汪蔚 胡海銘

摘要：本課設(shè)計(jì)通過(guò)層層遞進(jìn)的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生探究欲望，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，分析問(wèn)題，解決問(wèn)題。這種探究促進(jìn)了學(xué)生對(duì)控制變量思想、演繹歸納思維等高階思維的領(lǐng)悟，養(yǎng)成了科學(xué)思維習(xí)慣，培養(yǎng)了學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，為學(xué)生終生發(fā)展奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：高階思維;鋼鐵銹蝕;教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（ 2021）01-0052-05

中圖分類(lèi)號(hào)：C632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.014

一、教材分析和學(xué)情分析

諾貝爾獎(jiǎng)獲得者勞厄指出“重要的不是獲得知識(shí)，而是發(fā)展思維能力，教育無(wú)非是一切已學(xué)過(guò)的東西都忘掉后所剩下的東西”。對(duì)于化學(xué)教學(xué)來(lái)說(shuō)，當(dāng)學(xué)生將化學(xué)學(xué)科知識(shí)都忘記的時(shí)候，還剩下的東西就是“化學(xué)的學(xué)科思想和學(xué)科方法”了[1]?！颁撹F的銹蝕和防護(hù)”是人教版九年級(jí)化學(xué)第八單元課題3的教學(xué)內(nèi)容[2]。這是一節(jié)典型的實(shí)驗(yàn)探究課型，其中控制變量法是這節(jié)實(shí)驗(yàn)探究課的主要方法，而控制變量思想也是整個(gè)初中化學(xué)常用的思維方法。課本教材的設(shè)置采用螺旋上升式的教學(xué)理念，從影響過(guò)氧化氫反應(yīng)速率因素的探究到二氧化碳與水反應(yīng)的探究，再到燃燒條件的探究，一直到本課題。教材中對(duì)控制變量法學(xué)習(xí)循序漸進(jìn)，由淺人深，由課堂延伸到課后。學(xué)習(xí)本課題時(shí)，學(xué)生對(duì)控制變量思想有了一定的基礎(chǔ)，本課題要解決的問(wèn)題是如何引導(dǎo)學(xué)生將控制變量法運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)探究中解決實(shí)際問(wèn)題，從而提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和解決問(wèn)題的能力。

在日常生活中，學(xué)生已經(jīng)知道鋼鐵制品在潮濕空氣中，表面不潔等條件下容易生銹，也了解一些防止鋼鐵生銹的簡(jiǎn)單方法，但尚不能全面地了解導(dǎo)致鋼鐵銹蝕的各種因素和防止鋼鐵銹蝕的方法。因此，教學(xué)的起點(diǎn)應(yīng)從學(xué)生已有的有關(guān)鋼鐵生銹的生活經(jīng)驗(yàn)人手，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)鐵銹蝕的原因提出猜想，然后設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，證實(shí)或證偽猜想，再通過(guò)交流，討論得出導(dǎo)致鋼鐵銹蝕的因素，并分析提出減緩鋼鐵銹蝕的措施。本節(jié)內(nèi)容的教學(xué)價(jià)值主要體現(xiàn)在進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，重點(diǎn)在培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和解決問(wèn)題能力，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)是一門(mén)與日常生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)關(guān)系非常密切的科學(xué)，從而體會(huì)科學(xué)技術(shù)在社會(huì)生產(chǎn)、生活中的作用。

