顧美麗

摘要：“境脈”視域下基于HPs教學(xué)模式的化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，以“科學(xué)史”為脈，以“活動(dòng)鏈”為境，采用材料閱讀、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等形式將科學(xué)史融入科學(xué)探究，加深學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)的理解，提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：境脈;科學(xué)史;教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2020）11-0038-04 中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.010

“境脈”視域下的HIS教學(xué)模式是指在化學(xué)課堂教學(xué)中，以教材中知識(shí)發(fā)生與發(fā)展的歷史過(guò)程作為一以貫之的知識(shí)脈絡(luò)，創(chuàng)設(shè)突出學(xué)生學(xué)習(xí)主體、激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、具有動(dòng)態(tài)生成空間而又一脈相承的探究情境，以“科學(xué)史”為脈，以“活動(dòng)鏈”為境，通過(guò)對(duì)科學(xué)探究的復(fù)盤(pán)重演，使知識(shí)技能、思維方法、情感態(tài)度多線(xiàn)并進(jìn)，從而達(dá)到夯實(shí)學(xué)生科學(xué)知識(shí)、提升學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的雙重目標(biāo)。那么，如何從繁復(fù)紛雜的科學(xué)史中剝離與教學(xué)主題相關(guān)的知識(shí)脈絡(luò)，又如何圍繞這一教學(xué)主線(xiàn)創(chuàng)設(shè)以任務(wù)解決為牽引、以思維沖突為驅(qū)動(dòng)的探究情境？本文以華師大版《科學(xué)·七年級(jí)（下）》第二章第二節(jié)“空氣成分的探究”為例，探討“境脈”視域下基于HPS教學(xué)模式的化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)策略。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本節(jié)課由一個(gè)問(wèn)題“空氣是由什么組成的”引出，學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識(shí)及生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空氣成分提出合理的猜想。在接下來(lái)的教學(xué)環(huán)節(jié)中，以空氣成分發(fā)現(xiàn)史為主線(xiàn)，進(jìn)行了層層遞進(jìn)式的“活動(dòng)鏈”設(shè)計(jì)（圖1）。對(duì)梅猷的蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了改編，創(chuàng)設(shè)任務(wù)型探究情境——如何證明玻璃杯中仍有氣體存在，加深對(duì)蠟燭熄滅后玻璃杯內(nèi)水面上升原因的理解，進(jìn)而推導(dǎo)出空氣中存在兩種成分：一種支持燃燒、另一種不支持燃燒。

呈現(xiàn)“拉瓦錫的曲頸甑實(shí)驗(yàn)”這一科學(xué)史，認(rèn)識(shí)到在梅猷蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，拉瓦錫對(duì)空氣的組成成分有了定量的描述，即空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)為1/5。在理解拉瓦錫曲頸甑實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)梅猷的蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)，通過(guò)現(xiàn)象與猜想的沖突，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)中藥品的選擇進(jìn)行思考。在教師演示測(cè)定空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，設(shè)置開(kāi)放式的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)任務(wù)，通過(guò)對(duì)不同裝置的組合以達(dá)成對(duì)空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)的測(cè)定，這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)加深了學(xué)生對(duì)空氣成分測(cè)定原理的認(rèn)識(shí)和理解。

給出英國(guó)物理學(xué)家雷利于1892年的一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)數(shù)據(jù)的差異提出猜想，為稀有氣體的發(fā)現(xiàn)埋下伏筆。經(jīng)歷科學(xué)史的品讀、科學(xué)探究的參與，進(jìn)而形成完整的對(duì)空氣成分的量化認(rèn)識(shí)。

二、教學(xué)過(guò)程

（一）挖掘前概念、建立實(shí)驗(yàn)猜想

我們生活的環(huán)境中有空氣，人類(lèi)的生活離不開(kāi)空氣，空氣是一種重要的自然資源。

思考：空氣是由什么組成的？它是由一種物質(zhì)組成的？還是由多種物質(zhì)組成的？如果空氣是一種混合物，那么空氣中究竟有哪些物質(zhì)呢？

猜想：根據(jù)已有知識(shí)，聯(lián)系生活經(jīng)驗(yàn)，收集證據(jù)：

①動(dòng)物進(jìn)行呼吸，空氣中就有氧氣和二氧化碳;

