薛 蓉 張萬(wàn)舉

(黃岡師范學(xué)院化學(xué)化工學(xué)院，湖北 黃岡 438000)

1 研究背景

化學(xué)學(xué)科深度學(xué)習(xí)是深度學(xué)習(xí)在化學(xué)學(xué)科領(lǐng)域的應(yīng)用和實(shí)踐，胡久華教授指出化學(xué)學(xué)科深度學(xué)習(xí)是學(xué)生在教師的引導(dǎo)下，圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)，從宏觀、微觀、變化、守恒的視角，運(yùn)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知的方式解決綜合的復(fù)雜問(wèn)題，獲得結(jié)構(gòu)化的化學(xué)知識(shí)，建立運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思想解決問(wèn)題的認(rèn)知模型，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展.王后雄教授指出問(wèn)題鏈?zhǔn)墙處煘榱藢?shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)，根據(jù)學(xué)生已有的認(rèn)知水平，針對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中將要產(chǎn)生或者可能產(chǎn)生的疑惑，將教材知識(shí)轉(zhuǎn)化成為層次鮮明，具有系統(tǒng)性和連續(xù)性的教學(xué)問(wèn)題，是一組有中心、有序列、相對(duì)獨(dú)立又相互關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，并將問(wèn)題鏈概括為引入性問(wèn)題鏈、診斷性問(wèn)題鏈、探究性問(wèn)題鏈、遷移性問(wèn)題鏈等八種類型，對(duì)每一種問(wèn)題鏈的教學(xué)功能進(jìn)行了闡述.

結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，以人教版高中化學(xué)選擇性必修1第四章《金屬的腐蝕與防護(hù)》為例，圍繞學(xué)生認(rèn)識(shí)基礎(chǔ)，基于真實(shí)問(wèn)題情境，以問(wèn)題鏈為導(dǎo)向設(shè)計(jì)教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，落實(shí)學(xué)科核心素養(yǎng).

2 基于真實(shí)情境的問(wèn)題鏈課堂教學(xué)案例設(shè)計(jì)思路

2.1 教學(xué)分析

《金屬的腐蝕與防護(hù)》是電化學(xué)知識(shí)的重要應(yīng)用，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》對(duì)本節(jié)內(nèi)容的要求是知道金屬腐蝕的危害，能利用電化學(xué)相關(guān)知識(shí)解釋金屬腐蝕現(xiàn)象，選擇和設(shè)計(jì)合理的金屬防腐措施.學(xué)生已經(jīng)知道可以通過(guò)防止金屬與空氣，水蒸氣接觸發(fā)生腐蝕，但未從電化學(xué)的角度分析金屬發(fā)生腐蝕的電化學(xué)原理.

2.2 教學(xué)評(píng)價(jià)目標(biāo)定位(如圖1所示)

圖1

2.3 設(shè)計(jì)思路(如圖2所示)

圖2

2.4 教學(xué)流程(如圖3所示)

圖3

3 主要教學(xué)過(guò)程

3.1 巧設(shè)引入性問(wèn)題鏈，激發(fā)探究興趣、注重科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)

化學(xué)與社會(huì)生活密切相關(guān)，利用生活場(chǎng)景設(shè)計(jì)引入性問(wèn)題鏈，引導(dǎo)學(xué)生解釋生活現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，感受化學(xué)對(duì)人類生產(chǎn)生活的重要意義，提升社會(huì)責(zé)任感.

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

【視頻引入】菜刀、共享單車生銹損壞導(dǎo)致資源浪費(fèi)、石油管道銹蝕導(dǎo)致石油泄露污染水體，金屬腐蝕給我國(guó)的經(jīng)濟(jì)帶來(lái)巨大損失.

問(wèn)題1：什么原因?qū)е陆饘偈ピ械墓鉂?？金屬發(fā)生腐蝕的本質(zhì)是什么呢？

學(xué)習(xí)任務(wù)：回顧金屬腐蝕的相關(guān)知識(shí)，聯(lián)系原電池模型思考金屬腐蝕的本質(zhì)原因.

設(shè)計(jì)意圖：第一問(wèn)引發(fā)學(xué)生思考，回憶之前學(xué)習(xí)的有關(guān)金屬腐蝕的知識(shí)，構(gòu)建知識(shí)的手腳架；第二問(wèn)將學(xué)生的思緒帶到了電化學(xué)的相關(guān)知識(shí)，引導(dǎo)學(xué)生將金屬腐蝕與電化學(xué)知識(shí)建立聯(lián)系，總結(jié)金屬腐蝕的本質(zhì)是金屬原子失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng).教學(xué)實(shí)踐證明，學(xué)生能夠從電化學(xué)的角度思考金屬腐蝕的原因.

