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关键词 苏教版;高中化学;交流与讨论
苏教版高中化学必修1创造性地在化学实验探究栏目之后设置了“交流与讨论”栏目,使学生拥有自己动手做化学实验和发现实验原理的渠道,更拥有了与老师和同学交流讨论自己想法的渠道。这一创新不仅有利于培养学生的实验技能,而且对培养学生观察、分析、提出和解决实际问题的能力有深刻意义,能够更好地揭示知识的整体框架和内在联系,使学生将所学掌握得更加系统、深化。通过活动探究和交流讨论,真正实现科学规律让学生自主发现、实验方法让学生自主寻找、解题思路让学生自主探究、疑难问题让学生自主解决。
一、“交流与讨论”栏目的特色展示
苏教版高中化学必修1中设置了四大专题,12个“活动与探究”栏目。以第一个专题为例,共有6个“交流与讨论”栏目。交流与讨论主要考察学生用简要的文字回答问题、方案设计、分类、对比、补充概念和举例子的化学能力;实验目标要求涉及到对学生诸如类比的化学思维、变量控制的实验方法、规范的实验操作等内容的训练和考察。
二、“交流与讨论”对教学的新挑战
1.新载体,新模型
苏教版高中化学必修1作为一种新的教学载体,对于学生的求知欲有很大的促进作用。它创新地提供了一种区别于传统的老师“填鸭式”教授知识的授课模型,这种模型不是将化学实验探究的结果直接和完全得呈现在教师和学生这两类读者面前。而是留有一定的发展和补充的空间,这体现了科学的开放性。因此,为了培养学生自主探究的能力,教师需要把握“交流与讨论”栏目这一新模型的产生的意义,重新进行启发性课堂教学设计,为同样面对新教材、新挑战的学生搭起既定的书本知识和无限的科学原理之间的良好桥梁。
“交流与讨论”栏目中一般涉及到一些与之前实验探究中不确定方面和待发展方面的表格、问答,让学生列举出更多的实际例子、比较给出的已有的相似的科学例子,还有充满挑战的方案设计问题,这些情境下教师可以让学生在课堂外培养查资料和探索生活实例的习惯,在课堂内产生与老师和同学积极交流的兴趣,拓展了学生的视野和表达能力,实际意义是十分深远的。
2.新目标,新要求
反思可知,“交流与讨论”栏目对教师提出了明确的新要求:第一,更新传统观念,即在使用教材的过程中,需要改变以前的教学中以讲授定理和演示实验方式为主的教学方式;第二,尽可能地创设趣味盎然的情景,让学生积极主动参与、亲身体验、独立思考、最后合作交流,把交流与讨论的主动权交给学生;第三,通过以上过程,培养学生获取和筛选信息的能力、在庞杂的信息中发现问题主动质疑的能力、在实践活动中掌握新知识的能力、与他人合作实验的能力、交流讨论不同想法的能力、归纳总结及反思学习的能力,这样就实现了把传统的教师单纯传授知识变成教师只是引导、学生自己通过“交流与讨论”充实和丰富加深对科学原理的理解。
三、实际教学实践中的案例分析
实际教学的矛盾主要体现在完成“交流与讨论”项目的教学时间与效率的矛盾。鉴于班级学生整体对知识的掌握层次和自主学习水平略有差异,相当一部分同学的基本实验技能和化学实验素养还有待提高。下面列举一些教材中的例子和其对应的实践。
交流与讨论案例1:
以第一个专题《化学家眼中的物质世界》中第一单元《丰富多彩的化学物质》为例,问题如下(表格略):
在初中化学阶段,我们已经学习了一些物质转化的知识。请举例说明表1-1中所列物质的转化反应,并将你知道的其他转化类型补充到表中。
显然这个问题可以说是苏教版高中化学1整个化学习的第一道“交流与讨论”题目。在教学实践中,首先,教师可以用PPT展示一些蕴含生活中的物质转化现象的图片,比如溶洞景观,氢气球升空,工厂生产中的机械设备等等;然后,提问学生:“溶洞的形态为什么如此多样,大自然是怎样创造这样神奇秀丽的景观的呢?”“气球中如果装的是其他气体,还可以飞得那么高吗?”“工厂炼铁的过程中发生了哪些物质变化?”经过初中的化学学习积累,学生们不难得到答案,讨论过后,告诉他们这些问题的准确答案;最后进行填表和补充,交流与讨论这一问题的解决就是不那么空洞无物了。这样的教学过程,不仅可以激起同学们接下来学习更高程度化学内容的兴趣,还可以让学生巩固单质、化合物、酸、碱、盐的知识进行全局性地回顾。可以说为学生承上启下,拓展和启蒙了更有深度的化学思维。
必要的基础练习训练,仍然是提高成绩和提高应试能力的有效渠道。在学习基础知识的同时,在分阶段进行知识整合的同时,要不断地进行涉及相关内容习题的训练,并不断地进行典型试题的;总和典型解题思路方法的总结。做会做熟教材上的练习,看懂教材及本资料上面的例题,完成本资料中的相关练习。一定要在老师的指导下,加强训练,提高训练效率。一方面没有一定量的习题训练量,就不会对概念或理论有深刻地理解,肯定做不到学以致用;另一方面,由于题型题目重复,会造成低效学习。
交流与讨论案例2:
在第二个专题《从海水中获得的化学物质》的《离子反应》一节中,“交流与讨论”在电解质溶液的导电性实验之后,问题如下:
酸、碱、盐等电解质在水溶液中能电离出自由移动的离子,它们在水溶液中的反应是否有离子参加呢?例如,碳酸钠溶液与澄清石灰水反应,有白色的碳酸钙沉淀生成,碳酸钠溶液与氯化钙溶液反应也有白色的碳酸钙沉淀生成,这两种反应的实质是否相同?
显然这个问题安排在课堂知识的学习之中,起到对学生掌握的知识既承上又启下的作用,因为学生已经掌握了电解质的电离过程和电离方程式的书写,根据强弱电解质的不同电离过程,写出方程式即可得到答案。
因此教师可以让学生先不要看书上的解答,提示同学们:“大家还记得碳酸钠与氯化钙属于哪种电解质吗?澄清石灰水中的物质又是怎样在水中发生电离的?大家自己写写电离过程,然后再分析答案。”
让学生结合自己列的电离方程式,得到“两种反应的实质都是电离出的离子在发生反应”,进一步掌握离子方程式的意义和书写。这样的方式不仅给了学生自主探究学习的机会,还培养了他们透过现象看本质的分析法,这些都是新课改要求学生掌握的能力。教师在实际教学中,还可以让学生以小组讨论的方式,提出不同的见解。让学生回顾自己所学知识,谈谈自己对现象和本质之间关系的体会。教师可以提示“不同的物质发生反应,在溶液中却生成了相同的沉淀,这说明了什么?对你们以后的学习有什么借鉴意义呢?”有的同学举手说到:“我认为溶液中的反应就是离子之间的碰撞与结合,无关离子是不参与这一过程的。可以由此写出反应的方程式。”有的学生提出,“以后分析问题时,我要增加逐层思考的分析法。因为老师先提示我们想想溶液里的现象,然后让我们不断回忆其中电离的原理。这样才可以全面地思考科学。”
最后教师要鼓励学生大胆地有根据地猜想,“还有哪些溶液发生反应会生成同样的白色沉淀?列举出五组并考虑,它们的方程式是唯一的吗?”最后让学生们肯定,离子方程式可以表示一类离子之间的化学反应。
物质分类的依据不同,其分类结果不同。对物质的分类有多种方法,如(1)依据物质在通常状态下的聚集状态进行分类,(2)依据物质的性质进行分类,(3)依据物质的应用进行分类等。本题中,第(1)组物质可根据物质在通常状态下的聚集状态分类,第(2))组物质可根据物质的性质分成金属和非金属两种类型,第(3)组物质可根据氧化物的组成分成金属氧化物和非金属氧化物。
交流与讨论案例3:
这一个例子在第二个专题《从海水中获得的化学物质》的《氯气的生产原理》一节,在学生进行了电解饱和食盐水制备氯气的实验之后提出,有两小问:
图2-3所示的氯气制备装置可分为几个部分?各部分所起的作用分别是什么?
