以实践活动与深度学习的融合发展学生化学学科核心素养的初探

常永侠 邓伟

【内容摘要】学生参加科技实践活动本身就是深度学习的一种方式，在活动中把人文知识与化学知识结合在一起，使学生从一个更完整的角度去理解化学、 学习化学，在掌握知识的同时促进化学学科核心素养的发展。

【关键词】深度学习 化学 核心素养

“深度学习”就是指在教师引领下，学生围绕着具有挑战性的学习主题，全身心积极参与、体验成功、获得发展的有意义的学习过程。学生在教师的指导下根据实际情况运用所学知识挑战化学学习任务，围绕学习主题，开展以化学实验为主的多种探究活动，从宏微结合、变化守恒的视角，运用证据推理与模型认知的思维方式，解决综合复杂问题，获得结构化的化学核心知识，建立运用化学学科思想解决问题的思路方法，培养科学探究与创新意识、科学态度与社会责任，促进化学学科核心素养的发展[1，2]。在建设发展学生核心素养学习社区组织了一次“守护文化遗产，科技与传承”的实践活动。

一、实践活动的过程

开展以“守护文化遗产，科技与传承”为主题的科技实践活动，在学生中开展富有特色的科技实践活动，有计划、有步骤、分阶段逐步开展实施：

实践活动一：举办文物知识讲座及主题宣传。

实践活动二：让学生分组进行文献检索，收集不同类型文物的保护方法。

实践活动三：让学生实地探访花戏楼。

实践活动四：让学生对文物保护方法进行实验探究。

二、深度学习的过程

学生走进花戏楼看到了花戏楼三绝之一：铁旗杆，目睹了无头鹤。锈迹斑斑的景象就在眼前，学生感慨万千，产生了强烈地保护文物的念头，萌发了一探究竟的种子。为了探究金属器文物的除锈方法，教师按这样的步骤引导学生：首先，学生阅读相关文献，并记录阅读笔记;其次，把学生分组，每组分别完成自己的实验方案;再次，走进实验室，完成相关化学实验探究活动，完善实验报告;最后，汇总各组的实验报告，得出金属器文物锈蚀原因和除锈方法。把活动成员分成五个小组，每个小组都分别完成四个探究实验：机械剥离法除金属器表面锈、用化学方法除金属器表面锈、探究用电化学原理保护金属器的方法、探究铜器锈蚀的原因。针对这四个实验每组同学共同完成实验，交流讨论完成实验报告，组内分好任务每人执笔完成一个实验报告。学生部分实验报告如下：

探究活动一

实验名称：机械剥离法除金属器表面锈的实验探究

实验目的：使用物理的方法除去铁器上的锈

实验原理：借助小刀或者毛刷利用外力清除铜器文物表面的锈迹，达到探究恢复和保护金属器文物的目的。

实验用品：小刀（1把）、软毛刷（1把）、砂纸（1张）、镊子（2只）、棉花团（1包）、手套（1双）、纸张（若干）、铁器（1件）

实验操作步骤：

（1）根据需要摆好实验器材;

（2）戴上手套，一手拿起铁器，一手拿起小刀，用小刀在铁器表面轻刮以除去其表面的粉状铁锈或其他杂物，并使刮下的锈粉落在平铺于桌面的纸上;

（3）用软毛刷刷去未脱落的锈（根据所用铁器的不同决定擦拭多少遍，通常2～3遍即可擦净）;

（4）用镊子夹住棉花擦去未脱落的锈（根据所用铁器的不同决定擦拭多少遍，通常2～3遍即可擦净）。

思考与讨论：

（1）在进行物理除锈法过程中要动作熟练、轻巧，不能损坏金属器文物的表面结构;

（2）有的金属器形状特殊，用小刀刮锈的力度可能不容易控制;

（3）有的金属器是螺旋状的，所以有些地方小刀无法刮到，只能用刷子和棉花简单擦拭;

