設計系列探究實驗建構學科基本觀念

劉永紅

摘 要：設計系列探究實驗，創(chuàng)設學生主動參與、積極思考的實驗情境和設置驅動性問題，在“分散系及其分類”教學中引導學生自主探究，幫助學生建構學科基本觀念：分類觀、微粒觀、變化觀和化學價值觀，以此培養(yǎng)學生的學科素養(yǎng)。實驗結果表明設計系列探究實驗的教學，使學生學習興趣濃厚、思維活躍，自主探究出宏觀現(xiàn)象中的微觀本質，同時建立了基本觀念，教學效果良好。

關鍵詞：基本觀念;分散系;探究實驗;分類觀;微粒觀;變化觀;化學價值觀

一、問題的提出

化學教學的重要任務是讓學生理解基本的化學概念、原理和化學變化的基本規(guī)律，認識化學現(xiàn)象的本質，形成有關化學科學的基本觀念，培養(yǎng)學生的思維能力和核心素養(yǎng)。教師要充分的領悟科學知識所蘊含的科學方法和基本觀念，引領學生進行有意義的建構，使學生在學習知識的同時領悟知識中隱含的思想、方法和觀念，有助于學生的終生發(fā)展。

本市的高中化學人教版必修第一冊“分散系及其分類”的教學存在兩個問題：一是按教材制備Fe（OH）3膠體卻忽視了實驗現(xiàn)象中本質的挖掘和忽視實驗的功能;二是對本節(jié)內容的作用與地位認識不充分，忽略了其中承載著的基本觀念培養(yǎng)和學科方法的教學功能。為此，本節(jié)課設計了4個探究實驗和富有思維深度的問題，解決了教學中存在的兩個問題，以達學科育人的目的。

二、設計理念

“分散系及其分類”在必修教學中占有重要的地位，使學生通過學習，認識物質的性質不僅與物質的結構有關，還與物質的存在狀態(tài)有關，從而拓寬混合物的分類和研究物質的新視角。從微觀的角度認識分散系的本質，認識膠體在生產、生活和科技中的應用，理解化學的應用價值。

“分散系及其分類”的學習承載著3個重要的教學功能：一是實驗中培養(yǎng)學生量的意識;二是學科觀念的培養(yǎng);三是學科方法的學習。教師講述基本觀念的具體內容，是教授觀念性的知識，學生不能真正形成基本觀念。本節(jié)課改進一個實驗和增設兩個實驗形成系列探究實驗，并設計有思考深度的驅動性問題，從宏觀現(xiàn)象中挖掘微觀本質，在系列探究實驗和驅動性問題中學生感悟出學科的四個基本觀念：分類觀、微粒觀、變化觀和化學價值觀[4]。（見圖1）

（一）改進一個實驗

改進教材中氫氧化鐵膠體的制備實驗，給定儀器、藥品和用品后讓學生制備更多的混合物，故意設置“陷阱”，不強調實驗操作要點，目的是讓學生進行自主探究。實驗結果出來后，有學生沒有制備出氫氧化鐵膠體，教師適時引導學生總結和反思，尋找實驗失敗的原因，在實驗中使學生形成量的意識和嚴格控制反應條件的習慣，同時建立分類觀。

（二）增設兩個實驗

一個實驗是三種分散系之間的轉化實驗，使學生意識到物質是不斷變化的，物質變化隨條件不同而不同，進而形成變化觀。另一個實驗是豆腐的制作，學生從實驗中深切感受到化學知識在生活中的應用，有助于學生形成化學價值觀。

三、解決問題的教學實錄

（一）改進膠體的制備實驗，建立分類觀

相同教學內容采用不同的教學呈現(xiàn)方式，學習效果大不相同。照方抓藥的實驗，沒有引起學生深層次的思考，學生也沒有真正體驗科學探究的過程。因此把“氫氧化鐵膠體制備實驗”改為“探究性實驗”。

環(huán)節(jié)一：三種分散系的制備和性質

實驗1：請您選用以下儀器和藥品制備盡可能多的混合物。制備完畢，請仔細觀察這些混合物，比較它們外觀特征的異同。再用激光筆照射制備出來的混合物，觀察現(xiàn)象。