显然这一问题来自于课堂内容实验之后的《化学史话》中的知识。第一个问题的提出目的是让同学们仔细地观测用浓盐酸和二氧化锰制氯气的装置的特点,然后思考各部分在氯气制备中的重要角色。教师要让学生通过对比认识到自己的预测是否与实验事实相符合。这是对学生在学习中及时反思的一种很好的提示。在教学中,教师可以让同学们举手示意,教师可以启发学生:“愿意的同学给我们谈谈自己的假设,其他同学来判断他的分类是不是能够与事实相契合吧。”这样也可以让假设与结果不符合的同学借鉴其方案。
第二问是关于装置和实验之间联系的问题。不仅要求学生分析还要总结自己的分类。教学中可以先举几个例子帮助学生从反应物、生成物、容器等各个方面思考装置中的组分:“大家首先回答老师,这个装置与刚才的电解装置有哪些不同?思考一下,再分别研究其作用。”最后给大家布置课后作业“搜索一下氯气的其他制法,总结其装置特点,最好画出装置图,将你掌握的进行比较。”留给学生拓展知识的空间,下节课之前可以安排五分钟进行展示讨论。
以上三个例子,都是以“交流与讨论”栏目在课本中不同的分布位置列举的。其中的实践只是个人的一点实际教学后的思考,还有许多需要改进和反复优化的地方。
四、“交流与讨论”实例的反思
1.如何才能将课堂“交流与讨论”控制在教学目标要求之内?
这个问题是“交流与讨论”栏目实践中的一个最大最现实的问题。也许教师的确让学生参与到了课堂之中,加入了对探究问题的讨论,学生都积极地甚至激烈地开始了讨论,课堂时间也随之流逝,有些问题已经超出要研究的范围,比如《物质的分散系》一节,学生提出“影响胶体净水能力的因素有哪些?只是离子浓度吗?”“除去杂质的溶液怎么能保证是完全的纯净呢,书上不是说难溶并非完全不溶吗?”“最小的物质被发现以后,会完全颠覆影响我们已有的化学知识和人类的世界观吗?新的科学原理是怎样的描述形式?”这些问题都是学生在不断的反思和讨论中产生的,学生提得都很好,教师应该思考如何回答才能不打击学生主动交流想法的积极性,又控制好教学内容。还应该及时地指导学生进行交流与讨论,有偏差时马上纠正和引领。
2.如何才能使学生真正不惧怕并爱上“交流与讨论”栏目?
大多数学生还是喜欢思考和善于提问的,但是可能由于“交流与讨论”栏目设置的问题并不是自己擅长或者感兴趣的方面,而栏目本身提问的固定性也对学生的思考质疑有一定的限制,比如《物质的分离和提纯》中的“交流与讨论”,需要学生设计自己除杂方案,教师要提示学生除杂中“不可增加新杂质”的原则,
这样对问题做了一定的有助于培养学生探究能力的补充。学生才可以发散思维,畅所欲言,有原则的“异想天开”,真正爱上“交流与讨论”栏目。
3.如何通过“交流与讨论”栏目提高学生探究学习的能力?
面对实施“交流与讨论”栏目的诸多困难和矛盾的问题,教师应该把困难作为今后努力的方向,把值得探讨的问题作为自我提升的契机。面对新课程对学生学习能力提出的更高要求,教师应该大力开展学生的实践活动,不仅让学生“在做中学,在学中做”,在体验中增长知识、培养能力。还要让学生在交流与讨论中学和做,才能提高学生探究学习的能力,适应未来发展的需要。
教师应该用实际教学方式的改变来反对“填鸭式教学”,做到:明确目的,合理选择,大胆取舍。为了落实新课程“利用教材教,而不是单纯教教材”的实施理念,教师要舍得花时间花心思去改进教学内容设计,对于交流与讨论”栏目中一些与课本和习题重复的实验内容提问,应该进行自己正确的判断和适当的删减,对一些安全条件允许的“交流与讨论”方案设计问题也可以改为教师引领下的探究实验,让学生自己动手实验后有亲身体会和发现,便于交流。最后,在进行教学时教师应该结合自己对教材和知识的理解,并根据学生学习时的具体困惑,经常地做一些深刻的反思,不断改进自己的教学方案,将“交流与讨论”栏目作为一扇窗,打开自己的教学之道。
化学教学过程中学生的探究学习能力不是一蹴而就的,教师应该帮助学生在学习中成长,逐层深入,不断提高。“交流与讨论”栏目的设置也是符合这一教学的科学规律的。同时,教师应该不断实践和反思,依具体情况设计教学内容和形式,让学生在交流讨论中体会到化学之魅力,科学探究之美。
参考文献:
关键词:元素化合物;教学;研究
中图分类号:G633.8 文献标识码:A 文章编号:1992-7711(2014)05-0156
一、引言
元素化合物是中学化学的重要组成部分。现行高中化学教材《全日制普通高级中学教科书(必修加选修)・化学》第一册(必修)和第二册(必修)共十五章,无机化学内容共占十一章,其中元素化合物占六章,占了近五分之三。元素化合物知识属于化学事实性知识,是中学化学知识构成的基础,是认识化学物质、解决化学问题的必备知识。这部分知识内容与化学基本概念、基础理论都有着密切联系。没有丰富具体的元素化合物知识,化学基本概念和原理就会变得空洞、抽象而难以理解,化学用语、化学技能的学习就会变得枯燥乏味。事实性知识被人们称为“真正意义上的化学”。中学化学知识的构成包括六大部分,除有机化学外,它们的关系如图1所示:
由此可见,元素化合物知识在中学化学知识体系中处于核心地位。元素化合物知识的学习状况直接影响到学生对整个中学化学知识的学习。
二、元素化合物的教学现状
本文中所谈的元素化合物知识包括无机物化学中元素及其化合物的性质、存在、制法和用途等多方面内容。具体是指《全日制普通高级中学教科书(必修)》化学第一册和第二册中包含的碱金属、卤素、氧族元素、碳族元素、氮族元素、氢和几种重要的金属。学生普遍感到元素化合物知识“繁、乱、杂、难”,不易记住,即使当时努力记住了,不久又会忘掉,而且学的内容多了很容易混淆,反应条件张冠李戴。笔者通过问卷调查以及和学生谈话,了解到高中化学是学生普遍认为较头疼的一门课,主要原因就是要记的内容太多记不住,有些记住了也不会用。学生学习元素化合物方法单一,没有掌握一定的规律,在调查中学生希望教师帮助他们归纳知识网络,在脑中构建清晰的知识框架,总结知识的规律性,在教学中渗透学法的指导,采取适当措施帮助他们记忆。学生学习元素化合物知识时和其他知识联系较少,孤立地学习,有些学生说学习元素化合物知识太压抑,体验不到任何乐趣,容易产生厌学情绪。当学生这样感受时,他们就会选择逃避,长此以往,有些学生连最基本的物质的化学式都不会写,更别提对物质性质的掌握,以及由元素化合物的学习迁移到其他知识的学习了。元素化合物知识是学生形成各种技能以及发展智力的前提和条件。它也是与现代人们生活和社会发展联系最紧密的知识,如人类生存不可或缺的空气、水及相关的溶液、酸碱盐的知识,与食品、健康、环境、材料、能源等密切相联的有关化学物质的性质、制备等知识。