（4）实验发现即使是小刀刮过的金属器还是锈迹斑斑，很难使金属器恢复原貌。

探究活动二

实验名称：用化学方法除金属器表面锈的实验探究

实验目的：

（1）探究用化学方法去除金属器表面锈的方法;

（2）对比物理除锈法和化学除锈法的效果差异。

实验原理：

Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O;

Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O

实验用品：脱脂棉、玻璃片（1片）、小烧杯（2个）、蒸馏水（适量）、镊子（1把）、金属器（1件）、H2SO4溶液（3%～5%）、饱和Na2CO3溶液。

实验操作步骤：

（1）把用物理除锈法没有除干净的铁器放到玻璃片上（避免稀硫酸腐蚀试验台）;

（2）用镊子夹住脱脂棉蘸取稀硫酸涂抹铁器，发生的化学反应：

Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O;

（3）等把铁器表面的锈清除干净后，用干净的脱脂棉蘸取饱和Na2CO3溶液涂抹铁器，以除去残留的H2SO4溶液：

Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O;

（4）用蒸馏水将处理后的铁器冲洗数次;

（5）与用物理方法除锈的铁器对比，比较哪种方法的除锈效果更好。

思考与讨论：

（1）用稀硫酸擦拭过后，发现铁器表面有气泡，应该是硫酸与铁器反应生成了氢气。所以用化学除锈法应该严格控制酸的浓度和用量，避免对金属器造成二次腐蚀;

（2）使用化学方法有上述不利因素，该法应该用于对除锈要求不高的物品上;

（3）實验过程中用到大量的酸性溶液和碱性溶液，本着“绿色化学”的实验态度，应对废液做无害化处理，防止污染环境;

（4）对比物理除锈法，化学除锈法虽然操作严格，但是效果更好，实际运用中应根据需要综合考虑除锈方法;

（5）本实验为什么不用盐酸和NaOH溶液？因为盐酸具有挥发性，而NaOH溶液具有强烈的腐蚀性，不符合“绿色化学”理念。

探究活动三

实验名称：探究用电化学原理保护金属器的原理

实验目的：

（1）利用原电池原理保护金属器;（2）利用电解池原理保护金属器。

实验原理：

（1）原电池的正极不参与化学反应，使被保护的金属作原电池的正极以达到保护目的;

（2）电解池的正极通常不参与反应，使被保护的金属作原电池的正极以达到保护目的。

实验用品：大小相同的铝片（2片）、铁片（3片）、饱和NaCl溶液（适量）、电源（1个）、电解槽（1个）、水槽（2个）、开关（2个）、导线（若干）

实验操作步骤：

（1）取一块铝片和一块铁片，适量饱和NaCl溶液和开关，用导线连接形成原电池;

（2）取另一块铁片放入适量饱和NaCl溶液中;

（3）取最后一块铝片与铁片放入适量饱和NaCl溶液中，连接电源和开关，使铝片与电源正极相连，铁片与电源负极相连，组装好电解池;

（4）打开开关，等待24小时后观察实验现象。

思考与讨论：

（1）通过本次实验探究我发现2实验中铁片腐蚀最严重的;

负极：Fe-2e-==Fe2+;正極：O2+4e-+2H2O==4OH-;

（2）实验1是利用原电池原理使铁片作原电池的正极以达到保护目的，但是实验发现铁片还是有一定程度的腐蚀，查阅资料得知原因是此实验中铁片与饱和NaCl溶液接触。为了避免这种情况的再次出现可以把正负极分开在两个溶液中进行。其次，这种方法会牺牲原电池的负极，在实际操作中尽量使用廉价易得的材料作负极;

（3）实验3中的铁片最完好，因为它是与电源负极相连作电解池的阴极被保护，但是也有轻微的腐蚀，原因也是与饱和NaCl溶液，不能避免被腐蚀。

探究活动四

实验名称：探究铜器锈蚀的原因

实验目的：探究铜器锈蚀的条件

实验原理：铜器锈蚀的原因是在外界环境的影响下发生化学反应而被腐蚀

实验用品：铜片（4片）、玻璃片（4片）、蒸馏水（适量）、植物油（1袋）、棉签（若干）

实验操作步骤：

（1）取4片玻璃片依次放在实验台上，用镊子把4片铜片分别放在玻璃片上;

