基于TCIM模式的復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

教育部福建師范大學(xué)基礎(chǔ)教育課程研究中心2023年開放課題：基于讀思達(dá)教學(xué)法指向?qū)W生高階思維培養(yǎng)的科學(xué)探究實(shí)踐研究（KCA2023040）研究成果

摘" "要：科學(xué)探究是培養(yǎng)學(xué)生高階思維的有效途徑，是一項(xiàng)重要的核心素養(yǎng)?；赥CIM模式的復(fù)習(xí)課以氣體的性質(zhì)和制備為知識(shí)核心，以自充氣禮花槍為教學(xué)生長(zhǎng)點(diǎn)，組織學(xué)生開展系列科學(xué)探究，在解決問(wèn)題中深化知識(shí)，提升能力，提高思維，感受物質(zhì)的用途和化學(xué)的學(xué)科價(jià)值。

關(guān)鍵詞：TCIM模式；科學(xué)探究；化學(xué)玩具

我國(guó)自2001年開始實(shí)行基礎(chǔ)教育新課程改革，提倡開展以科學(xué)探究為主的多樣化教學(xué)和學(xué)習(xí)方式[ 1 ]。近年，我國(guó)義務(wù)階段的課程標(biāo)準(zhǔn)針對(duì)科學(xué)探究再次提出新的要求：“科學(xué)探究與實(shí)踐”是核心素養(yǎng)中不可或缺的部分，“科學(xué)探究與化學(xué)實(shí)驗(yàn)”是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的重要主題。科學(xué)探究是創(chuàng)造性解決問(wèn)題的過(guò)程，也是培養(yǎng)高階思維的重要學(xué)習(xí)活動(dòng)[ 1 ]。其活動(dòng)性質(zhì)和TCIM模式的理念剛好相符。TCIM模式（指向?qū)W生高階思維培養(yǎng)的創(chuàng)造性探究教學(xué)模式）指的是以科學(xué)探究為主要活動(dòng)形式，以問(wèn)題解決為思維模式，將思維要素引入并外在每個(gè)環(huán)節(jié)，讓核心知識(shí)和技能的建構(gòu)、探究能力和問(wèn)題解決能力的形成及思維能力的培養(yǎng)統(tǒng)一于科學(xué)探究過(guò)程中，其構(gòu)成要素包含提出問(wèn)題、分析解決和實(shí)踐應(yīng)用[ 2 ]。本文以人教版九年級(jí)氣體的性質(zhì)和制備復(fù)習(xí)為例，基于TCIM模式開展教學(xué)設(shè)計(jì)，以下是筆者對(duì)實(shí)踐過(guò)程的論述。

1" 基于TCIM模式的教學(xué)流程

在TCIM模式的理論指導(dǎo)下，筆者圍繞該模式的三要素設(shè)計(jì)了“初識(shí)自充氣禮花槍—再識(shí)自充氣禮花槍—自制化學(xué)小玩具”層層遞進(jìn)的環(huán)節(jié)，在基于真實(shí)情境中探究自充氣禮花槍的原理，用化學(xué)知識(shí)回答實(shí)際問(wèn)題，幫助學(xué)生構(gòu)建氣體性質(zhì)和制備的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，完善高階思維和能力結(jié)構(gòu)。本次教學(xué)流程具體見(jiàn)圖1。

2" 教學(xué)目標(biāo)

結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)的要求，通過(guò)本節(jié)課能從新課中的前成就水平達(dá)到復(fù)習(xí)完的后成就水平，如表1所示。

3" 教學(xué)設(shè)計(jì)框架

為了實(shí)現(xiàn)“教-學(xué)-評(píng)”一體化，本次教學(xué)過(guò)程的任務(wù)安排、支架設(shè)計(jì)和量表設(shè)計(jì)如表2所示。

