基于真实情境下实际问题解决的化学课例分析

2020-11-30 10:49马娟娟刘辉
化学教与学 2020年9期
关键词:学生活动真实情境问题解决

马娟娟 刘辉

摘要:以盐类水解复习课为例,分析了基于真实情境下实际问题解决的化学课堂就是依托于真实的情境,在情境的引发下围绕问题解决开展系列的学生探究活动,实现了以问题驱动引导学生的深度学习,使学生在深度参与中获得了深刻的体验。

关键词:真实情境;学生活动;问题解决;深度学习

文章编号:1008-0546(2020)09-0044-04

中图分类号:G632.41

文献标识码:B

《普通高中化学课程标准(2017年版)》指出化学课程的基本理念之一是重视开展“素养为本”的教学,即倡导真实问题情境的创设,开展以化学实验为主的多种探究活动,重视教学内容的结构化设计,激发学生学习化学的兴趣,促进学生学习方式的转变,培养他们的创新精神和实践能力。新时期的化学课堂转型势在必行,基于真实情境下实际问题解决的化学课堂就是在真实的生活、生产情境下,设计有探究价值的实际问题,学生运用已有的化学学科知识,通过实验探究、同伴互助、交流对话等活动分析解决实际问题,并以实际问题的逐步解决为主线构建课堂,从而达成教学目标。

下面,以刘老师执教的“盐类的水解”复习课为例,并结合我们长期的教学实践,对真实情境下实际问题解决的化学课堂作一些分析和思考。

一、教学设计的整体思路与分析

盐类的水解是苏教版化学教科书《化学反应原理》的课题,新课程标准对于这一内容的要求是:认识盐类水解的原理和影响盐类水解的主要因素,认识盐类水解在生产、生活中的应用。复习课的教学如果按照“教师复习盐类水解的相关知识,并结合高考的考查点进行真题演练”,学生只会按照教师的要求去复习、练习,压根不会联系生活实际,细想盐类水解在生活生产中究竟能解决什么问题。而且以往的高三复习课大多数的教师不会再把实验带入课堂,认为新授课的时候已经都探究了,这就使得复习课变得枯燥无味,甚至有炒冷饭的感觉。

盐类的水解这节复习课从知识内容上來看,主要包括盐类水解的定义、本质、规律、应用等,但本节课可探究的东西很多,如果按照教材内容把原来新授课时的实验重新再做一遍,显然也是没必要的,本节课教师创设一个“土壤问题”真实的生活情境,提出学科核心问题,并围绕这一核心主题帮助学生有效地整合所学内容,整个教学活动中利用问题在教学内容与学生理解之间搭建一座桥梁,并用实验贯穿整个课堂,这个实验的设计贴近真实情境,并且是教材中不曾出现的实验,帮助学生从化学的视角认识周围的世界,解决身边的问题。

二、教学过程分析

为了促进生活问题与学科知识之间的理解,本节课采用主题教学形式,设计三个不同的环节,每个环节中设置不同的学习任务,并通过实验创新实施教学,具体的教学过程如下:

1.环节一:土壤酸化原因探析

[情境导入]教师首先以“土壤发红原因”的视频引入(部分视频截图如图1所示),视频中广东土壤修护研究院的曹凯院长在介绍土壤的情况:“土壤在浇完水,下完雨后,就会发现有蚯蚓往外返,这是土地在告诉我们人类,别再那么施肥打药了,土壤受不了了,而我们老百姓根本不关心这个现象,土壤就会出现第二个现象,下完雨浇完水,太阳再一晒,土地表面就会出现一块红一块红,如果两个现象都不管,就会出现死苗现象。农民就会意识到化肥的过度使用,使土壤酸化板结了。通过配方施肥,引导农民科学种田,只有相信和依靠科学,才是农民发家致富的根本”。

[师生活动]视频情境的导入,学生可能仅仅认为这是一个农业上的问题,与化学有什么关系呢?教师随即提供一份科学杂志的研究资料:“美国《科学》杂志曾报告说,从上世纪80年代早期至今,几乎在中国发现的所有土壤类型的酸碱度都下降了0.1到0.8个单位,很多地区土壤pH下降到了4.8左右。长期过度使用化肥被研究人员确认为是造成土壤酸化的重要原因之一。”教师提出问题:“我们熟悉的化肥中哪些化肥的水溶液呈酸性呢?”学生可以很快地想到铵盐一类的化肥。

[教学分析]通过视频中一系列土壤问题的情境创设,让学生意识到我们使用的很多化肥都会使土壤酸化,由此引出常见化肥中哪些物质的水溶液是酸性的呢?教师通过引导让学生自主讲解为什么常见的铵盐水溶液呈酸性,引出是盐类发生水解的原因,从而帮助学生建构盐类水解的定义(水溶液中盐电离产生的离子与水电离产生的氢离子或氢氧根离子结合生成弱电解质的反应]和本质(有弱电解质生成)。

