HPS教學理念滲透于支架式教學模式中的應用研究

孫悅 楊天林

摘要：支架式教學模式的模型融合HPs教學學習化學能與電能，不僅可以培養學生獨立思考、合作學習的能力，同時也培養學生的科學本質觀以及批判性思維的能力。讓學生從科學家的角度去思考問題，敢于質疑已有觀點或假說。

關鍵詞：支架式教學模式;HPs教學;科學本質觀;批判性思維

文章編號：1008-0546（2020）02-0056-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.017

一、提出問題

隨著科學技術的不斷發展和新課程標準的要求，創新型人才的培養已成為當前教育的一個重要課題。支架式教學是指學生在學習過程中遇到自己無法解決的問題，借助比學習者更高學習水平的教師或者學習能力較強的人來解決問題，完成本節課的學習任務或者達到在沒有這些更有能力的他人的支持不能達到的目標的過程。支架式教學模式可以分為六個部分，如圖1：

這是一條融合了三維目標的清晰的教學主線。在這個過程中支架的搭建是最重要的，教師需要搭建合理支架，讓學生根據教師搭建的支架自主思考，如果在其中融入HIS教學會使課堂更生動，不僅為老師搭建支架提供了基礎，而且培養了學生的科學本質觀、提高了學生的批判性思維，讓學生可以站在科學家的角度自主思考問題。

二、設計思路

在“化學能與電能”內容的設計上，將HIS教學理念滲透于支架式教學模式中，其內容主要包括如圖2所示的各部分。其中一個最重要的過程是搭建支架與學習歷史這兩部分之間知識的銜接過程。教師不僅需要掌握大量化學史的內容，而且要對所教的科目有系統、全面的認識。化學能與電能屬于高中化學必修二的第一章第三節內容，這里需要設計支架式教學模式與HIS教學相融合的高中化學教學設計模式。

三、教學過程設計

如圖3所示。

四、教學設計

1.創設情境

[教師]取一個成熟的番茄，在番茄里插入平行的鋅片與銅片，并接入電流計，觀察到電流計指針發生偏轉。

[學生]學生都感覺很驚奇，問老師為什么？

[教師]電流表指針偏轉，一定有電產生，那么電是怎么產生的？這就是我們今天要學習的內容。

2.引發學生觀點

[媒體支架]用PIT展示生活中一些常見的電池。

[問題支架]我們的生活中有各種不同的電池，它們是怎樣產生電的呢？與“番茄電池”一樣嗎？

[學生]學生思考，并給出不同觀點

[教師]教師總結。那我們來看一看電池在歷史上是怎么被發明的。

3.學習歷史

[教師]在1780年的一個秋天，意大利波洛尼亞大學的解剖學教授伽伐尼在一次實驗中無意間發現，在不通電源的情況下，被剝下來的青蛙腿也會發生痙攣的現象。在電閃雷鳴的一天，伽伐尼解剖室臺上的起電機發生了電氣火花，放在桌子上與鉗子和鑷子環相接觸的一只青蛙腿發生痙攣，而此時起電機與青蛙腿之間并無導體連接。然后他抬起青蛙腿的一只腳，把一個銅鉤放進脊髓里，這樣，它就會與銀制的臺板接觸，如果這樣，另一只腳就會在臺板上自由移動。當它接觸到銀臺板時，腳的肌肉收縮并離開臺板，但離開臺板后，它又會一次一次的碰到銀臺，并且一直擺動。如果把銅鉤與臺板換成同一種金屬的話，就不會看到這種現象。在意大利帕維亞大學的物理學教授伏打（1745～1827年），他復重做伽伐尼的實驗多次后，通過觀察后發現其實電并不是發生在動物的組織內，而是金屬或木炭的組合產生的。因此，伏打不使用動物的組織做實驗，僅僅用不同金屬相接觸，使用鋼瓶及金箔驗電器進行實驗，發現在接觸的過程中會產生電壓，后來被稱為接觸壓。該裝置能同時提高不同金屬的實驗效果，但不能產生連續電流。與此同時，伏打也發現到伽伐尼的實驗中應用了不同的金屬，實驗中青蛙腿被看作了一種潮濕的物質，于是他使用能夠導電的鹽水代替動物組織進行實驗，最后發現了電池的原理，發明出了著名的伏打電堆與伏打電池。

