利用化學(xué)史和手持技術(shù)促學(xué)生認(rèn)知發(fā)展

郭漢波

[摘? ?要]以人教版化學(xué)九年級上冊《金屬防護(hù)和廢金屬回收》一課為例，結(jié)合化學(xué)史與手持技術(shù)，圍繞初中生的學(xué)習(xí)認(rèn)知設(shè)計創(chuàng)建教學(xué)應(yīng)用方案，有效促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知發(fā)展，提高學(xué)生的學(xué)習(xí)能力。

[關(guān)鍵詞]化學(xué)史;手持技術(shù);教學(xué)設(shè)計;認(rèn)知發(fā)展;初中化學(xué)

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2020）20-0067-02

《金屬防護(hù)和廢金屬回收》是初中化學(xué)的重要一課，傳統(tǒng)教學(xué)主要圍繞如何設(shè)計實驗、如何比較實驗現(xiàn)象等內(nèi)容展開，目的在于幫助學(xué)生理解鐵銹蝕的主要原因及化學(xué)原理。但當(dāng)前更需要從感性認(rèn)識的層面為學(xué)生構(gòu)建一套完整的化學(xué)物質(zhì)變化認(rèn)知觀，消除學(xué)生的認(rèn)知障礙。在教學(xué)中融入化學(xué)史內(nèi)容，引入手持技術(shù)，可引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合大量知識內(nèi)容同時展開化學(xué)實驗實踐思考與化學(xué)史學(xué)習(xí)，達(dá)到一舉兩得的教學(xué)效果。

一、化學(xué)史與手持技術(shù)

化學(xué)具有漫長的發(fā)展歷史，它從人類學(xué)會使用火就已經(jīng)存在了，即人類最早的行為實踐活動與化學(xué)息息相關(guān)。化學(xué)見證了人類積累經(jīng)驗和發(fā)展的過程。隨著化學(xué)知識的形成，化學(xué)史也逐漸走過了萌芽時期、煉丹和醫(yī)藥化學(xué)時期、燃素說化學(xué)時期、定量化學(xué)時期、科學(xué)相互滲透時期，然后到達(dá)當(dāng)前的綠色數(shù)字化學(xué)時期。當(dāng)然，科學(xué)無止境，化學(xué)歷史的發(fā)展也絕對不會停滯不前。

當(dāng)前的手持技術(shù)就是綠色數(shù)字化學(xué)的代表，化學(xué)手持技術(shù)實驗，也被稱為掌上實驗，是由計算機(jī)和微電子技術(shù)相結(jié)合形成的新型數(shù)字化實驗手段，主要由數(shù)據(jù)采集器、傳感器以及計算機(jī)配套軟件等多個部分組成。

二、教學(xué)思路

《金屬防護(hù)和廢金屬回收》一課針對學(xué)生生活中比較常見的金屬材料的信息內(nèi)容進(jìn)行分析，旨在引領(lǐng)學(xué)生認(rèn)識廢棄金屬對周邊生態(tài)環(huán)境可能造成的各種污染及不利影響，了解金屬回收的重要性。基于理論學(xué)習(xí)，教師引導(dǎo)學(xué)生合理利用廢金屬設(shè)計主題實驗，深度探究發(fā)生銹蝕的條件，探討防銹方法。在整個實驗教學(xué)過程中，教師引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)的角度認(rèn)知和洞悉人與自然之間的關(guān)系。另外，通過這一課的實驗教學(xué)，加深學(xué)生對之前所學(xué)內(nèi)容的印象，如“金屬的冶煉”，為之后學(xué)習(xí)其他知識，如“酸的化學(xué)性質(zhì)”“可逆反應(yīng)”等奠定良好的基礎(chǔ)[1]。

三、教學(xué)設(shè)計與應(yīng)用

《金屬防護(hù)和廢金屬回收》一課的教學(xué)設(shè)計圍繞情境展開，分別在不同階段創(chuàng)設(shè)不同的化學(xué)史教學(xué)情境，同時引入手持技術(shù)實驗，以強(qiáng)化學(xué)生的認(rèn)知，達(dá)到引入新課、探究學(xué)習(xí)、知識類比遷移的目的，幫助學(xué)生解決化學(xué)學(xué)習(xí)問題，形成學(xué)生自己相對獨立的知識體系。

