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基于深度学习的初中化学实验教学探究

2020-06-24 12:53:19 《江苏教育研究》 2020年14期

摘要:初中化学实验教学是培养学生深度学习意识和习惯的最佳载体。基于深度学习的初中化学实验可以从科学整合实验、合理优化实验、运用探究实验、拓展课外实验等方面激发深度学习,引导深度思考,导向高阶思维,促进深度研究,培养学生进行融合创新的深度学习能力。

关键词:实验教学;深度学习;初中化学教学

中图分类号:G633.8 文献标志码:A 文章编号:1673 -9094(2020)05B-0057-03

化学是一门以实验为基础的自然科学,实验是化学研究和教学的重要方法。初中化学实验教学是培养学生深度学习意识和习惯的最佳载体。本文结合“金属的化学性质”一课,谈谈基于深度学习的初中化学实验教学。

一、科学整合实验,激发深度学习

传统的化学课堂常常会有演示实验。然而,很多演示实验就是根据物质不同的性质进行的简单实验操作,学生只能从表象得出结论,思维被禁锢,创造性得不到激发,不利于综合能力的培养。如何拓展学生的实验能力,达到更好的教学效果呢?笔者尝试将数字化仪器和传统演示实验进行科学整合,发展学生的思维,提升学生的技能。例如“金属与氧气的反应”中“铜在空气中的灼烧”,此处的处理不仅要让学生了解铜能与氧气发生反应,而且要让他们学会整合书本知识,与第二单元中“测定空气中氧气含量”相结合,把该实验设计成定量实验,换个角度来进行认知和学习。学生是带着前概念进入课堂的,他们已经知道部分金属会与氧气发生反应,且在密闭容器中,可以利用气体的量的减少来推出物质和氧气发生了反应。学生利用测定空气中氧气含量的实验原理,得出可以利用连接压力传感器对该实验进行定量研究。

利用压力传感器,不仅能定性研究铜和空气中的氧气发生反应,还能通过实验数据得出空气中氧气的含量。基于数据的学习分析和处理,对测定空气中氧气含量进行了融合创新。在化学实验教学中,可以借助压力传感器、数据采集器等设备对现象不明显的实验进行实时监测,跟踪采集过程数据,实现实验过程的数据化采集。同时,进行曲线拟合、对比及数据分析,把新旧知识科学整合,将更多的定性实验转化成定量实验,为师生定量化研究实验数据提供支撑平台,有助于学生理解科学的本质[1],大大激发学生深度学习的热忱。

二、合理优化实验,引导深度思考

理想的化学实验可以激发学生的求知欲和积极性,提升学生的思维能力和动手能力,培养学生良好的思维习惯。教师应该引导他们对实验方案进行改进,整合教材中的实验素材,对实验装置进行改进并优化。在这样的实验教学中,学生不再是看客,而是参与者和思考者。以“金属与酸的反应”为例,笔者改课堂演示实验为学生分组实验,让学生探究铜、铁、锌、镁分别与稀盐酸或稀硫酸的反应。教材中设计在试管中进行这四种金属与酸的反应的对比实验,该实验的不足之处是实验过程中酸的用量较多,滴管使用较麻烦,容易把酸滴在外面,且通过对比四个实验的反应剧烈程度来判断金属的活动性存在时间差,不能很好地控制变量。师生一起对存在的问题进行讨论、分析,得出了一致的意见:在现有资源条件下,利用实验室的点滴板进行实验,不仅节约药品,而且操作简单,反应对比区别明显。同时,笔者引导学生进一步通过实验探讨:能否利用我们生活中常见的材料来设计优化该实验呢?

【学习任务】利用废弃的塑料瓶来设计一套可以同时进行多种金属与稀盐酸或稀硫酸反应的装置,6位同学一组。

【药品仪器】每位同学从家里带来的废弃塑料瓶(可乐瓶、雪碧瓶、矿泉水瓶等)、剪刀、双面胶、稀盐酸、稀硫酸、铜、铁、锌、镁金属。

在此启发学生根据以往课堂教学实验的基础,进行智慧迁移,比较塑料瓶的构造与点滴板的结构,观察、分析、交流、探讨,以塑料瓶为载体,改进优化实验装置。于是学生有了如下实验设计方案:

【方案一】把6个塑料瓶盖粘在一起组成多个隔离的容器。

【方案二】把塑料瓶的底部剪下,它也有多個小凹槽,把金属放在这些凹槽里进行实验。利用塑料瓶的剩余部分做成一个加液器漏斗,把它倒放在塑料瓶的底部中央。

各组推荐学生代表发言,比较不同方案的优缺点:(1)方案二中加液器起到一个同时加液并与金属反应的功能,更好地控制了变量。此方案的实验性能更优越,达到了更好的实验效果。(2)利用废弃的塑料瓶,就地取材,可以节能节材,节约药品;实验的趣味性较强,绿色、环保。(3)实验装置简单易得,适用于家庭小实验和条件薄弱的乡村学校。(4)装置可以重复使用,适合固液常温的反应,而且能同时进行;操作简单,便于观察,节省时间。(5)在实验过程中发现一些矿泉水瓶的底部凹槽较浅,不适合多个实验同时进行,但雪碧和可乐瓶可以。

塑料瓶的引入不仅丰富了实验装置,还教会了学生利用生活中常见的器材来开发设置新的实验,改进了实验方式,增加了实验机会,激发了学生的学习兴趣和实验探究的积极性,有利于初中开展实验探究教学。学生通过头脑风暴,设计、交流、评价,对实验进行了多角度的探究和有深度的思考。学生利用自己所设计的器材来进行实验,体验到了成功的喜悦。

