化學(xué)實驗教學(xué)中構(gòu)建“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”探索

陳懋

摘 要：初中化學(xué)是基礎(chǔ)教育的啟蒙階段，實驗有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣.創(chuàng)設(shè)故事情境，多角度設(shè)計實驗收集事實證據(jù)揭秘，從宏觀到微觀認(rèn)識科學(xué)本質(zhì)，讓學(xué)生做故事的主角，幫助學(xué)生構(gòu)建“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”，有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的提升.

關(guān)鍵詞：有意義;學(xué)習(xí)經(jīng)歷;啟蒙階段;實驗教學(xué)

1 問題提出

初中化學(xué)是基礎(chǔ)教育的啟蒙階段，是為學(xué)生的終身發(fā)展奠定必要基礎(chǔ)的重要階段，也是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)思維、將學(xué)生引入化學(xué)殿堂的重要階段.化學(xué)實驗有助于激發(fā)學(xué)生的求知欲和學(xué)習(xí)積極性，可以培養(yǎng)和提高學(xué)生的動手實踐能力，培養(yǎng)學(xué)生思維習(xí)慣.由于篇幅限制等原因，專家在編寫教材實驗時，都趨向簡單明了地表達(dá)實驗步驟及注意事項，對為什么這樣做的理由未做闡述，這就導(dǎo)致不少教師雖然也開展實驗教學(xué)，但是實驗原理，實驗步驟，甚至實驗現(xiàn)象或結(jié)論的證據(jù)推理，都按“靜態(tài)的”結(jié)論性知識對待，久而久之就會使得人們逐漸對學(xué)習(xí)化學(xué)到枯燥乏味，認(rèn)為實驗對于化學(xué)教學(xué)是可有可無的.這顯然是一個無意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷，不符合初中學(xué)生思維形成與發(fā)展的規(guī)律，也就無法促進(jìn)科學(xué)素養(yǎng)的提升，對學(xué)生的社會化發(fā)展更不利.

2 “有意義學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的理論內(nèi)涵

美國學(xué)者L·迪·芬克在《創(chuàng)造有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷—綜合性大學(xué)設(shè)計原則》中提出“教學(xué)應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)造有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的教學(xué)觀，并分析“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的內(nèi)涵，他認(rèn)為“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”具有過程和結(jié)果兩個維度，這兩個維度各有兩個特點（見表1）[1].

社會建構(gòu)主義認(rèn)為，具體的情境是在該社會中活生生地進(jìn)行活動實踐過程.在此基礎(chǔ)上，美國學(xué)者L·迪·芬克明確提出了“教學(xué)應(yīng)為學(xué)生創(chuàng)造有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的教學(xué)觀，并從結(jié)果層面強調(diào)學(xué)習(xí)對學(xué)生的“影響”和學(xué)習(xí)所引起的學(xué)生“變化”、以及“影響和變化”是對學(xué)生融入社會的終身受益的價值.

雖然此理論設(shè)想的出發(fā)點是讓大學(xué)生能獲取融入社會所必備的價值、更快更好地社會化，但其核心理念對發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)具有很好的借鑒意義.筆者結(jié)合“溶解時物質(zhì)的吸熱和放熱現(xiàn)象”的實驗教學(xué)實踐，談?wù)勅绾卧趯嶒灲虒W(xué)中給學(xué)生構(gòu)建有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷.

3 設(shè)計思路

“物質(zhì)溶解時吸熱和放熱現(xiàn)象”是物質(zhì)溶解基礎(chǔ)上的延伸學(xué)習(xí)，是初中化學(xué)學(xué)習(xí)的重要組成部分，要求學(xué)生掌握的知識點主要是兩個：一是物質(zhì)溶解時可能對溫度產(chǎn)生影響，二是哪些物質(zhì)溶解時會吸熱，哪些物質(zhì)溶解時會放熱.多數(shù)教師按教材實驗演示，讓學(xué)生觸摸試管或觀察溫度計的示數(shù)變化，只是進(jìn)行簡單觸摸或走馬觀花看看，沒有多角度設(shè)計實驗體驗物質(zhì)吸放熱，沒有從微觀角度認(rèn)識，學(xué)生獲得知識快忘記也快，學(xué)生的思維“疼點”沒有得到歷練，過一段時間都忘記哪些物質(zhì)溶解吸熱或放熱.

