶體是如何合成的？讓學(xué)生親身體驗晶體的合成過程，一定會引起學(xué)生的好奇心和探究欲望，為學(xué)生提供一個有關(guān)溶液的知識體驗及建構(gòu)的案例。

筆者決定待溶液新授課結(jié)束，帶領(lǐng)學(xué)生研究鐵是如何轉(zhuǎn)變成硫酸亞鐵晶體的課題。讓學(xué)生課前通過小組合作方式進行課外實驗觀察體驗，學(xué)生依據(jù)教師編制自主學(xué)習任務(wù)單進行自主學(xué)習，課堂上教師設(shè)計問題鏈，學(xué)生研討分析解釋現(xiàn)象背后的知識融合點，達成內(nèi)化知識和知識建構(gòu)的目標。

二、復(fù)習課案例的實踐

1.明確復(fù)習目標

知識與技能：通過實驗體驗鐵與酸反應(yīng)生成亞鐵化合物的證據(jù)所在，體驗不飽和溶液與飽和溶液的相互轉(zhuǎn)化過程，認識鐵絲是由鐵和碳組成的合金，會依據(jù)物質(zhì)的組成性質(zhì)采用過濾的方法對可溶性物質(zhì)與不溶性物質(zhì)進行分離。學(xué)會依據(jù)晶體的性質(zhì)差異選擇分離晶體的方法。

過程與方法：通過創(chuàng)設(shè)實驗情景，學(xué)生親歷實驗過程、觀察現(xiàn)象解釋結(jié)論，提高分析、反思、歸納建構(gòu)知識的能力。

情感態(tài)度價值觀：借助實驗探究激發(fā)學(xué)習興趣和探究欲望，提升學(xué)習內(nèi)驅(qū)力，內(nèi)化知識提升能力。

2.細化教學(xué)過程

（1）課前——學(xué)生親歷實驗過程

義務(wù)教育化學(xué)課程標準（2011年版）強調(diào)，科學(xué)探究是學(xué)生積極主動地獲取化學(xué)知識、認識和解決化學(xué)問題的重要實踐活動。科學(xué)探究學(xué)習目標的實現(xiàn)，必須讓學(xué)生親身經(jīng)歷豐富的探究活動。在學(xué)習完第六章溶液后，筆者組織化學(xué)活動小組利用課余時間完成鐵絲與稀硫酸反應(yīng)制備硫酸亞鐵晶體的實驗，用了10天的時間觀察并記錄實驗現(xiàn)象，學(xué)生在自主學(xué)習任務(wù)單的引領(lǐng)下，觀察現(xiàn)象、思考現(xiàn)象背后隱含的物質(zhì)轉(zhuǎn)化實質(zhì)，晶體的分離和提純。會將零散的知識融合起來，解釋現(xiàn)象背后的知識。

（2）課堂——師生梳理內(nèi)化知識

首先，師生回顧鐵絲與硫酸反應(yīng)過程中的事實性知識，對這些信息進行加工整理，尋找知識問的聯(lián)系之處和生長點。通過展示實驗中幾個階段的圖片，師生重溫鐵與稀硫酸反應(yīng)的歷程，創(chuàng)設(shè)問題鏈引發(fā)學(xué)生復(fù)習再現(xiàn)基礎(chǔ)知識，實現(xiàn)課堂上內(nèi)化知識的目標。

【問題1】你觀察到鐵絲和稀硫酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)的證據(jù)是什么？你能歸納出金屬與酸反應(yīng)的規(guī)律嗎？

【學(xué)生】生成了新物質(zhì)，根據(jù)新物質(zhì)的顏色可推知是硫酸亞鐵。依據(jù)已有的實驗經(jīng)驗，鋁、鋅、鎂也能和金屬發(fā)生置換反應(yīng)生成鹽和氫氣。

【問題2】第一天為什么看不到硫酸亞鐵晶體析出？第二天為什么有晶體析出？

【學(xué)生】第一天試管中硫酸溶質(zhì)多，生成的硫酸亞鐵溶質(zhì)少，溶液中硫酸亞鐵還沒有達到飽和狀態(tài)，所以沒有硫酸亞鐵晶體析出。

【問題3】通過這個實驗，你對不飽和溶液和飽和溶液的相互轉(zhuǎn)化有了深刻的理解嗎？

試管內(nèi)溶液中溶質(zhì)由硫酸逐步轉(zhuǎn)化為硫酸亞鐵，當溶液溫度不變時，隨著反應(yīng)的進行，硫酸亞鐵質(zhì)量不斷地增加，硫酸亞鐵溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)也隨之逐漸增大，溶液由不飽和溶液漸漸變成飽和溶液，直至變?yōu)檫^飽和溶液，就開始有硫酸亞鐵晶體從溶液中析出。實現(xiàn)了硫酸亞鐵從無到有，從少到多的變化，實現(xiàn)不飽和溶液轉(zhuǎn)變?yōu)轱柡腿芤海苜|(zhì)再從飽和溶液中以晶體的形式結(jié)晶出來。根據(jù)影響物質(zhì)溶解的因素分析，當改變溫度或增加溶劑的量時，也可使硫酸亞鐵晶體重新溶解在溶液中，從而實現(xiàn)飽和溶液向不飽和溶液的轉(zhuǎn)化。