二、教學(xué)意圖和設(shè)計(jì)思想

建構(gòu)主義認(rèn)為，學(xué)習(xí)是建構(gòu)內(nèi)在心理表征過(guò)程，學(xué)習(xí)者不是把知識(shí)從外界搬運(yùn)到記憶中，而是在一定情境中以原有知識(shí)經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)，通過(guò)與外界相互作用獲取建構(gòu)新知識(shí)的過(guò)程[3]。好的學(xué)習(xí)能產(chǎn)生原動(dòng)力和內(nèi)在需求，是探究性學(xué)習(xí)取得效果的保證。對(duì)于鐵生銹的條件探究，傳統(tǒng)的教學(xué)方法是讓學(xué)生預(yù)習(xí)探究鐵生銹的條件，師生提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，然后通過(guò)采用“穿越”的方式，運(yùn)用多媒體技術(shù)展示七天前實(shí)驗(yàn)開(kāi)始到七天后鐵釘銹蝕這一過(guò)程，再討論，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，對(duì)比得出結(jié)論[4]。這里由于已經(jīng)提前做了實(shí)驗(yàn)，實(shí)際上很多老師忽略了學(xué)生實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的過(guò)程。同時(shí)又因?yàn)殍F生銹這個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行得很緩慢，只能提前做好，無(wú)法讓學(xué)生在課堂上短時(shí)間內(nèi)看到動(dòng)態(tài)的效果，所以一節(jié)課下來(lái)，課堂缺乏思維的靈動(dòng)，學(xué)生缺乏激情和原動(dòng)力。在熱鬧觀察實(shí)驗(yàn)背后，存在問(wèn)題并不少，不重視實(shí)驗(yàn)過(guò)程，只關(guān)注實(shí)驗(yàn)結(jié)果，不理解實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)目的，只強(qiáng)記實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。這樣教學(xué)教師更關(guān)注了知識(shí)內(nèi)容的灌輸，而忽略了學(xué)生思維能力的培養(yǎng)。一節(jié)缺少思維含量的化學(xué)課，一節(jié)缺乏智力挑戰(zhàn)的化學(xué)課，即使課堂氣氛再熱鬧，也算不上成功的課，所以化學(xué)教學(xué)要關(guān)注學(xué)生思考力，問(wèn)題選擇要關(guān)注問(wèn)題所蘊(yùn)涵的思維含量。在本節(jié)課中，如何讓學(xué)生將控制變量的思想運(yùn)用到實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)中;如何更有效地利用認(rèn)知沖突，有效地激發(fā)、驅(qū)動(dòng)學(xué)生有目的積極探索，使課堂更具啟發(fā)性。這是本堂課要解決的問(wèn)題。筆者從這樣的設(shè)計(jì)思路出發(fā)進(jìn)行了教學(xué)改進(jìn)。

教學(xué)的核心任務(wù)不是如何把現(xiàn)成的知識(shí)傳授給學(xué)生，而是如何激發(fā)出學(xué)生原有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)，促進(jìn)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的生長(zhǎng)，促進(jìn)學(xué)生的新知識(shí)建構(gòu)[5]。學(xué)習(xí)應(yīng)是學(xué)生自己建構(gòu)知識(shí)過(guò)程，是他人無(wú)法替代的?！颁撹F的銹蝕和防護(hù)”這一教學(xué)，一般采用的教學(xué)方式是：提前準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)，呈現(xiàn)現(xiàn)象，歸納總結(jié)結(jié)論。而本課設(shè)計(jì)采用的教學(xué)方式是科學(xué)探究方式，讓學(xué)生通過(guò)已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)自行猜想和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究鐵銹蝕的條件。這種從已有知識(shí)中尋找新知識(shí)生長(zhǎng)點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生探究欲望，并通過(guò)層層遞進(jìn)的問(wèn)題，不斷激發(fā)學(xué)生猜想和假設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究對(duì)學(xué)生今后學(xué)習(xí)意義重大。

三、教學(xué)過(guò)程

[創(chuàng)設(shè)情景，引入課題]

[教師活動(dòng)]播放“越王勾踐劍”視頻，講述著名的天下第一劍“越王勾踐劍”埋藏在地下已有兩千多年了，出土?xí)r依然光彩奪目，鋒利無(wú)比，沒(méi)有銹蝕，而我們生活中的很多金屬卻因銹蝕而報(bào)廢。為了揭開(kāi)寶劍的不銹之謎，今天我們進(jìn)行探究之旅，從我們熟悉的金屬人手，以鋼鐵為例（再推廣到一般金屬），引入課題《鋼鐵的銹蝕和防護(hù)》。