（2）给上述铜片分别标上序号;

（3）给1号铜片不做任何处理，2号铜片用棉签蘸水涂抹，给3号铜片涂抹植物油，4号铜片涂抹植物油后再沾水;

（4）给四片铜片拍照以作后续对比使用。

思考与讨论：

（1）实验完成后四十分钟还没有明显现象，因为铜的活泼性不太活泼，所以短时间内观察不到明显的变化;

（2）24小时后2号沾水的铜片有被腐蚀的迹象，但不是很明显。因为铜被空气中的氧气氧化了，2Cu+O2==2CuO，该反应比较缓慢，在水分子作用下速度可能适当加快。其他三片铜片没有明显现象;

（3）48小时后2号沾水的铜片被腐蚀程度和24小时后差不多，可能是水分挥发导致，所以又再次给2号铜片沾水。但是4号涂抹植物油后再沾水的铜片表面发现有绿色沉淀物生成，因为植物油里溶解了更多的O2和CO2，所以4号被腐蚀速度比2号快，2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2（OH）2CO3。1号和3号还是没有变化;

（4）72小时后2号沾水的铜片被腐蚀的非常明显，锈迹斑斑。4号有更多的绿色沉淀物生成，1号和3号没有变化;

（5）得出结果：为了保护铜器要放在干燥少氧的环境里。

三、化学学科核心素养的形成

1.通过联系文物专家进行文物知识趣味讲座，普及文物保护的知识，让学生了解家乡的文物古迹，璨烂文化，了解相关法律法规。激发学生对文物及文物保护的兴趣，提升文化自信、自豪感，增强文物保护的社会责任感，培养社会责任素养。

2.通过网络与文献检索查阅文物及文物保护的相关知识，了解文物的分类，文物保护的方法。激发学生对文物知识学习的自觉性和主动性。扩展学生的知识面，掌握文献检索的基本方法，培养科学态度素养。

3.通过实地参观探访文物古迹——花戏楼，学会欣赏文物，了解家乡文化，传承家乡文化，了解花戏楼目前的文保措施及危害因素，激发学生学习自然科学知识的兴趣，增强对家乡的认知与热爱，培养变化观念与平衡思想。

4.通过模拟文物修复体验，实验探究，培养了同学们观察能力、动手能力、写作能力、合作能力、交际能力，提高了学生考察、收集、整理资料，搜索、处理和交流信息，提出问题和解决问题的能力，培养证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、变化观念与平衡思想及宏观辨识与微观探析等方面的素养[3]。

四、小结：从深度学习走向核心素养

学生参加科技实践活动本身就是深度学习的一种方式，在活动中把地方人文知识与化学知识结合在一起，使学生从一个更完整的角度去理解化学、学习化学，在掌握知识的同时促进化学学科核心素养的发展[4]。举行化学实践活动，实现学生学习方式的改变，让学生完成挑战性任务，积极参与，产生情感共鸣;其学习结果更强调化学学科思想方法的理解与运用。

【参考文献】

[1]胡尚生，赵玉珍.基于深度学习的化学实验优化实践与思考[J].中学化学教学参考，2017（5）：17-19.

[2]王磊，魏锐.学科核心素养发展导向的高中化学课程内容和学业要求——《普通高中化学课程标准（2017年版）》解读.化学教育，2018，39（9）：48-53.

[3]叶鹏.化学学科核心素养下高中生实验创新能力的培养策略.中学化学教学参考，2018，（4）：40-42.

[4]孙叶，王伟群.地方文化背景下化学教学资源的开发.化学教与学，2010，（5）：6-9.

【安徽省省级课题：《基于化学核心素养培养的深度学习实践研究》（编号：JK19112）】

（作者单位：1.亳州市第三完全中学;2.亳州市第一中学）