指向深度學(xué)習(xí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)項目式教學(xué)研究

劉佳奇 林繩軒

杭州師范大學(xué)附屬未來科技城學(xué)校(311121)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然學(xué)科,在中學(xué)化學(xué)教育中,實(shí)驗(yàn)是不可或缺的?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)“素養(yǎng)為本”的教學(xué),創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境,開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動,通過實(shí)驗(yàn)探究培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。但實(shí)際教學(xué)中,學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)少,教師演示實(shí)驗(yàn)多,演示實(shí)驗(yàn)對于學(xué)生來說是被動接受,是淺層學(xué)習(xí),在拓展學(xué)生知識和學(xué)科思維方面作用不足。為提高化學(xué)實(shí)驗(yàn)的有效性,本文嘗試以項目式教學(xué)理念開發(fā)實(shí)驗(yàn)教學(xué)并促進(jìn)實(shí)驗(yàn)深度學(xué)習(xí)。

1 深度學(xué)習(xí)

1.1 深度學(xué)習(xí)的內(nèi)涵

深度學(xué)習(xí)是一種基于理解的學(xué)習(xí),是對原有知識進(jìn)行再認(rèn)識、再構(gòu)建,并批判性地吸收新知識、新思想,從而將眾多的思想聯(lián)系、遷移,最終做出正確的決策與解決問題的學(xué)習(xí)[1],是觸及知識內(nèi)核和心靈深處的問題解決式學(xué)習(xí)[2]。深度學(xué)習(xí)有助于學(xué)習(xí)者積極地批判性理解,達(dá)成知識網(wǎng)絡(luò)化,理解知識的現(xiàn)實(shí)意義,實(shí)現(xiàn)有意義學(xué)習(xí)。

1.2 深度學(xué)習(xí)的達(dá)成路徑

胡久華教授認(rèn)為挑戰(zhàn)性主題、學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動、持續(xù)性評價是開展深度學(xué)習(xí)的4個要素,實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)需要讓學(xué)生親歷問題解決過程,充分體驗(yàn)實(shí)踐,充分預(yù)設(shè)和生成,深度互動,教師指導(dǎo)與講解到位[3]。

達(dá)到化學(xué)深度學(xué)習(xí)需要教師關(guān)注學(xué)生原有認(rèn)知結(jié)構(gòu),研讀課程標(biāo)準(zhǔn),精選研究主題,突出實(shí)驗(yàn)探究,進(jìn)行持續(xù)性評價。通過真實(shí)情境激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,借助項目式教學(xué)、問題解決教學(xué)、實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)、議題式教學(xué)等方式來實(shí)現(xiàn)化學(xué)深度學(xué)習(xí)。

2 指向深度學(xué)習(xí)的實(shí)驗(yàn)項目式教學(xué)

項目式教學(xué)是以項目驅(qū)動問題為出發(fā)點(diǎn),在真實(shí)情境中以學(xué)生為探究和執(zhí)行的主體,運(yùn)用各種工具及資源解決實(shí)際問題,產(chǎn)生可以交流的成果或產(chǎn)品。實(shí)驗(yàn)項目式教學(xué)需突出實(shí)驗(yàn)的引領(lǐng)作用,由學(xué)生小組合作進(jìn)行有挑戰(zhàn)性的實(shí)驗(yàn)探究,獲得具有價值的成果或者產(chǎn)品,從而激發(fā)學(xué)生對未知領(lǐng)導(dǎo)的探索欲、落實(shí)學(xué)生核心素養(yǎng)、提升學(xué)生關(guān)鍵能力和必備品格。

3 項目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容要求與教學(xué)流程

3.1 課標(biāo)內(nèi)容要求

“鈉及其化合物”這節(jié)課的知識承載培養(yǎng)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究來研究物質(zhì)性質(zhì)的一般方法,相關(guān)教學(xué)能夠促進(jìn)學(xué)生對物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)的理解,為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)其他元素及其化合物、構(gòu)建物質(zhì)結(jié)構(gòu)和元素周期律等理論知識奠定基礎(chǔ)和提供理論模式。

3.2 項目教學(xué)目標(biāo)

(1) 能夠根據(jù)結(jié)構(gòu)分析預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并會設(shè)計實(shí)驗(yàn)探究,理解鈉的相關(guān)反應(yīng),會書寫相關(guān)化學(xué)方程式。形成宏觀辨識、微觀探析、證據(jù)推理、科學(xué)精神等學(xué)科核心素養(yǎng)。

