基于科學(xué)素養(yǎng)的小組合作實(shí)驗(yàn)探究

朱清勇

[摘 要]

小組合作探究利用合作實(shí)驗(yàn)營(yíng)造一個(gè)適合養(yǎng)成科學(xué)素養(yǎng)的良好氛圍。結(jié)合空氣組成實(shí)驗(yàn)教學(xué)，從走進(jìn)化學(xué)史培養(yǎng)科學(xué)方法科學(xué)精神；走進(jìn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)發(fā)展創(chuàng)新思維；走進(jìn)小組合作養(yǎng)成團(tuán)隊(duì)探究習(xí)慣；走進(jìn)小組合作提高信息處理能力四方面來提升初中生的科學(xué)素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]

科學(xué)素養(yǎng)；小組合作；實(shí)驗(yàn)探究

義務(wù)教育2011化學(xué)新課標(biāo)明確指出：“義務(wù)教育階段的化學(xué)教育，要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好奇心，使每一個(gè)學(xué)生以愉快的心情去學(xué)習(xí)生動(dòng)有趣的化學(xué)，激勵(lì)學(xué)生積極探究化學(xué)變化的奧秘，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和學(xué)好化學(xué)的信心，培養(yǎng)學(xué)生終身學(xué)習(xí)的意識(shí)和能力；引導(dǎo)學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)探究的過程，學(xué)習(xí)科學(xué)方法，在“做科學(xué)”的探究實(shí)踐中培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，全面提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生得到全方位的發(fā)展”?；瘜W(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素質(zhì)有得天獨(dú)厚的優(yōu)勢(shì)，也有義不容辭的責(zé)任。通過小組合作討論設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)、交流總結(jié)得出結(jié)論，不僅可以培養(yǎng)初中生對(duì)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生找到內(nèi)在的原動(dòng)力；而且可以培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。新時(shí)代的化學(xué)教師要善于用奇妙的化學(xué)實(shí)驗(yàn)把化學(xué)展示出來，讓學(xué)生終生難忘。下面談?wù)劰P者在進(jìn)行滬教版空氣組成測(cè)定實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，是如何挖掘其科學(xué)素養(yǎng)教育因素的。

一、走進(jìn)化學(xué)史，加強(qiáng)對(duì)學(xué)生科學(xué)方法、科學(xué)精神的培養(yǎng)

空氣組成測(cè)定教學(xué)蘊(yùn)涵著諸多科學(xué)精神教育因素。實(shí)驗(yàn)教學(xué)中我先創(chuàng)設(shè)情境，圖片展示240多年前法國(guó)化學(xué)家拉瓦錫定量研究了空氣的成分。方法是把少量汞放在密閉容器里加熱12天，發(fā)現(xiàn)部分液態(tài)汞變成了紅色粉末，同時(shí)容器里空氣體積減少了約1/5，他發(fā)現(xiàn)剩余氣體就是我們學(xué)習(xí)過的氮?dú)狻＠咤a又把紅色粉末放在放在另一個(gè)較小的容器中再加熱，得到汞和氧氣，且氧氣體積恰好等于密閉容器中減少的空氣體積。通過實(shí)驗(yàn)拉瓦錫得出空氣由氧氣、氮?dú)饨M成，且氧氣約占總體積的1/5。

多位化學(xué)家在空氣組成發(fā)現(xiàn)史上做出了卓越的貢獻(xiàn)，拉瓦錫測(cè)定空氣組成實(shí)驗(yàn)加熱就用了12天，兩位英國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)稀有氣體氬氣用了兩年?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)教師應(yīng)注重科學(xué)方法指導(dǎo)：關(guān)注學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)信息記錄的完整性，適時(shí)調(diào)控學(xué)生情緒，實(shí)驗(yàn)觀察要有序、敏銳，眼觀色，手感溫，鼻聞味，耳聽音，多感官協(xié)同收集信息才能對(duì)實(shí)驗(yàn)有最全面的認(rèn)識(shí)。鮮活的化學(xué)史知識(shí)能激勵(lì)學(xué)生敢于進(jìn)取、勇于奉獻(xiàn)的科學(xué)精神，敢于樹立懷疑前人、超越前人的遠(yuǎn)大志向。

二、走進(jìn)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)創(chuàng)新思維的發(fā)展

