學(xué)科觀念視域下“任務(wù)群”驅(qū)動性課堂教學(xué)實踐

蒲金鳳　李志新　萬紅　王壽丁　慕玉梅

［摘 要］在“原電池的工作原理”教學(xué)實踐中，讓學(xué)生在化學(xué)學(xué)科觀念的引領(lǐng)下進行科學(xué)探究，從宏觀、微觀和符號表征上認(rèn)識和理解化學(xué)知識，可幫助學(xué)生系統(tǒng)地構(gòu)建知識體系。而“任務(wù)群”驅(qū)動下的教學(xué)模式能更好地讓學(xué)生思考并解決問題，從關(guān)注具體知識向關(guān)注學(xué)科觀念建構(gòu)轉(zhuǎn)變，使學(xué)生的核心素養(yǎng)得到更好的培養(yǎng)。

［關(guān)鍵詞］學(xué)科觀念；原電池；任務(wù)群

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）08-0057-04

“任務(wù)群”驅(qū)動下的教學(xué)模式將學(xué)生置身于復(fù)雜的真實情境中，讓學(xué)生像科學(xué)家一樣去研究問題，能夠讓知識生成更加流暢自然，課堂更加充滿生機活力。本文以“原電池的工作原理”的教學(xué)為例，探討基于“任務(wù)群”的驅(qū)動性課堂教學(xué)模式，讓學(xué)生在多重任務(wù)的驅(qū)動下深度學(xué)習(xí)，從本質(zhì)上理解原電池工作的基本原理。

一、教學(xué)主題內(nèi)容和學(xué)科觀念

“原電池的工作原理”是“化學(xué)反應(yīng)與電能”主題下的重要內(nèi)容，在學(xué)習(xí)此內(nèi)容之前學(xué)生已經(jīng)掌握了電解質(zhì)的電離、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、化學(xué)反應(yīng)中的能量變化等知識，對變化觀、微粒觀、能量觀有一定的認(rèn)識。本節(jié)課可以充分展示化學(xué)中的實驗觀、能量觀、微粒觀、變化觀等觀念，與這些學(xué)科觀念相關(guān)的具體內(nèi)容見表1。

中學(xué)化學(xué)課程教學(xué)主要是讓學(xué)生通過化學(xué)知識的學(xué)習(xí)，形成從化學(xué)的視角認(rèn)識事物、解決問題的思想、觀點和方法［1］。學(xué)生通過學(xué)習(xí)“原電池的工作原理”，理解原電池的概念、工作原理和重要應(yīng)用，并從實驗觀、能量觀、微粒觀和變化觀等四個不同的角度全面系統(tǒng)地認(rèn)識電化學(xué)反應(yīng)原理和規(guī)律，進而建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的知識體系，實現(xiàn)由知識到能力再到素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變。

二、教學(xué)流程

本次課堂教學(xué)主要包含情境導(dǎo)入、原電池工作原理探究、原電池工作原理的微觀探析、設(shè)計原電池等四項任務(wù)。具體的教學(xué)流程如圖1所示。

“任務(wù)群”驅(qū)動下的教學(xué)可以讓學(xué)生更好地發(fā)揮學(xué)習(xí)主動性，在實驗探究中認(rèn)識原電池反應(yīng)的本質(zhì)，并通過搜集證據(jù)進行推測和論證。同時，在每一項任務(wù)下教師都設(shè)計引導(dǎo)性的問題，促使學(xué)生在問題中探究，從離子反應(yīng)的角度去分析原電池的工作原理，理解電極反應(yīng)的本質(zhì)，探尋“變化”之因。

三、預(yù)期目標(biāo)

化學(xué)觀念是內(nèi)隱于課程教材知識體系當(dāng)中并隨知識層次的推進而發(fā)展深化的，是中學(xué)化學(xué)學(xué)科知識體系的靈魂［2］?！叭蝿?wù)群”能夠調(diào)動學(xué)生的主動性和參與性，促使學(xué)生積極探索，從宏觀、微觀和應(yīng)用的角度去思考問題，促進學(xué)生對知識的理解、轉(zhuǎn)化、遷移和應(yīng)用，從而認(rèn)識化學(xué)的應(yīng)用價值。本次教學(xué)的認(rèn)知角度和行為目標(biāo)如圖2所示。