从听课来看,教师对元素化合物的教学存在误区,认为内容简单、好理解,上课多数教师只是罗列出物质结构、性质、用途。教师教学方法单一,较少关注学生对知识的建构,课堂教学形式单一,以讲为主,较少关注学生的主动参与和探究知识的过程。在教学中不重视学法指导和学生能力的培养。
三、提高元素化合物教学效率的针对性策略
1. 引导学生自我建立学习元素化合物的针对性策略
有序思维是指思考和解决化学问题时遵循一定的顺序、按照特定的线索和步骤去探索的一种思维方式。根据元索化合物知识内在的规律和有序性,引导学生构建学习元素化合物知识的有序思维,有助于学生从宏观上整体把握住知识内容和结构。
元素化合物主要是研究元素及其化合物的结构、性质、用途、制法、保存、存在、鉴别等。引导学生建立学习物理性质按色――态――味――溶解性――密度――其他(如毒性、挥发、液化)的顺序学习;学习化学性质按物质与单质(金属单质和非金属单质)、氧化物(非金属氧化物和金属氧化物)、酸(含氧酸、无氧酸)、碱、盐等顺序来考虑反应,或按物质的氧化性、还原性、稳定性等顺序来学习;金属元素及其化合物按:单质――氧化物――氢氧化物――盐的顺序学习;非金属元素及其化合物按:单――氢化物――氢化物对应的盐――氧化物――酸――盐的顺序学习,如Na2SH2SSSO2SO3H2SO4Na2SO4。元素周期律之前的碱金属、卤族的学习,按代表物的性质――重要化合物的性质――整族元素的性质学习;对于元素周期律之后的氧族、碳族、氮族的学习,则采用学习整族的通性――代表物的性质――重要化合物的性质。元素在单质及其化合物中所呈现的化合价也有一定的顺序:负化合价――零价――正化合价,由低到高的顺序。如按Cl元素在物质中的化合价由-l价到+7价的顺序:HClCl2HClONaClOKClO3CL2O7HClO4;气体的制备按反应原料――反应原理――发生装置――除杂装置――收集装置――尾气吸收装置的顺序学习。
2. 教师科学建立以学生为主体的课堂教学策略
本次课程改革的重点之一是如何促进学生学习方式的变革。而学习方式的转变意味着个人与世界关系的转变,意味着存在方式的转变。在新的课程理念下,我们倡导的学习方式是自主学习、合作学习、探究学习。就是要打破学生原有的被动接受知识的模式,使学生积极主动地参与学习,促进学生的发展。在教学过程中,教师积极转变教学观念,使学生收获的不仅包括认知方面的,而且还应使学生的学习策略不断完善,学习能力不断提高,情感不断丰富,态度、价值观不断改变与完善。
在课堂教学中,根据学生的特点,设计多种活动,改变教师与学生的单向交往,使教师的教学和学生的学习融合互动,形成教师与小组、学生个体与个体、个体与群体、群体与个体的多向立体交往。在元素化合物的教学中,以合作学习为主要形式,构建出多元互动的课堂教模式。合作学习是以小组为单位,通过学生或学生群体间的合作互动来促进学习,达到整体学习成绩最佳的学习组织形式。
基本程序:小组合作学习的基本程序见图2。
以实验为主线,通过趣味实验、将验证性实验变为探究性实验等方法,激发了学生的学习兴趣;通过实验设计,使学生体验到科学探究的乐趣;通过学生亲自上讲台做实验,调动了学生主动参与的意识,从而达到师生互动、学生自觉参与学习的目的。
通过实验、阅读教材、对比、讨论析疑、释疑等手段,引导学生自觉参与对知识的归纳与总结,通过思维活动把从实验中得到的感性认识上升为理性认识,培养了学生的观察能力、分析和解决问题的能力。
四、结束语
学生通过建立化学学科思想,初步具备了学习元素化合物的策略,解决问题的能力有了大幅度的提高。在课堂学习中,积极参与学习活动;在讨论中,主动和教师交流看法,在消除了心理障碍的同时也喜欢上了化学。
参考文献:
[1] 刘知新.化学教学论(第三版)[M].北京:高等教育出版社,2004.
[2] 王希华.现代学习理论评析[M].北京:开明出版社,2003.
关键词:元素化合物;学习积极性;元素观;科学探究的基本方法
文章编号:1008-0546(2014)02-0031-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2014.02.011
传统的元素化合物教学,主要是以教师为活动中心,采用“教师讲授—学生接受”的教学模式,以“结构-性质-制备-用途”为主线对单质及其化合物进行学习。在这种教学模式下,学生始终处于被动学习,对元素化合物知识的接受效率较低、应用能力较弱。在新课程背景下,作为中学化学教师,如何在新课程理念的指导下,充分发挥学生的主观能动性,激发学生学习的积极性,用科学的方法论去指导教学过程,让学生在轻松的氛围中达成教学的三维目标,是我们一直要不断探索的课题。本文通过“碳的多样性”一节的教学实例和大家一同探讨元素化合物的教学。
一、教材分析和教学要求
碳及其化合物广泛存在于自然界中,普遍应用于我们的生产、生活实际,自然界和生活中很多现象都与其性质息息相关。碳及其部分化合物的性质在初中化学已经有所涉及,本节教材在初中化学知识的基础上,进一步探讨碳及其化合物的多样性。通过介绍碳的三种同素异形体金刚石、石墨、C60的物理性质和微观结构,体现碳单质的多样性;通过介绍种类繁多的含碳化合物,重点探究碳酸钠、碳酸氢钠的性质,认识碳酸盐与碳酸氢盐性质的异同点,体现碳的化合物的多样性。福建省普通高中新课程教学要求·化学[1]提出本课题的教学目标是:了解同素异形体的概念,知道碳有三种同素异形体;了解碳酸钠、碳酸氢钠的物理性质和用途,能够对碳酸钠、碳酸氢钠的化学性质比较(与酸反应、热稳定性)。
二、教学环节及评析
本节课的教学设计试图基于新课程理念的指导,以学生为主体,充分发挥教师在教学过程中的主导地位,采用多种教学策略,激发学生学习的积极性,引导学生运用元素观和科学探究的基本方法对碳及其化合物展开知识构建,期间采用自主阅读、小组讨论、实验探究等多种方式展开教与学的活动,最终达成教学的三维目标。
1. 情景引入——从“美”字说起
教学设计思路:
【幻灯片】展示一组美丽的图片:美丽的珊瑚,精美的钻石,秀美的溶洞奇观,妍婉秀美的传世名帖《兰亭序》
【设置问题】上述展示的物质中都含有同一元素,该元素是?