[學(xué)生活動(dòng)]觀看圖片，傾聽(tīng)講述，進(jìn)入課題。

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生感興趣的問(wèn)題，引入課題，激發(fā)學(xué)生了解鋼鐵腐蝕的興趣。

1.探究鋼鐵銹蝕條件

（1）猜想和假設(shè)

[教師活動(dòng)]組織學(xué)生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗(yàn)對(duì)鐵銹蝕的條件進(jìn)行大膽的猜想：就地取材引導(dǎo)學(xué)生觀察教室脫漆后生銹的鐵門(mén)，啟發(fā)學(xué)生回憶生活中見(jiàn)過(guò)鐵生銹的事例，展示潮濕環(huán)境中生銹鐵釘圖片和其他資料，引導(dǎo)學(xué)生分析資料再次做出合理的猜想。

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生充分發(fā)揮想象力，大膽猜想和假設(shè)，表述觀點(diǎn)。有的說(shuō)：“鐵在潮濕的空氣中容易生銹，所以生銹的條件需水和空氣”，另一同學(xué)說(shuō)：“切過(guò)咸菜的菜刀易生銹，所以鐵生銹需鹽”，這時(shí)還有同學(xué)說(shuō)：“自行車(chē)暴露在室外淋了雨很快就生銹了，也沒(méi)鹽呀”等等。此時(shí)，討論非常激烈。最后，師生共同總結(jié)鐵生銹的必備條件是需空氣和水，其他條件有可能促進(jìn)生銹。

設(shè)計(jì)意圖：建構(gòu)主義認(rèn)為，只有當(dāng)學(xué)生將新學(xué)的知識(shí)與其已知的理論基礎(chǔ)或生活經(jīng)驗(yàn)相聯(lián)系時(shí)，他們才容易建立直觀的概念，加快對(duì)知識(shí)的接受和理解。這里有效地發(fā)展了學(xué)生搜集信息的能力，觀察分析的能力，培養(yǎng)了學(xué)生充分運(yùn)用觀察，思考，對(duì)比，歸納等科學(xué)的思維習(xí)慣。

（2）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

[教師活動(dòng)]教師鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜想。教師提供有關(guān)儀器和藥品（試管若干、自來(lái)水、蒸餾水、光亮鐵釘若干根，植物油、干燥劑，燒杯，具支試管，鐵架臺(tái)，橡皮塞等），也可另選儀器。指導(dǎo)學(xué)生通過(guò)獨(dú)立思考或小組討論提出方案，然后交流討論對(duì)各種方案進(jìn)行評(píng)價(jià)，從中篩選出可實(shí)施的方案。鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)多種方案，也可另選儀器和藥品。

[學(xué)生活動(dòng)]交流討論，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，對(duì)方案的可行性自我反思，學(xué)生可能會(huì)設(shè)計(jì)出如圖1。