學(xué)生從宏觀的實驗現(xiàn)象認(rèn)識銅鋅原電池，認(rèn)識化學(xué)變化和能量轉(zhuǎn)化，獲得證據(jù)，形成模型認(rèn)知，進而形成實驗觀和能量觀；從微觀角度對原電池中的宏觀現(xiàn)象及其變化進行闡釋，發(fā)展變化觀和微粒觀；從知識應(yīng)用的角度自主設(shè)計原電池，樹立科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任意識。

四、教學(xué)過程

“原電池的工作原理”教學(xué)中的“任務(wù)群”成為聯(lián)系具體學(xué)科知識和學(xué)科觀念之間的良好紐帶。學(xué)生在問題驅(qū)動下主動探究，既有助于具體學(xué)科知識的習(xí)得，又有利于形成化學(xué)學(xué)科基本觀念。

（一）“趣味實驗”導(dǎo)入主題

通過趣味實驗創(chuàng)設(shè)情境 ，引出學(xué)習(xí)主題：取出一張生日賀卡，旁邊引出兩根導(dǎo)線，導(dǎo)線連接一個用電光紙包裹的小盒子，向小盒子中先倒入一些蒸餾水，觀察并記錄現(xiàn)象，然后再倒入某液體，觀察并思考。

教師：向這個小盒子中加入蒸餾水和某液體后，你看到或聽到了什么？

學(xué)生1：加入蒸餾水時沒有現(xiàn)象，加入某液體后賀卡燈光開始閃爍，并伴隨著歡快的音樂，說明有電流通過賀卡。

教師：第二次向小盒子中加入的是稀硫酸，為什么加入稀硫酸后燈光開始閃爍呢？

學(xué)生2：硫酸是電解質(zhì)，在水溶液中可以電離出H+和SO[2-4]，具備導(dǎo)電的功能，同時在兩個電極和導(dǎo)線的輔助下，整個裝置構(gòu)成了閉合回路，從而形成了原電池，因此賀卡有電流通過，燈光開始閃爍。

教師：此時的能量是如何轉(zhuǎn)化的？

學(xué)生3：由化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。

設(shè)計意圖：真實的情境可使枯燥的知識變得生動。教師引導(dǎo)學(xué)生通過觀察發(fā)現(xiàn)盒子中有兩個金屬片（即鋅片和銅片），并介紹加入的液體是稀硫酸，使學(xué)生很快意識到這是一個電源，從而體會化學(xué)和生活之間的緊密聯(lián)系。

（二）原電池工作原理探究

學(xué)生根據(jù)提供的實驗儀器和藥品，按照要求開展實驗探究，主要活動如下：（1）將鋅片和銅片分別放入稀硫酸中，觀察現(xiàn)象；（2）將鋅片和銅片用導(dǎo)線相連，并接入檢流計，觀察現(xiàn)象；（3）將兩個電極都換為銅片，觀察并記錄實驗現(xiàn)象；（4）將溶液換為蔗糖溶液，觀察并記錄實驗現(xiàn)象；（5）將兩個電極換為銅片和銀片，觀察并記錄實驗現(xiàn)象。

教師：四組實驗的現(xiàn)象是否一樣？為什么會不一樣呢？

學(xué)生4：將鋅片和銅片分別放入稀硫酸中，鋅片表面產(chǎn)生大量氣體，而銅片表面無現(xiàn)象，因為鋅能從酸中置換出H2，而銅不能。

學(xué)生5：用導(dǎo)線相連后，可以看到銅片表面產(chǎn)生大量氣體，檢流計的指針發(fā)生偏轉(zhuǎn)，說明產(chǎn)生了電流。

學(xué)生6：將兩個金屬片都換為銅片，沒有任何現(xiàn)象，檢流計不偏轉(zhuǎn)。

學(xué)生7：溶液如果是蔗糖，檢流計不偏轉(zhuǎn)，因為蔗糖是非電解質(zhì)，溶于水后溶液中并沒有電離出離子。

學(xué)生8：將兩個電極換為銅片和銀片后，沒有任何現(xiàn)象。

教師：這幾組實驗有何不同？你能從中得到哪些啟示？

學(xué)生9：構(gòu)成原電池的條件有：（1）兩個活潑性不同的電極；（2）電解質(zhì)溶液；（3）構(gòu)成閉合回路；（4）可自發(fā)進行氧化還原反應(yīng)。