1.新課導(dǎo)入

首先，教師為學(xué)生展示各種金屬物件及相關(guān)人物圖片，這其中包括歐治子、被銹蝕的鐵劍、鐵刀片等。結(jié)合這些圖片創(chuàng)設(shè)情境，并借此導(dǎo)入新課。情境創(chuàng)設(shè)：中國煉鐵始于春秋時代，當(dāng)時人們的生產(chǎn)生活依賴大量的鐵器，比如用鐵鑄劍和農(nóng)具。此時教師指著歐治子的圖片，告訴學(xué)生歐治子就是越王勾踐的鑄劍師，他所鑄造的寶劍非常多，但是真正流傳下來的寶劍數(shù)量卻非常少。這主要是因為鐵劍易被銹蝕。但他為勾踐鑄造的“勾踐劍”卻千年不腐，至今完好無損。講到這里，教師會將疑問拋給學(xué)生：“為何‘勾踐劍可以千年不腐呢？”讓學(xué)生帶著這樣的問題深入到學(xué)習(xí)中，并在教師的帶領(lǐng)下正式展開實驗探究，探尋鐵生銹的成因（如圖1）。

教師要求學(xué)生在家中完成鐵釘銹蝕實驗，并給學(xué)生一周的時間來探索、操作、觀察實驗過程。一周后，請學(xué)生講一講鐵釘在銹蝕實驗中所發(fā)生的變化。有學(xué)生回答：試管①和試管②中的鐵釘一周內(nèi)沒有生銹，但試管④和試管⑤中的鐵釘相比于試管③生銹速度要快[2]。

結(jié)合學(xué)生的這一發(fā)現(xiàn)，教師引導(dǎo)學(xué)生通過鐵釘所處環(huán)境與銹蝕現(xiàn)象的比較思考鐵制品生銹的本質(zhì)原因，以及發(fā)生銹蝕的主要條件是什么。在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生對比試管①和試管③，發(fā)現(xiàn)鐵制品生銹與水有關(guān)，再對比試管②和試管③，發(fā)現(xiàn)鐵制品生銹與氧氣也有關(guān)，由此推斷鐵制品生銹是鐵制品與水、氧氣共同作用后才發(fā)生的，在生銹這一氧化反應(yīng)中二者缺一不可。

在實驗對比與學(xué)習(xí)完成后，教師再次提到歐治子所鑄造的“勾踐劍”：為什么古人能夠鑄造這樣一把千年不腐之劍？進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生的好奇心。在理論講解中，教師告訴學(xué)生鐵制品生銹是一個相當(dāng)緩慢的過程，而實驗的時間只有7天，是很難展現(xiàn)鐵生銹的整個變化過程的。短期的實驗驗證和分析對鐵生銹的本質(zhì)探究不利，所以教師采用了數(shù)字化虛擬實驗為學(xué)生進(jìn)一步講解鐵釘銹蝕過程，并采用氧氣濃度感應(yīng)器配合溫度傳感器測量一次性發(fā)熱貼，觀察其發(fā)熱過程，幫助學(xué)生形成較為系統(tǒng)的認(rèn)知思路，獲得感知水平的有效提升。當(dāng)然，教師也可要求學(xué)生嘗試自主構(gòu)建與鐵釘銹蝕相關(guān)的實驗認(rèn)知模型，實現(xiàn)學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)思維發(fā)展與深層理解的有效同步，進(jìn)一步提高實驗教學(xué)質(zhì)量。

2.實驗探究

在第二個環(huán)節(jié)中，教師繼續(xù)創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，引導(dǎo)學(xué)生展開探究性實驗，深入學(xué)習(xí)知識內(nèi)容，例如共同研究鐵銹蝕的基本原理，分析“勾踐劍”的奧妙之處。