【師】展示一個(gè)密閉的125ml空集氣瓶，如何測(cè)定其中氧氣的含量呢？首先要選擇能消耗氧氣又不產(chǎn)生新氣體的物質(zhì)，且最好實(shí)驗(yàn)過程環(huán)保；其次要找到一種測(cè)量所消耗氧氣體積的簡(jiǎn)單方法。同學(xué)們可以小組討論后回答。

【生1】選擇固體紅磷燃燒；用量杯量體積。

【生2】選擇蠟燭燃燒；用量筒量體積。

【師】綜合評(píng)價(jià)學(xué)生建議，符合條件的物質(zhì)很多，本課我們選擇紅磷和活性鐵粉（也可用暖寶中鐵粉代替）兩種物質(zhì)。紅磷在點(diǎn)燃的條件下能與空氣中的氧氣反應(yīng)生成五氧化二磷固體，五氧化二磷固體易溶于水；鐵生銹時(shí)消耗空氣中的氧氣，生成暗紅色鐵銹也是固體。

【師】如下面圖2裝置，從左側(cè)導(dǎo)管吸氣進(jìn)行實(shí)驗(yàn)后有何現(xiàn)象？追問為何水會(huì)發(fā)生倒吸？

【師】如何使測(cè)定空氣組成實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確、簡(jiǎn)潔、高效？滬教版教材P13圖1裝置結(jié)合量筒我們可以如何改進(jìn)裝置？

【生3】圖1選擇用量筒代替燒杯準(zhǔn)確量出水的體積變化。

【生4】選擇試管代替集氣瓶減少空氣總量。

【師】確定改進(jìn)后的裝置圖3和圖4，利用改進(jìn)裝置我們來小組完成實(shí)驗(yàn)。

教學(xué)中我注重鼓勵(lì)學(xué)生敢于突破常規(guī)，求新求異，重視啟發(fā)創(chuàng)新思維。為什么改？怎樣改？改進(jìn)后效果如何？怎樣改，學(xué)生小組合作交流集思廣益，將實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)改進(jìn)通過圖示法表達(dá)出來。同時(shí)將我從資料中收集的改進(jìn)方法與學(xué)生們分享，并把網(wǎng)絡(luò)上獲取的傳感器定量測(cè)定信息介紹給學(xué)生，擴(kuò)寬學(xué)生的視野，讓學(xué)生了解最新的初中化學(xué)實(shí)驗(yàn)手段，啟發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新思維。創(chuàng)新是一個(gè)民族進(jìn)步的靈魂，而創(chuàng)新思維又是創(chuàng)新的靈魂，傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)忽視了學(xué)生主觀能動(dòng)性和創(chuàng)新思維的發(fā)展。

三、走進(jìn)小組合作實(shí)驗(yàn)，科學(xué)團(tuán)隊(duì)探究習(xí)慣的養(yǎng)成

實(shí)驗(yàn)小組分工：班級(jí)48人平分成6個(gè)實(shí)驗(yàn)小組，每組有組長(zhǎng)、實(shí)驗(yàn)操作員、觀察記錄員。實(shí)驗(yàn)前期準(zhǔn)備：檢查好6套裝置的氣密性；測(cè)定的集氣瓶（125ml）和大試管（20mm*200mm）加了橡皮塞之后的容積；將3g還原性鐵粉和烘干的3.4g活性炭粉充分混合研磨后平分成6份。

【師】1、2、3小組用紅磷燃燒測(cè)定空氣中氧氣含量；4、5、6小組用還原性鐵粉和鹽水自發(fā)反應(yīng)來測(cè)定空氣中氧氣含量。

【生】小組合作實(shí)驗(yàn)探究實(shí)驗(yàn)操作、收集信息、計(jì)算得出氧氣體積含量。

【師】我們能夠測(cè)出瓶?jī)?nèi)和管內(nèi)消耗的氧氣的體積嗎？思考后再交流討論。提示：紅磷燃燒和鐵粉反應(yīng)前后，集氣瓶和大試管內(nèi)什么條件發(fā)生了變化？

【生5】紅磷在燃燒匙里有剩余，說明氧氣已消耗完了。進(jìn)入集氣瓶中紅墨水的體積相當(dāng)于集氣瓶?jī)?nèi)空氣中氧氣的體積。通過改進(jìn)：量筒讀數(shù)變化可以準(zhǔn)確確定反應(yīng)的氧氣的體積。

【生6】鐵粉在鹽水條件下快速生銹，消耗氧氣使大試管內(nèi)壓強(qiáng)變小，打開彈簧夾后量筒中紅墨水被吸入導(dǎo)管，被吸入紅墨水的體積等于反應(yīng)的氧氣體積，量筒讀數(shù)好操作。