教師：鋅和銅哪個更容易失去電子？電子的轉(zhuǎn)移方向是怎樣的？你能否結(jié)合學(xué)過的化學(xué)知識找出電池的正負(fù)極和相應(yīng)的反應(yīng)類型？

學(xué)生10：Zn更容易失去電子，電子沿著導(dǎo)線流向Cu，電流方向是從Cu流向Zn，因此Cu電極是電池的正極，Zn電極是電池的負(fù)極。

學(xué)生11：負(fù)極失去電子，發(fā)生氧化反應(yīng)；正極得到電子，發(fā)生還原反應(yīng)。

設(shè)計意圖：讓學(xué)生在問題的引領(lǐng)下進行科學(xué)探究，從不同的角度認(rèn)識化學(xué)電源構(gòu)成的條件和反應(yīng)的本質(zhì)，進而理解原電池的工作原理。問題的設(shè)置層層推進，使學(xué)生在探究中認(rèn)識到化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化，在探究中自我建構(gòu)實驗觀和變化觀。

（三）原電池工作原理的微觀探析

從微觀的角度解釋如下問題：（1）溶液中存在的離子有哪些？（2）根據(jù)電子的流向能否分析這些離子的移動方向是怎樣的？（3）如何正確書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)方程式？

教師：剛才我們通過幾組實驗探究了原電池的構(gòu)成條件和電子的轉(zhuǎn)移情況。那么電解質(zhì)溶液中有哪些離子？這些離子又是如何移動的呢？

學(xué)生12：溶液中的離子有H+和SO[2-4]。

學(xué)生13：負(fù)極失去電子帶正電荷，會吸引溶液中的陰離子，因此陰離子移向電池的負(fù)極；正極得到電子帶負(fù)電荷，會吸引溶液中的陽離子，因此陽離子移向電池的正極。

教師：能否根據(jù)實驗現(xiàn)象和正負(fù)極得失電子的情況書寫電極反應(yīng)式？

學(xué)生14：負(fù)極：Zn - 2e- ＝Zn2+；正極：2H+ + 2e- ＝H2↑；總反應(yīng)：Zn + 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑。

設(shè)計意圖：為了讓學(xué)生進一步認(rèn)識原電池反應(yīng)的本質(zhì)，需要從微觀的角度分析電極表面發(fā)生的反應(yīng)和溶液中離子定向移動的規(guī)律等，以此引導(dǎo)學(xué)生在思考中自主建構(gòu)微粒觀和變化觀，實現(xiàn)宏觀辨識與微觀探析的完美統(tǒng)一。

（四）自主設(shè)計原電池

讓學(xué)生根據(jù)所學(xué)原電池的工作原理和原電池的宏觀模型，自主設(shè)計原電池裝置。

實驗用品：鋅片、銅片、鐵片、石墨棒、電流表、導(dǎo)線若干、金屬夾、燒杯若干；橘子若干、CuSO4溶液、FeCl3溶液。

教師：能否根據(jù)提供的實驗用品設(shè)計原電池呢？

學(xué)生動手操作，組裝原電池，裝置如圖3所示。

一些學(xué)生受課本的啟發(fā)，拿橘子做電池，如圖4所示，其中圖4b是學(xué)生用濕巾蘸取NaCl溶液后將兩瓣橘子連在一起。

教師：為什么用濕巾也能有電流產(chǎn)生？

學(xué)生15：濕巾上的NaCl溶液可使電路閉合，從而形成電流。

設(shè)計意圖：學(xué)生在理解了原電池的基本工作原理后，自然會產(chǎn)生自主設(shè)計原電池的意愿。因此，課堂上讓學(xué)生通過小組活動進行原電池的設(shè)計，不僅可以鍛煉學(xué)生的實驗探究能力，而且可以更好地將“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”貫穿于化學(xué)教學(xué)中。

