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        基于證據(jù)推理的HPS教學(xué)設(shè)計(jì)研究

        2022-05-30 15:48:39閆雪任莉君趙衛(wèi)星王冬梅王宏社
        化學(xué)教與學(xué) 2022年22期
        關(guān)鍵詞:證據(jù)推理科學(xué)探究教學(xué)設(shè)計(jì)

        閆雪 任莉君 趙衛(wèi)星 王冬梅 王宏社

        摘要:證據(jù)推理是科學(xué)探究活動(dòng)中重要的科學(xué)方法。結(jié)合證據(jù)推理對(duì)傳統(tǒng)的HPS教學(xué)模式提出改進(jìn),細(xì)化了科學(xué)探究的程序,將證據(jù)推理模塊的作用凸顯出來(lái),并選取“硅及其化合物的性質(zhì)”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì),為教師開(kāi)展探究性課堂教學(xué)提供思路。

        關(guān)鍵詞:證據(jù)推理:科學(xué)探究;HPS教學(xué)模式:教學(xué)設(shè)計(jì)

        文章編號(hào):1008-0546( 2022 )11x-0051-03

        中圖分類號(hào):G632.41

        文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B

        doi: 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.013

        一、引言

        《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》的頒布,對(duì)學(xué)生的證據(jù)推理能力提出了新要求。[1]與此同時(shí),高中化學(xué)課程改革也越來(lái)越重視培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),隨著課程理念的進(jìn)步以及各界對(duì)“科學(xué)一技術(shù)一社會(huì)”的關(guān)注,迫切需要教師探索新的教學(xué)模式。

        HPS是科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)及科學(xué)社會(huì)學(xué)的簡(jiǎn)稱。[2]1999年,英國(guó)學(xué)者孟克和奧斯本提出將HPS教育應(yīng)用于教學(xué)以來(lái),與各學(xué)科相關(guān)的HPS教學(xué)模式研究成果不斷涌現(xiàn)。研究者基于化學(xué)學(xué)習(xí)的特點(diǎn)將HPS教學(xué)模式分為六個(gè)程序,如圖1所示。[3]

        在HPS教學(xué)模式中,科學(xué)探究活動(dòng)是凸顯科學(xué)哲學(xué)內(nèi)涵的重要環(huán)節(jié),學(xué)生在課堂邏輯嚴(yán)密和教學(xué)環(huán)節(jié)連貫的學(xué)習(xí)過(guò)程中,能夠沉浸在基于證據(jù)推理的良好課堂氛圍中。該教學(xué)模式可促使學(xué)生獨(dú)立完成科學(xué)探究過(guò)程,探尋科學(xué)本質(zhì),從而有效提升證據(jù)推理能力,同時(shí)也為教師順利開(kāi)展高質(zhì)量課堂教學(xué)提供有力保障。

        二、基于證據(jù)推理的HPS教學(xué)模式

        基于證據(jù)推理的HPS教學(xué)模式如表1,將科學(xué)史內(nèi)容放入課程導(dǎo)人部分,縮短了教學(xué)時(shí)長(zhǎng),將更多的時(shí)間留給學(xué)生進(jìn)行探究活動(dòng),并且細(xì)化了科學(xué)探究的步驟,突出“確定證據(jù)”在探究中的首要地位。設(shè)計(jì)的合作推理環(huán)節(jié),不僅能夠增強(qiáng)學(xué)生的課堂參與感,而且也能培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)合作精神。在活動(dòng)小結(jié)環(huán)節(jié)中,學(xué)生在對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析的基礎(chǔ)之上,通過(guò)總結(jié)個(gè)人收獲來(lái)深刻體會(huì)化學(xué)知識(shí)的發(fā)現(xiàn)、探索與積累過(guò)程,并領(lǐng)悟到化學(xué)知識(shí)能夠服務(wù)社會(huì),從而增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感與歷史使命感。

