合作研究性學(xué)習(xí)案例：金屬的腐蝕和防護(hù)

摘要：嘗試改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，通過合作研究性學(xué)習(xí)組織“金屬的腐蝕和防護(hù)”的教學(xué)，闡述了教學(xué)設(shè)計(jì)思路和設(shè)計(jì)方案，分析了教學(xué)過程和教學(xué)效果，并對教學(xué)進(jìn)行了反思。

關(guān)鍵詞：合作研究性學(xué)習(xí)；金屬的腐蝕和防護(hù)；教學(xué)案例

文章編號(hào)：1005–6629（2013）11–0043–03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

“金屬的腐蝕和防護(hù)”是人教版化學(xué)選修教材《化學(xué)與生活》第二節(jié)的內(nèi)容[1]，筆者嘗試引導(dǎo)學(xué)生改變學(xué)習(xí)方式，體驗(yàn)合作研究性學(xué)習(xí)過程。

1 設(shè)計(jì)思路

作為一種學(xué)習(xí)方式，“研究性學(xué)習(xí)”就是以類似科學(xué)研究的過程、方法和形式進(jìn)行的學(xué)習(xí)。研究性學(xué)習(xí)具有自主性、開放性、探究性和實(shí)踐性。研究性學(xué)習(xí)是一種自主學(xué)習(xí)，也是一種體驗(yàn)學(xué)習(xí)，強(qiáng)調(diào)“通過親身實(shí)踐獲得直接經(jīng)驗(yàn)”；是一種探究學(xué)習(xí)，要求“綜合運(yùn)用所學(xué)知識(shí)”解決“學(xué)生生活和社會(huì)生活中的實(shí)際問題”。它必須面向生活、走出課堂、全員參與、實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)的教師中心、課堂中心、書本中心的超越。

作為一種教學(xué)策略，“研究性學(xué)習(xí)”是指教師通過引發(fā)、促進(jìn)、支持、指導(dǎo)學(xué)生的研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)，來完成學(xué)科教學(xué)任務(wù)的一種教學(xué)思想、教學(xué)模式和教學(xué)方法。在教師成功實(shí)施研究性教學(xué)策略的情境下，學(xué)生既是研究性學(xué)習(xí)活動(dòng)的主動(dòng)者，又是教師教學(xué)策略的受動(dòng)者[2]。

合作研究性學(xué)習(xí)是信息化教學(xué)模式的一種，即可以實(shí)現(xiàn)與信息化教學(xué)的整合。教學(xué)過程一般包括說明、任務(wù)、資源、調(diào)查、評價(jià)、結(jié)論六個(gè)部分。說明部分用于提出要學(xué)生解決的問題；任務(wù)部分羅列出學(xué)習(xí)任務(wù)；資源部分給出有關(guān)文章、書籍和網(wǎng)上資源；在調(diào)查過程中學(xué)生被分成幾個(gè)小組，每個(gè)小組承擔(dān)一定的調(diào)查任務(wù)，從不同的角度開展調(diào)查活動(dòng)，得出分組的調(diào)查報(bào)告；評價(jià)部分對學(xué)生的調(diào)查結(jié)果進(jìn)行評定；結(jié)論部分給出令人信服的結(jié)論，并將調(diào)查結(jié)果編成網(wǎng)頁供大家瀏覽。

“金屬的腐蝕和防護(hù)”這一課題與社會(huì)生活和發(fā)展緊密相連，是一個(gè)適合進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)的開放性課題：（1）學(xué)生、教師可以在網(wǎng)上獲得大量有關(guān)資料，也可以實(shí)地考察有關(guān)情況。（2）可以將本課題分解成若干小課題，學(xué)生對這些小課題進(jìn)行研究性實(shí)驗(yàn)，從實(shí)驗(yàn)中得出結(jié)論。（3）可以為學(xué)生提供多種學(xué)習(xí)經(jīng)歷。