评析:著名教育学家苏霍姆林斯基说:“如果教师不想办法使学生产生情绪高昂和智力振奋的内心状态,就急于传授知识,那么这种知识只能使人产生冷漠的态度,给不动感情的脑力劳动带来疲劳。”中国也有一句俗话:“好的开始是成功的一半”,有效的课堂导入能在某种程度上决定整堂课是否能顺利进行。一节优秀的课例在刚开始就应该能够起到画龙点睛的作用,指明本节课的主题,迅速调动起学生学习的积极性,并且能够很自然过渡到教学的主体内容上去。课堂导入的方法有很多,例如:故事、新闻背景,视频、图片引入,复习回顾,开门见山等多种方式。本节课采用图片引入式,通过一组精美的图片,让学生享受视角的盛宴,激发学生学习的积极性;随后,设置的问题把学生引向本节课的学习主题,同时也激发了学生进一步学习的欲望,进而自然过渡到本节课的主题教学。
2. “碳元素的存在形式”教学——走进生活
教学设计思路:
【小组合作活动】主题:走进生活
请同学们以2人小组为单位,试着写出生活中常见的或自己熟悉的一些含碳物质。
【师生互动】各小组汇报合作成果,教师带领学生对相关物质从物质组成的角度进行归类、总结(按单质、氧化物、酸、盐、有机物等归类)。
评析:化学来源于生活,生活中处处有化学。高中化学新课程标准[2]在课程的基本理念中也提到“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发,帮助学生认识化学与人类生活的密切关系,关注人类面临的与化学相关的社会问题,培养学生的社会责任感、参与意识和决策能力”。在本节教学中,教师采用让学生从生活中去寻找含碳的相关物质,在此过程中让学生去体验碳及其化合物的多样性以及身边处处都是化学物质,从而意识到学好化学的重要性。具体的实施方法采用的是小组合作的方式。小组合作学习是新课程理念中所倡导的重要学习方式。在小组合作学习中,能够充分突出学生的主体地位,培养学生主动参与的意识,提高了学生的自学能力、合作能力、语言表达能力和竞争能力等,并且可以使学生在学习中体会成功的喜悦,增强学生的自信心。最后在教师的引导下,师生完成对生活中含碳物质的分类,按着“单质—氧化物——酸——盐”和“无机物——有机物”的思路进行归类,充分体现了化学教学中的元素观。通过元素观的渗透,让学生体会:物质是由元素组成的,一种元素可以组成多类物质,体现元素组成物质的多样性和统一性。让学生学会:研究一种元素时,可以从它的单质再到氧化物、酸、碱、盐这条主线开展下去,进而研究相应物质的物理和化学性质,再到它们之间的转化关系,促进学生对元素化合物知识的自主建构。
3. “碳酸钠和碳酸氢钠性质”教学——走进探究式实验
教学设计思路:
【知识回顾】研究物质性质的基本方法和基本程序。
【探究活动的开展】1.观察Na2CO3和NaHCO3的外观,学习碳酸钠和碳酸氢钠的物理性质。
2.预测Na2CO3和NaHCO3的化学性质。引导学生从物质组成的角度把两种物质归类,通过盐类的通性以及碳酸钙的性质去预测二者所具有的性质。
3.在教师指导下,制定探究实验方案(二者与盐酸、澄清石灰水、NaOH溶液、BaCl2溶液反应以及热稳定性),分小组开展实验探究。
4.在实验的基础上进行总结,分小组汇报实验成果,在教师的引导下,学生归纳总结Na2CO3和NaHCO3的化学性质。
【探究插曲】部分学生发现在NaHCO3溶液中加入BaCl2溶液也可以产生白色浑浊,和学生已有的认知产生冲突,教师首先对学生观察到的现象给予肯定,由于其原因的解释涉及到较多的反应原理知识,暂时还无法直接给予详细的解答。教师首先引导学生尊重实验事实,感兴趣的同学课后通过查阅书籍或网络先做简单的了解。
评析:法国著名生理学家贝尔纳曾深有体会地说:“良好的方法能使我们更好地发挥天赋的才能,而拙劣的方法则可能阻碍才能的发挥。”高中化学新课程标准在课程的内容标准中提到“初步掌握化学实验基本技能,体验和了解化学科学研究的一般过程和方法,认识实验在化学学习和研究中的重要作用。”传统的元素化合物知识教学仅能使学生短暂的获取相关知识,而不能激发学生学习的积极性。新课程中倡导学生利用科学的探究程序和方法去研究相关物质的性质,不仅学到了知识,也体验了科学探究的一般过程,更加激发了学生学习的积极性。本块内容首先在教师引导下通过学生回顾研究物质性质的基本程序和方法,进而在科学方法论的指导下展开对碳酸钠和碳酸氢钠性质的探究,采用实验、观察、分类、比较、小组合作等多种方法于一体,最后在教师引导下,各小组协作完成对碳酸钠和碳酸氢钠性质的归纳。在探究过程中,出现了和预测结果所不一样的实验现象,教师及时肯定学生的实验现象,培养学生尊重实验事实的科学态度,引导学生去自主探究、自主解决问题,让学生对科学探究的过程有了更为深刻的了解。
4. “多种多样的碳单质”教学——小组课外合作活动
教学设计思路:
【活动内容】同学们利用课下时间阅读课本相关内容,以4人小组为单位解决下列问题,下节课分小组进行汇报。
(1)碳的各种单质的物理性质?(2)碳的各种单质物理性质差异的原因?(3)碳的各种单质化学性质是否相同?(4)什么是同素异形体?
评析:小组课外合作活动是课堂教学的延伸和扩展。作为一种学习方式,和课内学习相比,它不受课堂时间和空间的限制,学生有更多的自主性和选择性。它是激发学生学科兴趣、提高学习积极性、培养学生自主学习能力和合作探究能力的一条重要途径。化学小组课外合作活动的形式可以采用课外阅读、化学制作(模型、标本等)、化学实验活动等。在这节课的教学中,由于碳单质的内容初中已经有所涉及且难度相对较小,在课堂教学时间相对紧张的情况下,笔者采取小组课外合作活动的形式让学生先自主合作学习,利用下节课时间以小组汇报的形式完成本块教学。这样的安排,既解决了本节课教学时间较为紧张,难以把全部知识当堂完成的问题,又充分锻炼了学生自学、合作、解决问题的能力。
三、教学总结
本节课的教学,笔者首先通过精美图片去创设问题情境引入本节课的主题同时激发学生继续学习的兴趣,再通过设置学生小组合作活动走进生活中去寻找含碳物质,让学生自主建构碳的元素线。由于本节课的重点是碳酸钠和碳酸氢钠的性质,故笔者在教学时对教材内容体系进行了适当的调整,把课堂的主体时间用来探究二者的性质。在碳酸钠和碳酸氢钠性质的学习上,笔者引导学生充分利用方法线,以研究物质性质的基本程序为线索,以分组探究实验为载体,采用多种科学研究方法于一体,对两种物质进行共性和特性的学习。对于碳单质的学习,灵活采用了小组课外合作活动的学习形式,作为课堂教学的有效补充。作为一节市级公开课,通过实际的教学效果来看,在整节课中学生有较高的学习积极性,整个教学过程能够充分体现“以学生为主体,教师为主导”的新课程理念,渗透学习元素化合物知识的科学学习方法,实现三维教学目标。结合本节课的教学以及对元素化合物教学的课堂实践,笔者在此谈三个方面的内容。
1. 学生学习积极性的激发