本課結(jié)合“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的要求，按照“故事與問題、猜測與實驗、分析與推理、驗證與應(yīng)用”的思路設(shè)計實驗教學(xué)，創(chuàng)設(shè)故事情境，在情境中講述了“天外來物，拯救家園”的揭秘故事，利用故事發(fā)展中的問題形成教學(xué)線索，把學(xué)生放在具體的故事之中，讓他們做故事的主角，引導(dǎo)學(xué)生自主設(shè)計實驗方案，觀察并分析實驗現(xiàn)象，證據(jù)推理得出實驗結(jié)論，學(xué)生的學(xué)習(xí)從淺層引向深度，讓課堂充滿活力，既增加學(xué)生的實驗設(shè)計能力，動手操作能力，又培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究的能力，有效落實學(xué)科核心素養(yǎng).

4 教學(xué)片段

4.1 創(chuàng)設(shè)故事，設(shè)置問題情景

故事情境 在某年一個晚上，太空中有一個不明飛行物掉入內(nèi)蒙古的熱水湖中，從而造成湖水溫度下降，之后又在飛行物上發(fā)現(xiàn)三個寫著NaOH、NH4NO3、NaCl字樣的并裝滿這種藥品的瓶子，附近居民都懷疑湖水溫度與這三種藥品有關(guān)，擔(dān)心有不好的事發(fā)生，于是紛紛搬離家園.為平息這場動亂，政府發(fā)起了拯救家園行動，組成了一個專家團隊，研究“這三瓶藥品溶解在水中時水的溫度變化”，揭開湖水溫度降低的真相，最后發(fā)表研究成果.讓人們不再恐慌，從而返回家園.假如你現(xiàn)在是專家組成員，你將如何揭開湖水溫度變低的秘密？

設(shè)計意圖 故事是“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的載體.從天外來物導(dǎo)致湖水溫度突然下降引出學(xué)習(xí)的問題，學(xué)生感受學(xué)習(xí)內(nèi)容的價值和意義，興趣被激發(fā)出來，思維也被牢牢抓住.

4.2 自主實驗，認(rèn)識物質(zhì)溶解溫度變化

4.2.1 源于教材，順應(yīng)知識體系的擴張

教師引導(dǎo)學(xué)生提出猜想，并說明理由.學(xué)生猜測氯化鈉在溶于水溫度不變，因為每次觸摸鹽水都無感覺;也有學(xué)生猜測硝酸銨溶于水溫度降低，因為在搖搖冰中存在硝酸銨;也有學(xué)生猜測氫氧化鈉溶于水溫度升高，因為在疏通下水道的化學(xué)藥物中存在氫氧化鈉.

設(shè)問 如何制定“探究物質(zhì)溶解時溶液溫度變化”實驗方案？要注意哪些事項？學(xué)生分小組討論后得出，從控制變量角度考慮，水的體積和樣品的質(zhì)量必須相同，為了使實驗時溫度計變化明顯，溶質(zhì)的量要加多一些，溶劑的量要加少一些.溫度計不能觸碰容器底部和內(nèi)壁，不能用來攪拌.實驗步驟：（1）取三只燒杯各注入20mL水，將溫度計插入盛水的燒杯中，觀察溫度計讀數(shù)，如圖1所示;（2）將等質(zhì)量的NaCl、NH4NO3、NaOH分別加入上述三只燒杯中，用玻璃棒迅速攪拌，讀出溫度計的讀數(shù);（3）計算溶解前后液體溫度的變化.該方案源于教材，但增加了食鹽樣品，滲透控制變量的科學(xué)方法.實驗結(jié)果為：NaCl在溶解時溶液溫度略有下降;NH4NO3在溶解時溶液溫度明顯下降;NaOH在溶解時溶液的溫度明顯升高.對學(xué)生而言，實測結(jié)果既有意料之中，也有意料之外，他們開始對今天的實驗感覺有意義，他們的思維激起第一次碰撞火花.

設(shè)計意圖 引導(dǎo)學(xué)生先猜想再設(shè)計實驗，讓學(xué)生對實驗結(jié)果更加期待，更加注意對實驗現(xiàn)象的觀察，更好地調(diào)動非智力因素，實測與猜測不相同，學(xué)習(xí)因此變得有意義起來.

