指向?qū)W生科學(xué)實(shí)踐能力培養(yǎng)的校本專題課設(shè)計(jì)與實(shí)施

黃鳴春 王建林 蘇鑫 牛麗亭 項(xiàng)今朝 王欣 劉聰 李丹陽(yáng)

摘要： 校本專題課“玩轉(zhuǎn)沉淀”以發(fā)展學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力為教學(xué)目標(biāo)，從研究的視角進(jìn)行設(shè)計(jì)，在教學(xué)內(nèi)容的組織和實(shí)施上架構(gòu)知識(shí)、問(wèn)題、活動(dòng)、素材、學(xué)生發(fā)展等5方面的線索，將科學(xué)閱讀作為重要的教學(xué)策略，完整地呈現(xiàn)了一個(gè)校本專題課開(kāi)發(fā)的進(jìn)展過(guò)程。

關(guān)鍵詞： 校本專題課; 科學(xué)實(shí)踐; 沉淀溶解平衡; 校本課程開(kāi)發(fā)

文章編號(hào)： 1005-6629（2018）11-0047-06中圖分類號(hào)： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

1 問(wèn)題提出

“玩轉(zhuǎn)沉淀”課的設(shè)計(jì)源于北京京源學(xué)?；瘜W(xué)校本選修課的需求，在“化學(xué)平衡”專題推進(jìn)到“沉淀溶解平衡”部分時(shí)，為提升學(xué)習(xí)效果，授課教師希望“最好有一些有趣的實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生更多地參與進(jìn)來(lái)，在沉淀溶解平衡的應(yīng)用價(jià)值驅(qū)動(dòng)下學(xué)習(xí)沉淀溶解平衡”。于是，針對(duì)高一高二的化學(xué)學(xué)習(xí)優(yōu)等生設(shè)計(jì)了2課時(shí)的能力提升課程，這是對(duì)教師校本課程設(shè)計(jì)與開(kāi)發(fā)能力的一次挑戰(zhàn)。

課程改革的不斷推進(jìn)給“學(xué)校課程建設(shè)”帶來(lái)了重大的機(jī)遇和挑戰(zhàn)[1]。將國(guó)家課程校本化、系統(tǒng)規(guī)劃學(xué)校課程體系、綜合校本課程均成為“學(xué)校校本課程建設(shè)”要直面的問(wèn)題。總體上看，化學(xué)校本課程已有的研究中實(shí)踐案例居多，基于課程視角從課程理念、目標(biāo)、內(nèi)容、實(shí)施、評(píng)價(jià)方面進(jìn)行分析的研究亦有所涉及，但是整體有序架構(gòu)化學(xué)校本專題課的目標(biāo)、內(nèi)容組織和實(shí)施邏輯的案例仍然有待開(kāi)發(fā)。本文將以“玩轉(zhuǎn)沉淀”課作為校本專題課的案例，分析筆者在課程目標(biāo)的確立，課程內(nèi)容的選取、組織與實(shí)施的一致和連貫性上所做的探索。

2 教學(xué)目標(biāo)的定位

“玩轉(zhuǎn)沉淀”校本專題課首先需要解決的是教學(xué)目標(biāo)的定位問(wèn)題。一是需要在常規(guī)課時(shí)基礎(chǔ)上拓展“沉淀溶解平衡”的課時(shí)，這就需要考慮補(bǔ)充什么內(nèi)容;二是需要考慮加入學(xué)生能夠參與的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，學(xué)生在參與實(shí)驗(yàn)中發(fā)展什么能力;三是需要更多挖掘“沉淀溶解平衡”的應(yīng)用價(jià)值，這就需要考慮以什么形式呈現(xiàn)課程內(nèi)容。