伟大的科学家爱因斯坦说过:“兴趣是最好的老师。”如果一个人对某事物有了强烈的兴趣,他就会积极主动的去关注、去认识、去研究,并在这个过程中产生愉快的情绪和体验,从而更好地去掌握相关知识。作为化学教师,我们要采用各种方法去激发学生对化学学科的热爱,提高他们学习化学的兴趣。例如:良好师生关系的建立,引人入胜的课堂教学(如:精彩的课堂引入,丰富多样小组活动和探究实验的开展,对学生适时的鼓励性评价等),形式多样的课外活动的开展等。总之,学习兴趣,它是主动学习的前提,参与探究活动的动力,也是培养学生创新精神的源泉,我们必须重视对学生兴趣的培养和科学引导。
2. 学生元素观的建立
正是因为人类对化学元素的认识,才使人类对物质世界形成了条理有序的认识。作为学生,如果没有建立起元素观,那么他对物质世界的认识则是零零散散和混乱无序的。当他接触到众多的单质、化合物时,他将力不从心、无所适从。新课程标准中提到让学生形成有关化学科学的基本观念。在教学中,教师要引导学生建立元素观:物质是由元素组成的,有限的元素组成了成千上万的化学物质,物质可以按照元素组成进行分类,每一类物质具有它们的通性,物质间的转化本质是元素原子间的重新组合。学生通过元素观的建立,能用元素的观点认识物质,建立起相应的元素家族,例如:金属元素—相应单质—氧化物—碱—盐;非金属元素—相应单质—氧化物—氢化物—含氧酸—盐。结合科学研究的基本方法对典型物质性质进行学习,就会很容易建立起家族内各类物质之间的转化关系,从而达到元素化合物知识由点到线再到面的系统建构。
3. 让学生掌握科学探究的基本方法
通过元素观的建立,学生理清了元素与物质之间的关系,学会了建立相应的元素家族。那么如何去研究物质的具体性质呢?这就需要方法论的指导。通过对研究物质性质的基本程序的学习,可以让学生掌握科学探究的一般顺序,指导学生该如何去做。分类的方法和价态的规律可以指导学生如何对物质的性质进行预测。运用分类的方法,分门别类地对物质及其变化进行研究,可以总结出各类物质的一般性质和特性。运用价态的规律我们可以预测物质可能具有的氧化和还原性,更好地认识同种元素不同价态物质之间的转化以及如何转化。通过实验和观察的方法,我们可以去验证我们的预测结果,探索物质未知的性质,进而得到物质所具有的物质通性、氧化还原性质和特性。通过比较的方法,认识物质性质之间的异同,有利于更好的对物质性质的理解。
学生一旦树立了元素观,掌握了科学探究的基本方法,对学生来讲,元素化合物知识的学习将是在教师的引导下,充分发挥自身的主观能动性,采用科学的探究方法,从被动学习变为主动学习,对元素化合物知识的一个自主建构过程,进而达成教学的三维目标。以上是本人对元素化合物教学的一些初浅认识,如何更好地落实元素化合物教学中的三维目标,还有待于老师们的不断探索和总结。
参考文献
关键词:高中化学;选课走班;分层-分类;高三二轮复习
文章编号:1005C6629(2015)9C0015C04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
《基础教育课程改革纲要(试行)》提出,课程改革要“改变课程管理过于集中的状况,实行国家、地方、学校三级课程管理,增强课程对地方、学校及学生的适应性”;《国家中长期教育改革和发展规划纲要(2010-2020年)》也明确指出“要深入推进课程改革,为学生提供更多选择,促进学生全面而有个性的发展”。为此,学校必须构建富有时代精神、体现多元开放、凸显办学特色以及多层次、可选择的校本课程体系,建立与之相匹配的课程模块和课程群,并充分发挥学生学习的主体性,给他们更多的课程选择权,让每个学生都拥有个性化的课程修习规划,为实现其“全面且有个性的发展”提供保障[1]。
2012年6月,浙江省教育厅颁布了《浙江省深化普通高中课程改革方案》,全面启动了体现多样化、选择性、个性化为特色的新一轮深化普通高中课程改革,并将选修课程所占的学分比例提高至总学分的三分之一作为其核心,鼓励学生在校内选课走班[2]。在此背景下,“选课制”、“学分制”、“走班制”逐渐步入高中教学一线,不少学校开始了选课走班教学模式的初期尝试。我校作为课程改革的样本学校,在2012年也加入了必修课程“选课走班”的探索行列,通过对国家必修课程、校本选修课程及大学先修课程等多元课程的整合,创建了“模块化、多样化、层次化、弹性化”的选修课程体系,不仅在平时的新课教学中实施走班选课,还将其作为一种新型的复习策略,用于高考化学的总复习,满足学生不同学习能力、性格秉赋、兴趣爱好以及未来发展方向的需求。
高中化学新课程强调学生的主体性,在保证基础的前提下为学生提供多样的、可供选择的课程模块,为学生未来的发展打下良好的基础[3]。本研究在权衡分层走班、模块走班、复合走班等多种走班方式利弊的基础上,结合本校学生的实际情况和浙江省高中化学课改的实际,在2015届高三化学二轮复习中,采用“分层-分类”的选课走班教学形式,探索提高三二轮复习的针对性和有效性。
1 “分层-分类”选课走班二轮复习简介
一轮复习完成了对高中化学课程内容的全面梳理及整合,学生已初步形成了中学化学知识体系,但掌握的知识还较为零散,缺乏思维的敏锐性和综合性[4],无法灵活调用知识储备,快速高效地解决化学问题。常规的二轮复习中,教师一般会结合学生的实际情况和高考考试说明的要求,分析统计历年的理科综合考试化学部分试题,设置复习专题,进行巩固和强化,但却在很大程度上忽略了学生的个体差异――不同学习水平的学生知识需求差异不同,相同水平层次的学生化学薄弱点也不尽一致。
“分层-分类”选课走班复习改变传统二轮复习中“统一固定”的教学模式,根据学生的不同化学学习水平和同一水平学生的不同学习内容需求,分层分类,设计相应的高考化学复习课程群,并让他们以“选课走班”的形式“流动”到上课的班级,各取所需,按需学习,真正实现个性化学习。
“分层-分类”选课走班二轮复习是针对一轮复习后学生暴露出的化学薄弱环节进行的针对性“弥补”教学,基本包含前期诊断、专题设计、选课走班、总结评价等几个环节,具体流程如图1所示。
2 “分层-分类”二轮复习的需求分析
摸清学生的起点与需求是“分层-分类”的基础,有助于准确把握学生的“最近发展区”。本研究在高三第一学期末(2015年2月),结合普通高中化学课程标准、浙江省高考理综考试说明及历年试题分析,设计了《高三化学二轮选课走班学生意愿调查》,以选择题的形式,对我校高三7个理科平行班展开调查,让学生自我评价解决不同化学知识板块试题的能力及二轮化学复习的知识需求。调查共发放问卷273份,回收258份,回收率为94.51%;在收回的问卷中,除少量学生忘记填写个别选项外,其余学生都对所有的项目进行了回答,具体结果见表1、表2。
表1显示,学生在解决不同的化学试题时,其解决问题的能力有很大差异,对化学与STS、实验基础、元素周期律、有机化学等知识把握较大,而对电化学综合、化学反应原理、离子检验综合题、元素化合物综合题及综合实验题等内容没有把握。可见,从知识类型看,学生对化学与生活、元素化合物、有机化学等基础内容掌握较好,而对电化学、化学反应原理等原理性知识把握不大。从知识的复杂性看,同类知识中,学生解决基础型试题比综合型试题的把握要小,与常规的化学教学实际相符合。
表2是对“二轮复习最希望补强的化学知识模块”这一问题的回答情况统计,学生最想补充的模块是有机化学和元素化合物综合的知识,分别占了60.47%和55.04%,然后是化学反应原理部分,占37.60%;对于选择题,大多数学生可能认为难度不大,因此,选择的比例不高,只有27.52%;而对于综合实验,学校在4月上旬会统一安排二轮复习,因此,学生没有选择。