供選擇的藥品與儀器用品：蒸餾水、沸水、飽和FeCl3溶液、1mol/LNaOH溶液、試管若干支、酒精燈、量筒、膠頭滴管、試管夾、火柴。對實驗結果進行分類。

學生活動：分組實驗并記錄實驗現(xiàn)象。學生小組代表展示實驗成果，其他學生傾聽、提問和評價。完成混合物的分類。

設計意圖：

用飽和FeCl3溶液和沸水制備了Fe（OH）3濁液和膠體，也有用飽和FeCl3溶液與1mol/LNaOH溶液制備Fe（OH）3濁液，這些現(xiàn)象引起了學生的思考，引導學生關注試劑用量的控制、關注實驗條件。為三種分散系的轉化打下伏筆。理解物質性質還與物質的存在狀態(tài)有關。完善混合物的分類，建立分類觀。

學生在實驗中產生新的疑問：飽和FeCl3溶液滴入常溫的蒸餾水和沸水中為什么形成不同的分散系，在九年級學習的Fe（OH）3是懸濁液而現(xiàn)在卻是膠體，有無矛盾，通過丁達爾現(xiàn)象消除學生心中的疑問：氫氧化鐵既可以是濁液又可以是膠體。但同時又產生新的矛盾：兩種不同的分散系有何關系？巧妙地制造了認知沖突的情境，可激發(fā)學生去進一步思考及深層次探究的欲望，開發(fā)了學生的潛能。

（二）設置驅動性問題，建立微粒觀

教學中設計驅動性問題：用實驗方法比較溶液、膠體和懸濁液的分散質大小，引導學生積極探究，將知識的學習和觀念的建構有機地結合在一起，可轉變學生的學習方式，更利于知識向能力和學科素養(yǎng)轉化。

環(huán)節(jié)二：用實驗的方法比較分散系的分散質粒子大小

實驗2：設計實驗比較溶液、膠體和懸濁液的分散質粒子大小，并用數(shù)軸表示三種分散系的分散質粒子大小。

學生活動：學生設計實驗方案并實驗，用數(shù)軸表示實驗結果。

設計意圖：

設計驅動性問題引發(fā)學生深度思考，實驗中學生真正感受微觀粒子的大小，用微粒觀分析宏觀的實驗現(xiàn)象，至此學生悟出宏觀的實驗現(xiàn)象背后分散系的微觀本質，再通過數(shù)形結合進一步深化學生自悟的觀念，使學生深刻地理解了三種分散系的本質區(qū)別，還解決了實驗1中產生的疑問。突顯學科思維方式的形成，有助于學生形成微粒觀、變化觀，培養(yǎng)了學生宏觀辨識和微觀辨析的化學素養(yǎng)。

（三）設計轉化實驗，建立變化觀

實驗3：三種分散系之間的轉化

以Fe（OH）3膠體為例，設計實驗說明三種分散系之間的轉化并用關系圖表示。能發(fā)生反應的用化學方程式表示。

學生活動：分別取少量的氫氧化鐵膠體于兩支試管中，加熱一支試管，在另一支試管中逐滴加入稀鹽酸至過量，觀察現(xiàn)象，并結合實驗1，用關系圖表示氯化鐵溶液、Fe（OH）3膠體和Fe（OH）3濁液的轉化關系。

設計意圖：

創(chuàng)設驅動性問題，引導學生自主探究，使學生自己意識到三種分散系可以轉化。至此學生明白了實驗1中一些同學用相同的方法加熱時間不同，制備了氫氧化鐵濁液的原因。條件改變了，物質結構或性質都會發(fā)生變化，通過圖示深刻理解三種分散系的轉化關系。幫助學生形成變化觀，同時還培養(yǎng)了學生從特殊抽象出一般規(guī)律的能力?；瘜W基本觀念是學生基于自己的認知基礎，對化學科學的深刻理解，是學生深入思考和內心體驗的結果，有利于學生的終身發(fā)展。

