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        指向?qū)W生創(chuàng)新素養(yǎng)培育的高中化學(xué)情境式教學(xué)設(shè)計和應(yīng)用

        2023-10-12 07:42:24王磊
        科學(xué)咨詢 2023年16期
        關(guān)鍵詞:高中化學(xué)速率化學(xué)

        王磊

        (山東省淄博第四中學(xué),山東淄博 255100)

        在發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)為化學(xué)課程的重要指標(biāo)理論下,教師對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng),具有跨課時、跨學(xué)期的特點。高中化學(xué)情境式教學(xué)設(shè)計,旨在打破教學(xué)陳舊落后、側(cè)重記憶的傳統(tǒng)模式,強調(diào)和突出學(xué)生的手腦并用,促使學(xué)生汲取和學(xué)習(xí)豐富完整的理論知識,結(jié)合展開實驗的方法,正確處理系統(tǒng)性學(xué)習(xí)情境中的內(nèi)在關(guān)系,高效銜接以學(xué)科核心素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)的情境式教學(xué),提煉和篩選化學(xué)教學(xué)中的創(chuàng)新素養(yǎng)目標(biāo),有目標(biāo)性、針對性地提升學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。

        一、教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀

        本文基于高中化學(xué)中的創(chuàng)新素養(yǎng)視角,設(shè)計以實驗為主的情境式教學(xué)活動,根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況,教師引導(dǎo)其解讀化學(xué)理論的規(guī)律及特征,改進和創(chuàng)新實驗設(shè)計,綜合分析實驗結(jié)果,全面培育并將學(xué)科素養(yǎng)落到實處;還要把握教學(xué)實際,切實提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。高中化學(xué)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(gòu)建,還與科學(xué)探究、創(chuàng)新理念、創(chuàng)新精神等密不可分。高中化學(xué)中有大量實驗,是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的有機載體,為學(xué)生整個化學(xué)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

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

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

        新課標(biāo)下,應(yīng)重視對學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的教學(xué),這是高中化學(xué)重要的教學(xué)目標(biāo)之一,提倡堅持學(xué)生為主體性地位的原則下,創(chuàng)設(shè)真實問題的教學(xué)情境,實時注重對教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計。經(jīng)過合理處理化學(xué)核心素養(yǎng)、課堂教學(xué)目標(biāo)及考試目標(biāo)三者之間的關(guān)系(圖1)?;趧?chuàng)新素養(yǎng)下的《化學(xué)反應(yīng)原理》,創(chuàng)建情境式化學(xué)課程,具有高度的知識指向性,引發(fā)學(xué)生的思維活動,對此教師應(yīng)圍繞學(xué)生創(chuàng)建具有教學(xué)價值的真實情境,以真實情境為教學(xué)活動的切入點,才能有目標(biāo)性和針對性地提升及培育學(xué)生的化學(xué)學(xué)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(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力及素質(zhì)提升[1]。

        圖1 化學(xué)核心素養(yǎng)、課堂教學(xué)目標(biāo)及考試目標(biāo)的關(guān)系

        (一)創(chuàng)設(shè)情境式教學(xué)的初期教學(xué),穩(wěn)步推進教學(xué)全過程的情境構(gòu)建

        情境式教學(xué)應(yīng)貫穿化學(xué)教學(xué)全過程,初期教學(xué)中創(chuàng)建良好的開關(guān),這是展開后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)和前提;初期教學(xué)前情境教學(xué)的鋪墊,既要生動有趣,又要能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望,使其保持持久的動力。在整個教學(xué)過程中,還應(yīng)創(chuàng)建常見知識探究的教學(xué)情境,增強學(xué)生的自主探索和小組合作意識。例如,情境式教學(xué)中的演示實驗,教師向?qū)W生講解一些事實性知識,包括化學(xué)概念、元素化學(xué)物等,學(xué)生在實驗中,對化學(xué)概念進行高度的概括、總結(jié)及歸納。