[师生活动]当学生理所当然的认为像NH4Cl、NH4NO3、(NH4)2SO4这些铵盐溶液都显酸性的时候,教师提出疑问:“大家想一想NH4HCO3溶液显什么性呢?”学生陷入思考,教师适时引导学生亲自实验。

[学生活动]实验1:测NH4HCO3溶液的酸碱性(如图2所示)

[师生活动]教师提出问题:“你能解释为什么NH4HCO3溶液显碱性吗?”学生根据盐类水解的规律能够解释NH4+、HCO3都发生了水解,溶液呈碱性,说明HCO3的水解程度比NH4+的水解程度大,那么是不是这样呢?教师给出NH3·H2O、H2CO3的电离常数(如表1),学生根据电离常数的大小判断出弱电解质的酸性或碱性越弱,对应的酸根离子或金属阳离子的水解程度越大,证实“越弱越水解”的规律。

[师生活动]教师点出“有的铵态化肥是呈碱性的,你还知道哪些碱性的化肥?”学生根据盐类水解的原理会想到钾肥草木灰(K2CO3),教师给出了新的问题:“长期单一使用一种化肥,很容易造成土壤板结,如何科学施肥呢?铵态氮肥与草木灰可以混合使用吗?”这个问题一提出,学生心中已明了,同时积极思考不可以混合使用,但可以交替使用。

[教学分析]教学中如果直接告诉学生NH4HCO3溶液显碱性,显然没有学生亲自动手实验来得直观,而且有理有据,对于规律“越弱越水解”的理解也更加深。这一环节通过土壤酸化的问题引出酸性化肥长期使用的害处,同时也引导学生根据盐类水解的原理明白酸性化肥与碱性化肥不是混合使用就能规避危害的。

2.环节二:土壤变红原因探析

[师生活动]教师带领学生解决了造成土壤酸化原因后,紧接着视频中出现的土壤红斑也引起学生兴趣(如图3所示),这一现象需要教师课前查找大量的文献,找出原因:“科学研究分析表明,红色斑状物主要是由于酸性土壤中的铁离子溶解,迁移汇集到了土壤表面,从而形成了铁的氢氧化物和铁的氧化物。”教师提出新的问题:“酸性土壤中的铁离子是如何形成Fe(OH)3的呢?”若学生前面视频看得认真就会知道,土壤在浇完水、太阳晒后会变成一块红一块红,教师这时就可以引导到学科知识上:“哪些因素会促进迁移到土壤表面的Fe3+形成Fe(OH)3”?

[教学分析]教师将视频中的情境深度挖掘,巧妙地运用土壤变红这一现象,通过大量的资料查阅得知是铁离子的缘故,也为后面探究影响盐类水解的因素做好了铺垫。

[学生活动]实验2:配制FeCl3溶液(提供药品:FeCl3粉末、蒸馏水、稀盐酸)。大多数的学生直接将FeCl3粉末溶于蒸馏水中,而少数的同学意识到稀盐酸的作用。不同的组配制的溶液颜色是不同的,学生很快对原因进行分析,提供的稀盐酸起到抑制Fe3+水解的作用,教师指点:“将氯化铁先溶于盐酸,然后再加水稀释,通过增加溶液中氢离子的浓度,抑制铁离子的水解”。

[师生活动]教师展示自己配制FeCl3溶液的实验视频,并对蒸发皿中的溶液进行持续加热,来模仿太阳的暴晒,让学生观察溶液的变化(如图4所示)。学生发现蒸发皿中出现红褐色固体,并解释产生的红褐色固体是Fe(OH)3沉淀,教师提出新的问题:“如果加热Fe2(SO4)3溶液又会是什么现象呢?”再次播放视频进行对比。学生通过加热两种铁盐溶液最后的现象不同,进一步理解了温度对盐类水解平衡的影响,也促使学生进一步深思“如果要想得到FeCl3固体如何操作”?

[教学分析]教师这一段的设计比较震撼,FeCl3溶液的配制及FeCl3、Fe2(SO4)3溶液持续加热的现象,这些实验是书本中没有的实验,平时学生也只是在练习、考试中会涉及到产物的分析,并没有亲身感受加热两种铁盐的不同变化,而通过这些实验有助于学生更好地理解盐类水解平衡的移动原理,也解决了实际生活中土壤变红的谜团。

[师生活动]学生的兴趣至此已经彻底被点燃,教师提出问题:“土壤表面的Fe3+遇到草木灰会如何?”教师演示在FeCl3溶液中分别加入等浓度的K2CO3、KHCO3溶液,比較现象。学生发现两只试管中都有气泡产生,但是FeCl3溶液与KHCO3溶液反应更剧烈。教师点拨:“刚才产生大量的气泡,是不是与泡沫灭火器的原理类似呢?泡沫灭火器是Al2(SO4)3溶液与NaHCO3溶液剧烈反应,你有没有想过为什么用Al3+?有什么优越性吗?”引发学生的争论与探讨。