        三、HPS教學(xué)模式的實(shí)踐應(yīng)用

        元素的學(xué)習(xí)需要建立“位一構(gòu)一性”的思維模式。然而學(xué)生對(duì)于“為什么位置決定結(jié)構(gòu),結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)?”之間的關(guān)系理解不夠深刻。在探究活動(dòng)中可設(shè)置證據(jù)推理環(huán)節(jié),引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)性質(zhì)?!肮杓捌浠衔锏男再|(zhì)”是高中教材探究活動(dòng)的典型課例,既有完整的知識(shí)體系,其化合物在生活中也有廣泛應(yīng)用,將HPS教學(xué)模式與證據(jù)推理相結(jié)合來(lái)進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)會(huì)相得益彰。

        1.化學(xué)史引入

        環(huán)節(jié)1:歷史情境

        師:約在1萬(wàn)年前,第一批陶匠用柔軟的黏土制成堅(jiān)硬的陶器,至唐宋年代,我國(guó)的陶瓷制品已享譽(yù)海外?,F(xiàn)代工藝制成的玻璃與陶瓷成分相近,但是性質(zhì)更加優(yōu)越,給我們的生活帶來(lái)了很大便利。同學(xué)們知道陶瓷和玻璃的主要成分嗎?

        生:陶瓷以黏土為主要原料,黏土的主要成分為含水的硅鋁酸鹽。普通玻璃的主要成分為二氧化硅、硅酸鈉和硅酸鈣。

        師:它們都含有硅元素,硅在地殼中含量豐富,僅次于氧元素,它以硅酸鹽或二氧化硅的形式存在于自然界中。1787年,拉瓦錫首次發(fā)現(xiàn)了巖石中的硅,直到1823年硅首次以一種元素形式被瑞典化學(xué)家貝采利烏斯發(fā)現(xiàn)。當(dāng)今的電子工業(yè)以集成電路為基礎(chǔ),單晶硅成了不可或缺的電子工業(yè)原材料。

        為什么與硅有關(guān)的化學(xué)制品如陶瓷、玻璃和單晶硅用途差別很大?

        設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)闡述硅及其化合物的相關(guān)發(fā)展歷史片段,導(dǎo)入新課,不僅能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,而且學(xué)生對(duì)硅元素也會(huì)有更深刻的認(rèn)識(shí)。教師根據(jù)情境提出問(wèn)題,引起學(xué)生對(duì)下一環(huán)節(jié)的思考,順利開(kāi)展科學(xué)探究活動(dòng)。

        2.科學(xué)探究活動(dòng)

        環(huán)節(jié)2:確定證據(jù)

        師:幻燈片展示單晶硅和二氧化硅的結(jié)構(gòu)(見(jiàn)圖2)。學(xué)生根據(jù)所學(xué)內(nèi)容總結(jié),填寫表2。

        環(huán)節(jié)3:合作推理

        實(shí)驗(yàn)一:演示實(shí)驗(yàn)。教師在一塊干凈的玻璃上滴一滴0.1 mol/L氫氟酸溶液,發(fā)現(xiàn)有氣泡產(chǎn)生,并且玻璃和氫氟酸接觸的地方變得粗糙。之后,教師分別將0.1 mol/L硫酸、0.1 mol/L鹽酸、0.1 mol/L硝酸滴到玻璃上,玻璃表面沒(méi)有變化。學(xué)生仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后推測(cè)玻璃只能被氫氟酸腐蝕。

        實(shí)驗(yàn)二:學(xué)生實(shí)驗(yàn)。教師要求學(xué)生吸取3-5 mL飽和硅酸鈉溶液放入試管中,滴入1-2滴酚酞溶液,搖勻后發(fā)現(xiàn)溶液變紅。然后用膠頭滴管滴加0.1 mol/L的稀鹽酸,一邊滴加一邊振蕩,溶液紅色變淺直至消失后停止滴加,觀察到溶液變?yōu)榘咨z狀。學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象推測(cè)硅酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)生成了新物質(zhì)。

        師:總結(jié)學(xué)生的推理及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,書寫相關(guān)反應(yīng)方程式(見(jiàn)表3)。

        環(huán)節(jié)4:探究反思

        師:教師展示兩瓶0.1 mol/L氫氧化鈉溶液,其中一瓶以玻璃塞作為瓶蓋,另一瓶以橡膠塞作為瓶蓋,兩瓶氫氧化鈉溶液都存放了一段時(shí)間。讓學(xué)生嘗試打開(kāi)瓶蓋,學(xué)生發(fā)現(xiàn)玻璃塞很難拔出。這是什么原因呢?

