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摘要以“二氧化碳的性質和用途”為教學案例,設計了家庭實驗和分組實驗等實驗探究活動,改進了傳統的演示實驗與板書,并對上述內容進行了整合研究,形成了基于實驗探究的整合教學模式。
關鍵詞二氧化碳實驗探究初中化學整合教學模式家庭實驗分組實驗
1實驗探究教學模式的理論依據
建構主義認為,學生的學習是在教師指導下,自覺、主動的應用各種學習資源進行意義建構的過程。強調學生是學習過程的主體,教師是學習的引導者和促進者。建構學習環境的4大要素是“情境”、“協作”、“會話”和“意義建構”。
在實驗探究過程中,學生面對的學習任務相對較為復雜,既需要動腦思考,又需要動手實驗。因此,學生要充分運用已有知識,搜集相關的學習資源,自主設計合理可行的實驗方案,選擇所需的實驗材料;在完成學習任務的過程中,學生通常需要與其他同學相互交流,共享學習資源,合作完成實驗;在實驗結束后,學生在分析實驗結果的基礎上得出結論,對實驗過程和結論進行自我反思和相互評價。
在學生的學習過程中,教師切實起到學習引導者和促進者的作用,實現對特定的學生在特定的時間給予特定的指導。如:教師預先為學生創設一個情境,引發學生思考,激起學生的學習興趣和探究欲望;幫助學生查找、篩選學習資源,提供實驗材料;在實驗過程中及時幫助學生解決遇到的問題;對學生的實驗結果做出評價等。
綜合上述內容可以看出,在教學中開展實驗探究活動,便于學生在真實的情境下進行學習,有利于揭示化學現象的本質,啟迪學生的思維,發揮學生的主體性,提高學生的科學素養,符合建構主義的思想。
2整合教學模式的案例研究
2.1案例的選擇
“二氧化碳的性質和用途”是“課程標準”中明確要求掌握的重點內容。二氧化碳是與學生生活實際聯系極為密切的一種重要氣體,它是聯系各物質之間的重要紐帶,與很多物質之間存在相互反應關系和轉化關系,因此是初中化學的核心物質之一,與學生科學素養的培養息息相關。學生對二氧化碳的認識主要來自于生活體驗,因此必須在原有知識的基礎上更加全面、系統的認識二氧化碳的性質和用途,為后續學習酸、堿、鹽等其他物質的性質做準備。另外,二氧化碳本身來源廣泛,研究其性質時所需的實驗材料簡單易得,實驗原理、裝置和操作步驟相對簡單,適合初中學生進行實驗探究。
基于以上原因,本研究選取“二氧化碳的性質和用途”為研究案例,探討如何應用基于實驗探究的整合模式進行教學。
2.2案例教學的設計與實施
在義務教育階段,化學教學的主要任務是激發學生的學習興趣,幫助學生了解科學探究的基本過程和方法,培養學生的科學探究能力,幫助學生獲得進一步學習和發展所需的必備化學知識和技能[1]。這就要求教師在教學設計的過程中,應該以學生的原有認知為出發點,注重從日常生活中選取學生熟悉的素材,創設能夠引發學生的認知沖突的教學情境;引導學生通過觀察思考、小組合作、自主學習和動手實驗等多種學習方式完成學習任務,認識物質的性質及其變化規律。
因此,本研究對教學內容進行了整合,選取2個平行班分別設置為實驗班和對比班。在實驗班設計了多樣化的活動形式,充分發揮實驗探究的優勢,將教學活動延伸到課堂之外,使學生有多種學習體驗;在對比班則按照常規方法進行教學。實驗班具體的教學過程及板書設計見表1[2,3]。
表1“二氧化碳的性質與用途”教學案例研究的教學過程及板書設計
教學階段教學內容設計意圖
課堂