設(shè)計(jì)意圖：這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)是培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力的關(guān)鍵。如果不提供可選擇的儀器和藥品，直接讓學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究，學(xué)生無(wú)處下手。給了儀器和藥品實(shí)際上就給了引導(dǎo)和啟發(fā)。由于學(xué)生設(shè)計(jì)的裝置很多：有用試管，用燒杯，還有用具支試管的;有用鐵釘，用鐵絲，還有用鐵粉，這時(shí)教師加以肯定和鼓勵(lì)。這里有一個(gè)優(yōu)選的問(wèn)題，用燒杯好，還是用試管好，選自來(lái)水還是蒸餾水等等，要對(duì)課堂上學(xué)生出來(lái)的裝置進(jìn)行一個(gè)初步評(píng)價(jià)和篩選，最終綜合大家想法確定上面設(shè)計(jì)圖。但就這樣，學(xué)生控制變量的思想還是模糊的，按照初三學(xué)生思維，他們應(yīng)自己會(huì)對(duì)上圖裝置再進(jìn)行優(yōu)選。此時(shí)老師要干預(yù)，問(wèn)上圖中你們認(rèn)為哪個(gè)鐵釘會(huì)生銹，找出②號(hào)為實(shí)驗(yàn)組，其他的跟它作對(duì)比。③試管空氣會(huì)溶解進(jìn)去和②試管作用一樣，所以排除③，①號(hào)和⑤號(hào)比較排除①，此時(shí)教師再引入控制變量的思想，引導(dǎo)學(xué)生先觀察，再優(yōu)選，一般學(xué)生能得出分別將⑤⑥號(hào)試管與②號(hào)試管對(duì)比得出鐵生銹的兩個(gè)條件。此時(shí)，老師再追問(wèn)：④號(hào)試管需不需要？學(xué)生回答④號(hào)與②號(hào)對(duì)比有兩個(gè)變量，鐵釘既不與水接觸也不與空氣接觸，即便不生銹也不能說(shuō)明問(wèn)題，所以排除。最終選擇實(shí)驗(yàn)編號(hào)為②⑤⑥。優(yōu)選方案，最優(yōu)方案，這才是真正探究，學(xué)生思維水平也由低到高得到發(fā)展。當(dāng)要求學(xué)生設(shè)計(jì)探究方案時(shí)，學(xué)生有急于解決問(wèn)題的思想，為后面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)創(chuàng)造了積極的氛圍，充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，同時(shí)使學(xué)生體會(huì)控制變量在科學(xué)探究中應(yīng)用。學(xué)生通過(guò)自己設(shè)計(jì)方案體會(huì)到了探究的樂(lè)趣。

（3）對(duì)實(shí)驗(yàn)的分析、解釋與結(jié)論

[教師活動(dòng)]教師展示一周前準(zhǔn)備的實(shí)驗(yàn)成果，播放實(shí)驗(yàn)過(guò)程錄像。

[師生討論，結(jié)論]由實(shí)驗(yàn)中鐵釘生銹情況看出，鐵生銹要具備的條件是接觸水和空氣。

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生觀察、分析實(shí)驗(yàn)。描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。初步了解鋼鐵銹蝕的原理。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，分析實(shí)驗(yàn)的能力。

（4）實(shí)驗(yàn)反思與提高

[教師活動(dòng)]教師設(shè)問(wèn)以上實(shí)驗(yàn)證明了鐵生銹需接觸空氣，但是否是與空氣中的氧氣發(fā)生作用的結(jié)果無(wú)法證明，同學(xué)們能否證明？

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生片刻沉默，但有了上次探究的經(jīng)歷，表情并無(wú)畏懼反而期待。

[教師活動(dòng)]教師立刻引導(dǎo)學(xué)生要想確定消耗的是空氣中的氧氣，那么消耗的氧氣要通過(guò)一定的方法體現(xiàn)出來(lái)，對(duì)于氣體的減少如何體現(xiàn)？大家聯(lián)想下以前學(xué)過(guò)的實(shí)驗(yàn)知識(shí)。

[學(xué)生活動(dòng)]反應(yīng)快的同學(xué)一下子就聯(lián)想到《空氣中氧氣含量的探究實(shí)驗(yàn)》，從這受到啟發(fā)。

[教師活動(dòng)]教師總結(jié);氣體含量的減少可以通過(guò)壓強(qiáng)差體現(xiàn)，同時(shí)展示圖片2。

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生立刻思考可以將上圖中的磷換成鐵在密閉容器中做實(shí)驗(yàn)，不過(guò)要等待一周。而且鐵無(wú)需加熱，常溫即可。有同學(xué)設(shè)計(jì)如第二幅圖，用具支試管代替廣口瓶（這樣更好，容積小，水倒流明顯）。有的利用第三幅圖改進(jìn)，同學(xué)們思維活躍，探究氣氛濃厚。

