顾美丽

摘要：“境脉”视域下基于HPs教学模式的化学课堂教学设计，以“科学史”为脉，以“活动链”为境，采用材料阅读、实验设计等形式将科学史融入科学探究，加深学生对科学本质的理解，提升学生的科学素养。

关键词：境脉;科学史;教学设计

文章编号：1008-0546（2020）11-0038-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.010

“境脉”视域下的HIS教学模式是指在化学课堂教学中，以教材中知识发生与发展的历史过程作为一以贯之的知识脉络，创设突出学生学习主体、激发学生学习兴趣、具有动态生成空间而又一脉相承的探究情境，以“科学史”为脉，以“活动链”为境，通过对科学探究的复盘重演，使知识技能、思维方法、情感态度多线并进，从而达到夯实学生科学知识、提升学生科学素养的双重目标。那么，如何从繁复纷杂的科学史中剥离与教学主题相关的知识脉络，又如何围绕这一教学主线创设以任务解决为牵引、以思维冲突为驱动的探究情境？本文以华师大版《科学·七年级（下）》第二章第二节“空气成分的探究”为例，探讨“境脉”视域下基于HPS教学模式的化学课堂教学设计策略。

一、教学设计思路

本节课由一个问题“空气是由什么组成的”引出，学生联系所学知识及生活经验，对空气成分提出合理的猜想。在接下来的教学环节中，以空气成分发现史为主线，进行了层层递进式的“活动链”设计（图1）。对梅猷的蜡烛燃烧实验进行了改编，创设任务型探究情境——如何证明玻璃杯中仍有气体存在，加深对蜡烛熄灭后玻璃杯内水面上升原因的理解，进而推导出空气中存在两种成分：一种支持燃烧、另一种不支持燃烧。

呈现“拉瓦锡的曲颈甑实验”这一科学史，认识到在梅猷蜡烛燃烧实验的基础上，拉瓦锡对空气的组成成分有了定量的描述，即空气中氧气体积分数为1/5。在理解拉瓦锡曲颈甑实验的基础上，对梅猷的蜡烛燃烧实验进行改进，通过现象与猜想的冲突，引导学生对实验中药品的选择进行思考。在教师演示测定空气中氧气体积分数实验的基础上，设置开放式的实验设计任务，通过对不同装置的组合以达成对空气中氧气体积分数的测定，这一环节的设计加深了学生对空气成分测定原理的认识和理解。

给出英国物理学家雷利于1892年的一组实验数据，引导学生对数据的差异提出猜想，为稀有气体的发现埋下伏笔。经历科学史的品读、科学探究的参与，进而形成完整的对空气成分的量化认识。

二、教学过程

（一）挖掘前概念、建立实验猜想

我们生活的环境中有空气，人类的生活离不开空气，空气是一种重要的自然资源。

思考：空气是由什么组成的？它是由一种物质组成的？还是由多种物质组成的？如果空气是一种混合物，那么空气中究竟有哪些物质呢？

猜想：根据已有知识，联系生活经验，收集证据：

①动物进行呼吸，空气中就有氧气和二氧化碳;

②植物进行光合作用，空气中就有氧气;

③饼干敞口放置会变潮，空气中就有水蒸气……

归纳：空气中可能含有氧气、二氧化碳、水蒸气等物质，猜想空气是一种混合物。

设计意图：采用头脑风暴的形式，调动学生联系所学知识及生活经验，对空气成分进行猜想，为后续一系列实验的探究和科学史的呈现作铺垫。

（二）梳理科学史、创设探究情境

[活动一]两支蜡烛（A、B）点燃后放在桌面上，将其中一支蜡烛罩上玻璃杯，观察并描述实验现象（图2）。（改编自梅猷的蜡烛燃烧实验）

提問：为什么会产生这一现象？

追问：此时玻璃杯中是否还有气体存在？如何设计实验证明猜想？

[活动二]根据学生的设计方案进行实验，观察并描述实验现象（图3）。

提问：当蜡烛熄灭后，玻璃杯内的水面为什么会上升？根据这一实验现象，你认为空气中有哪些成分？

归纳并得出结论：空气中有氧气，剩余成分不支持燃烧。

设计意图：对科学史“1674年梅猷的蜡烛燃烧实验”进行改编，创设任务型情境，通过实验设计，加深对蜡烛熄灭后玻璃杯内水面上升原因的理解，进而推导出空气中存在两种成分：一种支持燃烧，另一种不支持燃烧，对后续拉瓦锡曲颈甑实验的理解分解难度、奠定基础。

那么，剩余成分中究竟有哪些气体？

[科学史一]拉瓦锡的曲颈甑实验

法国化学家拉瓦锡对空气的成分进行了研究，请阅读课本P54“科学家探究空气成分的历程”（图4）。

思考：

①反应后待装置冷却时，拉瓦锡如何判断密闭容器内的气体体积减少？拉瓦锡将密闭容器内减少的气体命名为什么？气体为什么会减少？

②如何定量测得约1/57（提示：钟罩内增加的汞的体积等于消耗的氧气体积）

③密闭装置内的剩余气体有怎样的性质？拉瓦锡将其命名为什么？

设计意图：呈现“拉瓦锡的曲颈甑实验”这一科学史资料，在关键性问题引领下，在阅读课本的基础上，阐述实验现象并得出相应结论。认识到在梅猷的蜡烛燃烧实验之后，拉瓦锡对空气成分的探究有了定量的描述，即空气中氧气体积占1，5。

[活动三]沿用拉瓦锡的实验思路，我们能否利用刚才这一实验装置，测得空气中氧气体积分数？为了便于测量，事先对玻璃杯进行了刻度的标记，将玻璃杯倒扣在水中，加水至与最下方刻度线齐平，上方的四条刻度线就把此时杯内的空气均分成了五等分（图5）。点燃蜡烛，罩上玻璃杯，请你预测实验的现象。玻璃杯中的水面真的能上升到刻度1吗？

学生分组实验。

提问：你们有什么发现？为什么和我们猜想的不一样？（提示：蜡烛燃烧生成二氧化碳气体和水;氧化汞是固体）