學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變是課程改革的顯著特征，改變原有單一、被動的學(xué)習(xí)方式，促進學(xué)生在教師的指導(dǎo)下主動學(xué)習(xí)，是教學(xué)改革的核心任務(wù)［3］。通過“任務(wù)群”中的驅(qū)動性問題，讓學(xué)生在真實情境中探究，并通過實驗觀察、模型認(rèn)知、科學(xué)探究等形式，透過現(xiàn)象認(rèn)識本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)所要求的必備品格和關(guān)鍵能力。

五、教學(xué)反思

（一）“任務(wù)群”驅(qū)動，保證學(xué)習(xí)效果

本課教學(xué)以真實的情境為依托，讓學(xué)生通過自主實驗探究，形成系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方法，練就基本技能，發(fā)展學(xué)習(xí)能力［4］。教學(xué)中的“創(chuàng)設(shè)情境—任務(wù)驅(qū)動—設(shè)計實驗—科學(xué)探究—分析討論—成果展示”等環(huán)節(jié)，保證學(xué)生有充足的學(xué)習(xí)時間和空間深入研究問題，并進行探究和交流，從而將學(xué)生、教師和知識這三個課堂要素很好地結(jié)合了起來。

（二）巧設(shè)問題情境，提升教學(xué)效果

將問題貫穿在教學(xué)活動的始終，讓學(xué)生在情境問題的引導(dǎo)下探究、理解和分析，實現(xiàn)更多的自主性和參與性。例如，在對原電池工作原理進行微觀探析時，通過分析離子種類、電子流向、兩個電極得失電子情況、離子定向移動規(guī)律等問題，學(xué)生從微觀上理解了原電池的工作原理。巧設(shè)問題情境，不僅可以降低知識學(xué)習(xí)的難度，還能幫助學(xué)生全面深入地認(rèn)識知識的本質(zhì)，為學(xué)生掌握學(xué)習(xí)重點和突破學(xué)習(xí)難點提供可靠保障。

（三）架構(gòu)起知識和素養(yǎng)的橋梁

化學(xué)學(xué)習(xí)要以知識為依托，素養(yǎng)為目標(biāo)，通過活動提升學(xué)生的理解力、分析力、設(shè)計力、應(yīng)用力，使知識在多樣情境中不斷遷移，從而達成建構(gòu)化學(xué)觀念的目的。在教學(xué)中還要兼顧不同學(xué)生的不同優(yōu)勢以及個體水平的差異，通過搭建學(xué)習(xí)小組，及時讓學(xué)生共享學(xué)習(xí)成果，彌補自身學(xué)習(xí)中的不足。

化學(xué)學(xué)習(xí)讓學(xué)生終身受益的不是具體的專業(yè)知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的化學(xué)思想觀念［5］。“任務(wù)群”驅(qū)動下的化學(xué)教學(xué)著眼于發(fā)展學(xué)生的元認(rèn)知能力，激發(fā)學(xué)生像科學(xué)家一樣進行自主探索，找尋科學(xué)世界的規(guī)律，在獲取科學(xué)知識的過程中發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)，從而使化學(xué)課堂不斷散發(fā)出“科學(xué)味”。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 畢華林，萬延嵐.化學(xué)基本觀念：內(nèi)涵分析與教學(xué)建構(gòu)［J］.課程·教材·教法，2014（4）：76-83.

［2］? 盧巍.對化學(xué)基本觀念及“觀念建構(gòu)”教學(xué)的認(rèn)識［J］.當(dāng)代教育科學(xué)，2010（18）：62-64.

［3］? 李小靜.轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式：學(xué)科教室的應(yīng)然追求［J］.化學(xué)教學(xué)，2018（7）：27-31.

［4］托爾普，賽奇.基于問題的學(xué)習(xí)：讓學(xué)習(xí)變得輕松而有趣［M］.劉孝群，李小平，譯.北京：中國輕工業(yè)出版社，2004.

［5］? 宋心琦，胡美玲.對中學(xué)化學(xué)的主要任務(wù)專論和教材改革的看法［J］.化學(xué)教育，2001（9）：9-13.

（責(zé)任編輯 羅 艷）