4" 教學(xué)實(shí)施過(guò)程

4.1" 環(huán)節(jié)1：初識(shí)自充氣禮花槍

【情景導(dǎo)入】自充氣禮花槍是一種烘托氛圍的玩具，其以萌趣精美的造型、絢爛多彩的彈射效果吸引了廣大朋友的喜愛(ài)。自充氣禮花槍的原理是短時(shí)間內(nèi)在有限的空間里產(chǎn)生大量的氣體，造成槍內(nèi)壓強(qiáng)急速增大；外界擠壓下，禮花槍一“觸”即發(fā)，噴射出槍口的彩色紙片，制造了絢爛多彩的效果[ 3 ]。

活動(dòng)1：體驗(yàn)自充氣禮花槍的樂(lè)趣，回顧初中化學(xué)接觸過(guò)哪些氣體？根據(jù)其性質(zhì)和制取方法，畫出相關(guān)的思維導(dǎo)圖。

【匯報(bào)展示】 根據(jù)思維導(dǎo)圖，小組代表匯報(bào)有關(guān)氧氣、二氧化碳等氣體的性質(zhì)和制備方法。

活動(dòng)2：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，檢驗(yàn)自充氣禮花槍的填充氣成分。

【實(shí)驗(yàn)探究】 （1）猜想與假設(shè)：學(xué)生猜測(cè)填充氣可能是氧氣、二氧化碳或氫氣。

（2）方案設(shè)計(jì)：根據(jù)三種氣體的性質(zhì)差異，學(xué)生認(rèn)為可以用針筒抽取氣體，將燃著的木條靠近該氣體，若木條燃燒更旺說(shuō)明是氧氣；若氣體燃燒，火焰是淡藍(lán)色說(shuō)明是氫氣；若燃著木條熄滅，同時(shí)，將該氣體通入澄清石灰水，發(fā)現(xiàn)石灰水變渾濁，說(shuō)明是二氧化碳。也有的學(xué)生認(rèn)為可以通過(guò)自充氣禮花槍拋擲到空氣中會(huì)掉落，排除填充氣是氫氣的猜想。

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生明確自充氣禮花槍的填充氣是二氧化碳。

（4）反思評(píng)價(jià)：各小組交流實(shí)驗(yàn)過(guò)程，師生進(jìn)行雙向評(píng)價(jià)。

活動(dòng)3：分解自充氣禮花槍，查看槍內(nèi)組成和材料，驗(yàn)證藥品的化學(xué)成分。

【實(shí)驗(yàn)探究】 （1）方案設(shè)計(jì)：①槍內(nèi)粉末藥品小蘇打的檢驗(yàn)：根據(jù)碳酸鹽的性質(zhì)，有的學(xué)生選用稀鹽酸和澄清石灰水進(jìn)行檢驗(yàn)，有的學(xué)生用稀硫酸代替稀鹽酸；有的學(xué)生用氯化鋇溶液進(jìn)行檢驗(yàn)。

②液體包中檸檬酸的檢驗(yàn)：根據(jù)酸的性質(zhì)，有的學(xué)生選擇用酸堿指示劑檢驗(yàn)液體包是否呈酸性；有的學(xué)生選擇用pH試紙檢測(cè)藥品溶液的酸堿度；有的學(xué)生選擇用活潑金屬檢測(cè)藥品溶液是否是酸。

（2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生明確自充氣禮花槍的藥品是碳酸鹽和酸溶液。

（3）反思評(píng)價(jià)：各小組交流實(shí)驗(yàn)過(guò)程，師生進(jìn)行雙向評(píng)價(jià)。

活動(dòng)4：揭秘自充氣禮花槍彈射的奧秘。

【交流討論】 學(xué)生分析，由于檸檬酸具有酸性，可以和小蘇打反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳。通過(guò)短時(shí)間內(nèi)二氧化碳的急速增加，造成槍內(nèi)壓強(qiáng)急速變大。當(dāng)外界擠壓槍柄時(shí)，槍口爆破，彈出槍口的彩片。