4.2.2 橫向遷移，同化知識結(jié)構(gòu)的更新

追問 作為專家團隊，在第一個實驗中我們用到了溫度計，但實驗室的溫度計最小刻度1℃，測量不一定很精確，況且只進(jìn)行一次，我們不能得出普遍性結(jié)論.如果沒有溫度計，如何設(shè)計出其他的實驗方案來探究溶解的溫度變化，大家能設(shè)計出多少種方案呢？實驗器材：燒杯、試管、玻璃棒、橡皮管、U形管、氣球等，通過小組互助啟發(fā)，得出四種方案.

方案一 在三個盛水的燒杯中，分別加入三種固體，用玻璃棒攪拌，用手觸摸燒杯外壁來判斷溶液溫度的變化.現(xiàn)象：NaCl溶液的燒杯無明顯變化，盛NH4NO3溶液的燒杯較冷，盛NaOH溶液的燒杯壁較熱.這種方法他們最先想到，但氯化鈉溶于水的過程中，與第一個實驗存在矛盾，他們知道憑感覺判斷不準(zhǔn)確，更激發(fā)學(xué)生的興趣，課堂變得更有活力.

方案二 在受到溫度計測定方法的啟示，將U形管與小試管和集氣瓶組合在一起.當(dāng)物質(zhì)與水接觸后出現(xiàn)放熱或吸熱現(xiàn)象，引起集氣瓶內(nèi)的空氣體積變化，進(jìn)而導(dǎo)致U形管中兩邊中的液柱出現(xiàn)高度差，U形管相當(dāng)于一只粗略的溫度計（如圖2所示）.當(dāng)試管中放入氫氧化鈉固體，U形管左低右高，當(dāng)試管中放入硝酸銨，U形管左高右低.當(dāng)學(xué)生展示這個方案時，立即有學(xué)生給他們鼓掌.

方案三 受到方案二的啟示，利用吸熱和放熱導(dǎo)致氣壓變化.如圖3甲所示，在試管中加入氫氧化鈉，在燒杯中的導(dǎo)管冒出氣泡現(xiàn)象，說明了氫氧化鈉固體溶于水放熱;如圖3乙所示，氫氧化鈉加入水中，氣球鼓起來，說明氫氧化鈉溶于水放熱;如圖3丙所示，燒瓶內(nèi)放硝酸銨，當(dāng)把滴管內(nèi)的水滴入，氣球鼓起來，也說明硝酸銨固體溶于水吸熱.

方案四 細(xì)心的同學(xué)發(fā)現(xiàn)燒杯壁上有水珠，直接觀察.在盛水的燒杯中，分別加入NH4NO3、NaOH固體，用玻璃棒攪拌，然后觀察燒杯的外壁和內(nèi)壁，盛氫氧化鈉的燒杯內(nèi)壁有小水珠，說明氫氧化鈉溶于水放熱，盛硝酸銨的燒杯外壁有小水珠，說明硝酸銨溶于水吸熱.

教師設(shè)問：你認(rèn)為哪種方案最好？學(xué)生認(rèn)為方案二、方案三現(xiàn)象比較明顯，方案一和方案四操作比較簡單，方案四最震撼.追問：結(jié)合以上實驗，你能得出什么結(jié)論？學(xué)生歸納得出，NH4NO3在溶解時，溶液溫度明顯下降;NaOH在溶解時，溶液的溫度明顯升高.

設(shè)計意圖 “聽了，會忘記;看了，能記住;做了，能理解”.引導(dǎo)學(xué)生多角度設(shè)計實驗，學(xué)生的思維多次碰撞，能真正投入學(xué)習(xí)中，課堂充滿活力，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)的真正發(fā)生.

4.3 分析推理，建立宏-微二重表征

設(shè)問 溶液的溫度為什么會發(fā)生這樣的變化？為什么有的溫度升高，有的溫度降低？科學(xué)研究是一個表象到本質(zhì)，從宏觀到微觀的過程，你們能從微觀角度解釋嗎？教師展示物質(zhì)溶解的微觀模型，如圖4所示.學(xué)生一邊發(fā)言，其他同學(xué)及時補充完善.在溶解過程中發(fā)生了兩種變化，一種變化是在水分子的作用下，構(gòu)成物質(zhì)的分子（或離子）被水分子拆開，并向水中擴散;另一種是物質(zhì)的分子（或離子）與水分子相互作用，并結(jié)合成了水合分子.

