基于模型建構(gòu)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新

王琴花

基于模型建構(gòu)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新，是化學(xué)教育領(lǐng)域中的一次重要嘗試與突破。因此，我們有必要引入模型建構(gòu)的理念，以創(chuàng)新的視角重新審視化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從而推動(dòng)化學(xué)教育的現(xiàn)代化與科學(xué)化。

一、教材分析

“金屬資源的利用和保護(hù)”是人教版九年級(jí)下冊(cè)課題三的內(nèi)容，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究了解金屬資源保護(hù)——導(dǎo)致鋼鐵銹蝕的因素，從內(nèi)容來(lái)看，本實(shí)驗(yàn)為高中電化學(xué)知識(shí)打下基礎(chǔ)；從學(xué)科價(jià)值來(lái)看，能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，從而使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)與生活密切相關(guān)。

二、學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)知道鐵制品在潮濕的空氣下容易生銹，有了一定的邏輯思維能力和實(shí)驗(yàn)探究能力，也有了辯證思維的萌芽。但是學(xué)生已有的知識(shí)和能力不能全面地了解導(dǎo)致鋼鐵銹蝕的各種因素，不能多角度、多手段運(yùn)用控制變量法設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。

三、教學(xué)目標(biāo)

體驗(yàn)的核心素養(yǎng)功能在于以鋼鐵銹蝕為例研究金屬的銹蝕，進(jìn)一步形成變化是在一定條件下發(fā)生的化學(xué)觀念，認(rèn)識(shí)、分析、比較、歸納、控制變量等科學(xué)方法培養(yǎng)通過(guò)科學(xué)探究解決實(shí)際問(wèn)題的能力，以及形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度（如圖1）。

科學(xué)探究與實(shí)踐：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究建構(gòu)鋼鐵銹蝕的模型，了解影響鋼鐵銹蝕速率的因素，發(fā)展科學(xué)探究能力。

化學(xué)觀念：通過(guò)科學(xué)探究形成化學(xué)變化發(fā)生需要一定的條件的化學(xué)觀念。

科學(xué)思維：發(fā)展運(yùn)用歸納、演繹、推理等思維的方法探究物質(zhì)性質(zhì)及變化和建構(gòu)模型的能力。

科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膶W(xué)習(xí)態(tài)度和責(zé)任。

四、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：探究金屬銹蝕的條件及防銹方法。

教學(xué)難點(diǎn)：探究金屬銹蝕的條件。

五、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

利用課本實(shí)驗(yàn)我們可以得到金屬銹蝕的條件——分別做三個(gè)實(shí)驗(yàn)，一周后觀察實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論（如表1）。但是這樣的做法存在以下問(wèn)題：（1）實(shí)驗(yàn)周期長(zhǎng)（一周時(shí)間），課堂展示預(yù)先準(zhǔn)備好的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的真實(shí)性可能存在疑問(wèn)。（2）只從生成物角度定性研究該反映研究角度單一且?guī)в兄饔^性。（3）只從物質(zhì)變化的角度分析未關(guān)注到能量的變化。

★創(chuàng)新設(shè)計(jì)一：多種實(shí)驗(yàn)手段促進(jìn)鋼鐵銹蝕模型建構(gòu)

傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)使用的器材：鐵釘、試管、橡膠滴管。

數(shù)字化實(shí)驗(yàn)使用器材：氧氣傳感器、數(shù)據(jù)收集表、電腦、鐵粉、集氣瓶。

趣味實(shí)驗(yàn)使用器材：燒杯、試管、濕巾、碳粉、鹽、膠頭滴玻璃棒。

通過(guò)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)探究鋼鐵銹蝕的條件，不探究影響鋼鐵銹蝕的速率，學(xué)生很容易通過(guò)該實(shí)驗(yàn)從生成的角度認(rèn)識(shí)鋼鐵銹蝕時(shí)需要氧氣和水。然后通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)引入氧氣傳感器，將鐵釘換為鐵粉，分別測(cè)定在不同條件下氧氣含量隨時(shí)間的變化曲線。通過(guò)具體的實(shí)驗(yàn)分析，學(xué)生從反應(yīng)物角度進(jìn)一步證明鋼鐵銹蝕需要氧氣和水，由此在傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的定性認(rèn)識(shí)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的定量分析下，共同建立鋼鐵銹蝕的模型（如圖2），氧氣和水缺一不可。

