基于合作探究的理論性知識(shí)的教學(xué)

王振+魏斌+胡志剛

摘要：理論性知識(shí)的教學(xué)是學(xué)科教學(xué)的重要內(nèi)容。以“質(zhì)量守恒定律”的教學(xué)為例，闡述基于合作探究的理論性知識(shí)的教學(xué)模式，并闡述了基于合作探究的教學(xué)反思和教學(xué)建議。

關(guān)鍵詞：質(zhì)量守恒定律；理論性知識(shí)；合作探究

文章編號(hào)：1005–6629（2017）4–0052–04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

化學(xué)理論性知識(shí)是指反映物質(zhì)及其變化的本質(zhì)屬性的基本概念和基本原理[1]。在中學(xué)階段，主要包括物質(zhì)的組成、性質(zhì)、變化等基本概念，以及質(zhì)量守恒定律、元素周期律等基本理論，是化學(xué)教學(xué)中最關(guān)鍵的內(nèi)容。

理論性知識(shí)的學(xué)習(xí)主要是學(xué)習(xí)者從大量的具體例證中概括得出事物特征。以質(zhì)量守恒定律為例，課程標(biāo)準(zhǔn)明確指出“要引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的規(guī)律，初步了解研究化學(xué)變化的科學(xué)方法”[2]。現(xiàn)有教材中，質(zhì)量守恒定律實(shí)驗(yàn)有白磷燃燒、鐵釘與硫酸銅、碳酸鈉固體與鹽酸、鎂條燃燒、氫氧化鈉與硫酸銅、蠟燭燃燒等體系，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的規(guī)律和構(gòu)建質(zhì)量守恒觀。然而實(shí)際教學(xué)中很難在有限的一節(jié)課內(nèi)做多個(gè)實(shí)驗(yàn)，教師疲于趕著一個(gè)個(gè)實(shí)驗(yàn)，教學(xué)效果往往不盡如人意。筆者在實(shí)踐中總結(jié)一套可以節(jié)約課堂時(shí)間，且行之有效的分組合作探究教學(xué)模式，詳見圖1。

把全班分成不同的實(shí)驗(yàn)組，同時(shí)在做實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)2、實(shí)驗(yàn)3、……，經(jīng)過(guò)一系列實(shí)驗(yàn)得出粗略的結(jié)論1。通過(guò)實(shí)驗(yàn)n的反常現(xiàn)象，進(jìn)一步升華得出完整的結(jié)論2，也就是我們想要學(xué)的理論性知識(shí)。最后通過(guò)理論性知識(shí)回歸生活中的不同實(shí)踐應(yīng)用。我們以質(zhì)量守恒定律為例，將不適合學(xué)生做的課本實(shí)驗(yàn)進(jìn)行改進(jìn)和取舍，改成適合學(xué)生分組探究的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行教學(xué)。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 導(dǎo)入新課——提出問(wèn)題

[家庭實(shí)驗(yàn)]教師提供自制汽水的配料表，見表1，以及小蘇打和檸檬酸的反應(yīng)文字表達(dá)式：小蘇打+檸檬酸→檸檬酸鈉+水+二氧化碳。學(xué)生自由組團(tuán)在家制汽水。

[影像展示]學(xué)生自制汽水的過(guò)程中，所有原料加一起后質(zhì)量是多少？

學(xué)生A說(shuō)：制好的汽水質(zhì)量就是原料的加和：400g+10g+20g+1.5g+1.5g=433g。

學(xué)生B說(shuō)：小蘇打和檸檬酸會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，不是簡(jiǎn)單的混合。反應(yīng)后質(zhì)量還會(huì)是433g嗎？

[提出問(wèn)題]以這一問(wèn)題為契機(jī)趁機(jī)提出問(wèn)題：化學(xué)反應(yīng)前后，反應(yīng)物的總質(zhì)量是否等于生成物的總質(zhì)量？

學(xué)生猜想：反應(yīng)前后質(zhì)量相等；反應(yīng)前后質(zhì)量不相等。

1.2 合作探究——得出結(jié)論

[提供方案]既然有爭(zhēng)議，我們就該通過(guò)實(shí)驗(yàn)去證明。為了更好地得出結(jié)論，我們用四種不同的實(shí)驗(yàn)方案來(lái)看看反應(yīng)前后質(zhì)量到底相不相等。方案詳見表1。

[分工詳細(xì)]為了更好地驗(yàn)證，學(xué)生四人一組，互相配合完成實(shí)驗(yàn)。每組選擇一位同學(xué)記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)果。全班十二組，每三組做同一種實(shí)驗(yàn)方案，以確保實(shí)驗(yàn)結(jié)論的可靠。

[分組實(shí)驗(yàn)]教師巡視并適當(dāng)指導(dǎo)。

[匯報(bào)結(jié)果]前九組同學(xué)代表依次匯報(bào)各組的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論，詳見表2。

