建構主義學習理論與化學核心素養培養目標的融合研究
——以“金屬的腐蝕與防護”教學設計為例

于文文

（山東省濟南德潤高級中學 山東濟南 250014）

一、建構主義學習理論與化學學科核心素養關系

1.建構主義學習理論

建構主義學習理論認為，學習不是學習者機械地將外界知識搬到記憶中，而是學習者在已有知識和生活經驗基礎上，與外界各種因素交互作用，獲取和建構自己新的知識體系[1]。因此，教學應以學生為中心，強調對學習環境、學習活動、學習策略等進行分析和構造，激發原有相關經驗，激活高水平思維活動，促進新舊知識經驗相互作用，讓新知識在原有經驗基礎上生長起來，幫助學生完成意義建構。

2.化學學科核心素養

高中化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據推理與模型認知”、“科學探究與創新意識”、“科學精神與社會責任”5 個維度[2]。基于化學核心素養培養的教學是指在教學目標確定、教學內容組織、教學過程實施、教學結果改進、教學評價設計等環節均以化學核心素養作為衡量準則。即教學目標源于化學學科核心素養，教學內容基于真實情境，教學過程實施有利于素養內化，關注“教學評”一致性等。

3.二者之間的關系

建構主義學習理論和化學學科核心素養都立足于人的身心和認知發展規律，具有很強的綜合性，涵蓋了聚焦核心知識、建構思想觀念、注重宏微結合、引導實驗探究等多方面，二者相輔相成。體現為學生不僅要掌握化學學科5 大模塊的理論概念，還要能準確把握各模塊之間的內在聯系，能夠跨模塊和綜合運用不同模塊知識進行分析、歸納、演繹和綜合，將零散知識和概念建構成相應的知識體系，并最終內化[3]。

二、設計思想

“金屬的電化學腐蝕”在魯教版教材體系中出現三次，各個板塊的教學要求側重不同[4]。其中，《必修2》要求舉例說明金屬材料的腐蝕及防護；《化學反應原理》要求能解釋金屬發生電化學腐蝕的原因，認識金屬腐蝕的危害。本教學設計通過實驗設計和問題討論明晰電化學腐蝕原理；通過實驗探究初中學習的紅磷燃燒實驗，從水被倒吸測定體系中壓強變化進行聯想觀察、證據推理與模型認識；讓學生學會用化學原理解釋某些生活現象。

三、教學目標

證據推理和模型認知—從封閉體系壓強變化事實中提取證據，理解金屬腐蝕原理，提高學生模型認知的核心素養。

科學探究和創新意識—設計和實施金屬腐蝕原理實驗，結合問題驅動、情境分析和小組交流得出結論。

科學態度與社會責任—運用金屬腐蝕原理探討金屬防護方法，倡導節約資源和社會可持續發展。

四、教學過程

（一）創設情境導入新課

[媒體展示]金屬腐蝕的資料圖片。

[教師活動]面對這樣驚人的數字，大家是否想過：如何預防或者減慢金屬的腐蝕？

[設計意圖]新課導入設計過程中適時使用情境教學，激發學生“科學精神和社會責任”，為后續任務完成打下基礎。

[媒體展示]在九年級化學下冊第九單元第三節曾學習過鋼鐵的腐蝕與防護，并做過這樣一組實驗，請大家回憶并思考鋼鐵生銹的條件有哪些？

[學生活動]答案是鋼鐵生銹的條件：鋼鐵、空氣、水。小組討論：為什么海邊的鐵制品比陸地上的鐵制品較容易生銹？答案是鋼鐵（主要成分鐵、碳），潮濕的空氣即水膜（電解質溶液）形成了原電池。

[設計意圖]運用已有知識解決問題，在原有知識點基礎上生長出新知識。

[教師活動]將不純的金屬或合金與電解質溶液接觸會發生原電池反應，比較活潑的金屬失電子被氧化的腐蝕，稱為電化學腐蝕。那么鋼鐵電化學腐蝕的原理是怎樣的呢？

（二）小組合作揭示本質—探究鋼鐵電化學腐蝕的原理

[教師活動]如果水膜呈酸性，寫出電極反應式及電池反應方程式。

[學生活動]負極：Fe-2e－＝Fe2+正極：2H++2e－＝H2↑總：Fe+2H+＝Fe2++H2↑

分析：當鋼鐵處于酸性氣氛中時，易發生析氫腐蝕。

[教師活動]如果水膜呈中性或堿性呢？鐵被氧化，氧化劑是什么物質呢？O2還是H2O？

[學生活動]小組交流討論是因為O2。根據以往經驗，在水溶液中H+比較容易氧化Fe。中性或堿性電解質溶液，這時c（H+）小于等于10－7mol/L，濃度太小，因此氧化劑是O2。

