中学化学开放性学习的方法与策略

作者: 来源: 发布时间:2018年10月12日 点击数:

                 中学化学开放性学习的方法与策略

 

当前,学习环境被定为动态的、开放的、影响学生学习的外界状况和条件的总和。其要素不仅仅是支撑学习过程的物质条件、还包括教学模式、教学策略、学习氛围、人际关系等非物质条件。“开放学习环境”的内涵是要给学生创造一种“回归生活、陶冶心灵、注重体验”的学习环境。[1]化学教学有着显著的活动性特征,更有利于教师创设开放的性学习环境来提高化学课堂教学的实效性。

下面本人结合案例谈谈在创建开放的化学学习环境的几点方法和策略。

1.实验资源的开放措施

教学资源的开放措施非常多,比如充分利用网络资源、突出理论的实际应用价值、联系生活现象、整合不同版本教材内容、挖掘化学史实等。笔者认为,化学实验作为化学教学中的一个重要组成部分,以其直观性、形象性及趣味性等特点对学习者有着巨大的吸引力,是培养学生的科学精神、提高学生科学素养、锻炼学生的思维能力、开拓学生创新思维的重要载体,在全面提高学生的综合素质中占有重要的地位。化学教学质量的高低,在很大程度上取决于是否能充分发挥化学实验的作用。因此,实验资源的开放显得尤为重要,这就要求教师积极引导学生走出课本,拓展问题空间,增强实验内容的开放性。

实验仪器微型化、绿色化

长期以来,涉及到浓硫酸、浓硝酸等危险实验和污染实验时,教师只能让学生看录像,但无形中又浪费了非常好的探究资源,这一直是化学老师非常棘手的问题。如果能创造条件将这些实验安全化、微型化、绿色化,让学生动手做这些现象鲜明、富有挑战性实验,必然能加强他们的感性认识,发挥实验的学科功能。“陶冶心灵”是要培养学生积极的情感和态度,这样做还让学生排除了对危险药品的恐惧感,体验实验探究的过程,获得成功的喜悦。

[案例1]  在学习“硝酸硫酸”时,笔者设计了一套适合学生实验探究硝酸、硫酸与铜反应的装置(如右图所示),很巧妙地解决了危险和污染的问题。经过上百次实验,笔者摸索出实验药品的最小用量和实验技巧。

实验内容

浓硝酸与铜

稀硝酸与铜

浓硫酸与铜

 

实验步骤

1.小药瓶中事先装有0.5mL浓硝酸。

2.加入一段长3mm的铜丝,迅速盖紧瓶盖,立刻用注射器抽尽瓶内空气。

1.小药瓶中事先装有0.5mL稀硝酸。

2.加入一段长3mm的铜丝,迅速盖紧瓶盖,立刻用注射器抽尽瓶内空气。

3.待反应一段时间后用注射器注入瓶内少量空气,观察气体颜色变化。

1.小药瓶中事先装有0.5mL稀硝酸。

2.将一约0.5cm2的铜片在酒精灯上灼烧半分钟后立刻伸入小药瓶,迅速盖紧瓶盖。

3.待反应一段时间后用注射器抽取瓶内气体,注入装有品红的小药瓶,振荡。

为了最大限度地保护学生,笔者采取了一系列防御措施,如:强腐蚀性药品都是事先装在药瓶中,学生实验过程中佩戴护目镜、一次性手套等。整个实验过程中,都体现出了环保和人文的思想,在实验仪器开发上体现了微型化、绿色化、安全化。同时让学生在短时间内同步完成3个实验,能充分对比和类比硝酸、硫酸的性质,提高了课堂的实效性。

 实验药品安全化

在现行教材中有一些实验需用到禁用药品,但这些实验可能在教学设计中起着举足轻重的作用。作为化学教师就要发挥聪明才智,创造条件寻找替代品。

[案例2] 在“质量守恒定律”一课时,笔者就遇到了这样的挑战。设计实验验证质量守恒定律时要用到白磷燃烧。这个反应具有典型意义:有气体参加反应、反应过程中有明显能量变化、容易引发等。如果放弃这个赋有研究色彩的实验,整堂课将会显得暗淡无味。经过无数次尝试,笔者寻找到硝化棉作替代品,这个棘手的问题就迎刃而解了。

ƒ 实验内容生活化

新课程的理念非常强调“化学是从生活中来,到生活中去的”。“回归生活”的最高境界是让学生主动参与,而不是形式上的或教师控制的回归生活。对于教学而言,这不单单是举几个实际应用的例子而已,而是要充分挖掘这些素材的内涵,从中创设出问题情境,激发学生的好奇心,提高学生思考的驱动性。[2]

[案例3] 在学习“氧化剂还原剂”时,课堂引入部分是这样的:

教师活动

学生活动

师:英语中有一句俗语“one apple a day, keep the doctor away.”请一位同学来说说这句话的含义。

师:可见苹果中含有很多对人体健康有益的成分,请同学们结合自己已学过的知识,从化学的角度谈一谈苹果中都含有哪些对人体有益的物质?