[媒體支架]在講解的過程中加入PPT圖片展示，加深學生印象，方便教師講課。

[學生]聽了老師的熱情講解，產生了濃厚的學習興趣。

4.搭建支架

[教師]搭建問題支架，提問：（1）為什么青蛙的腿會發生抽搐？

（2）當銅鉤與臺板被同一種金屬取代時，為什么沒有現象產生？

（3）金屬與木炭接觸時，為什么會產生接觸壓力？

（4）為什么在實驗過程中不能一直產生連續電流？科學家是怎么做的？

（5）鹽水溶液為什么可以代替動物組織？它們之間有什么共同點？

5.學生自主學習

[教師]現在請同學們思考五分鐘。

五分鐘過后……

[教師]請學生甲回答…

[學生甲]首先，第一個問題，青蛙腿抽搐一定由電流引起的。第二個問題，將鉤與臺板換成同一種金屬，不會有電流的產生，因此，要產生電流就需要兩種不同的金屬。第三個問題，金屬的金屬活動性與木炭的活動性不同，所以會產生接觸壓力。第四個問題我們在學習物理時了解到產生電流需要兩個條件，分別是有電源和閉合的電路，如果此過程中不能產生連續的電流，證明它沒有形成一個閉合的電路。科學家是用能夠導電的鹽水溶液與金屬相連形成了一個閉合的回路，最后產生了連續不斷的電流。第五個問題中用鹽水溶液代替動物組織的原因是它們都是含有無機鹽離子的濕物質。

[教師]甲同學說的很好，也很對，讓我們給他掌聲和鼓勵。既然我們學習了這么多知識，就讓我們開始今天的實驗吧1

6.小組合作學習

[教師]根據剛才的解釋，現在我們提供實驗用品來進行今天的實驗。（搭建實驗支架）

[實驗用品]銅片、鋅片、稀硫酸、電流表、導線、燒杯

[教師]將學生分組，1組：鋅棒與銅棒插入稀硫酸溶液中;2組：鋅棒與銅棒用導線連接;3組：連接一個電流表在導線中間。實驗裝置如圖4。

[學生]按照教師的分組進行實驗，學生觀察到：1組：zn棒上有氣體，銅棒上無現象;2組：cu棒上有氣體，zn棒上無現象;3組：電流表指針發生偏轉。

[教師講解]從剛才講解的化學史內容，我們知道原電池的組成需要不同活性的金屬材料和電解質溶液。在實驗過程中，電子通過導線由zn片流向Cu片，溶液中的H⁺從銅片獲得電子，從而被還原成氫原子，結合生成的氫分子從銅片上逸出。在微觀層面上：電流的產生表現為電子定向轉移的發生，其本質是氧化還原反應;在符號層面上：可以用化學式結合微觀層面上的得失電子守恒來表示。

[教師]教師總結，原電池：將化學能轉變為電能的裝置。

7.效果評價

[教師]布置任務：根據三個實驗，小組討論原電池的形成條件。

[學生]討論交流1：原電池組成條件、工作原理、電極反應方程式書寫。討論交流2：兩個不同的金屬電極+電解質=原電池。

五、總結與建議

支架式教學模式旨在提高學生的核心素養，培養學生的創新思維，提高學生的綜合能力和獨立思考能力。HPS教學可以培養學生的科學本質觀，提高學生的批判性思維能力，在建構主義和人本主義的支持下，集成它們的優點，充分發揮各自的作用。“化學能與電能”這部分內容屬于高中化學必修二中的內容，這部分內容難度相對較大，因為它涉及物理學的相關內容，相對有點抽象。支架式教學模式與HIS教學相結合，可以為教師搭建支架提供一定的理論基礎，讓學生從科學家的角度思考問題，敢于對科學提出疑問，為提高學生的創新思維能力提供依據。