【情境創(chuàng)設(shè)】 化學(xué)“水火箭”是一款科學(xué)益智玩具，其反應(yīng)原理和自充氣禮花槍相似。使用時(shí)，取適量的小蘇打放在火箭底座，取適量的檸檬酸溶于水，并放于火箭體。通過(guò)將火箭體和底座結(jié)合，使得兩種藥品快速反應(yīng)，進(jìn)而產(chǎn)生大量氣體，將火箭體噴射彈出。已知檸檬酸的化學(xué)式是C6H8O7，化學(xué)性質(zhì)和鹽酸相似，反應(yīng)時(shí)一個(gè)檸檬酸能解離出三個(gè)氫離子。

活動(dòng)5：根據(jù)以上信息，寫出檸檬酸和碳酸氫鈉反應(yīng)的化學(xué)方程式，并說(shuō)出各物質(zhì)之間的微粒個(gè)數(shù)比。

【書寫練習(xí)】 學(xué)生嘗試寫出化學(xué)方程式，教師進(jìn)行點(diǎn)評(píng)。

4.2" 環(huán)節(jié)二：再識(shí)自充氣禮花槍

活動(dòng)6：回顧氧氣、氫氣等實(shí)驗(yàn)室制法和注意事項(xiàng)，思考為什么自充氣禮花槍使用二氧化碳作為填充氣，而不使用其他氣體。

【交流討論】 學(xué)生分析，實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的三種方法中，使用高錳酸鉀或氯酸鉀需要加熱，操作麻煩；使用過(guò)氧化氫制取氧氣，反應(yīng)劇烈且放出大量的熱，不適合作為手持禮花槍的制氣原理。經(jīng)過(guò)資料查閱，如果使用氫氣作為禮花槍的填充氣，由于氫氣是一種可燃性氣體，其爆炸極限是4%-74.2%，若操作不當(dāng)，容易發(fā)生爆炸，有一定的安全隱患。

【資料提示】某品牌的維C泡騰片的主要原料是維生素C、檸檬酸、碳酸氫鈉等。維生素C和檸檬酸具有酸的性質(zhì)，將維C泡騰片泡水以后，可以產(chǎn)生大量的氣泡。

活動(dòng)7：思考能否用維C泡騰片制取禮花槍的填充氣？還有其他藥品可以用于制取二氧化碳嗎？

【交流討論】有的學(xué)生說(shuō)可以，其理由是在有水的情況下，泡騰片的檸檬酸可以和碳酸氫鈉反應(yīng)產(chǎn)生大量二氧化碳，與禮花槍制氣原理一樣；有的學(xué)生說(shuō)不可以，其理由是泡騰片是塊狀固體，而禮花槍的藥品是粉末狀固體。使用粉末狀固體用于實(shí)驗(yàn)，不僅藥品可以更快溶于水，還可以使得反應(yīng)速率變快，禮花槍彈射效果更明顯。有的學(xué)生在前一個(gè)同學(xué)的基礎(chǔ)上提出可以把泡騰片粉碎，加水溶解，用于制氣。

【實(shí)驗(yàn)探究】（1）藥品選擇：學(xué)生選擇的藥品組合有以下幾種：泡騰片粉末和水、檸檬酸溶液和小蘇打、食醋和小蘇打、檸檬酸溶液和蘇打、食醋和蘇打、可樂(lè)等。

（2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：將等量的粉末狀藥品放于試管，滴加等量溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

（3）反思評(píng)價(jià)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)，學(xué)生發(fā)現(xiàn)使用泡騰片和水、檸檬酸溶液和小蘇打作為制氣藥品，產(chǎn)生氣體的速度非?？欤掷m(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，若用手摸試管外壁，會(huì)感覺(jué)到冰涼。其中泡騰片和水反應(yīng)時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量泡沫，顏色偏黃，學(xué)生猜測(cè)可能是泡騰片含有其他雜質(zhì)引起的。若使用食醋和小蘇打作為制氣藥品，剛開始反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量氣泡，過(guò)一段時(shí)間反應(yīng)停止，用手摸試管外壁略顯冰涼。學(xué)生還發(fā)現(xiàn)用食醋作為酸溶液，會(huì)有一股刺鼻的醋味。若用蘇打代替小蘇打進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)速度比較慢。若振蕩可樂(lè)用于制氣，操作麻煩，產(chǎn)生氣體的速度很慢。經(jīng)過(guò)討論，學(xué)生一致認(rèn)為檸檬酸溶液和小蘇打是最好的制氣原料。