(注:学生选修意向为不定项选择,表中括号外的数字是选择人数,括号内为人数百分比。)
为进一步探查不同学习水平学生的复习需求,根据前几次高考模拟考试的情况,将化学平均成绩低于50分(理综考试中化学部分满分为100分)的学生作为学困生,处于50~80分的为中等生,高于80分的为学优生,结果发现,学困生最想补充的是有机化学、选择题及元素化合物综合等较为基础的知识,中等生希望学习的是有机化学和元素化合物的内容,而学优生则更倾向于补充化学反应原理的专题,体现了不同的学习需求,也为“分层-分类”选课专题的确定提供了依据。
3 “分层-分类”二轮复习选修模块设计
高中化学课程应考虑到学生个性发展的多样化需要,更好地实现课程的选择性,设置具有不同特点的选修课程模块。经过学生意向调查,结合高中化学课程标准和2015年浙江省化学高考的考试说明,本研究初步确定了“化学基础提升”、“元素化合物拓展”、“反应原理集粹”、“综合实验演练”4个专题,作为高三化学二轮复习“分层-分类”选课走班的模块,供学生自主选择。4个模块涉及的化学学科知识点类型各不相同,针对的水平层次也各有差异,具体分布如图2。
“化学基础提升”模块以学生“分层”思想为指导,注重基础,兼顾学生志趣和潜能的差异和发展的需要。本模块旨在认识常见的化学物质,学习重要的化学概念,学习化学用语的使用,形成基本的化学观念和科学探究能力。学习内容包括元素化合物、有机化学基础、化学用语和电化学基础应用。这一模块是针对化学基础相对薄弱的学生开设的。
“元素化合物拓展”模块探讨元素化合物的组成、结构、性质及应用,学习元素化学研究的基本方法,了解新物质、新材料化学对现代社会发展和科技进步的贡献。元素化合物是构成物质世界的基石,是化学学科微粒观、元素观的主要载体。元素化合物的综合题是近几年浙江理综试题化学部分的亮点和创新,也是元素化合物综合能力考查的大题。模块内容包括元素推断综合专题、元素化合物创新试题研究、定量分析元素化合物专题和元素综合题拓展,适合大部分有一定化学基础的学习者。
“反应原理集粹”模块主要依据“分层”基础上“分类”的指导思想。学习化学反应的基本原理,了解化学反应原理在生产、生活和科学研究中的应用。从化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡以及溶液中的离子平衡等方面,探索化学反应的规律及其应用。本模块的主要内容包括电化学、化学反应与能量、化学反应速率、化学平衡、溶液中的离子反应等,建议化学学习优秀的学生选择。
“综合实验演练”模块主要以“分层”基础上的“分类”为指导思想。化学是一门以实验为基础的学科,化学的知识和规律是对科学实验的归纳和整理。本模块以综合实验为基础,介绍基本实验和基本操作、制备实验、定量实验及创新实验等相关内容,旨在通过实验探究活动,让学生掌握基本的化学实验技能和方法,进一步体验实验探究的基本过程。建议化学学习优秀者选择。
4 “分层-分类”选课走班的实施
在前期复习需求分析和专题设计的基础上,本研究在2015年3月初安排了高三学生的模拟选课,并结合其化学学习现状和学生发展潜力,辅助任课教师和班主任的诊断,对个人选课情况进行了微调,在尊重学生选择的基础上,最终开设了“化学基础提升”、“元素化合物拓展”、“反应原理集粹”、“综合实验演练”等4个模块15个选修教学班。
选课走班教学在3月到4月间正式进行,共4周,每个专题模块均分为4个学程,每周完成1个学程,具体见表3。4周时间里,周一、周二、周四、周五4个下午安排学生选课走班,每次2课时(40min/课时)。
“分层-分类”教学班的学生来自各个行政班,具有流动性、短期性和松散性等特征,因此,在课堂管理上需要不同的观念和方式,由开课教师、行政班班主任、年级中心(教学管理部门)、教学班班长和小组长共同参与,保证复习选修的正常进行。走班教学班的开课教师是第一责任人,肩负教学和管理的双重任务。同时,和行政班类似,各教学班可以根据需要,设定班长和小组长若干名,协助开展班级管理。学生走班选修课上座位固定,配发考勤校园卡,并由年级中心(教学管理部门)负责巡查和考勤、学生异常情况登记反馈等整体管理工作。
5 “分层-分类”选课走班复习的反思
“分层-分类”选课走班复习遵循综合性、选择性、多样性的原则,依据不同层次、不同类别学生的不同需求,开设“与之对应”的复习专题,让学生选课走班,按需“求”教,既有面向全体的“合”的环节,又有照顾群体因材施教的“分”的做法[5]。
二轮复习是学生成绩飞跃或分化的关键期,是学生心理上和行动上对知识和能力的渴求、对提升自我综合素养和学习成绩的敏感期。“分层-分类”选课走班将层次相同、需求相近的学生集中在同一课堂,有助于激发学生的化学学习兴趣,维护其学习自信心,使学习目的更明确,学习节奏更协调,师生互动、生生互动更和谐,对学生的健康发展和稳定进步有着极为重要的作用。
选课走班带来了教学组织形式的变化,也对教研组提出了新的挑战[6]。“分层-分类”选课走班有利于助推教师个体专业发展,有利于提升教师专业智慧,有利于凝华学科教研组团队力量。在精研课标、精选素材、精编学程资料等创作过程中,每位教师能结合自身的专长,从单一的课程实施者变成课程的设计者、开发者和实施者,提高了课程设计和开发能力。在复习内容选择上,力求反映学科发展趋势和最新高考研究信息,积极关注与化学相关的热点问题,帮助学生形成可持续发展的观念,同时强化教师自身终身学习的意识,更好地体现了化学课程的时代特色。“分层-分类”选课走班教学也加强了化学教研组内各教师之间的团结合作,增进了化学教师和行政班班主任、其他学科教师之间的交流协作,促进了教师的专业发展和团队建设,有效实现了优质教育资源的共享。
“分层-分类”二轮复习选课走班是我们基于本校学生的一轮复习现状、优化高三化学二轮复习而提出的有效的行动研究,是对传统高考复习改革的一个短期尝试。尽管当前“走班教学”、“分层教学”、“差异教学”逐渐盛行于我国很多中小学[7],但将选课走班作为一种新型的复习策略,尚处于摸索阶段,还存在许多有待完善的地方。诸如,如何开展有效的教学组织管理,如何构建科学的走班理论框架,如何设计合理的效果评价体系等,都需要广大教育工作者不断探寻和努力。
参考文献:
[1]何通海.“选课走班”:最大可能地适合学生成长[N].中国教育报,2014,5(6):1~2.
[2]黄晓,李春密,黄端文.浙江省普通高中选修课程开发与实施的成绩、问题与建议[J].教师教育研究,2015,27(2):60~66,98.
[3]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准(实验)[S].北京:人民教育出版社,2003.
[4]芦岳锋,魏巍.高三化学第二轮复习的习题选编原则[J].化学教学,2012,(1):66~68.
[5]陈华忠.分层分类教学:为学生提供不同的“支架”[J].内蒙古教育・综合版,2013,(3):39~41.
