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        指向學生創(chuàng)新素養(yǎng)培育的高中化學情境式教學設計和應用

        2023-10-12 07:42:24王磊
        科學咨詢 2023年16期
        關鍵詞:高中化學速率化學

        王磊

        (山東省淄博第四中學,山東淄博 255100)

        在發(fā)展學生創(chuàng)新素養(yǎng)為化學課程的重要指標理論下,教師對學生創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng),具有跨課時、跨學期的特點。高中化學情境式教學設計,旨在打破教學陳舊落后、側重記憶的傳統(tǒng)模式,強調和突出學生的手腦并用,促使學生汲取和學習豐富完整的理論知識,結合展開實驗的方法,正確處理系統(tǒng)性學習情境中的內在關系,高效銜接以學科核心素養(yǎng)為教學目標的情境式教學,提煉和篩選化學教學中的創(chuàng)新素養(yǎng)目標,有目標性、針對性地提升學生創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。

        一、教學主題內容及教學現(xiàn)狀

        本文基于高中化學中的創(chuàng)新素養(yǎng)視角,設計以實驗為主的情境式教學活動,根據(jù)學生的學習情況,教師引導其解讀化學理論的規(guī)律及特征,改進和創(chuàng)新實驗設計,綜合分析實驗結果,全面培育并將學科素養(yǎng)落到實處;還要把握教學實際,切實提高學生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。高中化學有較高的邏輯性和抽象性,既有宏觀辨識的理論知識體系,又有微觀的推理演變和模型構建,還與科學探究、創(chuàng)新理念、創(chuàng)新精神等密不可分。高中化學中有大量實驗,是培養(yǎng)學生創(chuàng)新素養(yǎng)的有機載體,為學生整個化學學習奠定基礎。

        情境式教學貫穿初高中,其知識點是重點考查內容,與人們的生產生活緊密相關,具有高度的教學價值和育人價值。文獻資料表明,情境式教學可運用于數(shù)據(jù)分析和實驗探究,幫助學生形成和構建物質變化觀,教師也可從其他教學角度展開對化學學科核心素養(yǎng)的闡述。筆者根據(jù)高中化學人教版教材《化學反應原理》(選擇性必修1),基于其中的創(chuàng)新素養(yǎng),創(chuàng)設具體的情境式教學活動,例如,化學史料、實驗設計等,采取小組合作、自主探索、定性與定量結合等教學方法,編制出以問題鏈、環(huán)節(jié)、探究等情境,充分運用化學史料為理論支撐,借鑒基本教學觀念及方法,積極探究學生在整個情境式教學設計中的創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展。

        二、學生創(chuàng)新素養(yǎng)理念下的情境式教學

        新課標下,應重視對學生創(chuàng)新素養(yǎng)的教學,這是高中化學重要的教學目標之一,提倡堅持學生為主體性地位的原則下,創(chuàng)設真實問題的教學情境,實時注重對教學內容的結構化設計。經(jīng)過合理處理化學核心素養(yǎng)、課堂教學目標及考試目標三者之間的關系(圖1)?;趧?chuàng)新素養(yǎng)下的《化學反應原理》,創(chuàng)建情境式化學課程,具有高度的知識指向性,引發(fā)學生的思維活動,對此教師應圍繞學生創(chuàng)建具有教學價值的真實情境,以真實情境為教學活動的切入點,才能有目標性和針對性地提升及培育學生的化學學科素養(yǎng),將其中的創(chuàng)新素養(yǎng)穩(wěn)扎穩(wěn)打,逐步促進學生綜合學習能力及素質提升[1]。

        圖1 化學核心素養(yǎng)、課堂教學目標及考試目標的關系

        (一)創(chuàng)設情境式教學的初期教學,穩(wěn)步推進教學全過程的情境構建

        情境式教學應貫穿化學教學全過程,初期教學中創(chuàng)建良好的開關,這是展開后續(xù)教學環(huán)節(jié)的基礎和前提;初期教學前情境教學的鋪墊,既要生動有趣,又要能激發(fā)學生學習欲望,使其保持持久的動力。在整個教學過程中,還應創(chuàng)建常見知識探究的教學情境,增強學生的自主探索和小組合作意識。例如,情境式教學中的演示實驗,教師向學生講解一些事實性知識,包括化學概念、元素化學物等,學生在實驗中,對化學概念進行高度的概括、總結及歸納。

        問題情境在情境式教學中應用廣泛,教師應明確情境式教學除指導學生動手做實驗外,還應有效銜接各種問題,發(fā)掘實驗背后的價值,使實驗知識轉化為素質,對此情境式全過程教學中教師需重點把握情境素材的構成要素(圖2)。一般來說,問題情境包括回憶型、比較型、論證型等,在某一化學實驗中,應靈活運用一種或多種方式,提升遞進的教學成果。比如,關于化學元素鈉的實驗,教師可事先向學生集中展示鈉元素的物理性質和化學性質,以此展開師生共同的探究實驗,也可以創(chuàng)設問題情境,教師采取問題導向引入教學的方法,充分發(fā)揮學生的主觀能動性,根據(jù)學生自主性探究情況,有效實施針對性教學及分層教學[2]。