[得出結(jié)論]經(jīng)過(guò)大家不同的實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。這個(gè)規(guī)律就叫質(zhì)量守恒定律。

1.3 拓展提升——精煉理論

[匯報(bào)結(jié)果]剩下的三組同學(xué)代表依次匯報(bào)各自組的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。小心地把盛有鹽酸的小試管從燒杯中取出，并將其傾斜，使小試管中的鹽酸進(jìn)入小燒杯中，發(fā)現(xiàn)產(chǎn)生大量的無(wú)色無(wú)味的氣體，反應(yīng)后物質(zhì)的質(zhì)量變小。

教師：為什么實(shí)驗(yàn)三和實(shí)驗(yàn)四用同樣的反應(yīng)物，得出的結(jié)論卻不同呢？

（提示教師投影展示方案三和方案四不同的實(shí)驗(yàn)裝置圖，詳見圖3。）

學(xué)生：因?yàn)榉桨杆漠a(chǎn)生的氣體逸散到空氣中了。

教師：非常棒！因?yàn)閰⑴c化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。所以當(dāng)有氣體生成時(shí)，我們要選擇什么樣的裝置？

學(xué)生：密閉的實(shí)驗(yàn)裝置。

[追問(wèn)]能不能從微觀角度去解釋質(zhì)量守恒定律呢？

提示給學(xué)生演示水分子電解的動(dòng)畫，水通電后變成氫氣和氧氣，見圖4。在這個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，反應(yīng)后元素種類有沒有改變、原子數(shù)目有沒有改變、原子質(zhì)量有沒有改變？

學(xué)生：化學(xué)反應(yīng)前后，原子種類不變，數(shù)目沒有增減，原子的質(zhì)量也沒有改變，所以化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量不會(huì)改變。

1.4 結(jié)束新課——實(shí)踐應(yīng)用

[實(shí)踐應(yīng)用1]學(xué)生用教師備好的材料（400g水，10g白糖，20g果汁，1.5g小蘇打，1.5g檸檬酸）現(xiàn)場(chǎng)制汽水，質(zhì)量會(huì)是433g嗎？

教師：為什么他們制得汽水質(zhì)量會(huì)少于433g？

學(xué)生：因?yàn)橹破^(guò)程中，產(chǎn)生很多氣體，沒有及時(shí)蓋上瓶蓋，有一部分氣體跑到瓶外了，所以汽水的質(zhì)量會(huì)變小。

教師：非常好！當(dāng)有氣體生成，我們要考慮產(chǎn)生氣體的質(zhì)量。

[實(shí)踐應(yīng)用2]已知石蠟是蠟燭的主要成分，蠟燭在空氣中完全燃燒后的產(chǎn)物是CO2和H2O，判斷石蠟中一定含有 元素，可能含有 元素。

學(xué)生：石蠟中一定含有C和H元素，可能含有O元素。

2 教學(xué)反思

2.1 分組合作——課堂效率高

本節(jié)課通過(guò)不同組同時(shí)做四個(gè)不同的實(shí)驗(yàn)方案（實(shí)驗(yàn)1，實(shí)驗(yàn)2，實(shí)驗(yàn)3，實(shí)驗(yàn)4，詳見圖5），所以大大減少了課堂實(shí)驗(yàn)的時(shí)間，提高了課堂的效率，而且四人一組分工明確，培養(yǎng)了學(xué)生合作學(xué)習(xí)的經(jīng)歷。經(jīng)過(guò)全班同學(xué)的不同實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了質(zhì)量守恒定律，在教師的引導(dǎo)和啟發(fā)下，層層深入，加深對(duì)質(zhì)量守恒定律的理解。通過(guò)合作探究學(xué)習(xí)，不僅強(qiáng)化了班級(jí)體的團(tuán)體觀念，培養(yǎng)了學(xué)生合作學(xué)習(xí)的意識(shí)，而且順利高效地完成了課堂教學(xué)目標(biāo)。

2.2 理論源于實(shí)踐——理論指導(dǎo)生活

通過(guò)具體、生動(dòng)的自制汽水實(shí)驗(yàn)，提出的問(wèn)題更容易激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。理論性知識(shí)的學(xué)習(xí)的實(shí)質(zhì)是新知識(shí)與學(xué)生原有概念相互作用，建立其內(nèi)在的邏輯聯(lián)系，其結(jié)果是新知識(shí)納入原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)中，使原有認(rèn)知結(jié)構(gòu)得以豐富。學(xué)生在學(xué)習(xí)完質(zhì)量守恒定律這一理論知識(shí)后，通過(guò)一系列的實(shí)踐應(yīng)用，讓學(xué)生體會(huì)理論指導(dǎo)生活，逐步培養(yǎng)學(xué)生的物質(zhì)變化觀。如應(yīng)用1現(xiàn)場(chǎng)制汽水后質(zhì)量變少了，學(xué)生就比較輕松地知道生成物有氣體，要采用密閉的裝置圖；應(yīng)用2蠟燭燃燒，不僅從宏觀認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化，而且從微觀和元素角度去分析推理蠟燭成分，強(qiáng)化了理論源于生活又高于生活。

