陸萍 周春露

摘要：實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳后，在廢物缸中有不少的殘留物，其中的固體顆粒的成份是什么？液體的成份是什么？通 過(guò)設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，利用常規(guī)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)探究固體和液體成分，揭曉實(shí)驗(yàn)室“廢液、廢渣”的成分，進(jìn)而討論“廢液、廢渣”的處理方法，培養(yǎng)環(huán)保意識(shí)和社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)。

關(guān)鍵詞： STEM理念;數(shù)字化實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)探究;責(zé)任擔(dān)當(dāng)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）05-0038-04中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.008

一、教學(xué)分析

1.課標(biāo)分析

化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)要求學(xué)生能夠通過(guò)親身體驗(yàn)科學(xué)探究活動(dòng)過(guò)程，激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，增進(jìn)對(duì)科學(xué)的情感，學(xué)習(xí)科學(xué)探究的基本方法，初步形成科學(xué)探究能力，并發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)。

2.學(xué)情分析

在前面的學(xué)習(xí)中，同學(xué)們已經(jīng)學(xué)習(xí)了滬教版九年級(jí)化學(xué)所有新知識(shí)。熟悉CO2的主要性質(zhì)和用途，會(huì)用實(shí)驗(yàn)方法在實(shí)驗(yàn)室制備 CO2，初步了解自然界中的碳平衡，能用學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)解釋人呼出的氣體中CO2 的相對(duì)含量與空氣中CO2的相對(duì)含量有差異的原因，但缺乏綜合分析和評(píng)價(jià)的能力，還未能構(gòu)建化學(xué)學(xué)科大概念，更多的問(wèn)題還停留在識(shí)記性的層面，質(zhì)疑能力還較薄弱，環(huán)境保護(hù)意識(shí)和社會(huì)責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)還有待進(jìn)一步培養(yǎng)。

3.教學(xué)目標(biāo)

①通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并動(dòng)手操作來(lái)探究實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳后的固液混合物的成分，小結(jié)梳理碳酸鹽和酸性物質(zhì)的檢驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案的能力和規(guī)范的動(dòng)手操作能力。

②通過(guò)觀察殘液成分探究的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，分析數(shù)字化實(shí)驗(yàn)中溶液pH 和生成CO2濃度的變化的“即時(shí)”成像，增強(qiáng)對(duì)宏觀、微觀、符號(hào)和曲線四重表征的化學(xué)學(xué)科特色的理解。

③利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)和傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的融合，讓同學(xué)們體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的樂(lè)趣，激發(fā)他們學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和探究熱情，學(xué)會(huì)用實(shí)驗(yàn)探究來(lái)解決實(shí)際問(wèn)題，并基于證據(jù)進(jìn)行科學(xué)推理的方法。

④通過(guò)對(duì)實(shí)驗(yàn)室“三廢”處理方法的討論，理解化學(xué)與社會(huì)、技術(shù)和環(huán)境的關(guān)系，培養(yǎng)責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)。了解科學(xué)和技術(shù)的結(jié)合，促進(jìn)了社會(huì)發(fā)展和社會(huì)文明，從而培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)。

4.學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)

在任務(wù)驅(qū)動(dòng)下學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)、優(yōu)化和實(shí)施方案。

從微觀角度解釋宏觀現(xiàn)象，落實(shí)化學(xué)課程核心素養(yǎng)，構(gòu)建化學(xué)學(xué)科大概念，如分類觀、變化觀、反應(yīng)限度觀。

5.教學(xué)方法

創(chuàng)設(shè)情境法、直觀演示法、探究法、討論法。

二、教學(xué)過(guò)程

【教師活動(dòng)】展示燒杯中殘留物。

問(wèn)題一：同學(xué)們，這是你們?cè)趯?shí)驗(yàn)室中制備二氧化碳后殘留的物質(zhì)，殘留的固體和液體分別含有哪些物質(zhì)呢？實(shí)驗(yàn)后我們可不可以直接倒入水池中？

教學(xué)片斷一（見(jiàn)表1）：

【教師活動(dòng)】用鑷子從殘留物中取出一小粒固體。

問(wèn)題二：同學(xué)們，既然你們猜想固體中有碳酸鈣的存在，最有說(shuō)服力的方法當(dāng)然是實(shí)驗(yàn)，所以我們還是設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行探究吧，如何來(lái)進(jìn)行呢？

教學(xué)片斷二（見(jiàn)表2）：

【教師活動(dòng)】從殘留物中倒出液體試劑。

問(wèn)題三：通過(guò)剛才的實(shí)驗(yàn)我們已經(jīng)得出固體中含有碳酸鈣，殘留的液體中是不是真的像我們的猜想一樣，不含有鹽酸呢？還是讓實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)話吧！

教學(xué)片斷三（見(jiàn)表3）：

【教師活動(dòng)】繼續(xù)從殘留物中倒出液體試劑。

問(wèn)題四：剛才的實(shí)驗(yàn)中我們已經(jīng)得出殘留的液體中含有鹽酸，該液體中還有其它物質(zhì)嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來(lái)以證明呢？