教學前發放閱讀材料——“死狗洞”的故事,引發學生思考事件的原因,回憶已知的二氧化碳性質和用途,并自主設計實驗進行驗證,將實驗過程與結果以實驗報告、照片、視頻短片等形式記錄下來,以便在課堂上向全班同學進行匯報。用故事引入課題,吸引學生的興趣,引發學生的猜想;引導學生用家庭小實驗驗證自己的猜想,不僅使學生初步體會到科學探究的過程,還使教學活動延伸到了課堂之外,打破了時間與空間的束縛,非常有助于學生科學素養的提高。
課堂教學中學生展示家庭小實驗的成果,將學生已經通過實驗驗證過的二氧化碳性質和用途體現在板書上。以板書形式將學生原本雜亂的已有知識外顯,使其條理更加清楚;凸顯實驗在科學研究中的重要作用——驗證猜想;學生展示自己的成果,促進學生間的相互交流,在交流中提出新問題,提高學生的學習興趣和自信心。
確定課堂實驗探究的問題——什么物質使紫甘藍汁變紅?給出必要的相關信息,啟發學生合理猜想并根據實驗用品用最簡單的方法進行實驗驗證。
重點內容在課堂上全班范圍內進行小組實驗探究,保證全體學生能夠參與。發揮小組合作的優勢,培養學生的思維能力、實驗能力與合作意識,使其在提高科學素養的同時獲得成就感和滿足感。
各小組之間相互評價,對本組實驗方案進行反思。引導學生在評價與反思的過程中加深對所學內容的思考,提高表述能力和思維能力。
改進了證明碳酸易分解的演示實驗,運用改進后的演示實驗引發學生思考,完成教學內容。對以往的演示實驗進行簡單改進,使其效果更為明顯,更容易幫助學生得出結論。
課堂教學后回顧整理所學內容,總結收獲與不足,撰寫學習體會。回顧整理所學內容,加深印象,培養學生及時總結反思的學習習慣。
板書設計
第六單元碳和碳的化合物課題3二氧化碳的性質
物理性質化學性質用途
無色、無味、氣體使澄清石灰水變渾濁(檢驗二氧化碳)CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O
密度比空氣大不可燃,不助燃滅火
能溶于水與水反應CO2+H2O=H2CO3H2CO3=H2O+CO2↑制備碳酸飲料化工產品的原料
不供給呼吸食品包裝填充劑
能參與光合作用氣體肥料
固態二氧化碳俗稱干冰,易升華制備致冷劑創建舞臺的“云霧”效果
3對案例研究過程的思考
3.1發揮了學生的主體性,提高了學生綜合素質
學生進行家庭小實驗,使得教學活動突破了教室的束縛,不局限于學校和上課的時間,便于學生自主安排學習時間。學生在家里可以對自己感興趣的問題進行自主探究,自主搜集材料進行實驗,便于學生自主安排學習內容。在學習過程中,學生可以通過各種方式與同學和老師相互交流,提高了學習效率,改善了學習效果。
在小組合作實驗過程中,學生如何利用僅有的實驗用品按照要求設計并完成實驗,本身就是對學生思維能力的考驗,可以引發學生積極思考,創造性的解決問題(在“二氧化碳是否與水發生反應”的探究活動中,教師為每組只提供了一瓶二氧化碳氣體、蒸餾水和一條干燥的石蕊試紙,且不許撕開);學生通過討論設計實驗方案,自由度較大,學習主動性大大增強;在組間評價過程中,學生各抒己見,相互取長補短,使得學生在評價其他組的同時,也及時得到了別人的評價;在得到反饋后,學生可以反思并改進實驗方案。整個學習過程由學生自主完成。
案例實施之后,教師對實驗班和對比班進行了同樣內容的單元測驗。結果表明,實驗班的測驗成績明顯高于對比班。教師還對部分學生進行了訪談,學生普遍認為,這種學習方式對自己的學習有很大的促進作用,不但學習興趣大大增強,對知識的掌握也更加牢固,動手實驗能力和表述能力也有所提高。
3.2轉變了教師的傳統角色