【師】各小組展示實(shí)驗(yàn)成果（小數(shù)后保留一位有效數(shù)字），你們測(cè)定的氧氣體積百分比是多少？你覺得你們的實(shí)驗(yàn)成功嗎？談?wù)勀銈兊母惺芎拖敕ǎ?/p>

【生7】我們的紅磷燃燒測(cè)定實(shí)驗(yàn)成功了，氧氣占總體積18.8%，我們分工明確速度快。

【生8】我們組用鐵粉實(shí)驗(yàn)成功了，缺點(diǎn)是鐵粉不太容易撒到試管內(nèi)，但我們最后實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為20.4%，準(zhǔn)確度較高，接近科學(xué)家拉瓦錫的1/5。

【生9】我們的實(shí)驗(yàn)失敗了，紅磷燃燒現(xiàn)象明顯，量也足夠，就是水沒有倒吸，我們懷疑是不是裝置漏氣了？

【師】成功了5個(gè)小組，氧氣含量都是有效的，最佳數(shù)據(jù)20.4%值得點(diǎn)贊，第3組雖然失敗了，但他們分析了失敗的原因也值得鼓勵(lì)。下面我們來討論下他們的糾結(jié)的是不是裝置漏氣，課前實(shí)驗(yàn)員準(zhǔn)備的應(yīng)該是氣密性良好的，我來試試氣密性究竟如何？

【拓展探究】用第3組裝置演示氣密性檢查，連接好裝置，先將導(dǎo)管伸入到小燒杯的水中，雙手緊握集氣瓶外壁，觀察到有三個(gè)氣泡冒出說明氣密性很好。那么第三組為何水未倒吸呢？

【生10】我們的實(shí)驗(yàn)時(shí)用力旋緊了橡皮塞，第3組是不是沒有塞緊。

【師】回答的很精彩，我分析也是未塞緊橡皮塞導(dǎo)致裝置漏氣有空氣進(jìn)入。歡迎第3組同學(xué)課后抽時(shí)間到實(shí)驗(yàn)室再試身手，直到實(shí)驗(yàn)成功。

【師】我們?cè)诨瘜W(xué)第一節(jié)中曾經(jīng)學(xué)習(xí)了氮?dú)獾挠猛?，知道氮?dú)饪梢宰霰Ｗo(hù)氣，保護(hù)文物，瓜果、糧食等食品，還可以做燈泡的填充氣。通過今天你們小組的實(shí)驗(yàn)探究，你對(duì)氮?dú)庥泻涡碌恼J(rèn)識(shí)？

【生11】氮?dú)獠换顫?，不能和紅磷反應(yīng)，也不支持燃燒。

【生12】空氣中氮?dú)庾疃?，約占總體積的80%，氮?dú)獠蝗苡谒?/p>

【師】隨著科學(xué)的不斷發(fā)展，英國(guó)的兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)通過長(zhǎng)期合作實(shí)驗(yàn)研究和推理發(fā)現(xiàn)了空氣中另一類氣體——?dú)鍤獾认∮袣怏w。也正是由于科學(xué)實(shí)驗(yàn)的不斷發(fā)展，才誕生的與生活生產(chǎn)緊密相連的化學(xué)學(xué)科。下面我們來看一段視頻了解兩位科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氬氣的過程。

小組合作實(shí)驗(yàn)探究根本目的是希望學(xué)生有自己的想法，并能親自動(dòng)手或在他人幫助下完成化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究，促使學(xué)生能提出的更深層次的想法。學(xué)生小組討論參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，在小組實(shí)驗(yàn)過程中，要求學(xué)生分工明確、各盡其職，并能主動(dòng)去分析、推理、交流實(shí)驗(yàn)結(jié)論，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的每一個(gè)環(huán)節(jié)，這對(duì)剛接觸初三化學(xué)的學(xué)生來說挑戰(zhàn)很大。小組合作實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)了學(xué)生的求知欲，學(xué)生參與學(xué)習(xí)的積極性非常高，各組成員紛紛發(fā)表自己的意見，教學(xué)效果好，其在具體實(shí)施目標(biāo)達(dá)成時(shí)要有一個(gè)循序漸進(jìn)的過程，不可以操之過急。

四、走進(jìn)小組合作問題解決，提高學(xué)生信息處理能力

【師】空氣中氧氣的體積分?jǐn)?shù)為21%，我們成功的5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析都低于低于1/5，請(qǐng)各小組分析可能是什么原因造成的？