        生:因?yàn)椴A筒A康拇蚰ソ涌谔?,二氧化硅和氫氧化鈉溶液發(fā)生反應(yīng)生成黏稠性物質(zhì)硅酸鈉。[5]3

        設(shè)計(jì)意圖:在構(gòu)建證據(jù)推理模型的過(guò)程中,[6]選擇符號(hào)證據(jù)、微觀證據(jù)和實(shí)驗(yàn)證據(jù),從三個(gè)方面幫助學(xué)生建立起硅及其化合物的性質(zhì)模型。學(xué)生從符號(hào)證據(jù)中推測(cè)得到硅在元素周期表中的位置和化合價(jià),[7]從整理得到的證據(jù)中能夠得到硅與碳的性質(zhì)具有相似性,推斷出硅與氧氣的反應(yīng)及二氧化硅與堿的反應(yīng),并且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中驗(yàn)證猜想,學(xué)生不再是被動(dòng)接受知識(shí),而是主動(dòng)參與并獲取知識(shí)。

        3.科學(xué)與社會(huì)、生活

        環(huán)節(jié)5:總結(jié)與收獲

        師:?jiǎn)尉Ч璧闹饕猛臼怯米靼雽?dǎo)體材料和利用太陽(yáng)能光伏發(fā)電、供熱等;陶瓷的主要成分硅酸鹽中的原子排列緊密,可作為人造骨髓植入人體,也可制成刀刃,切削鋼鐵;二氧化硅原材料成本低廉,是玻璃的主要成分,目前已經(jīng)研發(fā)上市了各種不同用途的玻璃,如:原料中添加鉛制造的玻璃透光性好且折射率高,而加入硼酸鹽制成的玻璃耐化學(xué)腐蝕,能夠承受溫度急劇變化,可用作炊具、汽車擋風(fēng)玻璃、光導(dǎo)纖維等。

        設(shè)計(jì)意圖:化學(xué)知識(shí)最終要應(yīng)用于生活,通過(guò)我們對(duì)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)及其性質(zhì)的充分了解,才能夠在生活中學(xué)會(huì)應(yīng)用,實(shí)現(xiàn)社會(huì)價(jià)值。

        總結(jié):學(xué)生通過(guò)對(duì)以前所學(xué)概念、知識(shí)及實(shí)驗(yàn)事實(shí)等相關(guān)證據(jù)的掌握,預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì),參與實(shí)驗(yàn),并對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析。HPS教學(xué)模式將科學(xué)知識(shí)放在歷史的坐標(biāo)系中學(xué)習(xí),從知識(shí)發(fā)生的過(guò)程中學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí).符合課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的要求,為教師開(kāi)展探究性課堂教學(xué)提供了新思路。

        參考文獻(xiàn)

        [1] 中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)[s].北京:人民教育出版社,2020.

        [2]王靜.HPS教育理念在高中化學(xué)教學(xué)中應(yīng)用的策略研究[D].甘肅.西北師范大學(xué),2021.

        [3] 張克龍,化學(xué)學(xué)科實(shí)施HPS教學(xué)模式的策略[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2006(12):12-14.

        [4] 楊玉琴,倪娟,證據(jù)推理與模型認(rèn)知:內(nèi)涵解析及實(shí)踐策略[J].化學(xué)教育,2019,40(23):23-29.

        [5]吳晗清,何婷,新課標(biāo)“硅及其化合物”定位的嬗變與教學(xué)重構(gòu)——基于HPS模式改進(jìn)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教育,2021,42(9):46-52.

        [6]孫思海,“二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)”生活化情境教學(xué)設(shè)計(jì)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考,2020( 24):18-19.

        [7]楊梅,莫尊理,張英,王培.從證據(jù)推理視角對(duì)“離子反應(yīng)”教學(xué)案例的分析及其啟示[J].化學(xué)教育,2020,41(17):60-65.

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