[教学分析]这一问题的提出其实也是紧紧围绕盐类水解的应用展开的,解决了泡沫灭火器的原理及优点,更贴近学生的生活。问题是层层展开,由一个问题引发另一个问题,学生的思维一直在不断的碰撞。

3.环节三:科学种田合理施肥

[师生活动]教师回归今日主题:“我国是农业大国,视频中也提到通过配方施肥,科学种田。现在研究出碳酸亚铁是很好的土壤改良剂,请用给定的氯化亚铁与碳酸钠溶液去制备碳酸亚铁”。

[学生活动]实验3:制备FeCO3(提供药品:FeCl2溶液、Na2CO3溶液)。有了前面实验的思考,学生没有贸然就开始做实验,开始了思考,是不是就这么混合就好了呢?有没有什么先后的顺序呢?

[教学分析]这个实验的设计也是本节课的精彩之处,原来在高考试题中出现的试剂添加先后问题,现实课堂中让学生亲自探究。教师没有急着给出方案,让学生有试错的机会,肯定有不同的添加顺序,得到的实验现象肯定也是不同的,在学生错误的基础上再适当点拨,因为Na2CO3溶液显碱性,如果把FeCl2溶液加入到Na2CO3溶液中就会生成Fe(OH)2沉淀。进一步用盐类水解的原理解释了实验现象。

[师生活动]教师总结本节课利用盐类水解的知识解决了土壤酸化、红斑、改良等生活问题,也明白科学种田的重要性,教师调侃:“化学学不好,田都不会种!”引起学生哄堂大笑。

三、教学反思

1.灵活运用真实情境,凸显化学学科价值

创设情境的目的是针对教学内容给学生一个真实的学习场,教学始终围绕情境展开,有价值的情境具有全程性、真实性、开放性。这样的情境会激发学生的注意力和学习的兴趣,使学生产生强烈的共鸣。学习的内容变得生活化、具体化、形象化,学生就会在学习探索的过程中理解知识的价值,也凸显了化学学科的价值。

在这一节课的教学中,选取土壤问题作为情境素材,探究“土壤问题”贯穿整个过程,教师提出三个问题:土壤为什么会酸化呢?土壤表面为什么会有红斑呢?如何科学种田呢?用基于土壤问题情境将最核心的教学内容一盐类水解的本质、规律和影响因素、应用串联起来,帮助学生将已学过的知识进行重新建构,进一步加深理解,且能迁移到生活实际中。

可见基于真实情境下实际问题解决的化学课堂,为了使情境真实化,在选择情境素材时,要注意情境素材最好是既来源于学生生活又高于生活,并在学生的“最近发展区”之内,让学生在看似平常的情境中探索和开发不平常的问题,在熟悉的生活常识与艰深的学科知识之间建立起根本性的关系。

2.精心设计学生活动,提升化学学科思维

常规的复习课,教师很少将实验带入课堂,有时即使有实验也不重视知识间的联系,实验内容是孤立的,就是照方抓药完成一个个实验任务。本节课借助土壤问题情境,抓住三个核心问题并展开实验探究教学,从NH4HCO3溶液酸碱性的测定、FeCl3溶液的配制、FeCO3的制备,没有一个是书本中的实验,都是教师根据教学内容精心设计的学生活动,每一个实验都让思维真实的发生,水解程度的比较、提供试剂盐酸的作用、滴加试剂的顺序,学生在试错与思索中,找寻正确的解决方法,促进了思维能力的发展,提升了“科学探究与创新意识”“证据推理与模型认知”等核心素养。教师的实验对比视频更是将学生置身在思维的碰撞之中,原先教辅资料、习题甚至考试中所出现的问题在现实中得以解决、得到证实。

3.充分关注问题解决,促进化学深度学习

学习的最终目的不是为了获得一堆事实性的知识,而是面对身处的社会环境,利用所学知识分析问题、解决问题。学生当面对教师创设的陌生不熟悉的情境,要想熟练地运用所学知识解决实际问题,必须对所学的知识有深刻的理解并能够灵活地应用,这就要求学生必须发生深度学习。

化学深度学习就是学生在理解学习的基础上,批判性地学习新的思想和事实将它们纳入原有的认知结构中,并且能够联系不同的思想将已有的知识迁移到新的情境中,做出决策和解决问题的学习。关注问题解决的化学课堂,就会注重学生问题解决能力的提升,学生通过问题解决来学习,不仅提升思维水平也促进了学生的深度学习。

基于真实情境下实际问题解决的化学课堂,依托于真实的情境,在情境的引发下围绕问题解决开展系列的学生探究活动,实现了以问题驱动引导学生的深度学习,使学生在深度参与中获得了深刻的体验。

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