(2) 通過學(xué)習(xí)鈉的相關(guān)應(yīng)用,感受化學(xué)魅力,發(fā)展社會參與意識。

3.3 教學(xué)流程

本項目以鈉的性質(zhì)為知識背景,選擇“曾青得鈉可否化為銅”這一統(tǒng)領(lǐng)性項目展開探究,將主項目分為6個子項目,環(huán)環(huán)相扣,逐級進(jìn)階。具體流程見表1。

表1 鈉與水反應(yīng)的試驗(yàn)記錄

表1 “曾青得鈉”教學(xué)流程

4 教學(xué)實(shí)錄

4.1 “曾青得鐵”

課堂導(dǎo)入:我國早在距今2000余年前的西漢時期,《淮南萬畢術(shù)》中就有“曾青得鐵則化為銅”的記述,此乃現(xiàn)代濕法冶金術(shù)之先驅(qū)。從現(xiàn)代化學(xué)觀點(diǎn)理解,“曾青”的主要成分是硫酸銅,今天就讓我們繼續(xù)來研究這個反應(yīng),請同學(xué)們將其復(fù)現(xiàn)。

PPT呈現(xiàn)濕法煉銅的圖片。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1:鐵釘與硫酸銅溶液反應(yīng)

教師:請描述實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,思考該反應(yīng)為什么能夠發(fā)生?

教師:請用化學(xué)方程式賦予最恰當(dāng)?shù)慕忉?。該反?yīng)的類型是什么?

學(xué)生:鐵釘表面出現(xiàn)了一層古銅色物質(zhì),活潑金屬可以置換出不活潑的金屬。

教師追問:既然活潑金屬可以置換出不活潑的金屬,“曾青得鈉”可否化為銅?請展開思考并進(jìn)行預(yù)測。

學(xué)生預(yù)測1:①鈉可以置換出曾青溶液中的銅單質(zhì);②鈉不可以置換出曾青溶液中的銅單質(zhì)。

設(shè)計意圖:使用古籍引出主項目,具有真實(shí)性、趣味性、挑戰(zhàn)性,激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣,并引導(dǎo)學(xué)生展開合理預(yù)測,推進(jìn)項目的進(jìn)行。置換反應(yīng)是學(xué)生初中已經(jīng)掌握的,在學(xué)生已有基礎(chǔ)上展開教學(xué),降低入門難度,有助于形成知識結(jié)構(gòu)化。

4.2 觀察鈉

教師:我們對鈉能否置換出曾青溶液中的銅單質(zhì)具有不同的看法。那么我們先來研究鈉,請觀察鈉單質(zhì),歸納其物理性質(zhì)。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2:觀察鈉,切割鈉

學(xué)生:鈉沉在煤油底部,鈉與煤油不反應(yīng),鈉具有金屬光澤,鈉非常柔軟,可以被切割。

設(shè)計意圖:由宏觀視角認(rèn)識鈉的物理性質(zhì),符合認(rèn)識元素的一般思路。

4.3 “氧氣得鈉”

教師:請注意看剛切開的鈉表面的金屬光澤很快消失并變暗。請思考為什么?

學(xué)生:鈉非?；顫?與空氣中氧氣很快發(fā)生了反應(yīng)。

教師:結(jié)合鈉單質(zhì)的結(jié)構(gòu),請解釋。

學(xué)生:鈉的核外電子排布為2、8、1,最外層的那個電子非常想離開,所以鈉具有很強(qiáng)的還原性,非?；顫?可以與氧化劑迅速反應(yīng)。

方程式:4Na+O2= 2Na2O

教師:如果鈉在空氣中燃燒會生成什么?

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3:鈉與氧氣的反應(yīng)

學(xué)生總結(jié)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:鈉受熱后先融化,然后與氧氣劇烈反應(yīng),發(fā)出黃色火焰,最后生成淡黃色固體。

設(shè)計意圖:初步認(rèn)識鈉的化學(xué)性質(zhì),觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,解釋反應(yīng)發(fā)生的本質(zhì)原因,由宏觀到微觀,符合認(rèn)知發(fā)展的順序。

4.4 “曾青得鈉”

教師:觀察完鈉后,我們回到主任務(wù),請同學(xué)們再次預(yù)測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并帶著思考進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)4:鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:鈉在硫酸銅溶液表面迅速反應(yīng),有火星,鈉四處亂竄,最終生成藍(lán)色絮狀沉淀。

教師:鈉不能置換出硫酸銅溶液中的銅,那么藍(lán)色絮狀沉淀是什么呢?