3.2 精選探究性問(wèn)題鏈、遞進(jìn)性問(wèn)題鏈，注重科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的培養(yǎng)

在教學(xué)中精心選擇符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的探究性問(wèn)題，設(shè)計(jì)成富有邏輯和梯度的探究性問(wèn)題鏈，引導(dǎo)學(xué)生篩選有效信息、深入思考、主動(dòng)探索，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新精神.

環(huán)節(jié)二：實(shí)驗(yàn)探究，金屬腐蝕的電化學(xué)驗(yàn)證

問(wèn)題2：觀察船舶不同部位的腐蝕情況，你有什么發(fā)現(xiàn)？金屬的腐蝕分為化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕，這兩種腐蝕方式有何不同？

學(xué)習(xí)任務(wù)：尋找船舶腐蝕最為嚴(yán)重的部位；結(jié)合課本思考化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的不同之處.

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)學(xué)生主動(dòng)分析金屬的化學(xué)腐蝕和電化學(xué)腐蝕的不同點(diǎn)主要在于金屬自身的結(jié)構(gòu)、所處的環(huán)境、腐蝕速度的快慢等.進(jìn)一步考慮金屬腐蝕所處的環(huán)境有水蒸氣和空氣存在，聯(lián)系原電池模型，初步判定船舶的腐蝕以電化學(xué)腐蝕為主.

問(wèn)題3：在該電化學(xué)體系中，正極物質(zhì)和負(fù)極物質(zhì)分別是什么？電子和陰陽(yáng)離子是如何移動(dòng)的呢？

學(xué)習(xí)資料：海水中含有大量的可溶性鹽，船體主要材料為鋼鐵，因此海水對(duì)船體具有很強(qiáng)的腐蝕性.

學(xué)習(xí)任務(wù)：閱讀資料，找出正、負(fù)極材料、電解質(zhì)溶液分別是什么物質(zhì)，分析該體系外電路電子和內(nèi)電路陰陽(yáng)離子的流向.

設(shè)計(jì)意圖：這一問(wèn)緊接上一問(wèn)，學(xué)生主動(dòng)尋找正負(fù)極物質(zhì)和電解質(zhì)溶液.學(xué)生在這過(guò)程中出現(xiàn)了找不到正負(fù)極物質(zhì)，對(duì)于體系中電子和陰陽(yáng)離子的移動(dòng)方向感到困惑的現(xiàn)象.教師提供資料并分析船舶所處的環(huán)境，將其與原電池的知識(shí)建立聯(lián)系，突破學(xué)生思維盲區(qū)，初步建立原電池認(rèn)知模型.

問(wèn)題4：如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證船舶的腐蝕主要是電化學(xué)腐蝕？反應(yīng)觀察到什么現(xiàn)象？反應(yīng)后兩端各生成什么物質(zhì)？電極反應(yīng)式如何書寫？

提供的實(shí)驗(yàn)藥品：NaCl溶液、鐵片、碳棒、電流表、U型管等.

活動(dòng)任務(wù)：小組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)(如圖4所示)證明上述體系能夠發(fā)生電化學(xué)反應(yīng)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，寫出電極反應(yīng)式.

圖4

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明上述體系能構(gòu)成原電池發(fā)生反應(yīng)，突破學(xué)習(xí)的難點(diǎn)，意在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究的能力.通過(guò)從宏微結(jié)合角度分析原電池體系正負(fù)極兩端生成的物質(zhì)等任務(wù)，落實(shí)宏微結(jié)合、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)等素養(yǎng)目標(biāo).

環(huán)節(jié)三：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證金屬腐蝕的類型

問(wèn)題5：鋼鐵在酸性或堿性環(huán)境中的腐蝕與中性環(huán)境下的腐蝕一樣嗎？設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究溶液的酸堿性變化是否會(huì)影響原電池的正負(fù)極反應(yīng).

提供實(shí)驗(yàn)藥品：鐵釘、碳棒、HCl溶液、NaOH溶液、電流表、試管等.