按照教學(xué)設(shè)計(jì)的一般思路，我們進(jìn)行了普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[2]中關(guān)于沉淀溶解平衡的內(nèi)容要求、教學(xué)策略以及學(xué)習(xí)活動(dòng)建議的分析，并從課程標(biāo)準(zhǔn)提出的學(xué)科核心素養(yǎng)的角度，分析本專題的知識(shí)與能力目標(biāo)，從而概括課程標(biāo)準(zhǔn)對(duì)學(xué)生能力發(fā)展目標(biāo)的要求。我們發(fā)現(xiàn)該目標(biāo)與《美國(guó)科學(xué)教育框架》中明確提出的“科學(xué)實(shí)踐”的八個(gè)方面[3]基本一致，由此將“培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)實(shí)踐能力”作為本專題重要的能力發(fā)展目標(biāo)。結(jié)合課程標(biāo)準(zhǔn)關(guān)于“資料分析”的要求以及科學(xué)實(shí)踐包含的“獲取評(píng)價(jià)并交流信息”，我們將“科學(xué)閱讀”作為本專題重要的教學(xué)策略。

綜上所述，專題課教學(xué)目標(biāo)定位為： 認(rèn)識(shí)難溶電解質(zhì)在水溶液中存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解與轉(zhuǎn)化;結(jié)合沉淀溶解平衡培養(yǎng)學(xué)生“提出并定義問(wèn)題、開(kāi)發(fā)并使用模型、計(jì)劃并實(shí)施研究和設(shè)計(jì)解決方案、分析并解釋數(shù)據(jù)、運(yùn)用數(shù)學(xué)和計(jì)算式思維、建立解釋和設(shè)計(jì)解決方案、獲取評(píng)價(jià)并交流信息”等科學(xué)實(shí)踐能力;認(rèn)識(shí)沉淀溶解平衡的生產(chǎn)生活應(yīng)用價(jià)值。

3 教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)、實(shí)施及反思

針對(duì)確定的教學(xué)目標(biāo)，我們從課的準(zhǔn)備到實(shí)施進(jìn)行了系統(tǒng)設(shè)計(jì)。具體的教學(xué)設(shè)計(jì)和實(shí)施基于學(xué)生能力發(fā)展分為8個(gè)環(huán)節(jié)，其中前4個(gè)環(huán)節(jié)為第1課時(shí)的內(nèi)容，后4個(gè)環(huán)節(jié)為第2課時(shí)的內(nèi)容。各個(gè)環(huán)節(jié)均按照知識(shí)、問(wèn)題、活動(dòng)、素材、學(xué)生發(fā)展等5條線索進(jìn)行橫向和縱向邏輯的組織和設(shè)計(jì)。

3.1 看“沉淀的生長(zhǎng)”

作為引入和概念探查環(huán)節(jié)，教師在說(shuō)明本次專題課的目標(biāo)及規(guī)劃后，探查了學(xué)生原有關(guān)于沉淀的認(rèn)識(shí)及轉(zhuǎn)變，并簡(jiǎn)要補(bǔ)充講解了關(guān)于“水中花園”的生成和生長(zhǎng)的知識(shí)（見(jiàn)表1）。

本環(huán)節(jié)可以明顯感受到學(xué)生對(duì)于“沉淀生長(zhǎng)”過(guò)程的興趣，如認(rèn)識(shí)到本實(shí)驗(yàn)“水中花園”中“沉淀不是瞬間生成的，相反有些沉淀是緩慢生長(zhǎng)”、“沉淀還可以向上生長(zhǎng)”，甚至注意到“帶有氣泡的地方會(huì)生長(zhǎng)”。在學(xué)案記錄中，學(xué)生表示“了解了沉淀形成的過(guò)程和原理”，產(chǎn)生了“可以通過(guò)不同濃度改變沉淀生長(zhǎng)”的想法。

3.2 做“沉淀的生長(zhǎng)”

見(jiàn)識(shí)了美麗的“沉淀生長(zhǎng)”的過(guò)程后，學(xué)生躍躍欲試。他們進(jìn)行了“水中花園”制作實(shí)驗(yàn)，通過(guò)教師關(guān)于“探究水中花園生長(zhǎng)條件”的完整思路的展示，初步感受控制變量的實(shí)驗(yàn)探究方法（見(jiàn)表2）。

通過(guò)這個(gè)環(huán)節(jié)，學(xué)生初步得出“水中花園”實(shí)驗(yàn)成功的合適條件，也注意到“濃度太大可能導(dǎo)致沉淀不能快速生長(zhǎng)”、“不同物質(zhì)生長(zhǎng)速度不同”。并發(fā)展“變量控制”實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)。