學(xué)生預(yù)測2:藍(lán)色絮狀沉淀可能是氫氧化銅。

教師:氫氧根如何檢驗(yàn),為何產(chǎn)生?

學(xué)生:使用酚酞檢驗(yàn)溶液堿性,可能是鈉與水反應(yīng)產(chǎn)生的。

設(shè)計意圖:在了解鈉非?；顫娺@一事實(shí)性知識后,基于已有認(rèn)知進(jìn)行合理預(yù)測并進(jìn)行實(shí)驗(yàn),發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理和科學(xué)探究等核心素養(yǎng),流暢引出下一子項目。

4.5 “水得鈉”

學(xué)生實(shí)驗(yàn)5:鈉與水反應(yīng)

教師:請歸納實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,完成表1。

教師:請完成鈉與水的化學(xué)方程式。

學(xué)生預(yù)測3:對于氣體產(chǎn)物有疑問,到底是氫氣還是氧氣。

教師:面對產(chǎn)物不全的氧化還原方程式,我們該如何確定產(chǎn)物?

學(xué)生:實(shí)驗(yàn)出真知。

教師:實(shí)驗(yàn)是一個好方法,但是我們也可以根據(jù)得失電子守恒來判斷,如果產(chǎn)物是氧氣,那么參與反應(yīng)的鈉元素化合價升高,水中氧元素化合價升高,不符合氧化還原規(guī)律。掌握基本規(guī)律有助于我們更深刻地認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)。

化學(xué)方程式:2Na+2H2O=2NaOH+H2

教師:思考鈉與水反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

學(xué)生:相當(dāng)于鈉置換出了水中的氫元素。

教師:那么請預(yù)測鈉與稀或者濃鹽酸反應(yīng)是否更劇烈?

學(xué)生預(yù)測4:稀鹽酸和濃鹽酸中有更多的氫離子,應(yīng)該會反應(yīng)更劇烈。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)6:鈉與稀或者濃鹽酸反應(yīng)。

學(xué)生:稀鹽酸與我們的預(yù)測一致,但是鈉與濃鹽酸反應(yīng)平穩(wěn),速率比在水中還要慢。

學(xué)生解釋:由微觀分析,濃鹽酸中電離出的氫離子更少,所以反應(yīng)更慢,反應(yīng)實(shí)質(zhì)為2Na+2H+=2Na++H2。

設(shè)計意圖:充分運(yùn)用POE(預(yù)測—觀察—解釋)教學(xué)策略,發(fā)揮學(xué)生的主體地位,在做中學(xué)。強(qiáng)化宏觀—微觀—符號間的聯(lián)系,突出化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì),促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

4.6 再探“曾青得鈉”

教師:我們通過實(shí)驗(yàn)探究確定鈉不能與硫酸銅溶液反應(yīng)置換出銅單質(zhì),那么有沒有別的途徑由鈉制銅?

學(xué)生:鈉首先和水會反應(yīng),或許我們可以創(chuàng)造無水體系進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

教師實(shí)驗(yàn)7:鈉與熔融硫酸銅反應(yīng)。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論:鈉置換出了黃色物質(zhì),經(jīng)過稀鹽酸浸泡,得到固體,確定是銅單質(zhì)。

學(xué)生:鈉可以置換出熔融狀態(tài)下的不活潑金屬單質(zhì)。

實(shí)際應(yīng)用:金屬鈦被稱之為“21世紀(jì)的金屬”,外觀與鋼相似、質(zhì)量卻比鋼還要輕45%,儲量是銅鎳鉛鋅總量的16倍,號稱“全球最硬的金屬”,可應(yīng)用于軍事、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。但鈦單質(zhì)在高溫狀態(tài)下變得異常活潑,在提煉的過程中會與空氣中的多種物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

