基于合作探究的理論性知識的教學(xué)

王振+魏斌+胡志剛

摘要：理論性知識的教學(xué)是學(xué)科教學(xué)的重要內(nèi)容。以“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)為例，闡述基于合作探究的理論性知識的教學(xué)模式，并闡述了基于合作探究的教學(xué)反思和教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；理論性知識；合作探究

文章編號：1005–6629（2017）4–0052–04 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

化學(xué)理論性知識是指反映物質(zhì)及其變化的本質(zhì)屬性的基本概念和基本原理[1]。在中學(xué)階段，主要包括物質(zhì)的組成、性質(zhì)、變化等基本概念，以及質(zhì)量守恒定律、元素周期律等基本理論，是化學(xué)教學(xué)中最關(guān)鍵的內(nèi)容。

理論性知識的學(xué)習(xí)主要是學(xué)習(xí)者從大量的具體例證中概括得出事物特征。以質(zhì)量守恒定律為例，課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出“要引導(dǎo)學(xué)生通過實驗探究認(rèn)識化學(xué)變化的規(guī)律，初步了解研究化學(xué)變化的科學(xué)方法”[2]?，F(xiàn)有教材中，質(zhì)量守恒定律實驗有白磷燃燒、鐵釘與硫酸銅、碳酸鈉固體與鹽酸、鎂條燃燒、氫氧化鈉與硫酸銅、蠟燭燃燒等體系，通過實驗探究認(rèn)識化學(xué)變化的規(guī)律和構(gòu)建質(zhì)量守恒觀。然而實際教學(xué)中很難在有限的一節(jié)課內(nèi)做多個實驗，教師疲于趕著一個個實驗，教學(xué)效果往往不盡如人意。筆者在實踐中總結(jié)一套可以節(jié)約課堂時間，且行之有效的分組合作探究教學(xué)模式，詳見圖1。

把全班分成不同的實驗組，同時在做實驗1、實驗2、實驗3、……，經(jīng)過一系列實驗得出粗略的結(jié)論1。通過實驗n的反?，F(xiàn)象，進一步升華得出完整的結(jié)論2，也就是我們想要學(xué)的理論性知識。最后通過理論性知識回歸生活中的不同實踐應(yīng)用。我們以質(zhì)量守恒定律為例，將不適合學(xué)生做的課本實驗進行改進和取舍，改成適合學(xué)生分組探究的實驗進行教學(xué)。

1 教學(xué)設(shè)計

1.1 導(dǎo)入新課——提出問題

[家庭實驗]教師提供自制汽水的配料表，見表1，以及小蘇打和檸檬酸的反應(yīng)文字表達式：小蘇打+檸檬酸→檸檬酸鈉+水+二氧化碳。學(xué)生自由組團在家制汽水。

[影像展示]學(xué)生自制汽水的過程中，所有原料加一起后質(zhì)量是多少？

學(xué)生A說：制好的汽水質(zhì)量就是原料的加和：400g+10g+20g+1.5g+1.5g=433g。

學(xué)生B說：小蘇打和檸檬酸會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不是簡單的混合。反應(yīng)后質(zhì)量還會是433g嗎？

[提出問題]以這一問題為契機趁機提出問題：化學(xué)反應(yīng)前后，反應(yīng)物的總質(zhì)量是否等于生成物的總質(zhì)量？

學(xué)生猜想：反應(yīng)前后質(zhì)量相等；反應(yīng)前后質(zhì)量不相等。

1.2 合作探究——得出結(jié)論

[提供方案]既然有爭議，我們就該通過實驗去證明。為了更好地得出結(jié)論，我們用四種不同的實驗方案來看看反應(yīng)前后質(zhì)量到底相不相等。方案詳見表1。

[分工詳細]為了更好地驗證，學(xué)生四人一組，互相配合完成實驗。每組選擇一位同學(xué)記錄實驗現(xiàn)象并匯報實驗結(jié)果。全班十二組，每三組做同一種實驗方案，以確保實驗結(jié)論的可靠。

[分組實驗]教師巡視并適當(dāng)指導(dǎo)。

[匯報結(jié)果]前九組同學(xué)代表依次匯報各組的實驗現(xiàn)象和結(jié)論，詳見表2。

[得出結(jié)論]經(jīng)過大家不同的實驗得出結(jié)論：參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這個規(guī)律就叫質(zhì)量守恒定律。