[教師活動(dòng)]教師鼓勵(lì)肯定，師生共同討論再改進(jìn)得出如圖3。

設(shè)計(jì)意圖：這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)筆者注意到新舊知識(shí)的聯(lián)系，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的遷移和應(yīng)用，深入理解鐵銹蝕的原理是與空氣中氧氣的作用，注意學(xué)生在已知經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)上構(gòu)建新知識(shí)，不過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)相對(duì)基礎(chǔ)較好的學(xué)生更好。

（5）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)

[教師活動(dòng)]教師指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn);如圖4在燒瓶中用食鹽水濕潤(rùn)燒瓶壁，然后在其中加入混有碳粉的鐵粉，使其比較均勻地黏附在燒瓶壁上，立即塞上瓶塞，將上述燒瓶倒置于水中，拔去塞子靜置（注意一定在水下拔去塞子，用鑷子操作）。

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生滿(mǎn)懷熱情進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，小心操作，靜靜等待。大約5分鐘后學(xué)生發(fā)現(xiàn)有水倒流進(jìn)燒瓶?jī)?nèi)，燒瓶微微發(fā)熱。

[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生觀察分析實(shí)驗(yàn)。

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生從三個(gè)方面分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：用手觸摸燒瓶外壁，感覺(jué)發(fā)熱;觀察水位變化（水位最終上升約至燒瓶液面以上體積1/5）;鐵粉顏色變化。

[結(jié)論分析和應(yīng)用][師生總結(jié)]

由鐵粉顏色的變化和水位的上升，得知鐵粉發(fā)生緩慢氧化，消耗了瓶?jī)?nèi)氧氣而生成了紅棕色物質(zhì)鐵銹，這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可證明空氣中氧氣約占1/5。

設(shè)計(jì)意圖：這個(gè)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)意在強(qiáng)化學(xué)生的實(shí)驗(yàn)興趣，使他們化學(xué)學(xué)習(xí)情感得到升華，進(jìn)一步培養(yǎng)學(xué)生觀察能力，分析實(shí)驗(yàn)的能力。這里彌補(bǔ)了鐵生銹的實(shí)驗(yàn)是一個(gè)緩慢氧化過(guò)程，無(wú)法在課內(nèi)當(dāng)堂完成這一弱點(diǎn)。此時(shí)，學(xué)生興趣盎然，探究意識(shí)強(qiáng)烈。

（6）再次反思與提高

[教師活動(dòng)]教師設(shè)問(wèn)為什么本實(shí)驗(yàn)同學(xué)們可在課堂內(nèi)完成，而前一組實(shí)驗(yàn)需要提前一周準(zhǔn)備呢？老師追問(wèn)，你們猜想是什么影響了鐵生銹速度呢？（注意將選用藥品與第一組實(shí)驗(yàn)對(duì)比）。

[學(xué)生活動(dòng)]第一個(gè)問(wèn)題學(xué)生回答：“速度快”;第二個(gè)問(wèn)題學(xué)生思考后回答：“是鹽水、碳粉的作用”。也有學(xué)生回答粉末狀鐵粉接觸面積大，所以速度快。

[教師活動(dòng)]你能否設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明影響鐵生銹速度的因素？教師鼓勵(lì)學(xué)生在課后積極思考，在老師播放的演示實(shí)驗(yàn)或者你們分組實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，運(yùn)用控制變量的思想在課后繼續(xù)探究。

[學(xué)生活動(dòng)]學(xué)生的眼神中充滿(mǎn)期待。

設(shè)計(jì)意圖：鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)一步探究，還有哪些因素會(huì)影響鋼鐵的銹蝕。在課后查閱相關(guān)資料并自主設(shè)計(jì)更多實(shí)驗(yàn)證實(shí)，培養(yǎng)自主探究能力。這一個(gè)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)培養(yǎng)了學(xué)生探究問(wèn)題，設(shè)計(jì)多種方案能力，開(kāi)發(fā)了學(xué)生發(fā)散思維。但這個(gè)環(huán)節(jié)對(duì)基礎(chǔ)較弱的學(xué)生不做要求。