教師:請同學(xué)們根據(jù)今天所學(xué),思考如何制備鈦單質(zhì)。

設(shè)計意圖:在學(xué)生進(jìn)行系列化的項目式試驗(yàn)后,確定“曾青得鈉”也可以置換出銅,體會科學(xué)求真的樂趣。了解鈉在金屬冶煉中的應(yīng)用,在項目式實(shí)驗(yàn)中實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)。

5 教學(xué)反思

本課例以“曾青得鈉”為實(shí)驗(yàn)項目展開一系列的探究,由學(xué)生主動將具有挑戰(zhàn)性的總項目分為6個子項目,將鈉與氧氣、水、鹽酸、硫酸銅溶液等一系列實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來,層層遞進(jìn),最終解決實(shí)際問題。在思考與項目化實(shí)驗(yàn)中,達(dá)成實(shí)驗(yàn)的深度學(xué)習(xí),實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心素養(yǎng)落地。關(guān)于達(dá)成深度學(xué)習(xí)的項目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)有如下思考。

5.1 關(guān)注學(xué)情與課標(biāo)

教師需縱向分析學(xué)生的“過去—現(xiàn)在—未來”。關(guān)注過去:了解學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)的知識內(nèi)容和認(rèn)知結(jié)構(gòu),確定課堂深度學(xué)習(xí)的“起點(diǎn)”。掌握現(xiàn)在:在學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)與學(xué)習(xí)內(nèi)容之間搭建橋梁,更好地幫助學(xué)生實(shí)現(xiàn)對知識的理解、分析、應(yīng)用和遷移。把握將來:引導(dǎo)學(xué)生建立“將有”與“已有”知識、經(jīng)驗(yàn)和能力之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)?！皺M向”分析學(xué)習(xí)內(nèi)容的“課標(biāo)要求—教材內(nèi)容—評價目標(biāo)”,教師將學(xué)情與學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行匹配,確保深度學(xué)習(xí)的內(nèi)容契合自己學(xué)生層次,順利開展深度教學(xué)。

5.2 尋找統(tǒng)領(lǐng)性的實(shí)驗(yàn)項目主題

實(shí)驗(yàn)項目主題是展開項目式教學(xué)的核心所在,是驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)的關(guān)鍵。教師需要參考教材和課程標(biāo)準(zhǔn)中的實(shí)驗(yàn)要求,結(jié)合實(shí)際實(shí)驗(yàn)條件開發(fā)具有統(tǒng)領(lǐng)性、趣味性、真實(shí)性、挑戰(zhàn)性、發(fā)散性的系列化項目式實(shí)驗(yàn)。本文以“曾青得鈉”為實(shí)驗(yàn)項目展開一系列的探究,將鈉與氧氣、水等一系列實(shí)驗(yàn)串聯(lián)起來,在項目式主題統(tǒng)領(lǐng)下學(xué)生自然而然地過渡到下一個子實(shí)驗(yàn)。在碳酸氫鈉和碳酸鈉的實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,設(shè)置“超市中的蘇打產(chǎn)品鑒別”這一統(tǒng)領(lǐng)性實(shí)驗(yàn)項目,引導(dǎo)學(xué)生探究它們的鑒別方法,展開系列化的實(shí)驗(yàn)探究。

5.3 注重學(xué)習(xí)進(jìn)階

項目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,項目難度需要有梯度,有進(jìn)階。學(xué)生小組將有挑戰(zhàn)性的總項目進(jìn)行分解得到多個子項目,子項目間需要環(huán)環(huán)相扣,明線包含知識的深入,暗線包含學(xué)科方法、思想的進(jìn)階。教師在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時即進(jìn)行充分預(yù)設(shè),課堂上進(jìn)行一定的引導(dǎo),關(guān)注學(xué)生的課堂表現(xiàn),促進(jìn)學(xué)生知識和思維的進(jìn)階。

5.4 強(qiáng)化POE教學(xué)策略

POE教學(xué)策略包含預(yù)測(Predict)、觀察(Observe)和解釋(Explain),在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)項目式學(xué)習(xí)中,學(xué)生能根據(jù)物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)預(yù)測可能發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計進(jìn)行驗(yàn)證,最后得出自己的解釋。預(yù)測—觀測—解釋三個環(huán)節(jié)順序可以有所變化,在這種教學(xué)模式下,可促進(jìn)學(xué)生的證據(jù)推理、實(shí)驗(yàn)探究和科學(xué)精神等核心素養(yǎng)。