【問題4】通過觀察，你認為組成鐵絲的主要元素有哪幾種？你判斷的依據(jù)是什么？

【學(xué)生】依據(jù)元素守恒可知，實驗用鐵絲主要是由鐵元素和碳元素組成，反應(yīng)前是鐵合金，反應(yīng)后鐵元素轉(zhuǎn)變?yōu)榱蛩醽嗚F，碳元素的存在形式依據(jù)顏色判斷是碳單質(zhì)。

【問題5】如何分離可溶性的硫酸亞鐵溶液和不溶性的碳粉？

【學(xué)生】依據(jù)混合物中各組分物質(zhì)的性質(zhì)差異，F(xiàn)eSO₄是可溶性的鹽，C粉不溶于水，采用過濾的方法加以分離。

【問題6】如何將試管里的綠色硫酸亞鐵晶體分離出來？endprint

將試管中的混合液和晶體加水溶解，待晶體完全溶解后，轉(zhuǎn)移到燒杯中，制作過濾器，進行過濾操作，然后用蒸餾水洗滌過濾器上的黑色物質(zhì)，將濾液蒸發(fā)濃縮后冷卻結(jié)晶，過濾洗滌得到純凈的硫酸亞鐵晶體。

3.課堂——師生拓展遷移提升

課前學(xué)生親歷實驗過程獲得了事實性知識，課上師生間的內(nèi)化知識使學(xué)生理解了不飽和溶液和飽和溶液的轉(zhuǎn)化事實，以及晶體如何從飽和溶液中結(jié)晶析出的事實。但是對于晶體的獲得及如何洗滌晶體等知識還不夠完善，需要拓展提升。

（1）沉淀的洗滌與檢驗

【問題】如何洗滌濾紙上的碳粉？用什么洗？怎么洗？如何證明碳粉已經(jīng)洗滌干凈？

【教師】仔細觀察圖3的顏色，思考碳粉和哪種物質(zhì)共存于溶液中？

【學(xué)生】濾紙上有綠色的痕跡，說明碳粉上吸附有可溶性的硫酸亞鐵物質(zhì)。應(yīng)該用水洗滌。

【教師】既然是洗滌硫酸亞鐵，那應(yīng)該檢驗?zāi)囊环N離子最方便呢？

【學(xué)生】證明硫酸根離子最方便。

師生總結(jié)：

沉淀的洗滌方法：沿著玻璃棒向過濾器中加水至浸沒固體，待水濾出，重復(fù)三遍。

沉淀是否洗凈的檢驗：取最后一次洗滌濾液少許于試管中，滴加幾滴氯化鋇溶液，若沒有白色沉淀產(chǎn)生則碳粉已洗滌干凈。

（2）晶體的獲得與洗滌

【問題1】請結(jié)合右圖的硫酸亞鐵晶體的溶解度曲線，討論如何從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體？

【問題2】仔細觀察右圖，你發(fā)現(xiàn)了什么？如何依據(jù)該圖中溶解度的變化設(shè)計分離晶體的方案。

【學(xué)生】先要把溶液蒸發(fā)濃縮至溶解度最大時的60%飽和溶液，再迅速降溫至0℃結(jié)晶，過濾。

【問題3】為什么需要用少量冰水洗滌晶體？

【學(xué)生】硫酸亞鐵晶體表面吸附有可溶性的雜質(zhì)離子，因考慮到晶體會溶解而損失，需要用冰水洗滌。

【問題4】為什么要低溫干燥得到的晶體？

【學(xué)生】防止晶體溫度高會失去結(jié)晶水或發(fā)生分解。

歸納：晶體的獲得和洗滌方法為：加熱濃縮得到60%飽和溶液，冷卻至0℃結(jié)晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。

（3）課堂變式學(xué)以致用

【訓(xùn)練題】鋁鐵合金在微電機中有廣泛應(yīng)用，某興趣小組為利用廢棄的鋁鐵合金設(shè)計了如下實驗流程制備聚合硫酸鐵和明礬：

④濃縮時需要向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是______。

【環(huán)節(jié)一】教師布置任務(wù)，學(xué)生在課上利用10分鐘限時訓(xùn)練，教師巡視觀察記錄學(xué)生思維障礙之處。

【環(huán)節(jié)二】學(xué)生展示匯報解題思路。

【環(huán)節(jié)三】提煉出三種解題思維方法，守恒思想、知識遷移能力、挖掘信息學(xué)以致用。

（1）推出試劑x的方法是應(yīng)用元素守恒思想，結(jié)合題目給出的兩條信息，試劑X是一種常見的強堿，明礬是一種硫酸鹽，化學(xué)式為KAl（SO₄）₂·12H₂O，可推斷出X為KOH。

（2）混凝劑聚合硫酸鐵可用于凈水的原理需要遷移課本知識，應(yīng)用明礬凈水原理的知識，表述為聚合硫酸鐵具有吸附作用，吸附水中的懸浮顆粒，形成較大顆粒而沉降。