（四）增設豆腐的制作，建立化學價值觀

實驗4：自學膠體聚沉的方法，設計實驗，用豆?jié){制豆腐。實驗藥品和用品：豆?jié){、食鹽、石膏，儀器自選。

學生活動：在燒杯中加入適量的豆?jié){膠體，加入少量石膏或食鹽，充分振蕩，觀察現(xiàn)象。

設計意圖：

從生活走進化學，從化學走向生活，豆腐的制成，讓學生非常興奮，大大地激發(fā)了學生的學習興趣，學生充分感受化學與生活的密切聯(lián)系，感受化學對人類生活的重要性。深刻地感受到化學的價值與魅力，建立了價值觀。

四、教學問題解決的成效分析

課后采用問卷調查法，從“系列探究實驗和基本觀念的建構”調查學生對本節(jié)課的反饋與評價。通過紙筆測試評價學生的學習效果，從而獲得定量數(shù)據(jù)。

選取清遠市某普通高中中學113名學生作為被試。調查問卷共10題。采用李克特式5點量表計分，選項包括：非常同意、同意、不確定、不同意和非常不同意，分別記為5、4、3、2、1分，發(fā)放113份問卷，回收問卷113份，回收率100%。

（一）調查結果與分析

（二）三種分散系的制備與膠體性質掌握情況分析

由問卷調查1、2、3題反饋（見表1）可知，這三項得分率均在4.9以上，其中題2題3是問卷調查中得分最高的兩題，說明學生對三種分散系的制備、膠體與溶液的鑒別和混合物的分類有清晰的認識，尤其是通過給定儀器、用品和藥品制備溶液、膠體和懸濁液有深刻的認識，相同的試劑、相同的用量和相同的操作，加熱時間不同制備了不同的分散系，這使學生產生了強烈的認知沖突，并在實驗中初步形成了量的意識。接著用激光筆照射三種分散系，觀察到不同現(xiàn)象，促使學生探求現(xiàn)象背后的本質。這些都是實驗中驅動學生自覺思考，說明了利用設計系列探究實驗和驅動性問題有利于知識的學習、方法和觀念的建構，效果良好。

由問卷調查題4的反饋知，利用設計實驗方案探究三種分散系的本質區(qū)別，并用數(shù)形結合的方法直觀形象地表示三種分散系分散質粒子大小的關系，從宏觀實驗現(xiàn)象到微觀本質再到用宏觀的數(shù)軸表示，自然而然地建立了學科觀念：微粒觀。

（三）學科觀念建立情況分析

由問卷調查3、4、5、6、7題得分率4.7以上，題7得分率達4.961，說明學生喜歡與生活相關的實驗，能使學生深刻認識化學與生活、社會的關系。8、9、10題是關于學科觀念習得的調查，這三題的得分說明通過系列實驗和有思維深度的問題，學生可以自悟出知識背后蘊含的觀念。

結束語

化學觀念需要在不斷地學習、思考和實踐中而逐漸豐富、完善和發(fā)展。教師必須把握學科知識背后的思想、方法和觀念，用心設計真實情境和有意義的驅動性問題，使學生親身體驗化學知識的發(fā)現(xiàn)過程和應用價值，通過對具體事實經過思考概括整理出來的觀念性認識，真正成為學生的觀念，有效地開發(fā)了學生的創(chuàng)新潛能，即在必備知識的學習、關鍵能力的提升過程中，逐步形成科學探究精神和創(chuàng)新意識等學科素養(yǎng)。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]王晶.普通高中教科書化學必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2020：8-9.

[3]何彩霞.在把握化學概念本質中促進學科觀念建構“分散系及其分類”單元教學的思考[J].北京：北京教育學院學報（自然科學版），2009：62-65

[4]畢華林，盧巍.化學基本觀念的內涵及其教學價值[J].中學化學教學參考，2001（6）：3-6

廣東省教育科研“十二五”規(guī)劃2012年度研究項目“化學教學中學生潛能開發(fā)的研究”（課題批準號：2012YQJK257）的研究成果。