3.3 分析“沉淀的生成和轉(zhuǎn)化”

在學(xué)生經(jīng)歷了“沉淀的生長(zhǎng)”教學(xué)過(guò)程后，我們引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步關(guān)注沉淀。此時(shí)學(xué)生分組閱讀前期準(zhǔn)備的由8篇文獻(xiàn)[4～11]轉(zhuǎn)化而來(lái)的“科學(xué)閱讀材料”，引發(fā)他們產(chǎn)生對(duì)沉淀新的關(guān)注角度;接著通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)（AgCl沉淀轉(zhuǎn)化為AgI沉淀）認(rèn)識(shí)到沉淀能發(fā)生轉(zhuǎn)化，通過(guò)實(shí)驗(yàn)分析建立“沉淀溶解平衡”的概念模型（見(jiàn)表3）。

這一階段，學(xué)生通過(guò)各個(gè)閱讀素材發(fā)現(xiàn)“沉淀可以轉(zhuǎn)化為另一種沉淀”，通過(guò)遷移“化學(xué)平衡”的知識(shí)，再通過(guò)演示實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步認(rèn)識(shí)到“沉淀轉(zhuǎn)化的實(shí)質(zhì)為沉淀溶解平衡的移動(dòng)”。

3.4 發(fā)現(xiàn)“沉淀的生成和轉(zhuǎn)化”的規(guī)律

第1課時(shí)最后的環(huán)節(jié)是精讀科學(xué)閱讀材料，希望學(xué)生利用所建立的沉淀溶解平衡概念定性分析解讀科學(xué)閱讀素材（見(jiàn)表4）。

這個(gè)環(huán)節(jié)需要精致閱讀，能力較強(qiáng)的學(xué)生能夠直接提取科學(xué)閱讀素材的信息，認(rèn)識(shí)到沉淀溶解平衡遵循化學(xué)平衡移動(dòng)的一般規(guī)律。如“納米氫氧化鎳的研制及其電化學(xué)性能”素材中，學(xué)生識(shí)別了“NiC2O4、 Ni（OH）2”兩種沉淀，并認(rèn)識(shí)到過(guò)程中發(fā)生了沉淀的轉(zhuǎn)化。

3.5 做“沉淀的生成和轉(zhuǎn)化”

在第2課時(shí)的第一個(gè)環(huán)節(jié)中，我們把演示實(shí)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為學(xué)生實(shí)驗(yàn)，以進(jìn)一步鞏固“沉淀溶解平衡”的概念模型（見(jiàn)表5）。

3.6 進(jìn)行“沉淀溶解平衡的調(diào)控”

我們選取AgSCNAg++SCN-這一沉淀溶解平衡作為素材，進(jìn)行下列研究活動(dòng)（見(jiàn)表6）。

本環(huán)節(jié)學(xué)生通過(guò)改變離子濃度調(diào)控平衡的移動(dòng)方向，從直接加入Ag+聯(lián)想到通過(guò)生成其他沉淀減少Ag+，可能加入Cl-、 S2-、 I-。其中只有S2-組的黑色沉淀生成這一現(xiàn)象明顯說(shuō)明了平衡的移動(dòng)，那么其他離子如Cl-、 I-，甚至Ag+都會(huì)面臨沒(méi)有明顯現(xiàn)象的問(wèn)題，那么一方面此時(shí)基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)論證平衡的移動(dòng)就成了關(guān)鍵問(wèn)題，另一方面學(xué)生需要考慮是否只要生成新的含Ag+的沉淀就能夠使得平衡發(fā)生移動(dòng)，進(jìn)而調(diào)動(dòng)由難溶生成更難溶的認(rèn)識(shí)，并思考如何定量判斷誰(shuí)更難溶。

3.7 探究“沉淀溶解平衡的直觀外顯”

本環(huán)節(jié)凸顯讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問(wèn)題，建立解釋和設(shè)計(jì)解決方案，并進(jìn)行基于事實(shí)的論證的能力培養(yǎng)。從上一環(huán)節(jié)中發(fā)現(xiàn)，沉淀溶解平衡電離出自由離子的濃度是很低的，因而需要找到平衡“顯示”劑，到通過(guò)科學(xué)閱讀獲取評(píng)價(jià)并交流信息對(duì)“Fe（SCN）3顯示劑”原理進(jìn)行解釋和解讀文獻(xiàn)中的解決方案，然后再次進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證（見(jiàn)表7）。