教學(xué)片斷四（見(jiàn)表4）：

【教師活動(dòng)】分析以上的探究結(jié)論你有哪些想法？這樣的想法與今天開(kāi)始本節(jié)課時(shí)你的想法是一致的嗎？

【學(xué)生活動(dòng)】（在教師的引導(dǎo)下有下列想法），這樣的想法與開(kāi)始上課的想法有所不同。

1.今天上課前我們認(rèn)為殘留物中觀察不到明顯現(xiàn)象，因此碳酸鈣和鹽酸兩種物質(zhì)中只能剩余一種，而通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們可以看出殘留物中有碳酸鈣，也有稀鹽酸。

2.向氯化鈣和稀鹽酸的混合物中滴加碳酸鈉溶液時(shí)，開(kāi)始加入的少量的碳酸鈉先與混合物中的稀鹽酸反應(yīng)，觀察不到明顯的白色沉淀，當(dāng)鹽酸反應(yīng)后溶液中的氯化鈣與碳酸鈉發(fā)生反應(yīng)。

3.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與數(shù)字化實(shí)驗(yàn)結(jié)合后，可以進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)采集與分析，可以替代人工采集數(shù)據(jù)的模式，給化學(xué)實(shí)驗(yàn)帶來(lái)巨大的變化。

問(wèn)題五：殘留物中有碳酸鈣，也有鹽酸，為什么看不到氣泡呢？是本來(lái)就不產(chǎn)生氣泡還是產(chǎn)生太少，以致于我們觀察不到明顯現(xiàn)象呢？如果不產(chǎn)生氣泡，是什么原因呢？是因?yàn)樗岬臐舛忍?？我們可不可以用?shí)驗(yàn)來(lái)加以證明呢？

教學(xué)片斷五見(jiàn)表5：

三、教學(xué)流程圖

見(jiàn)圖1。

四、教學(xué)效果與教學(xué)反思

進(jìn)行本課題的教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，我是基于這樣的幾點(diǎn)想法：

“格雷特·亞克門提出STEM教育的教學(xué)不以傳授知識(shí)為主要任務(wù)，而以培養(yǎng)學(xué)生的問(wèn)題解決能力和創(chuàng)新能力為目標(biāo)”[3]?；诖?，這節(jié)課我利用實(shí)驗(yàn)室殘留物的真實(shí)情境，設(shè)計(jì)了問(wèn)題鏈驅(qū)動(dòng)學(xué)生活動(dòng)，學(xué)生解決真實(shí)問(wèn)題的能力在不斷地猜想、設(shè)計(jì)方案、遴選、優(yōu)化并實(shí)施方案、搜集證據(jù)、分析并得出結(jié)論的過(guò)程中得以螺旋式提升。

“學(xué)習(xí)者的態(tài)度比他存儲(chǔ)在大腦中的很快就貶值的事實(shí)性知識(shí)更重要”“知識(shí)必須是‘可降解的’”[4]。在觀察不到明顯氣泡后的固液混合物體系中同時(shí)驗(yàn)證到CaCO3和稀鹽酸，以及用對(duì)比實(shí)驗(yàn)證明由于鹽酸濃度降低了，雖然肉眼觀察不到氣泡，但 CaCO3和稀鹽酸確實(shí)在緩慢地反應(yīng)，這一次次的“認(rèn)知沖突”，都使得學(xué)生的知識(shí)得以先“解構(gòu)”再“重構(gòu)”，學(xué)會(huì)用批判的眼光看待知識(shí)。

知識(shí)不能固化，思維不能僵化。那我是不是也可以引導(dǎo)學(xué)生從其他影響反應(yīng)速率的因素繼續(xù)進(jìn)行探究呢？如果將殘留固體粉碎，或?qū)⒎磻?yīng)體系升高溫度，是不是反應(yīng)速率也可以加快，證明 CaCO3和稀鹽酸在發(fā)生反應(yīng)？除了可以驗(yàn)證鹽酸的消耗，是不是也可以測(cè)定一段時(shí)間后固體的減少或二氧化碳濃度的增加來(lái)證明呢？筆者將會(huì)把這些問(wèn)題的探究作為這個(gè)主題教學(xué)的補(bǔ)充和延續(xù)，也是筆者在后續(xù)教學(xué)中需要繼續(xù)深入探究的問(wèn)題。

通過(guò)學(xué)習(xí)如何處理實(shí)驗(yàn)室“三廢”，同學(xué)們?cè)鰪?qiáng)了責(zé)任擔(dān)當(dāng)意識(shí)和環(huán)保意識(shí)，認(rèn)識(shí)到地球是我們目前賴以生存的唯一宜居星球，有毒有害物質(zhì)不應(yīng)該成為我們對(duì)大自然的回饋，保護(hù)環(huán)境，保護(hù)家園，就是在保護(hù)我們自己。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國(guó)教育部，《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2012.

[2]馬宏佳.化學(xué)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的理論與實(shí)踐[M].北京：人民教育出版社，2016：10.

[3]鄭葳.中國(guó) STEAM 教育發(fā)展報(bào)告[M].北京：科學(xué)出版社，2017：131.

[4]安德烈·焦?fàn)柈?dāng)，杭零譯.學(xué)習(xí)的本質(zhì)[M].上海：華東師范大學(xué)出版社，2015：176.