學(xué)習(xí)任務(wù)：通過(guò)對(duì)比實(shí)驗(yàn)分析金屬在不同的環(huán)境中發(fā)生的腐蝕類型，正極電極反應(yīng)式的差別.(如圖5、圖6所示)

圖5

圖6

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)比學(xué)習(xí)金屬的吸氧腐蝕、析氫腐蝕的不同，幫助學(xué)生理解金屬腐蝕的不同類型，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)隊(duì)協(xié)作、實(shí)驗(yàn)探究能力、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神.

環(huán)節(jié)四：學(xué)以致用，設(shè)計(jì)合理的金屬防腐方案

問(wèn)題6：從電化學(xué)原理的角度思考如何防止金屬腐蝕？以船舶的腐蝕為例，總結(jié)防止金屬腐蝕的幾種方法.

學(xué)習(xí)任務(wù)：從構(gòu)成原電池的條件(金屬、與金屬接觸的物質(zhì)和反應(yīng)條件等)出發(fā)分析設(shè)計(jì)相應(yīng)的防腐方案.總結(jié)犧牲陽(yáng)極的陰極保護(hù)法和外加電流的陰極保護(hù)法.(如圖7、圖8所示)

圖7 圖8

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從形成原電池的條件出發(fā)，思考可行的金屬防腐方案，提高學(xué)生將實(shí)際問(wèn)題和原電池模型相結(jié)合解決實(shí)際問(wèn)題的能力.

3.3 設(shè)計(jì)遷移性問(wèn)題鏈，突出知識(shí)運(yùn)用，注重科學(xué)探究、社會(huì)責(zé)任的培養(yǎng)

深度學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)知識(shí)的學(xué)習(xí)發(fā)生在真實(shí)的復(fù)雜問(wèn)題情境中，教師聯(lián)系生活實(shí)際，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，設(shè)計(jì)遷移性問(wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生利用電化學(xué)模型解決真實(shí)復(fù)雜的問(wèn)題情境，幫助學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中形成利用電化學(xué)模型分析并解決問(wèn)題的系統(tǒng)性思維，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科知識(shí)向能力素養(yǎng)轉(zhuǎn)化.

環(huán)節(jié)五：遷移拓展，為海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)合理的防護(hù)方案

問(wèn)題7：海洋平臺(tái)主要組成材料是鋼鐵，由于長(zhǎng)期受到海水的侵蝕而產(chǎn)生嚴(yán)重的電化學(xué)腐蝕.請(qǐng)根據(jù)金屬腐蝕的原理，為海洋平臺(tái)設(shè)計(jì)防護(hù)方案.

學(xué)習(xí)任務(wù)：根據(jù)電化學(xué)原理，思考為海洋平臺(tái)制定防腐方案的措施.

設(shè)計(jì)意圖：關(guān)注知識(shí)的綜合運(yùn)用，利用本節(jié)課所學(xué)的知識(shí)解決綜合性的實(shí)際問(wèn)題，進(jìn)一步提升學(xué)生利用電化學(xué)模型解決實(shí)際問(wèn)題的能力.另一方面，幫助學(xué)生培養(yǎng)愛(ài)護(hù)環(huán)境和節(jié)約資源的意識(shí).

4 教學(xué)總結(jié)

4.1 利用遞進(jìn)性問(wèn)題鏈，使學(xué)生學(xué)習(xí)由知識(shí)碎片化向結(jié)構(gòu)化轉(zhuǎn)化

金屬的腐蝕與防護(hù)這一節(jié)的內(nèi)容難度不高，但是知識(shí)點(diǎn)比較零碎.利用不同類型的問(wèn)題鏈將看似零散和復(fù)雜的知識(shí)串聯(lián)起來(lái)，有利于學(xué)生構(gòu)建電化學(xué)認(rèn)知模型解決實(shí)際問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)知識(shí)的深度理解.

4.2 利用探究性問(wèn)題鏈，使學(xué)生思維由低階思維向高階思維轉(zhuǎn)化

從整個(gè)教學(xué)設(shè)計(jì)的順序來(lái)看，按照知識(shí)的邏輯順序提出一系列驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，通過(guò)解決多個(gè)相互串聯(lián)的問(wèn)題，最終解決復(fù)雜的問(wèn)題，這樣的設(shè)計(jì)為學(xué)生的思考過(guò)程搭建了支架，培養(yǎng)深度思考的能力.

4.3 利用探究性問(wèn)題鏈，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式

學(xué)生通過(guò)自主設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，從宏觀現(xiàn)象的觀察、微觀粒子行為的分析，通過(guò)符號(hào)表征建立利用電化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的認(rèn)知模型，學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中產(chǎn)生了積極的情感體驗(yàn)，促進(jìn)了學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變.