★創(chuàng)新設(shè)計(jì)二：趣味實(shí)驗(yàn)直觀體驗(yàn)影響鋼鐵銹蝕速率的因素

在探究影響鋼鐵銹蝕速率的因素時(shí)，我和學(xué)生一起完成：將分割好的鐵粉、鹽、碳粉均勻地鋪在濕巾上，用玻璃棒抹平，鋪開(kāi)以后稍微用力將濕巾卷起，放到試管中再放到紅墨水中。很快觀察到：紅墨水上升，說(shuō)明該反應(yīng)速率很快，這說(shuō)明增大接觸面積、增加碳粉和鹽會(huì)加快反應(yīng)速率。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后將濕巾取出用手觸摸會(huì)感受到微熱，說(shuō)明該反應(yīng)為放熱反應(yīng)（如圖3）。

★創(chuàng)新設(shè)計(jì)三：與生活密切聯(lián)系

將鐵制品放置在干燥的環(huán)境中；在鐵制品表面涂上一層保護(hù)膜，如可涂油、刷漆；在鐵制品表面鍍上其他金屬；用化學(xué)方法使鋼鐵表面形成致密的氧化膜，如烤藍(lán)；改變金屬內(nèi)部結(jié)構(gòu)制成合金，如將鐵制成不銹鋼，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到鋼鐵銹蝕在生活中的應(yīng)用等。

小結(jié)：學(xué)生看書(shū)總結(jié)：干——保持鐵制品表面潔凈和干燥；膜——在鋼鐵表面覆蓋保護(hù)層；鍍——在鋼鐵表面鍍一層其他金屬；烤——用化學(xué)方法使鋼鐵表面形成致密的氧化膜；改——加入其他金屬，改變其組成。

學(xué)以致用：你知道自行車的鏈條、支架、鋼圈分別采取了什么措施防銹嗎？學(xué)生各抒己見(jiàn)。

實(shí)驗(yàn)反思：數(shù)字化傳感技術(shù)在化學(xué)實(shí)驗(yàn)中的應(yīng)用，使化學(xué)實(shí)驗(yàn)由傳統(tǒng)走向現(xiàn)代。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用拓展了創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的視角，而在動(dòng)畫(huà)實(shí)驗(yàn)的應(yīng)用過(guò)程當(dāng)中，實(shí)驗(yàn)用時(shí)短，幾分鐘就可以觀察到實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；操作簡(jiǎn)便，連接就可收集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；數(shù)據(jù)明顯、直觀、客觀。在不易察覺(jué)的氧氣減少的同時(shí)，則出現(xiàn)明顯的數(shù)據(jù)，對(duì)比效果明顯。但是在實(shí)際操作中有一定的缺陷，我們?cè)趯?shí)驗(yàn)的時(shí)候只有一個(gè)氧氣傳感器，如果有三個(gè)效果更佳。

（設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)引入新的實(shí)驗(yàn)技術(shù)和手段，在實(shí)驗(yàn)的同時(shí)為學(xué)生提供開(kāi)放、多元的實(shí)驗(yàn)環(huán)境，從而培養(yǎng)了他們的實(shí)踐動(dòng)手能力和創(chuàng)新精神。模型的建構(gòu)不僅能夠幫助學(xué)生更直觀地理解實(shí)驗(yàn)原理和操作過(guò)程，還能夠激發(fā)他們的探究興趣和創(chuàng)新思維。）