1.3 拓展提升——精煉理論

[匯報結(jié)果]剩下的三組同學(xué)代表依次匯報各自組的實驗結(jié)論。小心地把盛有鹽酸的小試管從燒杯中取出，并將其傾斜，使小試管中的鹽酸進入小燒杯中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生大量的無色無味的氣體，反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量變小。

教師：為什么實驗三和實驗四用同樣的反應(yīng)物，得出的結(jié)論卻不同呢？

（提示教師投影展示方案三和方案四不同的實驗裝置圖，詳見圖3。）

學(xué)生：因為方案四產(chǎn)生的氣體逸散到空氣中了。

教師：非常棒！因為參與化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。所以當(dāng)有氣體生成時，我們要選擇什么樣的裝置？

學(xué)生：密閉的實驗裝置。

[追問]能不能從微觀角度去解釋質(zhì)量守恒定律呢？

提示給學(xué)生演示水分子電解的動畫，水通電后變成氫氣和氧氣，見圖4。在這個化學(xué)反應(yīng)過程中，反應(yīng)后元素種類有沒有改變、原子數(shù)目有沒有改變、原子質(zhì)量有沒有改變？

學(xué)生：化學(xué)反應(yīng)前后，原子種類不變，數(shù)目沒有增減，原子的質(zhì)量也沒有改變，所以化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量不會改變。

1.4 結(jié)束新課——實踐應(yīng)用

[實踐應(yīng)用1]學(xué)生用教師備好的材料（400g水，10g白糖，20g果汁，1.5g小蘇打，1.5g檸檬酸）現(xiàn)場制汽水，質(zhì)量會是433g嗎？

教師：為什么他們制得汽水質(zhì)量會少于433g？

學(xué)生：因為制汽水過程中，產(chǎn)生很多氣體，沒有及時蓋上瓶蓋，有一部分氣體跑到瓶外了，所以汽水的質(zhì)量會變小。

教師：非常好！當(dāng)有氣體生成，我們要考慮產(chǎn)生氣體的質(zhì)量。

[實踐應(yīng)用2]已知石蠟是蠟燭的主要成分，蠟燭在空氣中完全燃燒后的產(chǎn)物是CO2和H2O，判斷石蠟中一定含有 元素，可能含有 元素。

學(xué)生：石蠟中一定含有C和H元素，可能含有O元素。

2 教學(xué)反思

2.1 分組合作——課堂效率高

本節(jié)課通過不同組同時做四個不同的實驗方案（實驗1，實驗2，實驗3，實驗4，詳見圖5），所以大大減少了課堂實驗的時間，提高了課堂的效率，而且四人一組分工明確，培養(yǎng)了學(xué)生合作學(xué)習(xí)的經(jīng)歷。經(jīng)過全班同學(xué)的不同實驗驗證了質(zhì)量守恒定律，在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)下，層層深入，加深對質(zhì)量守恒定律的理解。通過合作探究學(xué)習(xí)，不僅強化了班級體的團體觀念，培養(yǎng)了學(xué)生合作學(xué)習(xí)的意識，而且順利高效地完成了課堂教學(xué)目標(biāo)。

2.2 理論源于實踐——理論指導(dǎo)生活

通過具體、生動的自制汽水實驗，提出的問題更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。理論性知識的學(xué)習(xí)的實質(zhì)是新知識與學(xué)生原有概念相互作用，建立其內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，其結(jié)果是新知識納入原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，使原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)得以豐富。學(xué)生在學(xué)習(xí)完質(zhì)量守恒定律這一理論知識后，通過一系列的實踐應(yīng)用，讓學(xué)生體會理論指導(dǎo)生活，逐步培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)變化觀。如應(yīng)用1現(xiàn)場制汽水后質(zhì)量變少了，學(xué)生就比較輕松地知道生成物有氣體，要采用密閉的裝置圖；應(yīng)用2蠟燭燃燒，不僅從宏觀認(rèn)識物質(zhì)變化，而且從微觀和元素角度去分析推理蠟燭成分，強化了理論源于生活又高于生活。

2.3 培養(yǎng)思維——搭建思維“腳手架”