师:在生活中,我们还有一个常识,瓜果蔬菜应该吃新鲜的,请同学们预测一下在长期放置的过程中,果蔬中的这些营养成分可能发生哪些变化呢?

师:很好,那老师就用实验来验证一下同学的想法。

[演示实验:分别在新鲜和久置的果蔬汁中滴加硫氰化钾试剂,请同学们观察溶液颜色的变化。(实验前给信息:硫氰化钾溶液遇到Fe3+变为血红色,遇到Fe2+不变色。)

师:这个实验现象说明什么问题呢?

师:我们经常听电视里说维生素C可以延缓衰老,是什么原理呢?请看老师下面的实验。

[演示实验:在变红了的果蔬汁溶液中加入维生素C粉末。学生观察溶液颜色的变化,学生惊奇地感叹溶液又恢复了原来的颜色。]

师:这说明同学的预测是正确的。

师:在刚才整个实验过程中哪些物质具有氧化性,充当氧化剂;哪些物质具有还原性,充当还原剂?

[学生纷纷讨论、翻译]

生1:一天一苹果,医生远离我。

生:维生素C、水、糖类、无机物矿物质、亚铁离子等[多位学生完成]

 

生2:可能会发生氧化还原反应。例如苹果中的二价铁离子具有还原性,它在空气中与氧气发生氧化还原反应,被氧化为三价铁离子。

生3:还会失水、维生素C可能会减少。

[学生观察,发现久置的果蔬汁滴加硫氰化钾试剂之后溶液变红]

 

生:证明其中的二价铁离子确实在氧气和水的作用下转化为了三价铁离子。[大部分学生脱口而答]

[学生四人为一小组,展开讨论、分析]

生4:回答:在氧气将二价铁转化为三价铁的过程中,O2是氧化剂,Fe2+是还原剂;在维生素C与 Fe3+的反应中, Fe3+是氧化剂,维生素C是还原剂。[在周围同学的提醒下完成]

  该实验选取生活中常见的物质及其变化作为课堂的引入,既体现了化学与STS的联系,又创设了一个很好的问题情景,初步从氧化还原反应的视角研究物质的化学性质。

2  问题情境的开放性措施

设计问题要考虑问题的层次和类型,适当地创设一些适合于学生、有一定思维容量的问题,使学生感到这是对他们智慧的挑战。

[案例4] 在“硝酸硫酸”一课中笔者采用的是问题连续启发、实验探究的教学形式。

问题

设计目的及作用

① 你觉得硫酸和硝酸会氧化哪些物质?

引导学生从氧化还原观和分类观来预测物质的性质。为实验探究的进行打下物质基础和提供思路。

②今天我们用铜来验证硫酸和硝酸的强氧化性,请讨论实验方案。注意思考:

a.如果反应会有何现象?

b.如何证明反应发生,如何检验产物?

c.注射器在实验中有什么特殊的用途?

通过前面知识与方法的准备,让学生自行思考总结出实验探究的方案。为让学生进一步优化设计思路,提示学生的三个问题将复杂的问题拆分,将难点逐个击破。

③试对以上实验进行对比和类比,结合金属与酸的反应,就稀、浓硫酸,稀浓硝酸的氧化性得出一些规律和结论。

    通过比较归纳法对金属与酸的反应形成更全面的认识。

④观察蔗糖中加入浓硫酸的反应,实验现象体现了浓硫酸的哪些性质?