★突破知識(shí)點(diǎn)：金屬資源保護(hù)

學(xué)生看書(shū)，歸納出金屬資源保護(hù)的相關(guān)內(nèi)容。師出示PPT進(jìn)行拓展和補(bǔ)充（如圖4）。此環(huán)節(jié)培養(yǎng)了學(xué)生的歸納總結(jié)能力和語(yǔ)言表達(dá)能力、概括能力。

六、歸納總結(jié)與板書(shū)設(shè)計(jì)

七、課后反思

（一）教學(xué)實(shí)施概述

在本次教學(xué)中，我采用了基于模型建構(gòu)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新方法，以“金屬資源的利用和保護(hù)”為主題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探究性學(xué)習(xí)。課堂上，我首先通過(guò)引入金屬資源的重要性及其面臨的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生對(duì)課題的興趣。然后，我通過(guò)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)展示和講解金屬利用和保護(hù)的基本模型，幫助學(xué)生理解相關(guān)概念和原理。接著，我指導(dǎo)學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，并親自動(dòng)手操作，探究金屬腐蝕的原因及防護(hù)措施。最后，各小組匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果，我進(jìn)行總結(jié)（如圖5）和評(píng)價(jià)，最后用學(xué)到的知識(shí)解決問(wèn)題。

（二）教學(xué)效果分析

通過(guò)模型建構(gòu)和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)生能夠更直觀地理解金屬利用和保護(hù)的過(guò)程，激發(fā)了他們的好奇心和探究欲，使得學(xué)生更加積極地參與到課堂討論和實(shí)驗(yàn)操作中。通過(guò)親手操作實(shí)驗(yàn)，學(xué)生能夠在實(shí)踐中加深對(duì)金屬腐蝕原理、防護(hù)措施等知識(shí)的理解，形成更加深刻的印象。在實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)，學(xué)生需要發(fā)揮創(chuàng)新思維，結(jié)合所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。這不僅鍛煉了學(xué)生的動(dòng)手能力，還培養(yǎng)了他們的創(chuàng)新能力和解決問(wèn)題的能力。

（三）存在問(wèn)題及改進(jìn)措施

由于實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備不充分（氧氣傳感器），部分學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中無(wú)法順利進(jìn)行。未來(lái)教學(xué)中，我應(yīng)提前準(zhǔn)備好充足的實(shí)驗(yàn)材料，確保實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行。在模型建構(gòu)環(huán)節(jié)，部分學(xué)生對(duì)模型的構(gòu)建過(guò)程理解不夠深入，導(dǎo)致后續(xù)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)出現(xiàn)偏差。因此，在后續(xù)教學(xué)中，我應(yīng)加強(qiáng)對(duì)模型建構(gòu)過(guò)程的講解和演示，確保學(xué)生能夠充分理解并掌握。由于實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)較多，課堂時(shí)間緊張，部分學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)度受到影響。未來(lái)教學(xué)中，我應(yīng)合理安排實(shí)驗(yàn)時(shí)間，確保學(xué)生有充足的時(shí)間進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作和討論。

（四）總結(jié)與展望

通過(guò)本次基于模型建構(gòu)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)，我深刻認(rèn)識(shí)到實(shí)驗(yàn)教學(xué)在培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力和實(shí)踐能力方面的重要作用。雖然在教學(xué)過(guò)程中存在一些問(wèn)題，但通過(guò)反思和改進(jìn)，我相信能夠進(jìn)一步提高教學(xué)效果，為學(xué)生的全面發(fā)展奠定堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。展望未來(lái)，我將繼續(xù)探索基于模型建構(gòu)的實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新教學(xué)方法，結(jié)合學(xué)科特點(diǎn)和學(xué)生實(shí)際，設(shè)計(jì)更多具有挑戰(zhàn)性和趣味性的實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，培養(yǎng)更多具有創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力的人才。

編輯：溫雪蓮