【生13】裝置未完全冷卻；鐵粉或紅磷量不足夠消耗完氧氣；氣密性不好。

【生14】集氣瓶、試管提供的原始體積測(cè)量數(shù)據(jù)偏小了；量筒讀數(shù)時(shí)錯(cuò)誤操作導(dǎo)致測(cè)出吸入的紅墨水的體積偏小。

【生15】足量的紅磷和鐵粉都不能將空氣中的氧氣反應(yīng)完；紅磷即使迅速伸入集氣瓶里，還是有氧氣從集氣瓶口逸出。

【師】你們的分析都很棒，量筒讀數(shù)原因體現(xiàn)細(xì)致，氧氣是否能全反應(yīng)完和紅磷伸入時(shí)氣體的逸出分析很有深度，我們一同來綜合評(píng)價(jià)這些原因的準(zhǔn)確性。

【師】最后我們?cè)賮矸此嘉覀兊膬商讓?shí)驗(yàn)改進(jìn)裝置，通過實(shí)驗(yàn)?zāi)阌X得優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)有哪些？課后你還可以繼續(xù)再改進(jìn)。

為了使學(xué)生的學(xué)習(xí)從被動(dòng)轉(zhuǎn)向主動(dòng)性，教師要善于抓住學(xué)生的好奇心理，促使學(xué)生的好奇心向探究心轉(zhuǎn)化。先讓學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)自主探究，每個(gè)人都能主動(dòng)投入到學(xué)習(xí)活動(dòng)中；再由教師的合理引導(dǎo)，促進(jìn)學(xué)生不斷發(fā)現(xiàn)問題，自我解決問題，從而促進(jìn)學(xué)生信息處理能力的提高。在科學(xué)研究活動(dòng)中，處理信息比收集信息更重要。對(duì)信息進(jìn)行有效的篩選、整合，得出科學(xué)的判斷是科學(xué)探究的核心。在教學(xué)中，既要引導(dǎo)學(xué)生全面進(jìn)行信息收集，更要指導(dǎo)他們合理取舍、正確判斷。教師要有意識(shí)把實(shí)驗(yàn)探究帶來的直覺興趣引導(dǎo)到對(duì)實(shí)驗(yàn)本質(zhì)的探索上來；同時(shí)，教師對(duì)學(xué)生的設(shè)計(jì)、操作、結(jié)論、反思等探究過程予以鼓勵(lì)性評(píng)價(jià)，這往往會(huì)激發(fā)學(xué)生動(dòng)手探索的強(qiáng)烈愿望，消減不良的心理因素，提高信息處理能力。

初中化學(xué)是啟蒙學(xué)科，學(xué)生小組合作實(shí)驗(yàn)探究能提高教學(xué)效果，更重要的是小組合作實(shí)驗(yàn)探究有利于培養(yǎng)和諧寬松的課堂氛圍。今天的社會(huì)也包括學(xué)校，競(jìng)爭(zhēng)被日益重視，以至于學(xué)生之間有時(shí)漠不關(guān)心，更談不上互相幫助。而小組合作探究利用化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)転槿鄬W(xué)生提供相互了解、相互關(guān)心、相互提高的機(jī)會(huì)，創(chuàng)造一個(gè)適合學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)素養(yǎng)的良好環(huán)境。小組合作實(shí)驗(yàn)探究是打開學(xué)生心靈之門的一把鑰匙，利于學(xué)生有更多的機(jī)會(huì)體驗(yàn)化學(xué)的神奇、感受團(tuán)隊(duì)共進(jìn)退的樂趣。

教師要鼓勵(lì)學(xué)生善于合作而非僅僅是善于競(jìng)爭(zhēng)，合作多快樂也就多了。小組合作實(shí)驗(yàn)探究能讓學(xué)生快樂地學(xué)習(xí)化學(xué)，自然地提高科學(xué)素養(yǎng)，這也是我們化學(xué)教師畢生追求的目標(biāo)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]義務(wù)教育教科書九年級(jí)化學(xué)上冊(cè)[M].上海：上海教育出版社出版，2015（6）.

[2]義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）.教育部制定[M].北京：北京師范大學(xué)出版社.

[3]江軍.利用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)探究鐵的吸氧腐蝕實(shí)驗(yàn)[J].化學(xué)教育，2014（7）.

（責(zé)任編輯：張華偉）