培养学生应用已知化学知识综合解决实际化学问题的能力。

⑤向硝酸钠溶液中加入铜片,无明显现象,但再加入稀盐酸后产生红棕色气体,为什么?请谈谈对氧化剂、还原剂的新的认识。

利用所学的知识进行迁移和提升,并运用于解决实际问题,深化对氧化还原反应的认识。

在探究型的课堂上,教师要提出一些要求进行更高层次的思维活动,诸如澄清、扩展、归纳和进行推理(Corey,1940;Haynes,1935),从而使学生能进行认知层次更高的分析、综合和评价(Glover & Corkill,1990;Risner,Skeel & Nicholson,1992)[3]。尤其是开放性问题,它没有唯一正确的答案,学生可以从多个角度分析回答。几个连环相扣的问题,层层深入,螺旋上升,使学生综合应用分类观、氧化还原观认识物质的性质及其反应规律。恰当地应用认知复杂性不同的问题,使整堂课在几个问题驱动下贯穿而成的,更能提高课堂的实效性。

3 学生活动的开放性措施

 抽象理论形象化

根据建构主义理论,创设的情境下,借助已有的知识和经验,主动探索,积极交流,从而建立新的认知结构的过程,它强调学习的主动性、实践性和创造性,即注重体验。

[案例5] 在设计“质量守恒定律”一课时,考虑到学生刚学习过分子、原子的知识,自己已经能从微观的角度解释一些问题。于是笔者大胆地颠覆传统,设计的小品能承前启后,让学生找出化学反应的本质,自己提出要去研究在化学反应前后物质的质量是否真的不变。这样的形式生动、形象,要探究的问题显得水到渠成。这段教学实录如下:

师:请同学们6人为一小组,表演小品:电解水的微观过程,规定男同学代表氧原子,女同学代表氢原子。[学生立刻兴奋起来,讨论表演方案]

师:哪一组来给大家表演一下。

生组1:我们来[表演:一位男生分别和两位女生拉着,之后两个女生拉手,男生单独站着。马上有同学议论,表示不同意]

师:不错,但其他同学好像有不同意见。

生组2:我们来表演![表演:六位同学分两组,每组一位男生分别和两位女生拉着,之后两个男生拉手,四个女生分两组,分别拉手]

师:非常好!你们觉得哪一组更能表现反应的本质呢?

生1:第二组,因为第一组没能表现出氧气的构成。

师:老师用动画简单地表示了反应的过程,能更清楚地理解其中的变化。思考:化学变化前后哪些没改变?试找出化学反应前后的一些规律。[教师演示Flash,学生观看、思考]

生2:在化学反应中参加反应的物质的分子被拆分,其原子重新组合形成新物质的分子。

生3:原子的个数和元素的种类。

师:很好!宏观上元素的种类不变,也就对应微观上原子的种类不变。还有没有别的想法?

生4:原子的质量也不变。[板书:化学反应前后,原子的种类、数目和质量都没有改变]

师:对!我们已经从微观的角度认识到了化学反应的本质。物质都是由原子或分子构成的,既然反应前后原子的种类和个数均不变,那反应前后对应物质的质量会不会改变呢?

生:也不改变。[多数学生回答]

师:这就是我们这节课要来研究的问题:化学反应前后,物质的质量是否改变?

 思维过程系统化

V形启发图是一种帮助学生理解知识结构及人类形成知识过程的方法,它能使学生的思维过程系统化。简单地说就是针对关键问题,要做概念的准备,体现在科学探究活动中就是要查阅书刊及其他信息源以便弄清楚什么是已经为人所知的东西。再次,科学探究活动中要设计调研方案,根据实验证据来检验已经为人所知的东西。最后要对记录进行更改形成知识,实际的科学探究活动就是要运用各种手段来搜集、分析和解读数据,并提出答案解释和预测。V形启发图能鼓励学生有意义地学习,尽最大努力思维[4]

[案例6] 在学习“氧化剂还原剂”一课时,笔者先引导学生在理论上多角度地去寻找判断氧化剂、还原剂的依据,体会运用化合价来判断的便捷。

教师活动

学生活动

【提问】请同学们结合所学的知识和生活中的现象,想一想还有哪些物质具有氧化性,哪些物质具有还原性?尽可能多地列举出来,并说明你的理论依据。

【板书】板书总结,将学生提到的具有氧化性和还原性的物质分类写在黑板上。

【小结】我们可以从化合价、原子结构、已知的化学性质和反应三个维度来考虑物质可能具有的氧化还原性。

思考和小组讨论、回答。学生1:Cl2具有氧化性,可以作氧化剂。其理论依据有:第一、从化学反应的角度来说,Cl2能与还原剂金属钠反应生成氯化钠,说明Cl2具有氧化性。第二、从化合价的角度来说,氯元素从零价降低到一1价,所以具有氧化性。第三、从原子结构的角度来说,氯原子的最外层电子数为7,很容易得到1个电子达到8电子的稳定结构,所以Cl2具有氧化性。