高二學(xué)生已初步經(jīng)歷過研究性學(xué)習(xí)，具有一定的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)?zāi)芰妥灾鲗W(xué)習(xí)的能力，并具有一定的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、電子演講稿制作方面的知識(shí)和技能。

2 設(shè)計(jì)方案

2.1 教學(xué)目標(biāo)

（1）了解金屬腐蝕的現(xiàn)狀及危害，學(xué)習(xí)關(guān)注社會(huì)，建立資源意識(shí)。

（2）理解金屬腐蝕的主要原因，加深對原電池原理的理解。

（3）了解金屬防護(hù)的方法。

（4）學(xué)會(huì)利用網(wǎng)絡(luò)學(xué)習(xí)，利用網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)。

（5）學(xué)會(huì)合作學(xué)習(xí)。

2.2 實(shí)施過程

初步了解課題→制訂學(xué)習(xí)方案→學(xué)習(xí)、研究過程→學(xué)習(xí)結(jié)果→學(xué)生評價(jià)。

2.2.1 初步了解課題

教師簡單介紹金屬腐蝕和防護(hù)的課題，提出學(xué)習(xí)任務(wù)：

（1）調(diào)查并收集有關(guān)金屬腐蝕的資料，可以包括錄像、圖片、數(shù)據(jù)、表格、文字等等。分析資料，發(fā)表意見。

（2）了解金屬腐蝕的主要原因，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)研究某一個(gè)或幾個(gè)因素對金屬腐蝕的影響。

（3）調(diào)查并收集有關(guān)金屬保護(hù)的資料，對金屬的保護(hù)提出你的看法。

（4）設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對金屬的保護(hù)進(jìn)行研究。

（5）動(dòng)手制作一個(gè)簡單的原電池或拆開常用的一種電池，弄清它的構(gòu)造。

說明：其中（1）和（3）；（2）、（4）、（5）中選擇一項(xiàng)。

2.2.2 制訂學(xué)習(xí)方案

學(xué)生在初步了解課題的基礎(chǔ)上，制訂學(xué)習(xí)方案。教師將方案類似的學(xué)生組成學(xué)習(xí)小組，小組討論，得出小組方案。

2.2.3 學(xué)習(xí)、研究過程

（1）學(xué)生可以利用課余時(shí)間從各種途徑查閱資料、設(shè)計(jì)小課題、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。課堂進(jìn)行全班展示交流及討論。

（2）教師對小組計(jì)劃及實(shí)施給予指導(dǎo)，協(xié)助學(xué)生準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)材料。對有特殊需要的學(xué)生給予更多的關(guān)注。對有基礎(chǔ)的學(xué)生，可以啟發(fā)他們作更深入的研究。

2.2.4 學(xué)習(xí)結(jié)果

（1）各小組的研究結(jié)果制作成電子演講稿（包括實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)過程、結(jié)論、發(fā)現(xiàn)的問題等等），全班交流、討論，并由此得出對金屬腐蝕和原電池的正確認(rèn)識(shí)。（有關(guān)設(shè)計(jì)見2.2.6）

（2）整合各小組的成果，編輯一個(gè)校園主題網(wǎng)頁?？梢詫⒂懻摕o法解決的問題帖在網(wǎng)絡(luò)上，征詢解答。

2.2.5 學(xué)生評價(jià)

（1）查閱、篩選資料的情況。

（2）小課題的研究情況，電子演講稿的制作質(zhì)量。

（3）課堂參與情況，包括發(fā)言的次數(shù)和質(zhì)量。

2.2.6 課堂交流討論的設(shè)計(jì)

（1）播放圖片、錄像，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情景，提出課題。

（2）根據(jù)學(xué)生查找資料的情況，選擇一些小組從不同的角度對金屬的腐蝕情況進(jìn)行闡述。引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)從各種途徑獲取所需的信息，并對信息進(jìn)行整理分析。學(xué)習(xí)關(guān)注社會(huì)問題，發(fā)表自己的見解。從中了解以下幾點(diǎn)：金屬腐蝕的危害、金屬腐蝕的應(yīng)用等。