        圖2 情境素材的構成要素

        (二)創(chuàng)建深化知識小結及反思的情境,配備高效銜接課內外的生活情境

        教師結合化學教學全過程,應以學生主體性地位為基礎,自身對知識小結及反思的情境創(chuàng)建,以此促進學生對知識的鞏固,采取有效的梳理和整合,不僅使學生了解和掌握本節(jié)課的重點知識及知識實質,還側重對教學活動的體驗及感悟。除了對課堂知識的鞏固,還應靈活運用到生活實踐中,如何將課堂教學中豐富學生的認知經(jīng)驗轉化為生活能力,需要教師高效銜接課內外的生活場景,為學生創(chuàng)建思考、探索及實踐的教學情況,給予充足的手腦并用的時間,以此增強學生的思維能力,切實培育及訓練學生的創(chuàng)新素養(yǎng)。

        “影響化學反應速率的因素”這節(jié)課根據(jù)哈伯發(fā)現(xiàn)合成氨工藝的發(fā)現(xiàn)史引入教學活動,已知合成氨的前提條件,調動學生的學習興趣,深入展開對影響化學反應速率的因素分析全程;教師結合學生的學習交流情況,循序漸進地提出問題,設計問題導向的教學情境,將課堂充分讓位于學生,積極發(fā)揮學生主觀能動性,豐富“學中做、做中學”的教學活動,使學生獲取探究性學習的體驗及快樂,隨機將學生分成若干小組,加強自主性學習和交流活動,滿足學生的個性化及均衡發(fā)展。在教學活動中,教師要給予學生合理性和針對性引導,鼓勵學生運用表格工具,整理自己掌握的知識點。此外,教師還要根據(jù)教學目標及任務,創(chuàng)設師生共同反思的教學情景,運用宏觀與微觀結合方式,切實發(fā)展學生創(chuàng)新素養(yǎng)[3]。

        三、教學目標及教學任務設計

        首先,運用實驗探究方法,觀察反應物的濃度變化,著重分析對化學反應速率的影響。

        其次,通過情境式教學,使學生掌握和了解外界環(huán)境(溫度、濃度、催化劑及壓強)等指標對化學反應速率的影響,總結分析影響規(guī)律及特征,構建相應的認知理論模型,形成系統(tǒng)的理論知識架構。

        最后,師生共同開展以研究化學反應速率為主的實驗活動,在實驗過程中逐漸選取和優(yōu)化化學反應條件,引領學生邊學習、邊操作、邊實驗,增強學生的創(chuàng)新意識和學習水平。

        四、情境式教學案例分析

        【引入新課】自2000 年以來,各國農業(yè)發(fā)展態(tài)勢迅猛,對氮肥的需求量日益加劇,為進一步增加農作物高產高量,許多專家及學者將研究重點放在將游離態(tài)的氮朝著化合態(tài)的氮演變及發(fā)展。德國著名化學家哈伯潛心研究,打造出一套有關合成氮的生產工藝。

        【PPT】運用多媒體技術教師展示合成氮的生產工藝,向學生直觀展開該工藝處理及解決糧食供不應求的問題,緩和了與地球上有限的耕地資源之間的矛盾。

        【教師】請同學們根據(jù)課件中合成氮的化學方程式,分析這個化學反應的必要條件,試想一下若是在低溫低壓(有催化劑)的情況下,是否還能產生化學反應,并解釋其中的緣由。

        【學生】低溫低壓狀態(tài)下,有無催化劑,合成氮均會產生化學反應,整個化學反應的過程十分緩慢。

        【教師】不錯。如果需要調整化學反應的速率,需要具備哪些條件?如何控制這些條件?才能推進化學反應的正常生成,這是需要師生一同重點解決的內容。例如,合成氮之所以具有較高的生產效率,是因為高溫高壓且有催化劑的前提和基礎。聯(lián)系我們的生活場景,面包中的小包除氧劑、煤粉、汽車加大油門等現(xiàn)象,都是采取控制條件的方法,來提高或降低反應速率的。下面,我們共同研究影響化學反應速率的因素,請看以下化學反應產生的條件(圖1)(達到銜接新舊知識關聯(lián)性的目的)。

        圖1 化學反應產生的條件

        【教師】化學分子需要滿足合適的取向后產生化學反應,這個化學反應過程中,其速率高低,在微觀層面講與有效碰撞的頻率有關,值得注意的是,有效碰撞離不開活化分子,對此可采取調整單位體積內的活化分子數(shù)以及百分數(shù),以此來保障化學反應速率。下面我們一起進行以下兩種實驗,經(jīng)過邊操作、邊觀察,來發(fā)現(xiàn)化學反應速率的高低。

        【實驗一】取三支試管(清潔后)均添加HCI 溶液(5mL 1mol/L),每支分別放入規(guī)格統(tǒng)一的Mg條、Fe片、Cu 片,觀察實驗現(xiàn)象后,總結結論(表1)。

        表1 實驗一現(xiàn)象及結論

        【教師】請同學們自由發(fā)表下你所觀察到的實驗現(xiàn)象吧。

        【學生】三支試管中,銅與鹽酸無反應,鐵與鹽酸反應速率低,鎂與鹽酸反應速率高。

        【教師】能夠得出審什么結論?