學(xué)生經(jīng)歷了一輪基于事實(shí)的論證，然后又發(fā)現(xiàn)和提出關(guān)于AgSCN沉淀溶解平衡是否移動(dòng)了的問(wèn)題，認(rèn)識(shí)了沉淀溶解平衡常數(shù)，從而將學(xué)生對(duì)沉淀溶解平衡的認(rèn)識(shí)提升到簡(jiǎn)單的定量水平。

3.8 討論“沉淀溶解平衡的價(jià)值”

通過(guò)前面對(duì)沉淀溶解平衡的“可見(jiàn)”的調(diào)控，學(xué)生發(fā)現(xiàn)觀察到沉淀溶解平衡并非易事，由于沉淀溶解平衡體系中，離子的濃度均非常低，較難被直接檢測(cè)出來(lái)。那么這樣一個(gè)很“微量”的平衡在實(shí)際生產(chǎn)生活中，是否有應(yīng)用價(jià)值呢（見(jiàn)表8）？

學(xué)生認(rèn)識(shí)到沉淀溶解平衡可以用于處理金屬?gòu)U水，如果要知道金屬離子的去除程度時(shí)就需要用到分光光度等定量分析方法。

4 反思與討論

“玩轉(zhuǎn)沉淀”作為2課時(shí)的校本專題課，其目標(biāo)指向?qū)W生科學(xué)實(shí)踐能力的發(fā)展以及基于知識(shí)、問(wèn)題、活動(dòng)、素材、學(xué)生發(fā)展五大線索進(jìn)行的系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)施，對(duì)于“校本課程開(kāi)發(fā)”及“教師校本專題課的設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力”的研究都有十分有益的啟發(fā)。

4.1 需要清晰系統(tǒng)地設(shè)定課程目標(biāo)

首先，化學(xué)校本課程的開(kāi)發(fā)應(yīng)該回歸認(rèn)識(shí)本源性問(wèn)題，深入挖掘化學(xué)學(xué)科本體知識(shí)。對(duì)“玩轉(zhuǎn)沉淀”課而言，所謂的“認(rèn)識(shí)本源性問(wèn)題”，一是對(duì)認(rèn)識(shí)對(duì)象“沉淀”本身的追問(wèn)： 沉淀是什么樣子的？它們是如何生成、生長(zhǎng)起來(lái)的？不同的沉淀生長(zhǎng)狀況有什么不同？它有應(yīng)用價(jià)值么？二是對(duì)“平衡”這一概念的追問(wèn)： 沉淀溶解平衡不同于其他化學(xué)平衡的地方在哪里？它有什么樣的應(yīng)用價(jià)值？正是對(duì)這些認(rèn)識(shí)本源性問(wèn)題的追問(wèn)，幫助我們確立了“玩轉(zhuǎn)沉淀”校本專題課的基本知識(shí)目標(biāo)。

其次，化學(xué)校本課程的開(kāi)發(fā)需要考慮學(xué)生實(shí)際和培養(yǎng)需求，需要依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)系統(tǒng)設(shè)定課程目標(biāo)?！巴孓D(zhuǎn)沉淀”課作為校本專題課針對(duì)的是高一、高二的化學(xué)選修學(xué)生，他們都屬于較高水平的化學(xué)選修生：高一學(xué)生幾乎沒(méi)有太牢固的關(guān)于“平衡”的認(rèn)識(shí)，高二學(xué)生則已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)沉淀溶解平衡的知識(shí)。這就要求不能僅以知識(shí)為依據(jù)來(lái)確定課程內(nèi)容，還需要考慮學(xué)生應(yīng)該發(fā)展的共同能力和素養(yǎng)。于是我們將“科學(xué)實(shí)踐能力”和“學(xué)科核心素養(yǎng)”的培養(yǎng)作為課程的系統(tǒng)目標(biāo)定位。