（3）選擇一些小組展示他們的實(shí)驗(yàn)研究，并組織學(xué)生對每一組實(shí)驗(yàn)進(jìn)行討論或參與，從而得出一些初步的結(jié)論。在問題的討論過程中，引導(dǎo)學(xué)生充分利用網(wǎng)絡(luò)資源。

2.2.7 預(yù)計(jì)學(xué)生可能提出的實(shí)驗(yàn)小課題

（1）比較干燥空氣和潮濕空氣中鐵生銹的速度。

（2）比較純水環(huán)境和鹽水環(huán)境鐵生銹的速度。

（3）比較鹽水環(huán)境和食醋環(huán)境鐵生銹的速度。

（4）比較單獨(dú)鐵和鐵銅接觸鐵生銹的速度。

（5）制作番茄電池。

（6）了解普通干電池、紐扣電池等的結(jié)構(gòu)及工作原理。

（7）利用TI探頭測量原電池中的能量轉(zhuǎn)化。

（8）利用萬用表測量不同電池的電動(dòng)勢。

（以上活動(dòng)中，課堂交流討論需兩個(gè)課時(shí)，其余活動(dòng)均在課外完成。）

3 教學(xué)過程及效果

按計(jì)劃將學(xué)生進(jìn)行了分組后，各小組開始了以下活動(dòng)。

3.1 資料的查詢和小課題的確立

當(dāng)學(xué)生到網(wǎng)上查找有關(guān)資料時(shí)，才發(fā)現(xiàn)有關(guān)金屬腐蝕和保護(hù)的資料非常之多，其中絕大部分都是企業(yè)的網(wǎng)頁，可供利用的資料卻并不多。學(xué)生馬上面臨著如何在紛繁的資料中尋找到自己所需要的東西，而這正是網(wǎng)絡(luò)時(shí)代必須學(xué)習(xí)的能力。所以需要教師給予必要的指導(dǎo)，更應(yīng)提醒他們其實(shí)書籍包括教科書也是資料的一種。同時(shí)，也發(fā)現(xiàn)由于語言的限制，使教師和學(xué)生在利用英特網(wǎng)資源上都受到了制約。

學(xué)生提出的課題基本上在預(yù)計(jì)的范圍之內(nèi)。但課題的確立一開始是模糊的。這一方面是由于學(xué)生對課題所涉及的知識(shí)很陌生，缺乏認(rèn)識(shí)，隨著他們通過資料的查詢和學(xué)習(xí)，逐漸明朗起來。另一方面是由于對研究過程缺乏了解，使得他們提出的課題設(shè)計(jì)過于抽象或簡單。教師的及時(shí)指導(dǎo)非常重要。

3.2 學(xué)習(xí)、研究過程

學(xué)習(xí)、研究過程的實(shí)施充分體現(xiàn)了研究性學(xué)習(xí)所強(qiáng)調(diào)的實(shí)踐性、操作性、探索性。學(xué)生在其中獲得了多種的經(jīng)歷和體驗(yàn)，他們在實(shí)踐中不斷改進(jìn)自己的設(shè)計(jì)，不僅僅是學(xué)科能力的提高，更重要的還有身心的鍛煉。