[教師活動]設計一個封閉體系測定體系壓強的變化，證明O2 是否參加反應。聯想初中學習的紅磷燃燒的實驗裝置，從水被倒吸的情況測定體系中壓強的變化。

圖1

圖2

[學生活動]回憶初中階段學習過的紅磷燃燒的實驗裝置圖（圖1），小組討論并展示設計鋼鐵腐蝕消耗氧氣的實驗裝置圖（圖2）。

[設計意圖]通過情境支架、問題支架為學生提供證據推理與模型認識，培養學生實驗探究能力與創新意識和分析問題、解決問題的能力。

[教師活動]鐵被腐蝕為Fe2+還是Fe3+?如何檢驗？

[學生活動]小組交流討論，小組代表總結回答。取樣后先加入KSCN 溶液，若無明顯現象，再加入過氧化氫溶液，若出現血紅色，可以證明氧化產物為Fe2+。

[設計意圖]因為學生有原電池理論、紅磷燃燒實驗和Fe2+與Fe3+離子檢驗基礎，所以這部分采用實驗引入、學生討論和教師點撥相結合的教學方法，形成完整知識體系，完成意義建構。

[教師活動]總結實驗步驟。

[學生活動]實驗操作。實驗1：將適量鐵粉、炭粉混合均勻后加入到試管中向試管中；加入3 滴管氯化鈉溶液，按上圖裝置好儀器；2 分鐘后打開止水夾，觀察導管中水柱的變化。實驗2：取實驗1 中少量濾液，滴加KSCN 溶液無變化，再滴加H2O2溶液，溶液顯紅色。

實驗現象及結論：①導管口有一段水柱上升，說明試管內氣壓減小，氧氣消耗，發生了吸氧腐蝕；②滴加KSCN 溶液無變化，再滴加H2O2溶液，溶液顯紅色，說明Fe 被氧化為Fe2+。

[設計意圖]培養學生化學核心素養中的“科學探究與創新意識”，讓學生在實驗中學習歸納總結，逐步揭示鋼鐵的吸氧腐蝕原理。

[教師活動]嘗試寫出如果水膜呈中性或弱酸性，此時吸氧腐蝕的電極反應式。

[學生活動]負極：Fe-2e－＝Fe2+正極：O2+H2O+4e－=4OH－

繼而發生的反應：4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3

[小結]鋼鐵的析氫腐蝕、吸氧腐蝕的條件，電極反應以及聯系。

[設計意圖]幫助學生形成和構建完整知識網絡。

（三）遷移應用—金屬的防護

[教師活動]鍍層破壞后，為什么馬口鐵（鍍錫的鐵）比白口鐵（鍍鋅的鐵）更易腐蝕？

[學生活動]交流討論，鋅比鐵活潑，構成原電池時鋅做負極，鐵做正極，對鐵起了保護作用。

[教師活動]如何對金屬的腐蝕進行防護呢？請以鋼閘門的防腐為例，應用電化學原理設計防腐蝕裝置，并繪制草圖。

[學生活動]設計繪制草圖并交流分享。

[設計意圖]該探究是在探究鋼鐵腐蝕原理的基礎上的應用探究。由學生根據電化學原理設計防腐蝕裝置，培養學生進行系統設計和模型建構的高級思維能力，實現認知發展的“平衡化”，培養學生“科學精神與社會責任”這一核心素養。

五、結束語

緊緊圍繞“培養學生化學核心素養”的核心目標，然后以建構主義學習理論指導各個教學環節設計，將不再局限于學科知識的傳授，而是在復習已有知識的基礎上，通過讓學生交流討論、發現問題、進行假設、實驗探究得出結論，再通過歸納、總結、遷移幫助學生將知識納入到自己的認知結構中，實現知識建構。整個教學過程實現了建構主義學習理論和化學核心素養培養的有機結合。