杜培樂

(東?？h山左口中學(xué)，江蘇 連云港 222300)

引言

STEM教育是融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)為一體的現(xiàn)代教育理念[1]。它以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，解決具體情境中的學(xué)習(xí)問題；以激發(fā)學(xué)生好奇心為出發(fā)點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2]；運(yùn)用情景式教學(xué)方法，采取探究式教學(xué)模式，發(fā)展學(xué)生的思維能力?；赟TEM教育視野的化學(xué)課堂教學(xué)中，學(xué)生不僅能學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí)，而且能充分理解科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)之間的關(guān)系，為學(xué)生提高學(xué)科核心素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

一、課題背景

1.源于現(xiàn)實(shí)生活

VC泡騰片是一種含有大量維生素C的片狀物品，可增強(qiáng)機(jī)體抵抗力，用于預(yù)防和治療各種急、慢性傳染性疾病、壞血病或其他疾病，用于病后恢復(fù)期、創(chuàng)傷愈合期及過(guò)敏性疾病的輔助治療。VC泡騰片放入水中，會(huì)產(chǎn)生大量氣泡，可以激發(fā)學(xué)生的探究熱情。

2.基于化學(xué)課標(biāo)

初中化學(xué)新課標(biāo)重視化學(xué)和社會(huì)的聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生從生活走向化學(xué)。生活是最好的素材，把生活經(jīng)驗(yàn)用于教學(xué)，引領(lǐng)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)入手，科學(xué)分析生活問題，探究生活問題，得到經(jīng)驗(yàn)，獲得真知，再將真知運(yùn)用到生活中，真正體會(huì)“生活處處有化學(xué)”。

3.立足于STEM理念

基于STEM教育理念的課程設(shè)計(jì)模式是將知識(shí)與技能進(jìn)行整合，將各學(xué)科或領(lǐng)域進(jìn)行交叉，這也是STEM教育的精髓。在探究VC泡騰片的過(guò)程中，合理猜想的假設(shè)加強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)的操作加強(qiáng)了學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)，實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)加強(qiáng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)，碳酸氫銨含量的計(jì)算加強(qiáng)了學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng)，因此探究VC泡騰片符合STEM教育對(duì)學(xué)生素養(yǎng)培養(yǎng)的要求[3]。

二、教學(xué)目標(biāo)分析

初三學(xué)生已經(jīng)掌握了制取氣體的化學(xué)反應(yīng)原理、發(fā)生裝置和收集裝置的相關(guān)知識(shí)，初步掌握了實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路，但還是缺乏實(shí)驗(yàn)探究的經(jīng)驗(yàn)。基于此，本課題的教學(xué)目標(biāo)是：引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究氣體的成分，鞏固實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路和方法。學(xué)生通過(guò)小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究，得到科學(xué)的結(jié)論，感受成功的喜悅，以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、工程思維、計(jì)算思維、動(dòng)手思維等。從STEM四個(gè)維度出發(fā)制定教學(xué)目標(biāo)(見表1)。

表1 從STEM維度出發(fā)的教學(xué)目標(biāo)

續(xù)表

三、教學(xué)策略

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要手段[4]，對(duì)學(xué)生科學(xué)思想的形成具有不可替代的作用。此外，它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和提高課堂教學(xué)質(zhì)量也有著極其重要的作用。基于初中學(xué)生好奇心強(qiáng)，喜歡動(dòng)手的特點(diǎn)，同時(shí)為了改變課堂教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式，提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)與解決問題的能力，本課題組開展了一系列的主題化實(shí)驗(yàn)探究，主要采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法和實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法，通過(guò)學(xué)生自主活動(dòng)合作探究的學(xué)習(xí)方法開展教學(xué)。

四、教學(xué)過(guò)程

1.創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

[教師活動(dòng)]一瓶普通的純凈水、一粒神奇的藥片，它們之間會(huì)發(fā)生什么樣的變化呢？讓我們一起來(lái)見證奇跡。演示實(shí)驗(yàn)：VC泡騰片放入水中實(shí)驗(yàn)[5]。

[學(xué)生]思考、觀察。

[教師活動(dòng)]本節(jié)課，你想探究有關(guān)VC泡騰片的哪些問題？

[學(xué)生活動(dòng)]VC泡騰片溶解時(shí)產(chǎn)生的氣體是什么？VC泡騰片水溶液口感酸甜，溶液是否顯酸性？為什么VC泡騰片遇水會(huì)產(chǎn)生氣體？

設(shè)計(jì)意圖：從學(xué)生熟悉的事物引入課題，為探究氣體的成分及溶液的性質(zhì)創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的問題情境，使新知識(shí)的學(xué)習(xí)建立在學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)上，既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，又能引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與社會(huì)生活的關(guān)系，不僅體現(xiàn)了STEM的情境性，而且培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

2.探究氣體的成分

[教師活動(dòng)]VC泡騰片溶解時(shí)[6]，產(chǎn)生的氣體是什么？你猜想的依據(jù)是什么？

[信息提示](見圖1)

補(bǔ)充：枸櫞酸是常見的二元有機(jī)酸，其化學(xué)式為C6H8O7

[學(xué)生活動(dòng)]猜想產(chǎn)生的氣體可能是CO2。根據(jù)信息提示，推斷是VC泡騰片中的碳酸氫鈉與枸櫞酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)補(bǔ)充信息培養(yǎng)學(xué)生的閱讀和信息分析能力，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中的化學(xué)問題進(jìn)行深層思考，從而科學(xué)地提出假設(shè)，為探究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

[教師活動(dòng)]如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證你的猜想？

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論，利用教師提供的藥品和儀器，設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)。

[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論，歸納總結(jié)，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論(見表2)。