        問題情境在情境式教學(xué)中應(yīng)用廣泛,教師應(yīng)明確情境式教學(xué)除指導(dǎo)學(xué)生動手做實驗外,還應(yīng)有效銜接各種問題,發(fā)掘?qū)嶒灡澈蟮膬r值,使實驗知識轉(zhuǎn)化為素質(zhì),對此情境式全過程教學(xué)中教師需重點把握情境素材的構(gòu)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(xué)實驗中,應(yīng)靈活運用一種或多種方式,提升遞進的教學(xué)成果。比如,關(guān)于化學(xué)元素鈉的實驗,教師可事先向?qū)W生集中展示鈉元素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì),以此展開師生共同的探究實驗,也可以創(chuàng)設(shè)問題情境,教師采取問題導(dǎo)向引入教學(xué)的方法,充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動性,根據(jù)學(xué)生自主性探究情況,有效實施針對性教學(xué)及分層教學(xué)[2]。

        圖2 情境素材的構(gòu)成要素

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

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

        “影響化學(xué)反應(yīng)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(xué)活動,已知合成氨的前提條件,調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,深入展開對影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析全程;教師結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)交流情況,循序漸進地提出問題,設(shè)計問題導(dǎo)向的教學(xué)情境,將課堂充分讓位于學(xué)生,積極發(fā)揮學(xué)生主觀能動性,豐富“學(xué)中做、做中學(xué)”的教學(xué)活動,使學(xué)生獲取探究性學(xué)習(xí)的體驗及快樂,隨機將學(xué)生分成若干小組,加強自主性學(xué)習(xí)和交流活動,滿足學(xué)生的個性化及均衡發(fā)展。在教學(xué)活動中,教師要給予學(xué)生合理性和針對性引導(dǎo),鼓勵學(xué)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(xué)目標(biāo)及任務(wù),創(chuàng)設(shè)師生共同反思的教學(xué)情景,運用宏觀與微觀結(jié)合方式,切實發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)[3]。

        三、教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)任務(wù)設(shè)計

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

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

        最后,師生共同開展以研究化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)條件,引領(lǐng)學(xué)生邊學(xué)習(xí)、邊操作、邊實驗,增強學(xué)生的創(chuàng)新意識和學(xué)習(xí)水平。

        四、情境式教學(xué)案例分析

        【引入新課】自2000 年以來,各國農(nóng)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(nóng)作物高產(chǎn)高量,許多專家及學(xué)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(xué)家哈伯潛心研究,打造出一套有關(guān)合成氮的生產(chǎn)工藝。

        【PPT】運用多媒體技術(shù)教師展示合成氮的生產(chǎn)工藝,向?qū)W生直觀展開該工藝處理及解決糧食供不應(yīng)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(xué)們根據(jù)課件中合成氮的化學(xué)方程式,分析這個化學(xué)反應(yīng)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(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),并解釋其中的緣由。

        【學(xué)生】低溫低壓狀態(tài)下,有無催化劑,合成氮均會產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),整個化學(xué)反應(yīng)的過程十分緩慢。

        【教師】不錯。如果需要調(diào)整化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)的正常生成,這是需要師生一同重點解決的內(nèi)容。例如,合成氮之所以具有較高的生產(chǎn)效率,是因為高溫高壓且有催化劑的前提和基礎(chǔ)。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(yīng)速率的。下面,我們共同研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素,請看以下化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的條件(圖1)(達到銜接新舊知識關(guān)聯(lián)性的目的)。

        圖1 化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的條件

        【教師】化學(xué)分子需要滿足合適的取向后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng),這個化學(xué)反應(yīng)過程中,其速率高低,在微觀層面講與有效碰撞的頻率有關(guān),值得注意的是,有效碰撞離不開活化分子,對此可采取調(diào)整單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)以及百分數(shù),以此來保障化學(xué)反應(yīng)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(xué)反應(yīng)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(jié)結(jié)論(表1)。

        表1 實驗一現(xiàn)象及結(jié)論

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

        【學(xué)生】三支試管中,銅與鹽酸無反應(yīng),鐵與鹽酸反應(yīng)速率低,鎂與鹽酸反應(yīng)速率高。

        【教師】能夠得出審什么結(jié)論?