        【學生】反應物與化學反應速率有著直接關系,反應物各異,化學反應速率自然有快慢。

        【教師】不錯,這是反應物自身屬性(內因)。

        【實驗二】取兩支試管(潔凈后),先后加入高錳酸鉀性溶液(2 滴濃度為0.01mol/L),一支加入草酸溶液(4mL 1mol/L 的H2C2O4),認知觀察實驗現(xiàn)象,表明溶液產生褪色現(xiàn)象的時間,另加入草酸溶液(4mL 2mol/L 的H2C2O4),具體操作如下,總結結論(見表2)。

        表2 實驗二現(xiàn)象及結論

        【教師】這個實驗中,大家又看到怎樣的現(xiàn)象,說出你的看法。

        【學生】草酸溶液和高錳酸鉀溶液的混合中,草酸溶液濃度小,褪色反應慢。

        【教師】進而得出的結論如何?

        【學生】改變反應物濃度的方法,可改變化學反應速率,濃度大,化學反應速率快,反之則慢。

        【教師】以上是微觀角度對化學反應速率與濃度的關系,下面我們繼續(xù)研究溫度這一指標,生活中儲存食物離不開冰箱,不僅使食物保鮮,還降低或延緩食物腐爛時間。這樣看來,溫度越高,化學反應速率越高,反之則越低,哪位同學可以闡述下原因?

        【學生】溫度越低,分子能量越低,活化分子數(shù)越少,化學反應速率越低,相反則越高。

        【教師】非常棒,那又如何從微觀層面來分析壓強呢?壓強只產生于有氣體參加的化學反應。根據(jù)合成氮的化學方程式:“N2+3H2?2NH3”,請各小組自由討論。

        【討論】恒容條件下,將適量He 氣充入容器內,產生怎樣的化學反應?恒壓條件下,將適量He 氣沖入容器內,又會產生怎樣的化學反應?

        【師生總結】恒容條件下,充入He 氣,壓強、反應物濃度、反應速率呈上升趨勢;充入其他氣體(惰性),只有壓強增大,體積、反應物濃度和反應速率無變化。恒壓條件下,充入其他氣體(惰性),體積增大,而反應物濃度和反應速率則降低。

        【討論】集中討論生活案例,例如,食物存放在冰箱、汽車加大油門、面包內放入除氧劑等。

        【教師總結】我們應結合實際情況,合理分析影響化學反應速率的因素,例如,光照、溶劑等,這樣才能使事物朝著良好的方向發(fā)展。

        五、教學反思

        (一)與情境式教學相關的化學素養(yǎng)的概念和構成模型

        基于化學學科的創(chuàng)新素養(yǎng),情境式教學發(fā)揮著重要作用,教師應不斷提升自身專業(yè)能力素質,圍繞學生主體性地位,高度概括和歸納相關化學素養(yǎng)的概念,積極發(fā)揮學生主觀能動性,構建認知模型[4]。例如,本課設計前,需要充分查閱資料,深入學習一些專家及學者提出的關于創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展的文章,按照理論模型提出對食品添加劑的認知——實踐模型。經(jīng)過采取調查問卷的方式,絕大多數(shù)教師充分認知到情境式教學的重要性,為提升學生的創(chuàng)新素養(yǎng),應深化學習及生活領域聯(lián)系。

        (二)關注學生創(chuàng)新素養(yǎng)構建過程及特點,強調長期積累過程

        針對高中化學學生創(chuàng)新素養(yǎng)的培育,并非兩三天內就能完成,這是一個長期積累的過程。教師應深度剖析學生創(chuàng)新素養(yǎng)的形成及特點,根據(jù)其學習情況,了解學生的興趣愛好及心理特點,運用情境式教學為學生搭建學習平臺,教學全程中貫徹“化學史導入——設置問題情境——創(chuàng)設實驗方案——師生共同實驗——討論及總結實驗”的路線,逐漸拓展和擴充教學內容的深度及廣度。此外,教學中還要以生活場景為立足點和落腳點,尋找情境式教學與生活的融合契機,有效實施創(chuàng)新素養(yǎng)教學,結合教學實際情況,作出相應的調整和改變,注重問題情境的創(chuàng)設,優(yōu)化教學內容的系統(tǒng)結構,發(fā)掘學科本質及內涵,以此達到事半功倍的教學效果[5]。

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