表2 探究氣體的成分

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生強(qiáng)化氣體的檢驗(yàn)方法，訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作技能，鞏固實(shí)驗(yàn)裝置的連接，培養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng)，同時(shí)體驗(yàn)了學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣。以問題為主線培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，讓學(xué)生提出問題、猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。

3.探究VC泡騰片溶液的酸堿性

[教師活動(dòng)]VC泡騰片溶于水后的液體像橙汁，品嘗時(shí)為什么會(huì)感覺到酸味？

[學(xué)生活動(dòng)]VC泡騰片的水溶液顯酸性。

[教師活動(dòng)]為學(xué)生提供藥品和儀器，并提出了要求，鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)方案。

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案，根據(jù)酸的化學(xué)性質(zhì)，設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)方案(見表3)。

表3 探究VC泡騰片溶液酸堿性的實(shí)驗(yàn)方案

[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

[學(xué)生活動(dòng)]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，將觀察到的現(xiàn)象及對(duì)應(yīng)結(jié)論記錄在表格中，匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論(見表4)。

表4 探究VC泡騰片溶液酸堿性

續(xù)表

設(shè)計(jì)意圖：一方面鞏固酸的化學(xué)性質(zhì)概念，另一方面增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生通過(guò)親身實(shí)踐，對(duì)所學(xué)的內(nèi)容有了更直觀的認(rèn)識(shí)和更真切的感受，順利歸納出了本節(jié)課所運(yùn)用到的相關(guān)化學(xué)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)探究精神，提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。

4.VC泡騰片水溶液的初步凈化

[教師活動(dòng)]實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了大量淡黃色的VC泡騰片水溶液，直接傾倒會(huì)造成環(huán)境污染，假如你是一名環(huán)境工程師，該如何處理廢水呢？

[教師活動(dòng)]展示實(shí)驗(yàn)藥品和儀器：活性炭、VC泡騰片、燒杯、漏斗、玻璃棒、帶鐵圈的鐵架臺(tái)、濾紙。

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案。向燒杯中加入適量活性炭，再加入100毫升VC泡騰片水溶液，充分?jǐn)嚢韬筮^(guò)濾。

[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

[學(xué)生活動(dòng)]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：溶液由淡黃色變成無(wú)色。實(shí)驗(yàn)結(jié)論：活性炭可以除去溶液顏色。

[教師講解]原理分析：利用活性炭的吸附性除去顏色。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)以致用，通過(guò)這些問題的設(shè)計(jì)鼓勵(lì)學(xué)生走進(jìn)生活，快樂學(xué)化學(xué)，不僅增強(qiáng)了學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識(shí)，而且培養(yǎng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)。

5.泡騰片中碳酸氫鈉的定量探究

[教師過(guò)渡]VC泡騰片溶解時(shí)產(chǎn)生CO2，那么一片VC泡騰片能產(chǎn)生多少二氧化碳？

[教師提問]如何計(jì)算VC泡騰片中小蘇打的含量[7]？如何確定二氧化碳的質(zhì)量？

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案(見表5)。

表5 碳酸氫鈉的定量探究實(shí)驗(yàn)方案

[教師活動(dòng)]評(píng)價(jià)每個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并最終確定選用實(shí)驗(yàn)方案1，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)方案1 操作簡(jiǎn)便，計(jì)算簡(jiǎn)單。

[教師活動(dòng)]展示實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，如何確定實(shí)驗(yàn)步驟？

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論，根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)步驟：將盛有適量水的錐形瓶和一片VC泡騰片一起放在托盤天平上稱量，記錄所稱的質(zhì)量m1；將這片VC泡騰片放入盛有適量水的錐形瓶，輕輕振蕩，觀察現(xiàn)象，待反應(yīng)一段時(shí)間后沒有氣泡產(chǎn)生時(shí)，再放在托盤天平上稱量，記錄所稱的質(zhì)量m2；比較反應(yīng)前后的質(zhì)量。

[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。

[學(xué)生活動(dòng)]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。計(jì)算VC泡騰片中小蘇打的質(zhì)量，以及小蘇打在VC泡騰片中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

[教師活動(dòng)]哪些原因?qū)е聰?shù)據(jù)偏?。?/p>

[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào)，偏小原因： 部分二氧化碳溶解在水中； VC泡騰片沒有密封保存已經(jīng)受潮； 反應(yīng)時(shí)間過(guò)短，碳酸氫鈉還有剩余。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生用定量的科學(xué)方法探究物質(zhì)的組成。將問題與現(xiàn)象用數(shù)量來(lái)表示進(jìn)而去分析和實(shí)驗(yàn)。利用質(zhì)量守恒定律，引導(dǎo)學(xué)生從“質(zhì)”和“量”兩方面理解化學(xué)反應(yīng)，培養(yǎng)工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng)，同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識(shí)”的核心素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

結(jié)束語(yǔ)

基于STEM教育理念，以探究VC泡騰片為主題，將科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)設(shè)計(jì)、工程技術(shù)和數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行有機(jī)結(jié)合融入真實(shí)情境中，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。將科學(xué)探究貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)之中，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力，強(qiáng)調(diào)多學(xué)科融合學(xué)習(xí)，從而提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)?；赟TEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展教學(xué)活動(dòng)，創(chuàng)設(shè)STEM情境，從社會(huì)生活的真實(shí)情境引入新課，既有利于學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)化學(xué)，又有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲，并從化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)和解決問題。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中，不僅對(duì)酸的化學(xué)性質(zhì)有了深度的理解，還體驗(yàn)了氣體檢驗(yàn)的過(guò)程?？傊麄€(gè)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)有效地發(fā)展了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、解決實(shí)際問題的能力，提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。