學(xué)生觀察圖片，發(fā)現(xiàn)“勾踐劍”的表面顏色近似于合金色，同時看到其表面鍍上了一層不易生銹的金屬，借此學(xué)生就推斷出“勾踐劍”的表面是能夠隔絕氧氣或水的。此時教師導(dǎo)出新知識點——防止鐵銹蝕的基本方法。而采用質(zhì)子X射線熒光非真空技術(shù)就可以分析“勾踐劍”的不腐之奧妙。此外，教師還為學(xué)生講解了古人保養(yǎng)寶劍的有效方法，如用純棉布或鹿皮擦劍，除去劍刃表面的雜質(zhì);用木塊用力盤劍，除去寶劍上的刮痕，增加劍身毛細(xì)孔的收縮速度;使用養(yǎng)劍鞘，利用木材油料與木材生熱的原理保護(hù)劍身不被腐蝕。

上述實驗中，教師引導(dǎo)學(xué)生圍繞鐵制品銹蝕分析“勾踐劍”千年不腐的原因，進(jìn)而解開本課教學(xué)的最大謎團(tuán)，讓學(xué)生多了解金屬防護(hù)與我國歷史的淵源，進(jìn)而深入學(xué)習(xí)化學(xué)史。

3.知識遷移

最后一個環(huán)節(jié)的實驗教學(xué)主要圍繞知識遷移來展開。課堂上教師告訴學(xué)生被廢棄的金屬制品是不能隨意丟棄的，它不但會造成大量的資源浪費，還會產(chǎn)生環(huán)境污染，因為廢棄金屬制品中所含的汞、鉻等都屬于有毒金屬，所以人們必須學(xué)會回收利用并善用這些廢棄金屬制品。此時，教師引導(dǎo)學(xué)生展開知識遷移：結(jié)合化學(xué)史“天工開物”介紹一個古代實驗內(nèi)容，即把煤塊和礦石全部放在一個坩堝中加熱，最終會有金屬鋅凝結(jié)在鍋蓋上，這其實就是古代的冶煉技術(shù)。這種技術(shù)是可以被應(yīng)用于對廢棄金屬制品的二度應(yīng)用上的[3]。

四、教學(xué)反思

在教學(xué)反思階段，教師要總結(jié)實驗內(nèi)容，分析手持技術(shù)與化學(xué)史融入課堂教學(xué)的科學(xué)性、合理性以及有效性，保證為學(xué)生呈現(xiàn)有價值的理論實驗課程，再利用實驗數(shù)據(jù)引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題，生成新課學(xué)習(xí)內(nèi)容。在整個教學(xué)過程中，教師要牢牢把握針對性原則，實現(xiàn)課堂教學(xué)的及時反饋，體現(xiàn)課堂教學(xué)的大容量與高效率，確保學(xué)生學(xué)習(xí)的有效性[4]。

本文結(jié)合初中化學(xué)《金屬防護(hù)和廢金屬回收》一課展開探究性實驗教學(xué)，目的在于通過引入化學(xué)史與手持技術(shù)，為學(xué)生提供相對良好且多元化的化學(xué)學(xué)習(xí)空間，在化學(xué)實驗過程中引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)歷史，并感受通過手持技術(shù)學(xué)習(xí)化學(xué)的趣味性，為學(xué)生帶來良好的化學(xué)學(xué)習(xí)體驗，并能夠做到學(xué)以致用。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]

[1]? 繆徐.讓學(xué)生充分體驗學(xué)科思想方法：《金屬防護(hù)和廢金屬回收》的教學(xué)設(shè)計及反思[J].江蘇教育，2014（4）：32-34.

[2]? 惠海濤.充分利用化學(xué)史的教學(xué)價值[J].江蘇教育，2019（35）：65.

[3]? 賴道瑜，林萍，王成秩.利用化學(xué)史培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)本質(zhì)觀的教學(xué)研究[J].福建基礎(chǔ)教育研究，2016（11）：76-77.

[4]? 陳曉敏.在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中利用化學(xué)史進(jìn)行科學(xué)方法教育[J].速讀（中旬），2017（2）：138.

（責(zé)任編輯 張? ?簡）