理論知識的學(xué)習(xí)，往往都是通過大量的實驗驗證得出具有一定的概括性結(jié)論，這些結(jié)論對以形象思維為主的初三學(xué)生來說比較難以理解。所以在理論知識的學(xué)習(xí)過程中，要注意在學(xué)生思維障礙處搭建“腳手架”，幫助學(xué)生順利地達成教學(xué)目標(biāo)。如質(zhì)量守恒定律從宏觀向微觀過渡，學(xué)生在理解上就存在障礙，此時借助水電解的動畫示意圖，把微觀的水分子呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生就容易想到化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量都不變，所以質(zhì)量守恒。

2.4 勤于動手——從實踐中發(fā)現(xiàn)問題

化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的科學(xué)，教學(xué)要緊密聯(lián)系生產(chǎn)、生活實際，使學(xué)生真切地感受到發(fā)生的化學(xué)變化。而實際的教學(xué)中，礙于課時的原因很多實驗沒時間做，可以鼓勵學(xué)生從家庭實驗中發(fā)現(xiàn)問題，讓化學(xué)知識的學(xué)習(xí)回歸到生活和生產(chǎn)中。鼓勵學(xué)生勤于動手，在社會實踐中發(fā)現(xiàn)問題，從化學(xué)課本中找到解析，在利用所學(xué)知識解決生活問題，更好地享受生活中化學(xué)帶來的樂趣。

3 教學(xué)建議

3.1 鐵釘和硫酸銅溶液的反應(yīng)的改進

鐵釘和硫酸銅溶液反應(yīng)比較慢。丁吉念老師通過探究實驗得出[3]：鐵釘伸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.02%～1.88%的硫酸銅溶液，鐵釘很快析出紅色物質(zhì)，而溶液的顏色大概需要60min才變?yōu)闇\綠色，時間仍然較長。根據(jù)“氯離子效應(yīng)”[4]在硫酸銅溶液中，稍加一些氯化鈉能加快鐵和硫酸銅溶液的反應(yīng)，在兩三分鐘后即可看到鐵釘表面變黑隨后變紅，原因是剛置換生成的銅顆粒比較小，發(fā)生了光學(xué)上的漫反射，把鐵釘從溶液中取出即可看到鐵釘表面生成的是紅色的銅。

3.2 借助學(xué)生的錯誤操作拓展應(yīng)用

優(yōu)秀的教師往往善于利用學(xué)生的實際情況臨時改變自己的教學(xué)，借助學(xué)生的動態(tài)生成，增加師生的活動。在教學(xué)前，沒有預(yù)料到會有很多學(xué)生不會正確使用砝碼，學(xué)生雖然已在八年級物理課上學(xué)過托盤天平的使用，但還是有小部分學(xué)生錯誤地用手捏砝碼。在講過質(zhì)量守恒定律后，發(fā)現(xiàn)這一狀況教師可以趁機提問學(xué)生，用手抓砝碼會對稱量的重量有什么影響？教師提示鐵在潮濕的情況下，容易和空氣中的氧氣反應(yīng)，生成鐵銹，并寫出文字表達式：鐵+氧氣+水→鐵銹。巧借學(xué)生的錯誤操作，進一步拓展質(zhì)量守恒定律到有氣體參與反應(yīng)的體系。

3.3 實驗注意安全性

碳酸鈉粉末和鹽酸反應(yīng)，在密閉體系狀態(tài)下反應(yīng)，最好裝入藥品時，把礦泉水瓶稍微捏癟，有利于驗證學(xué)生觀察到產(chǎn)生大量的氣泡后，瓶子變鼓，也避免了瓶中產(chǎn)生氣體過多，壓強變大，防止瓶蓋噴出的安全隱患。氫氧化鈉和硫酸銅溶液的反應(yīng)，最好是把小試管里放入氫氧化鈉溶液，以防學(xué)生傾倒液體時，手接觸到氫氧化鈉溶液。鼓勵學(xué)生在條件允許的情況下，做一些社會實踐活動，如家庭小實驗，以彌補課堂教學(xué)的不足。

參考文獻：

[1]胡志剛.化學(xué)課程與教學(xué)論[M].北京：科學(xué)出版社，2014：99～100.

[2]中華人民共和國教育部制定.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2011.

[3]丁吉念.一則質(zhì)量守恒定律實驗最佳效果研究[J].化學(xué)教育，2012，（11）：75～78.

[4]王程杰.關(guān)注氯離子效應(yīng)在中學(xué)化學(xué)實驗中的應(yīng)用[J].化學(xué)教學(xué)，2015，（11）：53～55.