关键词 化学观念建构 能量观 初中化学教科书 科学探究
1 能量观的内涵
促进观念建构的教学有利于促进学生对知识的深层次地理解,更有利于学生未来的发展。《义务教育化学课程标准(2011年版)》明确了形成化学基本观念在化学教育中的重要意义,化学能量观作为重要的化学学科观念,在九年级学生初学化学期间就开始逐步建构,是认识物质世界、理解科学的关键观念,有利于学生了解从能量的角度研究物质及其转化的思维方法。《义务教育化学课程标准(2011年版)》明确指出“义务教育阶段的化学教育,要激发学生学习化学的好奇心,引导学生认识物质世界的变化规律,形成化学的基本观念……”山东师范大学毕华林教授认为:化学基本观念,是指学生通过化学学习,在深入理解化学学科特征的基础上所获得的对化学总观性的认识。化学基本观念不是具体的化学知识,也不是化学知识的简单积累,而是学生通过对所学知识的深刻理解,在化学知识基础上概括提炼出来的。当学生在多年以后逐渐地将所学的学科知识遗忘,教育所给予人们的无非是当一切学习过的东西都忘记后所剩下来的东西。那这些剩下来的东西是什么?这个时候观念建构就显得尤为重要。
能量变化是化学反应的基本特征之一,而且能量观是化学学科的核心观念,是化学学科研究要考虑的重要问题,是研究物质的理科课程的共通问题;然而现在对中学化学的教学研究中,多数偏向于微粒观、元素观、变化观等,缺乏对能量观的研究;有的研究将能量观点纳入变化观之中分析。梁永平教授对中学化学能量观提炼出以下要点:(1)物质的分子或原子具有内能;(2)核外电子按照能量高低分层运动;(3)原子之间的强烈作用使原子处于能量较低的稳定状态;(4)物质转化过程伴随有能量转化;(5)物质分子发生有效碰撞是物质转化的必要条件;(6)物质转化过程中能量是守恒的;(7)原子核内贮存有巨大的能量。梁永平教授认为能量观的建构有利于学生形成核外电子运动的能量思维方式,了解从能量的角度研究物质及其转化的思维方法等。此外梁永平教授还探讨了能量观建构的基本策略。该阐述虽然详尽,但由于能量观基于物理学习,又与微观世界联系,抽象程度比较高,所以多在高中阶段关注,初中阶段则鲜有研究和实践。
学生在九年级初次接触化学,启蒙阶段其实是建构化学基本观念的重要时期。我们在对2011年版义务教育化学课程标准、2012年修订的人教版九年级化学教科书进行文本分析、联系的基础上将与能量有关的化学学习内容进行分析、归纳,得出能量观的重要性,有利于丰富、完善初中化学教学的内容。
2 课标与教材中能量观点分模块例析
我们按照九年级化学的“科学探究”、“身边的化学物质”、“物质构成的奥秘”、“物质的化学变化”和“化学与社会发展”5个模块,分别举例对能量观进行阐述。
2.1物质的化学变化
正如上文提及,能量观往往作为变化观的一部分,能量变化是化学变化的重要特征,所以该模块是最直接体现能量观的部分,在课程标准“化学变化的基本特征”二级主题中,明确指出“知道物质发生化学变化时伴随着能量变化,认识通过化学反应实现能量转化的重要性”。人教版修订教材在第一单元课题1阐述化学变化的基本特征时,明确指出“化学变化不但生成其他物质,而且还伴随着能量的变化,这种能量变化常表现为吸热、放热、发光等”,点明了这种能量变化可以作为判断化学变化的重要特征,并且化学反应中能量变化存在多样性。
课程标准在本模块里提供了3则与能量相关的学习情境素材。
[例1]生石灰和水反应放出的热量能煮熟鸡蛋
该素材在人教版修订教材中,被安排在第七单元课题2“燃料的合理利用与开发”,作为学生认识“化学反应中的能量变化”的导人实验,学生通过实验的体验有利于消除迷思概念:只有通过燃烧才能获得能量吗。该课题借此明确点明物质变化过程中伴随的能量变化是化学的重要研究对象,体现利用化学反应释放能量的燃料对于人类社会的重要意义。
人教版原教材曾经应用镁条与盐酸的化学反应作为例证,但与如今的实验相比,与学生的生活经验距离太远。生石灰取材于食品干燥剂方便易得,与水的化学反应既是生活中制备澄清石灰水的实验方法,又作为九年级化学中获得碱的重要途径;既是历史典故背后的化学道理,又是生活中即热饭盒的运作原理,也可以作为误服干燥剂带来的伤害解释之一。
[例2]葡萄糖在体内释放能量
作为对人体最重要的化学反应之一,该案例最早出现在生物教材中。但是此时初中生在物理中还没有学习到能量的概念,所以难以深入体会。在人教版化学教材“氧气”课题中,动植物的呼吸作为典型的缓慢氧化之一,并指出放热是氧化反应的特征之一,但是在缓慢氧化中并不容易被察觉。在“人类的重要营养物质”课题中,明确给出葡萄糖在酶的催化作用下缓慢氧化的化学方程式,并指出放出能量的作用是供机体活动和维持恒定体温的需要。并且用1g葡萄糖释放的能量数值、糖类提供能量占据人体所需的百分比等数据强化该反应释放能量的意义所在。
由于该模块是化学的学习基础,且与实际问题联系紧密,所以人教版九年级化学教材将以上2则案例分散在“燃料及其应用”、“化学与生活”2个单元中。
[例3]干电池和充电电池
电池与化学主要是高中化学课程内的重要学习内容,但义务教育课程标准一直给出这样的建议,尤其在“活动与探究建议”中列出“观察铜锌原电池实验”。人教版教材没有安排该实验和详细知识介绍,只在“金属资源保护”中介绍了废旧电池的污染。其实该素材能充分体现化学能与电能之间的转化,而且学习物理教材中的水果电池已经对化学能转化为电能有初步了解,所以九年级化学教学已经具备了介绍化学电池的基础,沪教版教材在第九章“化学与社会发展”中,针对“能源的综合利用”,并结合生活、科技中几种不同类型的电池、化学能转化为电能的铜锌原电池实验,引导学生了解化学能转化为电能的化学反应形式;电能转化为化学能在九年级化学教材中的典型案例就是电解水,但教材的重点落在微观解释,也没有对其他电解反应过多阐述。
2.2身边的化学物质
物质转化过程中伴随有化学能与热能、光能等的相互转化,这种认识不是通过告知的方式形成的,而需要在化学变化现象的不断积累中得到强化。在建立化学变化概念的时候,不仅要注意到有新物质生成的关键特征,也要注意到所伴随的热能、光能等现象。所以化学物质的反应事实是九年级化学教学内容中学习、体验能量变化的重要载体。具体事实的学习是化学能量观形成和发展的基础,没有一定的事实积累,很难形成一定的化学能量观。
[例1]氧化反应
氧化反应是九年级化学最重要的一类放热反应,课标要求“知道氧气能跟许多物质发生化学反应”,在教材中体现为非金属单质、金属单质、一氧化碳以及以甲烷、乙醇为代表的诸多有机物与氧气的反应。氧化反应的能量释放通过实验现象多有呈现,例如铁丝燃烧时的熔化与火星四射都是能量释放的效果;又如红磷燃烧测定空气中氧气含量时大量放热,如果不冷却就继续实验,会导致实验误差;碳单质、氢气、酒精、甲烷和一氧化碳等物质在氧气中燃烧放热更加是它们成为燃料的先决条件。化学反应中的能量还可以通过光能形式释放,例如镁条、硫黄等物质燃烧中的发光现象。
[例2]溶解中的能量变化
溶解不是单纯的物理变化,其中伴随的能量变化其实也涉及到微粒的运动与作用力,当然九年级教材只要求从温度表征层面了解即可。课标里在“水与常见的溶液”二级标准中提出的活动与探究建议有“实验比较氯化钠、硝酸铵和氢氧化钠3种物质在水中溶解时的吸热和放热现象”,人教版教材也有具体的实验探究活动与该建议配套,不仅要求观察溶解过程中的现象,还要求记录溶解前后的液体温度具体数值并加以比较,来了解溶解吸放热的情况——这是一种半定量的实验思维去建构能量观的教材呈现方式。另外,人教版教材在“浓硫酸的腐蚀性”部分,强化突出浓硫酸稀释实验,并提示通过触觉感知、现象分析等途径了解这一典型的溶解放热现象,以此点明稀释要点。