有一個(gè)小組的課題是制作番茄電池，他們原先的設(shè)計(jì)是利用番茄電池使收音機(jī)響起來，但實(shí)際情況并不是他們想的那么簡單，因?yàn)樗麄儼l(fā)現(xiàn)一只番茄制作的電池并不能使哪怕一只最小的二極管發(fā)亮。他們因此對問題有了感性的認(rèn)識(shí)，重新進(jìn)行了設(shè)計(jì)，經(jīng)過了反復(fù)多次，在損失了不少番茄后，他們的課題研究已經(jīng)相當(dāng)?shù)目茖W(xué)了：首先用靈敏電壓計(jì)測量出同一組電極、不同的水果時(shí)的電壓，挑選出最好的水果，結(jié)果還是番茄，但意義已經(jīng)不同。接著又測量了不同的電極組合，比較哪一種效果最好，結(jié)果他們選擇了鎂和銅。他們對實(shí)驗(yàn)有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，甚至注意到每次測量時(shí)電極之間的距離及插入的深度對結(jié)果的影響。最后他們用了15只番茄串聯(lián)起來終于使最小的二極管發(fā)出了亮光，小組成員興奮地歡呼起來。這種最真實(shí)的體驗(yàn)和快樂對學(xué)生的發(fā)展是至關(guān)重要的。課堂展示時(shí)，全班同學(xué)傾聽了他們的制作過程，然后關(guān)上燈，所有的人都看到了那微弱的光亮，教室里響起了熱烈的掌聲。

另一個(gè)小組的課題是觀察比較鐵片在不同環(huán)境中生銹的情況，他們選擇了鹽酸和鹽水。據(jù)他們對腐蝕的認(rèn)識(shí)，預(yù)計(jì)鐵片應(yīng)該在鹽酸這樣的酸性環(huán)境中更容易腐蝕。他們每天去觀察鐵片生銹的情況，兩天后，發(fā)現(xiàn)食鹽水中的鐵片已經(jīng)銹蝕的相當(dāng)嚴(yán)重時(shí)，鹽酸中的鐵片似乎還沒有太大的變化。這一現(xiàn)象讓他們感到非常詫異，一時(shí)無法解釋。但這更加激發(fā)了學(xué)生求知的欲望，再一次去研究查閱的材料，試圖對實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象做出合理的解釋。教師提醒他們繼續(xù)觀察鐵片，就在他們還沒有找到答案之前，第三天，鐵片又發(fā)生了變化，鹽酸中的鐵片開始了嚴(yán)重的銹蝕，程度一點(diǎn)也不亞于鹽水中。同學(xué)們用相機(jī)如實(shí)地記錄了這些變化，并編輯到小組的電子演講稿中，同時(shí)還有他們的疑惑。自主的實(shí)踐活動(dòng)充分調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性。

學(xué)生在研究過程中最容易暴露的問題，就是他們的研究常常停留在表面，難以深入。如“金屬的保護(hù)方法”課題組的研究是這樣設(shè)計(jì)的：取三塊同樣的純鐵片，一塊纏上銅絲，一塊纏上鋁絲，還有一塊做對照。將以上材料都浸在鹽水中觀察現(xiàn)象。他們很快發(fā)現(xiàn)第一塊鐵最先生銹，第二塊一直沒有明顯改變。他們認(rèn)為實(shí)驗(yàn)已經(jīng)完成，準(zhǔn)備拆除裝置了。這時(shí)教師提醒他們再耐心等待下一步還可能有什么變化，果然過了幾天，第二塊鐵片上纏繞的鋁絲完全變成了一堆白色的粉末，而鐵片在以后慢慢也出現(xiàn)了銹跡。這一現(xiàn)象的出現(xiàn)使他們對問題又有了更加感性和深入的認(rèn)識(shí)。

教師還鼓勵(lì)一些學(xué)生運(yùn)用手持技術(shù)對原電池的能量轉(zhuǎn)化作更加深入的研究。

課題設(shè)計(jì)之后，小組的成員將面臨一系列的實(shí)際問題：實(shí)驗(yàn)材料的準(zhǔn)備，有些設(shè)備，比如靈敏電流、電壓計(jì)必須自己去借，番茄、二極管必須自己去買，請老師或別班的同學(xué)幫助拍照作為多媒體制作的材料。在這些問題的處理過程中他們培養(yǎng)了相互之間的合作精神，提高了解決實(shí)際問題的能力。