實驗探究型的學習活動使教與學渾然一體,增強了生生、師生間的互動,有效促進了學生的學習,也促進了教師角色的轉變,教師不再是知識的傳授者,而是學生的支持者、引領者和學習活動的參與者。學生進行家庭小實驗時,教師作為“支持者”,充分發揮其主導作用,為學生提供實驗材料,幫助學生解決疑難問題;在課堂分組實驗探究環節,教師作為“引領者”,通過明確每一項活動在科學探究過程中所處的環節,可以幫助學生更清楚地認識科學探究過程,初步樹立依據科學的方法和步驟進行探究活動的意識并養成習慣;在家庭實驗成果展示和組間評價過程中,教師又成了“參與者”,通過點評總結幫助學生強化薄弱環節,從知識技能和思維2方面幫助學生提高。
3.3有助于教師全面評價學生的學習效果
傳統的教學方式中,評價學生學習效果的好壞大多依賴于紙筆測驗,這種方法雖然能夠在一定程度上反映出學生對基本知識的掌握程度,但不易考查學生動手實踐能力、合作能力等方面的提高程度。應用基于實驗探究的教學方法,在紙筆測驗中不易考查的內容就得以外顯,教師可以利用檔案袋評價方式記錄學生在實驗過程中的表現并給予評價,豐富了評價手段,有助于教師全面評價學生的學習效果。
應用基于實驗探究的教學方法,還有助于發現學困生身上的閃光點,對學困生有較強的激勵作用。在分組探究紫甘藍汁變紅的原因時,大多數小組的實驗方案是先將干燥的試紙伸入裝有二氧化碳的集氣瓶中,片刻后取出觀察試紙顏色;再將試紙潤濕后伸入集氣瓶中,片刻后取出觀察試紙顏色。而由4名學困生組成的小組設計了如下方案:將試紙一端潤濕后放入裝有二氧化碳的集氣瓶中。進行組間評價時,其他組的同學一致認為這4名同學的方案不僅可以清楚地看到試紙濕潤的一端變紅,而且由于水在試紙上的擴散,還可以看到試紙由濕潤的一端向干燥的一端逐漸變紅;實驗對比效果明顯,操作更加簡便,是最佳方案。在后續的單元測驗中,這4名學困生的成績和以往相比都有不同程度的提高,學習興趣也大大增強。
3.4改進了傳統的教學方法
課程標準要求教師在教學過程中要進行實驗探究活動,這并不意味著傳統的演示實驗和板書就失去了用武之地。只要對傳統方法適當加以改進,使之能夠與時俱進,不僅有助于學生突破難點和整理歸納所學知識,還可以大大提高課堂效率。
在案例實施過程中,筆者改進了證明碳酸分解產生二氧化碳的演示實驗。具體內容如下:取溶有二氧化碳并滴有紫甘藍汁的溶液(紅色)于試管中,試管口塞緊連有導氣管的單孔塞,導氣管另一端伸入裝有澄清石灰水的小燒杯中,加熱試管。改進后的演示實驗現象明顯,很快即可看到試管中紅色溶液變為紫色、小燒杯中澄清石灰水變渾濁的現象;便于學生根據實驗現象順理成章地得出結論——碳酸易分解為二氧化碳和水。
在板書(見表1)環節,筆者將二氧化碳的物理性質、化學性質和用途分成3列,設置成表格形式,并用不同顏色將學生關于二氧化碳的已有知識(表1板書設計中黑體部分)與所學的新內容加以區分,條理清楚,對比分明,既有助于學生整理所學內容,又有助于學生看到自己本節課的收獲,獲得滿足感和成就感,還有助于學生形成良好的學習習慣,提高綜合素質。
3.5建立了實驗探究與傳統教學方法的整合教學模式
在案例實施過程中,筆者精心設計了家庭實驗探究活動和分組實驗探究活動,加強了實驗教學,培養了學生的實驗能力和科學探究能力;同時對演示實驗和板書進行了改進,使之能更好地發揮作用,幫助學生落實基本知識和基本技能。筆者將實驗探究與傳統教學方法有機結合起來,形成了基于實驗探究的整合教學模式,切實提高了學生的綜合素質與科學素養。