②植物進(jìn)行光合作用，空氣中就有氧氣;

③餅干敞口放置會(huì)變潮，空氣中就有水蒸氣……

歸納：空氣中可能含有氧氣、二氧化碳、水蒸氣等物質(zhì)，猜想空氣是一種混合物。

設(shè)計(jì)意圖：采用頭腦風(fēng)暴的形式，調(diào)動(dòng)學(xué)生聯(lián)系所學(xué)知識(shí)及生活經(jīng)驗(yàn)，對(duì)空氣成分進(jìn)行猜想，為后續(xù)一系列實(shí)驗(yàn)的探究和科學(xué)史的呈現(xiàn)作鋪墊。

（二）梳理科學(xué)史、創(chuàng)設(shè)探究情境

[活動(dòng)一]兩支蠟燭（A、B）點(diǎn)燃后放在桌面上，將其中一支蠟燭罩上玻璃杯，觀(guān)察并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（圖2）。（改編自梅猷的蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)）

提問(wèn)：為什么會(huì)產(chǎn)生這一現(xiàn)象？

追問(wèn)：此時(shí)玻璃杯中是否還有氣體存在？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明猜想？

[活動(dòng)二]根據(jù)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀(guān)察并描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象（圖3）。

提問(wèn)：當(dāng)蠟燭熄滅后，玻璃杯內(nèi)的水面為什么會(huì)上升？根據(jù)這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你認(rèn)為空氣中有哪些成分？

歸納并得出結(jié)論：空氣中有氧氣，剩余成分不支持燃燒。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)科學(xué)史“1674年梅猷的蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)”進(jìn)行改編，創(chuàng)設(shè)任務(wù)型情境，通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，加深對(duì)蠟燭熄滅后玻璃杯內(nèi)水面上升原因的理解，進(jìn)而推導(dǎo)出空氣中存在兩種成分：一種支持燃燒，另一種不支持燃燒，對(duì)后續(xù)拉瓦錫曲頸甑實(shí)驗(yàn)的理解分解難度、奠定基礎(chǔ)。

那么，剩余成分中究竟有哪些氣體？

[科學(xué)史一]拉瓦錫的曲頸甑實(shí)驗(yàn)

法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫對(duì)空氣的成分進(jìn)行了研究，請(qǐng)閱讀課本P54“科學(xué)家探究空氣成分的歷程”（圖4）。

思考：

①反應(yīng)后待裝置冷卻時(shí)，拉瓦錫如何判斷密閉容器內(nèi)的氣體體積減少？拉瓦錫將密閉容器內(nèi)減少的氣體命名為什么？氣體為什么會(huì)減少？

②如何定量測(cè)得約1/57（提示：鐘罩內(nèi)增加的汞的體積等于消耗的氧氣體積）

③密閉裝置內(nèi)的剩余氣體有怎樣的性質(zhì)？拉瓦錫將其命名為什么？

設(shè)計(jì)意圖：呈現(xiàn)“拉瓦錫的曲頸甑實(shí)驗(yàn)”這一科學(xué)史資料，在關(guān)鍵性問(wèn)題引領(lǐng)下，在閱讀課本的基礎(chǔ)上，闡述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并得出相應(yīng)結(jié)論。認(rèn)識(shí)到在梅猷的蠟燭燃燒實(shí)驗(yàn)之后，拉瓦錫對(duì)空氣成分的探究有了定量的描述，即空氣中氧氣體積占1，5。

[活動(dòng)三]沿用拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)思路，我們能否利用剛才這一實(shí)驗(yàn)裝置，測(cè)得空氣中氧氣體積分?jǐn)?shù)？為了便于測(cè)量，事先對(duì)玻璃杯進(jìn)行了刻度的標(biāo)記，將玻璃杯倒扣在水中，加水至與最下方刻度線(xiàn)齊平，上方的四條刻度線(xiàn)就把此時(shí)杯內(nèi)的空氣均分成了五等分（圖5）。點(diǎn)燃蠟燭，罩上玻璃杯，請(qǐng)你預(yù)測(cè)實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象。玻璃杯中的水面真的能上升到刻度1嗎？

學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)。

提問(wèn)：你們有什么發(fā)現(xiàn)？為什么和我們猜想的不一樣？（提示：蠟燭燃燒生成二氧化碳?xì)怏w和水;氧化汞是固體）