学生2:金属具有还原性,可以作还原剂。在置换反应中一些金属阳离子和酸中的H+作氧化剂,体现氧化性。

学生3:一些分解反应,如KMnO4、KClO3、H2O2分解制O2,说明它们具有氧化性,可作氧化剂。

学生4:还可以从化合价上判断,有些物质中含有高价态元素,例如KMnO4中的锰元素其化合价为+7价,KClO3中的氯元素其化合价为+5价,都有降低的趋势所以具有氧化性。

学生5:硫具有多种价态,硫酸中的硫元素为+6价,应该具有氧化性。初中老师提过浓硫酸和硝酸具有氧化性。

学生6:一些非金属单质据有还原性,例如氢气、碳等。初中学过氢气还原氧化铜,碳还原氧化铜。

学生7:还有一些非金属化合物也具有还原性,例如初中学过的CO,它也能在高温下还原CuO,工业炼铁也是用它还原Fe2O3的。

[案例7] 学生在实验探究完毕后有一个重要环节经常被教师忽略了。那就是如何由实验的现象上升到形成结论的过程。V形启发图能使学生既认识到形成知识是一个复杂的活动,又认识到他们能掌握这种形成知识的过程。下面是一段笔者在实施“质量守恒定律”的相关片断:

 师:下面老师就让你结合自己做的实验分析,你称量的总质量分别包括哪几部分?到底是谁的质量与谁的质量相等?用自己的话概括出质量守恒定律来。讨论过程中,可以参考投影上的两幅图。

[投影:电解水反应前后的两幅微观图。学生积极讨论]

 师:请一位同学来谈谈你们组的想法。

 生:刚开始称量的质量包括装置的质量、硫酸铜溶液的质量和铁钉的质量。称量的第二个质量包括装置的质量、生成的硫酸亚铁溶液的质量和生成铜的质量。[有的同学提出异议]

 师:对,有同学说了溶液仍然呈蓝色,说明还包括没有反应的硫酸铜溶液的质量。细心的同学还用镊子拨开生成的铜,发现里面还有未反应的铁,也应该包括在其中。从投影上我们也能清楚地看到,有的分子并没有参加化学反应。[教师一边讲解一边板书]

 师:我们将一开始的硫酸铜溶液和铁钉质量分为两部分,一部分是参加反应的,另一部分是剩余的。比较两个式子。我们把相同的部分——装置质量、未反应硫酸铜质量、未反应的铁钉质量抵消掉,真正相等的是参加反应的硫酸铜和铁的总质量等于生成的硫酸亚铁和铜的总质量。这就是我们今天要得出的质量守恒定律的真谛——参加化学反应的各物质的质量总和,等于反应后生成的各物质的质量总和。

ƒ探究过程条理化

杜威认为人的思维过程分为五个步骤:感觉到问题;问题的性质和特征;设想可能的解决方法;通过推理,确定哪一个假设能够解决问题;通过观察和实验,证实结论是否可信[5]。这与探究性实验的思路是相一致的。学生在初中初步感受过实验探究的基本流程,进入高中后应该培养学生的探究过程条理化,在实施之前一定要有预设,实施之后要有反思。

[案例8] 在学习“氧化剂还原剂”一课时,笔者设计了学生实验去验证所给的物质氧化性或还原性。提供给学生探究的物质有:FeSO4、氯水、FeCl3溶液、淀粉溶液、KMnO4溶液、KI溶液、硝酸溶液、硫氰化钾溶液、铜片。学生的活动主要经历了如下过程:

  

这两节课笔者都放手让学生自主设计方案、鼓励学生自主地开展探究活动,经历和体验完整的探究过程。让学生在知识的形成、联系、应用过程中养成科学的态度,获得科学的方法,在“做科学”的探究实践中逐步形成终身学习的意识和能力

参考文献

[1] 顾明远,孟繁华.国际教育新理念.海口:海南出版社,2001年

[2] 全芙君.化学教育,2007,28(2):26-29

[3] 加德纳.多元智能.北京:新华出版社,1999

[4]潘瑶珍.从物理实验形成物理概念——V形图在物理概念教学中的应用.现代中小学教育,2006,(27)

[5] 王程杰.对中学化学实验教学作用的重新认识.教学仪器与实验.2001,(4)

[6] 夏正盛.化学课程标准教师读本.武汉:华中师范大学出版社.2002

 

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