2.3 培養(yǎng)思維——搭建思維“腳手架”

理論知識(shí)的學(xué)習(xí)，往往都是通過(guò)大量的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證得出具有一定的概括性結(jié)論，這些結(jié)論對(duì)以形象思維為主的初三學(xué)生來(lái)說(shuō)比較難以理解。所以在理論知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中，要注意在學(xué)生思維障礙處搭建“腳手架”，幫助學(xué)生順利地達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。如質(zhì)量守恒定律從宏觀向微觀過(guò)渡，學(xué)生在理解上就存在障礙，此時(shí)借助水電解的動(dòng)畫示意圖，把微觀的水分子呈現(xiàn)給學(xué)生，學(xué)生就容易想到化學(xué)反應(yīng)前后原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量都不變，所以質(zhì)量守恒。

2.4 勤于動(dòng)手——從實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的科學(xué)，教學(xué)要緊密聯(lián)系生產(chǎn)、生活實(shí)際，使學(xué)生真切地感受到發(fā)生的化學(xué)變化。而實(shí)際的教學(xué)中，礙于課時(shí)的原因很多實(shí)驗(yàn)沒時(shí)間做，可以鼓勵(lì)學(xué)生從家庭實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，讓化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)回歸到生活和生產(chǎn)中。鼓勵(lì)學(xué)生勤于動(dòng)手，在社會(huì)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，從化學(xué)課本中找到解析，在利用所學(xué)知識(shí)解決生活問(wèn)題，更好地享受生活中化學(xué)帶來(lái)的樂(lè)趣。

3 教學(xué)建議

3.1 鐵釘和硫酸銅溶液的反應(yīng)的改進(jìn)

鐵釘和硫酸銅溶液反應(yīng)比較慢。丁吉念老師通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)得出[3]：鐵釘伸入質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.02%～1.88%的硫酸銅溶液，鐵釘很快析出紅色物質(zhì)，而溶液的顏色大概需要60min才變?yōu)闇\綠色，時(shí)間仍然較長(zhǎng)。根據(jù)“氯離子效應(yīng)”[4]在硫酸銅溶液中，稍加一些氯化鈉能加快鐵和硫酸銅溶液的反應(yīng)，在兩三分鐘后即可看到鐵釘表面變黑隨后變紅，原因是剛置換生成的銅顆粒比較小，發(fā)生了光學(xué)上的漫反射，把鐵釘從溶液中取出即可看到鐵釘表面生成的是紅色的銅。

3.2 借助學(xué)生的錯(cuò)誤操作拓展應(yīng)用

優(yōu)秀的教師往往善于利用學(xué)生的實(shí)際情況臨時(shí)改變自己的教學(xué)，借助學(xué)生的動(dòng)態(tài)生成，增加師生的活動(dòng)。在教學(xué)前，沒有預(yù)料到會(huì)有很多學(xué)生不會(huì)正確使用砝碼，學(xué)生雖然已在八年級(jí)物理課上學(xué)過(guò)托盤天平的使用，但還是有小部分學(xué)生錯(cuò)誤地用手捏砝碼。在講過(guò)質(zhì)量守恒定律后，發(fā)現(xiàn)這一狀況教師可以趁機(jī)提問(wèn)學(xué)生，用手抓砝碼會(huì)對(duì)稱量的重量有什么影響？教師提示鐵在潮濕的情況下，容易和空氣中的氧氣反應(yīng)，生成鐵銹，并寫出文字表達(dá)式：鐵+氧氣+水→鐵銹。巧借學(xué)生的錯(cuò)誤操作，進(jìn)一步拓展質(zhì)量守恒定律到有氣體參與反應(yīng)的體系。

3.3 實(shí)驗(yàn)注意安全性

碳酸鈉粉末和鹽酸反應(yīng)，在密閉體系狀態(tài)下反應(yīng)，最好裝入藥品時(shí)，把礦泉水瓶稍微捏癟，有利于驗(yàn)證學(xué)生觀察到產(chǎn)生大量的氣泡后，瓶子變鼓，也避免了瓶中產(chǎn)生氣體過(guò)多，壓強(qiáng)變大，防止瓶蓋噴出的安全隱患。氫氧化鈉和硫酸銅溶液的反應(yīng)，最好是把小試管里放入氫氧化鈉溶液，以防學(xué)生傾倒液體時(shí)，手接觸到氫氧化鈉溶液。鼓勵(lì)學(xué)生在條件允許的情況下，做一些社會(huì)實(shí)踐活動(dòng)，如家庭小實(shí)驗(yàn)，以彌補(bǔ)課堂教學(xué)的不足。

參考文獻(xiàn)：

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