4.2 課程內(nèi)容的選取、組織和實(shí)施需要全面架構(gòu)知識(shí)、問(wèn)題、活動(dòng)、素材、學(xué)生發(fā)展5方面線索的橫向和縱向邏輯

作為校本專題課“玩轉(zhuǎn)沉淀”，一方面需要深入認(rèn)識(shí)沉淀，另一方面需要深入認(rèn)識(shí)“平衡”。在此過(guò)程中，如前所述，通過(guò)教學(xué)環(huán)節(jié)的邏輯設(shè)置，即知識(shí)、問(wèn)題、活動(dòng)、素材之間橫向和縱向的推進(jìn)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展。而“科學(xué)實(shí)踐”的八個(gè)方面均在不同環(huán)節(jié)得到不同程度的發(fā)展，特別是凸顯了“計(jì)劃并實(shí)施研究和設(shè)計(jì)解決方案、參與基于事實(shí)的論證、獲取評(píng)價(jià)并交流信息”三項(xiàng)科學(xué)實(shí)踐能力的發(fā)展，并最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生對(duì)具體對(duì)象的認(rèn)識(shí)發(fā)展?！巴孓D(zhuǎn)沉淀”課促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展的路徑為： 學(xué)生從認(rèn)識(shí)沉淀生成和生長(zhǎng)開(kāi)始、逐步認(rèn)識(shí)沉淀存在沉淀溶解平衡，并能依據(jù)平衡移動(dòng)原理認(rèn)識(shí)平衡移動(dòng)從而實(shí)現(xiàn)沉淀轉(zhuǎn)化;了解沉淀溶解平衡的反方向不僅能夠發(fā)生，而且有時(shí)有特殊的意義，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到沉淀溶解平衡一般電離出較微量的自由離子的特點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)依據(jù)平衡移動(dòng)原理來(lái)調(diào)控沉淀溶解平衡，并設(shè)計(jì)如何“顯示”沉淀溶解平衡;最后從沉淀溶解平衡常數(shù)的定量角度認(rèn)識(shí)沉淀溶解平衡。

4.3 課程內(nèi)容實(shí)施需要精致打造特色教學(xué)策略

將科學(xué)閱讀作為“玩轉(zhuǎn)沉淀”教學(xué)中一個(gè)重要策略，在四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)中不斷交替運(yùn)用，指向?qū)W生獲取、評(píng)價(jià)并交流信息的能力發(fā)展。它帶來(lái)的收獲在于對(duì)科技文獻(xiàn)的加工上，注意到直接將科技文獻(xiàn)給學(xué)生閱讀會(huì)造成較大的閱讀障礙，于是對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行了格式的統(tǒng)一以及表達(dá)的簡(jiǎn)化。“研究背景—實(shí)驗(yàn)原理—實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程”的設(shè)計(jì)能夠有效幫助學(xué)生很快抓住文獻(xiàn)的重點(diǎn)而提高學(xué)習(xí)效率。

4.4 課程的自主設(shè)計(jì)需要有研究的視角

“玩轉(zhuǎn)沉淀”課的準(zhǔn)備階段，首先查閱了大量的沉淀溶解平衡應(yīng)用的相關(guān)科研文獻(xiàn)，選取了八篇文獻(xiàn)，并對(duì)其中內(nèi)容進(jìn)行選擇和重新組織，按照“研究背景—實(shí)驗(yàn)原理—實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程”的統(tǒng)一格式進(jìn)行文獻(xiàn)加工，共得到八篇科學(xué)閱讀文獻(xiàn)。并根據(jù)文獻(xiàn)進(jìn)行了“水中花園最佳生長(zhǎng)條件”的實(shí)驗(yàn)探究，梳理出作為“控制變量的實(shí)驗(yàn)探究”案例為學(xué)生呈現(xiàn)。根據(jù)文獻(xiàn)“銀鹽沉淀溶解平衡的直觀性實(shí)驗(yàn)研究”[12]，我們進(jìn)行了“AgSCNAg++SCN-平衡發(fā)生移動(dòng)”的實(shí)驗(yàn)探究，并擬將之轉(zhuǎn)化為一個(gè)學(xué)生自主探究的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。

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