        【學(xué)生】反應(yīng)物與化學(xué)反應(yīng)速率有著直接關(guān)系,反應(yīng)物各異,化學(xué)反應(yīng)速率自然有快慢。

        【教師】不錯,這是反應(yīng)物自身屬性(內(nèi)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(chǎn)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(jié)結(jié)論(見表2)。

        表2 實驗二現(xiàn)象及結(jié)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(xué)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(yīng)慢。

        【教師】進而得出的結(jié)論如何?

        【學(xué)生】改變反應(yīng)物濃度的方法,可改變化學(xué)反應(yīng)速率,濃度大,化學(xué)反應(yīng)速率快,反之則慢。

        【教師】以上是微觀角度對化學(xué)反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系,下面我們繼續(xù)研究溫度這一指標(biāo),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(xué)反應(yīng)速率越高,反之則越低,哪位同學(xué)可以闡述下原因?

        【學(xué)生】溫度越低,分子能量越低,活化分子數(shù)越少,化學(xué)反應(yīng)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(chǎn)生于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)合成氮的化學(xué)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(nèi),產(chǎn)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)?恒壓條件下,將適量He 氣沖入容器內(nèi),又會產(chǎn)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)?

        【師生總結(jié)】恒容條件下,充入He 氣,壓強、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)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(yīng)物濃度和反應(yīng)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(yīng)物濃度和反應(yīng)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(nèi)放入除氧劑等。

        【教師總結(jié)】我們應(yīng)結(jié)合實際情況,合理分析影響化學(xué)反應(yīng)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(xué)反思

        (一)與情境式教學(xué)相關(guān)的化學(xué)素養(yǎng)的概念和構(gòu)成模型

        基于化學(xué)學(xué)科的創(chuàng)新素養(yǎng),情境式教學(xué)發(fā)揮著重要作用,教師應(yīng)不斷提升自身專業(yè)能力素質(zhì),圍繞學(xué)生主體性地位,高度概括和歸納相關(guān)化學(xué)素養(yǎng)的概念,積極發(fā)揮學(xué)生主觀能動性,構(gòu)建認知模型[4]。例如,本課設(shè)計前,需要充分查閱資料,深入學(xué)習(xí)一些專家及學(xué)者提出的關(guān)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(diào)查問卷的方式,絕大多數(shù)教師充分認知到情境式教學(xué)的重要性,為提升學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng),應(yīng)深化學(xué)習(xí)及生活領(lǐng)域聯(lián)系。

        (二)關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)構(gòu)建過程及特點,強調(diào)長期積累過程

        針對高中化學(xué)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培育,并非兩三天內(nèi)就能完成,這是一個長期積累的過程。教師應(yīng)深度剖析學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的形成及特點,根據(jù)其學(xué)習(xí)情況,了解學(xué)生的興趣愛好及心理特點,運用情境式教學(xué)為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)平臺,教學(xué)全程中貫徹“化學(xué)史導(dǎo)入——設(shè)置問題情境——創(chuàng)設(shè)實驗方案——師生共同實驗——討論及總結(jié)實驗”的路線,逐漸拓展和擴充教學(xué)內(nèi)容的深度及廣度。此外,教學(xué)中還要以生活場景為立足點和落腳點,尋找情境式教學(xué)與生活的融合契機,有效實施創(chuàng)新素養(yǎng)教學(xué),結(jié)合教學(xué)實際情況,作出相應(yīng)的調(diào)整和改變,注重問題情境的創(chuàng)設(shè),優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),發(fā)掘?qū)W科本質(zhì)及內(nèi)涵,以此達到事半功倍的教學(xué)效果[5]。

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