2.3物质构成的奥秘
微观世界同样伴随着种种能量变化,虽然九年级尚未涉及化学键与分子间作用力的问题,但是核外电子运动本身就是一种能量的反映,核外电子按照能量高低分层运动,这在人教版“物质构成的奥秘”单元中有明确描述。
而分子和原子本身就具有能量,温度越高,原子和分子的运动就越剧烈,物质具有的热能就越大。人教版教材中利用品红在热水中扩散加快的案例进行了例证。
课程标准要求认识物质的三态及其转化——虽然相关知识在物理中已经涉及,但是九年级化学需要学生了解温度对物质微粒运动和间距的影响,从而深入理解其对物质三态转化的影响。
2.4化学与社会发展
能量是人类生存和发展基本三要素之一,人类研究能量的最终目的是更好地获取和应用。所以“化学与社会发展”模块与其他模块充分联系,有利于在知识在社会和生活的应用中建构能量观。
[例1]燃烧和燃料
燃烧作为氧化反应的重要表现形式,也是最重要的放热反应之一。笔者认为教学中不应只拘泥于“认识燃烧、缓慢氧化和爆炸发生的条件,了解防火灭火、防范爆炸的措施”,还需要了解那些加热释放氧气的化学物质如高锰酸钾、氯酸钾、硝酸钾和双氧水等同样会体现助燃的效果,所以在药品存放、使用安全方面需要注意——这一点在事实水平上能强化学生对燃烧的理解,也能完善学生的实验安全意识。当学生在日后的深入学习中对于原子结构有了一定的理解性认识,就可以在氧化还原水平上认识燃烧现象,从而将发光、发热与原子得失电子等事实联系起来。虽然在九年级化学教学内容中无须从微观层面诠释燃烧和氧化反应,但是在能量观建构中不断发展对燃烧现象的理解,也是强化物质转化伴随有能量变化认识的重要举措。
基于燃烧反应,一些热值高、来源广的可燃物,成为对人类至关重要的燃料。在九年级化学学习过程中,学生如何“认识燃料完全燃烧的重要性”?人教版教材以碳的不完全燃烧为例,指出不完全燃烧导致的燃料燃烧利用率降低,既浪费资源又污染空气;还从燃烧三要素角度提出燃料充分燃烧的2种方法。
[例2]为人类提供能量的营养物质
课程标准中要求知道一些对生命活动具有重要意义的有机物,其中最主要是供能物质,除了葡萄糖为代表的糖类,还有蛋白质和油脂。人教版教材对这些营养物质的供能数据和对人体一日的需求满足百分比做出定量描述,见表1。
2.5科学探究
人教版教材里,科学探究模块的要求除了在第一单元有独立的设置,大部分内容通常渗透在各个课题的教学中。
温度是分子平均动能的外在表征,在“走进化学世界”单元里,能量观渗透在蜡烛和酒精灯火焰的温度测定之中。而作为最常见的反应条件之一的加热,则是一种为反应体系提供能量的方法。
3 九年级化学教学中能量观建构的建议
通过文本分析,我们发现能量的观点渗透在九年级化学各个模块,且不能通过孤立的知识呈现出来,往往需要不同模块的联系和支撑。例如,课程标准里“物质的化学变化”模块提供的2则情境素材(生石灰与水的反应、葡萄糖的供能反应),在教材中分别出现在“燃料及其利用”、“化学与生活”2个单元中,体现与“化学与社会发展”模块的综合。笔者结合在江苏书人教育集团面向化学特长生的教学实践,谈一谈在九年级化学教学中建构能量观的建议。
3.1吸热还是放热
判断一个化学反应吸热还是放热,逐步建构能量观的最简单方法就是请学生去感受实验中的温度变化。生石灰与水反应,让学生用手触摸试管,温度的变化给予学生最直接的体验,而且请同学在不同时间段感受温度逐步升高的趋势;锌粒与稀硫酸反应制备氢气,别只局限于实验原理和装置,也让学生摸摸试管——也是烫的;酸碱中和时,不要局限于指示剂的变色这种明显的现象,也让学生触摸试管——热的。几次摸试管就可以引发学生对化学反应的热量从哪里来的疑问和思考,通过温度变化的体验潜移默化地建构化学能量观。
观念建构教学的问题还应有一定开放性和挑战性,使学生能从多个角度、多个方面进行思考,不同能力水平的学生可以得到层次、范围不同的结论。
例如,在九年级的化学教学中有很多放热反应的典型案例,但是人教版教材对吸热反应只提及一句话:炭和二氧化碳的反应是吸热反应。学生没有感性认识,理解起来比较困难,建议在这里补充另一个吸热反应的实验:氢氧化钡固体和氯化铵固体在烧杯中研磨,实验前,在烧杯底部放一片硬塑料片,在硬塑料片上滴2滴水,再将固体混合物研磨,过一会儿硬塑料片就和烧杯粘在一起。
由这个补充实验想到:判断一个变化(无论是物理变化还是化学变化)吸热还是放热,是否只有各种教辅书上提及的温度计的方法?以浓硫酸溶于水放热为例,我们可以引导学生思考放热除了对温度有影响,还会引起气体压强、空间体积、物质溶解度、物质状态等的变化。结合学生的思维我们得出如下几种可能的角度:①温度的变化,除了使用温度计外,用手去触摸感受最直接但是无法定量比较,基于目前化学实验教学的现代化,还可以向学生介绍数字化实验在监测温度变化中的应用——温度传感器可以即时反映温度的改变趋势和变化幅度,是作为研究化学反应能量变化的重要手段;②气压的变化,我们可以采用如图1的实验装置,由于溶解放热会引起气体压强增大,所以通过观察液面a、b的变化进行判断;③可以通过一个体积可变但压强恒定的容器(例如带活塞的气缸),观察活塞的运动,了解体积的变化;④如图2所示,将烧杯置于涂有石蜡的木块上,再将浓硫酸和水混合,通过观察石蜡状态的变化,判断反应是放热还是吸热;⑤如图3所示,将浓硫酸和水混合后的试管放在盛有饱和澄清石灰水的烧杯中,观察固体的析出情况。
通过实验表征观察、分析能量变化,是重要的化学学科方法,也是建构能量观的重要途径。
3.2拓展对燃料的认识
九年级化学的“化石燃料的利用”、“能源的利用与开发”教学常常陷入科普化怪圈,如何让这部分内容化学味道浓厚一些?例如以下这些问题就不拘泥于一般的考试题目,但引导学生对化学学科问题深入思考,能充分调动学生思维和积极性:
(1)燃烧能为我们做什么?
(2)是不是所有可燃物都可以充当燃料?充当燃料必须具备怎样的特征?
(3)联系国内现状,如何综合分析国内大众使用三大化石燃料的利弊?
(4)给出煤气、液化石油气、天然气的价格和热值,从定量的角度分析家庭使用哪种气体燃料最经济?
如果与其他单元联系,则可以有更有意义的问题衍生出来。观念建构的问题本身应该潜在地体现与学习者原有知识经验的联系,同时它又蕴含着新的关系和规律,这种联系不只是针对问题的表面特征,更主要的是针对问题中的深层关系和结构,即在观念层面上有联系。例如与科学探究模块中加热这一操作融合,可以提问:
(1)实验室里有多少种加热的手段为化学反应提供条件?
(2)如何在实验中节省能源?
在复习课的教学中燃料话题可以联系社会与科技发展,既有利于强化能量观,也体现考试的热点。例如秸秆的不完全燃烧造成了烟霾的污染,而充分利用秸秆,是改变条件促使其充分燃烧呢?还是将秸秆转化为其他可燃气体来完成生物质能一化学能一热能的转变呢?
3.3放热反应与反应类型
中考化学复习需要知识的系统化归纳,需要针对大量的化学反应进行分类并分析其中规律。从能量变化角度分类是一种体现能量观建构的新颖角度。在“物质的化学变化”模块复习中,可以提问:四大基本反应类型中各有哪些放热反应的典型实例?再举出2例不属于四大基本反应类型的放热反应。