對于溫度變化，筆者引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系物質(zhì)物態(tài)變化時溫度變化，酒精蒸發(fā)向空氣擴散溫度降低，于是有學(xué)生猜測物質(zhì)溶解擴散過程吸熱，受此啟發(fā)，立即有學(xué)生推測物質(zhì)溶解水合過程放熱，物質(zhì)在溶解的過程中，如果擴散過程所要吸收的熱量小于水合過程所能放出的熱量，最終使得溶液的溫度升高，反之溶液的溫度則降低[2].

設(shè)計意圖 基于初中學(xué)生認(rèn)知，拓展教材內(nèi)容，從“宏觀到微觀”二重表征角度進(jìn)行分析推理，遷移分子擴散猜測微觀本質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生舉一反三，學(xué)習(xí)因此變得更投入.

4.4 拓展視野，學(xué)以致用

教師設(shè)問 如何驗證物質(zhì)溶解的水合過程是放熱呢？教師提示，證明水合是放熱的，就要避免擴散吸熱的干擾，實驗設(shè)計的要點就在于如何讓物質(zhì)與水接觸，但要把擴散過程的影響減小到最小.或者，直接找一個水合的過程，進(jìn)行熱效應(yīng)測定.教師演示：白色無水硫酸銅粉末吸水實驗.使用膠頭滴管加幾滴水到白色的無水硫酸銅粉末中，同時用溫度傳感器測定此過程中的熱效應(yīng).當(dāng)學(xué)生看到白色粉末變成藍(lán)色晶體，溫度明顯上升時，頓時教室發(fā)出歡呼的掌聲，嘴中不斷冒出：“哦，原來如此！”[3]

追問 作為專家組成員，將如何報告湖水溫度變低的真正原因？經(jīng)專家組公示，湖水溫度下降的原因，硝酸銨溶于水，擴散過程所要吸收的熱量大于水合過程所能放出的熱量，最終使得湖水的溫度降低.隨著氣溫的變化，湖水會蒸發(fā)，硝酸銨晶體析出后，湖水的溫度會逐漸恢復(fù)，所以大家不要恐慌，可以放心返回家園.

課外延伸 在課堂實測時，發(fā)現(xiàn)氯化鈉溶于水的過程中，用溫度計測溶液的溫度出現(xiàn)略有下降的現(xiàn)象.但生活中，我們用手感覺溶液的溫度基本不變，為什么呢？

設(shè)計意圖 設(shè)計實驗驗證微觀機理，針對課堂生成開展課外研究，不僅拓展知識應(yīng)用，體現(xiàn)學(xué)習(xí)的價值，還幫助學(xué)生深度理解知識，學(xué)習(xí)因此變得更有意義，也會更投入.

5 教學(xué)反思

故事是實驗教學(xué)“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的載體.化學(xué)實驗對全面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)有著極為重要的作用.在化學(xué)實驗教學(xué)中，在教材實驗的基礎(chǔ)上精心剪輯故事，以生活故事為教學(xué)境脈，可增強實驗的感性認(rèn)識，讓實驗更具有感染力和有趣味性，對吸引學(xué)生注意力和提高學(xué)習(xí)興趣有較大的幫助，學(xué)生從而投入學(xué)習(xí)中，課堂充滿活力.

思維是實驗教學(xué)“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的目標(biāo).勞厄曾說過：“教育所給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后剩下的東西.”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過學(xué)習(xí)而逐步形成的化學(xué)價值觀、必備品格和關(guān)鍵能力.在化學(xué)實驗教學(xué)中，引導(dǎo)學(xué)生先猜測再實驗，多角度設(shè)計實驗，從宏觀到微觀分析推理，再設(shè)計實驗驗證微觀機理，學(xué)生的思維“疼點”經(jīng)歷多次歷練，讓學(xué)生的學(xué)習(xí)更愿投入，課堂更有活力，學(xué)生的核心素養(yǎng)得到落實.

參考文獻(xiàn)：

[1]楊寶權(quán).高原.基于“有意義的學(xué)習(xí)經(jīng)歷”的化學(xué)概念教學(xué)——以純凈物中元素之間的質(zhì)量關(guān)系為例[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（17）：23-26.

[2]楊俊峰. 利用實驗探究法的“物質(zhì)溶解時的吸熱和放熱現(xiàn)象”的教學(xué)設(shè)計[J].化學(xué)教與學(xué)，2012（05）：88-89+34.

[3]張建波.基于DOK分級模式的研究型課堂教學(xué)設(shè)計——物質(zhì)在溶解過程中有能量變化嗎[J].化學(xué)教學(xué)，2018（07）：63-67.

（收稿日期：2020-01-15）