4.3" 環(huán)節(jié)三：自制化學(xué)小玩具

活動(dòng)8：定量配制禮花槍的藥品包，自制一把自充氣禮花槍。

【實(shí)驗(yàn)探究】 （1）藥品選擇：檸檬酸溶液和小蘇打。

（2）數(shù)據(jù)處理：首先，學(xué)生用水裝滿禮花槍，通過(guò)測(cè)量水的體積進(jìn)而得知禮花槍的容積。之后，通過(guò)質(zhì)量和體積的的關(guān)系公式，得知填滿禮花槍所需的二氧化碳質(zhì)量。最后，通過(guò)化學(xué)方程式的意義，定量計(jì)算每種藥品的用量。

（3）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：將粉末狀藥品和液體包填充于禮花槍的內(nèi)膽，密封開口，擠壓液體包，振蕩禮花槍，加快反應(yīng)發(fā)生。實(shí)驗(yàn)時(shí)，部分學(xué)生提出液體包不易制作，可用針筒向禮花槍注射液體，及時(shí)捏緊針孔，避免漏氣。教師指導(dǎo)可借助液體包裝機(jī)或塑封袋制作液體包。

（4）反思評(píng)價(jià)：各小組代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果，師生進(jìn)行雙向評(píng)價(jià)。

活動(dòng)9：定量配制化學(xué)“水火箭”的藥品包，嘗試成功發(fā)射火箭。

【實(shí)驗(yàn)探究】" 通過(guò)定量配制藥品，將其放置于火箭底座和火箭體，嘗試成功發(fā)射火箭。

【資料提示】 （1）火箭是一種以熱氣流高速向后噴出，利用產(chǎn)生的反作用力向前運(yùn)動(dòng)的噴氣推進(jìn)裝置。它自身攜帶燃燒劑與氧化劑，不依賴空氣中的氧助燃，既可在大氣中，又可在外層空間飛行。

（2）氫氣是一種極易燃燒的氣體，著火點(diǎn)只有574℃，其爆炸極限是4%-74.2%。已知在一個(gè)塑料瓶底座放上稀鹽酸和鋅粒，上方倒扣一個(gè)開有小孔的塑料碗。過(guò)幾秒以后，將燃著的木條移到碗底的小孔，即可發(fā)生氫氣的微型爆炸。

活動(dòng)10：結(jié)合資料，嘗試對(duì)化學(xué)“水火箭”進(jìn)行改造，使其變成化學(xué)“火火箭”，成為氫氣微型爆炸的一種新型教具。

【實(shí)驗(yàn)探究】 （1）方案設(shè)計(jì)：有的學(xué)生嘗試將火箭底座進(jìn)行改造，使其既能盛放藥品，又能開有一個(gè)小孔。將改造后的火箭固定于鐵架臺(tái)的鐵圈上，將鋅粒和稀鹽酸放于火箭底座，用燃著的木條點(diǎn)燃產(chǎn)生的氫氣，觀察火箭體是否會(huì)彈射出去。有的學(xué)生嘗試將火箭體上端開一個(gè)小孔，將鋅粒和稀鹽酸放于火箭底座，用燃著的木條點(diǎn)燃產(chǎn)生的氫氣，觀察火箭體是否會(huì)彈射出去。

（2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：教師啟迪學(xué)生可以使用蠟油或熱熔膠進(jìn)行底座改造，并對(duì)需要彈射的火箭體進(jìn)行安全防護(hù)，提高實(shí)驗(yàn)安全系數(shù)。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，嘗試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