（3）依據(jù)化合物中元素化合價正價總數(shù)等于負價總數(shù)的守恒思想，可順利計算出x=6-2y。

（4）依據(jù)題目給出的圖表信息，當x為最大值時橫坐標對應(yīng)的pH值為3.0。

（5）學(xué)生們存在的最大問題是（2）第④濃縮時需要向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的表述不清。需要教師引導(dǎo)，乙醇是一種有機溶劑，聚合硫酸鐵是能與水混溶的新型混凝劑，微溶于乙醇，因此，加入酒精可以降低聚合硫酸鐵的溶解度，便于聚合硫酸鐵晶體從混合液中析出，另外酒精易揮發(fā)，使得聚合硫酸鐵易于干燥。

三、教學(xué)反思

依據(jù)實際情況，利用鐵絲與稀硫酸反應(yīng)創(chuàng)設(shè)實驗情境，通過以化學(xué)實驗為主的探究活動，使學(xué)生體驗科學(xué)探究的過程，激發(fā)學(xué)習化學(xué)的興趣，強化科學(xué)探究的意識，讓學(xué)生在小組合作學(xué)習共同體中合作學(xué)習，在自主學(xué)習任務(wù)單的引領(lǐng)下自主建構(gòu)拓展提升。促進學(xué)習方式的轉(zhuǎn)變，有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力。這節(jié)復(fù)習課又是遵循建構(gòu)主義理論，倡導(dǎo)學(xué)習者自主建構(gòu)知識，讓學(xué)生在共同體中學(xué)習，將要整合建構(gòu)的知識依存于情境。

1.通過創(chuàng)設(shè)實驗情境促進合作學(xué)習有利于提升復(fù)習質(zhì)效

美國心理學(xué)家布魯納指出：“學(xué)習的最好動力就是對學(xué)習材料產(chǎn)生興趣”。現(xiàn)代心理研究也表明：興趣能引起學(xué)生的求知欲，而求知欲可以打破原有的心理平衡，促進心理活動的加速。化學(xué)實驗具有生動直觀、現(xiàn)象新奇的特點能夠引起學(xué)生強烈的好奇心和求知欲，容易使學(xué)生對教學(xué)活動產(chǎn)生濃厚的興趣，而興趣是創(chuàng)造性思維發(fā)展的前提和條件。用興趣實驗引領(lǐng)化學(xué)復(fù)習，珍視學(xué)生在實驗探究中獨特的體驗感受和理解，讓學(xué)生在實驗中有所感有所思，學(xué)會思考、學(xué)會知識整合與建構(gòu)，讓學(xué)生在“探究”中感知“生成”在感悟中升華“生成”。另外實驗與教學(xué)內(nèi)容有效融合，既能充分發(fā)揮實驗的教學(xué)功能，還能將一些重難點知識自然融合在一起，有利于知識的建構(gòu)，有效提高復(fù)習效率。

2.開展自主體驗式學(xué)習有利于促使學(xué)習方式的改變

把看似簡單的實驗拉長周期進行觀察不僅增加了學(xué)生動手實踐的機會，使學(xué)生由過去被動“等待”和“接受式”的學(xué)習方式變?yōu)椤爸鲃印焙汀疤剿魇健钡膶W(xué)習方式，不僅調(diào)動了學(xué)生學(xué)習的主動性，在一系列化學(xué)反應(yīng)動態(tài)變化過程中引發(fā)了學(xué)生深刻的思維活動，使學(xué)生的學(xué)科知識、實驗操作技能、科學(xué)探究能力與創(chuàng)新意識同步提升。教師依據(jù)課程標準結(jié)合學(xué)情設(shè)計了指導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習的任務(wù)單，預(yù)設(shè)的達成目標直接與學(xué)生見面，是一種目標管理式的學(xué)習。自主學(xué)習任務(wù)單引領(lǐng)學(xué)生課前開展自主學(xué)習，突出了學(xué)生的學(xué)習主動性，使學(xué)生真正成為學(xué)習的主人，學(xué)生使用自主學(xué)習任務(wù)單自主地解決問題，獲得知識的意義建構(gòu)。學(xué)習任務(wù)設(shè)計能夠?qū)⒅R點轉(zhuǎn)化為問題，即把教學(xué)重點、教學(xué)難點和其他知識點轉(zhuǎn)化為問題，能夠引導(dǎo)學(xué)生自己發(fā)現(xiàn)知識，提高思維能力，體驗自主學(xué)習成就感。課堂上通過一組問題鏈引導(dǎo)學(xué)生思考，教師選擇真實問題呈示給學(xué)生，學(xué)生把有意義的真實問題當作“我的問題”來接納，開展自主學(xué)習活動解決問題，有著強烈的當事性和責任性。只要學(xué)生把問題學(xué)習當成了“我的學(xué)習”，就會產(chǎn)生有意義的學(xué)習經(jīng)驗，就能使學(xué)生的學(xué)習觀從“知識由教師傳遞”的認知主義的接受式學(xué)習觀，轉(zhuǎn)型為“知識由每一個人自身同伙伴協(xié)作建構(gòu)”的建構(gòu)主義的能動的學(xué)習觀。endprint