3.3 課堂討論的組織

課堂的活動(dòng)不僅僅局限于各小組展示電子演講稿，更重要的是組織學(xué)生對同一個(gè)問題從不同的角度進(jìn)行討論和探究。所以學(xué)生的演講稿不必追求是完美的、正確的，可以存在缺陷甚至是錯(cuò)誤，或是發(fā)現(xiàn)的問題尚未解決。

如在對金屬腐蝕現(xiàn)狀的認(rèn)識(shí)中，大多學(xué)生談到的都是腐蝕的危害，但卻有學(xué)生提出了腐蝕其實(shí)也可以被人們利用。

對鹽酸和食鹽水中鐵片腐蝕情況的比較，這一小組的實(shí)驗(yàn)結(jié)果和解釋引起了學(xué)生們的爭論，從而引發(fā)了什么是析氫腐蝕和吸氧腐蝕？鐵片腐蝕是否一定表現(xiàn)為生銹呢？生銹的可能反應(yīng)有哪些？而這些問題正是有關(guān)金屬腐蝕的較為深入的問題，也是我們教學(xué)目標(biāo)中必須解決的。

在鐵片生銹情況的觀察、水果電池的制作、電動(dòng)勢的測定、金屬保護(hù)的方法等課題的研究和討論中，學(xué)生發(fā)現(xiàn)他們的研究結(jié)果相互得到了驗(yàn)證，如“電動(dòng)勢的測定”小組通過不同的曲線反映了不同電極材料、不同電解質(zhì)溶液對電池電動(dòng)勢的影響，得出了與“水果電池的制作”小組極為相近的結(jié)論。這就使學(xué)生對問題有了更深刻的理解。

課堂討論要讓學(xué)生的思維碰撞出火花，使學(xué)生對自己的學(xué)習(xí)經(jīng)歷產(chǎn)生更深的理解和感悟，同時(shí)從別人身上獲取生動(dòng)的間接經(jīng)驗(yàn)，這也應(yīng)是合作學(xué)習(xí)的一種方式。

4 幾點(diǎn)思考

（1）在開展研究性學(xué)習(xí)的過程中教師的指導(dǎo)非常重要。由于學(xué)生長期以來接受的是應(yīng)試教育，解決實(shí)際問題的能力普遍較差。因此開展研究性課題的學(xué)習(xí)，教師必須有充分的準(zhǔn)備和適時(shí)的引導(dǎo)。

（2）相信并鼓勵(lì)學(xué)生的創(chuàng)造力。教師在指導(dǎo)中所要把握的是學(xué)生研究方向或方法的科學(xué)性，而應(yīng)給予學(xué)生充分的時(shí)間，讓他們自己得出結(jié)論。

（3）信息技術(shù)與課堂教學(xué)的整合。信息技術(shù)不應(yīng)僅僅是指多媒體技術(shù)，而還應(yīng)包括研究過程中所使用的獲得信息的其他手段，如萬用表、手持技術(shù)等。信息技術(shù)也不應(yīng)只是教師使用多媒體課件輔助教學(xué)，而應(yīng)是教師學(xué)生都可以使用，并與教學(xué)過程有機(jī)結(jié)合。利用網(wǎng)絡(luò)獲取信息，再將學(xué)習(xí)、研究的成果編成網(wǎng)頁，充分利用了網(wǎng)絡(luò)的快速、高效的特點(diǎn)和共享性。使學(xué)生體驗(yàn)在信息社會(huì)如何利用網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行有效的合作學(xué)習(xí)。

參考文獻(xiàn)：

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心 編著.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書·化學(xué)與生活（選修）[M].北京：人民教育出版社，2008：49～53.

[2]王升主編.研究性學(xué)習(xí)的理論與實(shí)踐[M].北京：教育科學(xué)出版社，2002：68～75.