（3）反思評(píng)價(jià)：各小組交流實(shí)驗(yàn)過(guò)程，師生進(jìn)行雙向評(píng)價(jià)。

活動(dòng)11：酒精也是一種可燃物質(zhì)，探究能否用它作為化學(xué)“火火箭”的燃料。

【實(shí)驗(yàn)探究】 （1）方案設(shè)計(jì)：將火箭體和鉆有一個(gè)小孔的火箭底座組裝完畢，通過(guò)小孔向火箭體內(nèi)部噴灑酒精。將火箭放置在帶有鐵圈的鐵架臺(tái)上，用燃著的木條靠近小孔，觀察現(xiàn)象。

（2）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)：教師啟迪學(xué)生可以使用熱的鐵棒對(duì)底座進(jìn)行改造，并對(duì)需要彈射的火箭體進(jìn)行安全防護(hù)，提高實(shí)驗(yàn)安全系數(shù)。學(xué)生在教師指導(dǎo)下，嘗試進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。

（3）反思評(píng)價(jià)：各小組交流實(shí)驗(yàn)過(guò)程，師生進(jìn)行雙向評(píng)價(jià)。

5" 教學(xué)反思

科學(xué)探究是基于真實(shí)的情境，針對(duì)有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題，學(xué)生在教師的指導(dǎo)下主動(dòng)運(yùn)用知識(shí)設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，獲取證據(jù)，進(jìn)行解釋和交流，從而逐漸理解科學(xué)的本質(zhì)和價(jià)值，發(fā)展自身思維和能力的一系列活動(dòng)[ 4 ]。本節(jié)課以化學(xué)玩具為教學(xué)契機(jī)，以科學(xué)探究為活動(dòng)形式，以“剖析玩具原理——自制化學(xué)玩具”為學(xué)習(xí)主線，以高階思維培養(yǎng)為目標(biāo)開展了氣體的性質(zhì)和制備的復(fù)習(xí)課。在探究中，教師設(shè)計(jì)認(rèn)識(shí)玩具的環(huán)節(jié)，檢查學(xué)生的“已知”，設(shè)計(jì)自制玩具的環(huán)節(jié)滿足學(xué)生的“想知”，設(shè)計(jì)創(chuàng)新玩具的環(huán)節(jié)啟迪學(xué)生的“能知”，內(nèi)容新穎，形式有趣，素養(yǎng)落實(shí)全面。同時(shí)，本節(jié)課的學(xué)習(xí)不止于課堂的復(fù)習(xí)，還延伸至課外的趣味拓展，甚至還留下了很多思維的生長(zhǎng)點(diǎn)。比如“響包”是市面售賣的一種自充氣整蠱包，能否遷移應(yīng)用化學(xué)知識(shí)解釋其原理，并嘗試改造成安全無(wú)毒的“響包”？面粉爆炸是初中化學(xué)典型的爆炸實(shí)驗(yàn)，面粉能否作為“化學(xué)火火箭”的燃料？

由于本節(jié)課涉及到壓強(qiáng)差和燃料燃燒引發(fā)的爆炸，教師要做好學(xué)生實(shí)驗(yàn)跟蹤和安全指導(dǎo)。如自制自充氣禮花槍時(shí)，教師應(yīng)指導(dǎo)學(xué)生制取的二氧化碳的體積應(yīng)低于禮花槍的容積，保證在無(wú)人為擠壓下禮花槍不會(huì)自行爆炸。進(jìn)行化學(xué)“火火箭”改造時(shí)，教師要事先進(jìn)行預(yù)實(shí)驗(yàn)，檢測(cè)制取氫氣多久后才可以點(diǎn)燃?xì)怏w，火箭體的外身如何進(jìn)行軟化處理，防止彈射造成安全事故。用酒精作為化學(xué)“火火箭”的燃料時(shí)，要考慮孔徑大小、酒精含量和酒精燃燒放熱等問(wèn)題，避免出現(xiàn)火箭體受熱熔化、火箭空響不發(fā)射等現(xiàn)象。通過(guò)這樣緊張又刺激的探究，學(xué)生不僅可以感受到化學(xué)物質(zhì)的使用價(jià)值和合理利用的重要性，還能體會(huì)到安全實(shí)驗(yàn)的必要性，逐步形成嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的科學(xué)態(tài)度和安全實(shí)驗(yàn)意識(shí)。

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