在实验教学过程中,教师要注意自己的角色,体现主导作用,适时适地、恰如其分地启发引导。很多化学知识的应用,实验操作的分析、推理、优化、总结,应放手由学生去深度思考,独立完成,要体现学生的主体性。鉴于此,教师在引导学生进行实验改进、优化,运用智慧迁移时,要让学生充分展示自己的思维过程,在学习中不断暴露思维缺陷,通过交流讨论、归纳总结、纠正优化,学会深度学习和思维。

三、运用探究实验,导向高阶思维

化学实验一般可以分为验证性实验和探究性实验。验证性实验只是在已有的实验方案上进行实验操作,按部就班,不利于学生思维的深度发展和科学素养的提高。而探究性实验关注学生的深层思考和深度学习,重视学生的学习过程和学习方法的指导。探究性实验的基本步骤:围绕探究的主题提出问题,进行假设,设计方案,开展实验,反思评价。在实验探究过程中,学生需要经过一系列研究,才能实现对知识的深度理解和发展。

例如:探究“金属镁与稀盐酸反应中产生的氣泡是什么气体?”验证性实验直接告诉学生这是氢气,让学生用氢气的可燃性去验证。改为探究性实验,则能充分调动学生的学习兴趣和求知欲,实现学生学习方式的转变。探究过程如下:

【猜想依据】根据质量守恒定律,化学反应前后元素种类不变。据此,从镁条和酸溶液反应中的反应物的化学式出发,推测可能是氢气、氧气、氯气。

【猜想假设】猜想1:可能是氢气;猜想2:可能是氧气;猜想3:可能是氯气。

【讨论交流】根据资料信息:Cl2是黄绿色、有刺激性气味的气体,无可燃性,而实验过程中的气体是无色无味的,因此排除氯气。应从气体的性质人手,根据氢气的可燃性和氧气的助燃性设计实验。

【实验方案】把镁条放入试管中,放入适量的稀盐酸,在试管口放一根燃着的小木条。听到尖锐的爆鸣声,说明该气体是氢气。

【实验改进】因为存在一定的安全隐患,学生在实验过程中有点畏惧。那是否可以对实验进行进一步改进呢?通过研讨,决定利用氢气的密度小于空气的原理,用氢气来吹肥皂泡,并用电子打火枪代替小木条来点燃。实验可以设计成微型实验:将药品装入废弃的青霉素瓶中,连接医用输液导管并通入装有肥皂水的培养皿中。

【改进优点】改进后的实验增加了趣味性,在引燃肥皂泡的过程中,连续发出的“啪啪”声,吸引了学生的注意力,调动了学生学习的兴趣。利用废弃的材料改进装置,环保、节约、简单。在此肥皂水的配置要作细节上的优化:一般的肥皂水吹出的气泡很容易破损,效果不明显。为了得到较大且不易破裂的氢气泡,需要提前配置吹泡液,即向10mL蒸馏水中滴入2mL洗洁精,4mL文具胶水与2mL甘油,然后搅拌均匀[2]。

该实验探究过程关注学生高阶思维能力的发展,学生通过自主探究、合作探究,对知识进行主动加工、建构、迁移应用,能对初中化学已有的实验从原理、装置和方法等方面进行改进和创新。教师在实验教学过程中,要多运用探究实验,充分挖掘学生的潜能,锻炼他们的发散思维、创新思维、批判性思维,把思维推向高阶。

四、拓展课外实验,促进深度研究

化学教学中教师要努力使学生获得学习的快乐,为他们设计与其个性特征相适应的学习任务、学习环境和学习活动,帮助他们在学习化学的过程中“尝到甜头”,获得快乐的体验。可以尝试一些课外兴趣实验.精选与社会生活和学生经验密切联系的内容,增加所学内容的实用性和可操作性,促进深度研究。

例如,“金属制品的腐蚀和保护”的知识内容学习,就可以把学习和实验延伸到课外。学习时空的拓展,学科内外的整合,唤起了学生愉快、成功的学习情绪体验,激发了学生学习化学的兴趣。

【资料卡片】人类每年要向自然界索取大量的金属矿物资源,以提取数以亿吨计的金属。据报导,每年因腐蚀而废弃的金属占到年产量的20%-40%。那如何更好地来保护金属资源呢?

【方案一】家庭小实验:探究铁制品锈蚀的条件(以铁钉为例,时间为一周,观察现象并完成实验报告,可以拍照片或小视频,进行资源共享),找到保护金属制品的方法,并寻找金属的代用品。

【方案二】分组调查校园里不同的金属材料(如铁栅栏、水龙头、餐具、不锈钢窗户等)的腐蚀情况,收集图片,汇报交流,制成小视频。

虽然实验、调查花费的时间较长,但学生上传到作业平台的视频、图片、小论文等表明,学生的视角是多元的,思维是多向的。学生从真实的情境中获取、加工信息,提炼相关的化学知识,培养了他们会思考、会质疑,并能运用所学化学知识科学有效地解决实际问题的能力,让他们体会到知识来源于生活,且为生活服务。这种学习方式比课堂上的实验更具有生命力,它增强了学校教育与现实生活的联系,更能激发学习兴趣,更能转变学习方式,更能提升自主学习探究的能力,促进了学生在有意义的情境中的深度学习。

参考文献:

[1]刘邦奇,李新义.基于智慧课堂的学科教学模式创新与应用研究[J].课程与教学,2019(4):89.

[2]李德前,魏海.借助长柄U型玻璃管改进氢气性质实验[J].化学教学,2019(9):75.

责任编辑:丁伟红

作者简介:黄海云,宜兴外国语学校(江苏宜兴,214200)教师。