創設實驗情景 自主學習探究 引導知識建構

孫美榮

摘要：創設實驗情景，讓學生親歷實驗過程，體驗物質的轉化。在自主學習單的引領下，在問題解決的進程中，學會內化知識建構。

關鍵詞：實驗體驗；晶體生成；自主學習；內化知識；知識建構

文章編號：1008-0546（2017）11—0086—04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008—0546.2017.11.028

一、復習課案例的提出

筆者在講授滬教版上冊第五章“金屬的性質”時，設計了一組不同金屬（鎂、鋅、鐵、銅）分別與相同濃度稀硫酸反應的分組實驗，發現鐵絲與稀硫酸反應的速率相對較慢，能觀察到鐵絲表面有氣泡冒出，溶液的顏色變化在短時間內不容易觀察。為了能讓學生親眼看到硫酸亞鐵溶液是淺綠色的事實，決定延長實驗的觀察時間，設想隨著反應的進行，生成的新物質硫酸亞鐵隨之增多，預期的目標是學生親眼觀察到硫酸亞鐵溶液的顏色。該實驗僅僅放置了一天，第二天就觀察出溶液的顏色的淺綠色，同時還發現鐵絲表面懸掛著少許淺綠色的晶體，第四天試管鐵絲上沉積的晶體逐漸增多，試管底部有少許黑色物質沉積，到第十天鐵絲幾乎全部被溶解完，試管里淡綠色硫酸亞鐵晶體越來越多，有些小顆粒晶體逐漸生長成較大顆粒，試管底部有較多黑色物質沉積，我拿著試管愛不釋手，一個教學的好素材萌生了。這些現象的背后呈現出的是多個知識的融合，隱藏著學生還未學到的一些知識，限于學生剛剛學到第五章的知識水平，只能解釋金屬與酸反應生成了可溶性的物質和氫氣。試管底部黑色物質是由于鐵絲為鐵碳合金，鐵被過量的硫酸溶液溶解后導致碳析出沉積在試管底部。但是，學生尚未學習到第六章溶液的知識，對溶液的組成和溶液的濃度，以及隨著反應的不斷進行，溶質的質量分數不斷增大，溶液由不飽和溶液變為飽和溶液、飽和溶液又變成過飽和溶液導致溶液中有晶體析出還不能夠深刻理解。如果將該實驗設計成實驗探究復習課——硫酸亞鐵晶體是如何合成的？讓學生親身體驗晶體的合成過程，一定會引起學生的好奇心和探究欲望，為學生提供一個有關溶液的知識體驗及建構的案例。

筆者決定待溶液新授課結束，帶領學生研究鐵是如何轉變成硫酸亞鐵晶體的課題。讓學生課前通過小組合作方式進行課外實驗觀察體驗，學生依據教師編制自主學習任務單進行自主學習，課堂上教師設計問題鏈，學生研討分析解釋現象背后的知識融合點，達成內化知識和知識建構的目標。

二、復習課案例的實踐

1.明確復習目標

知識與技能：通過實驗體驗鐵與酸反應生成亞鐵化合物的證據所在，體驗不飽和溶液與飽和溶液的相互轉化過程，認識鐵絲是由鐵和碳組成的合金，會依據物質的組成性質采用過濾的方法對可溶性物質與不溶性物質進行分離。學會依據晶體的性質差異選擇分離晶體的方法。

過程與方法：通過創設實驗情景，學生親歷實驗過程、觀察現象解釋結論，提高分析、反思、歸納建構知識的能力。

情感態度價值觀：借助實驗探究激發學習興趣和探究欲望，提升學習內驅力，內化知識提升能力。

2.細化教學過程

（1）課前——學生親歷實驗過程

義務教育化學課程標準（2011年版）強調，科學探究是學生積極主動地獲取化學知識、認識和解決化學問題的重要實踐活動。科學探究學習目標的實現，必須讓學生親身經歷豐富的探究活動。在學習完第六章溶液后，筆者組織化學活動小組利用課余時間完成鐵絲與稀硫酸反應制備硫酸亞鐵晶體的實驗，用了10天的時間觀察并記錄實驗現象，學生在自主學習任務單的引領下，觀察現象、思考現象背后隱含的物質轉化實質，晶體的分離和提純。會將零散的知識融合起來，解釋現象背后的知識。

（2）課堂——師生梳理內化知識

首先，師生回顧鐵絲與硫酸反應過程中的事實性知識，對這些信息進行加工整理，尋找知識問的聯系之處和生長點。通過展示實驗中幾個階段的圖片，師生重溫鐵與稀硫酸反應的歷程，創設問題鏈引發學生復習再現基礎知識，實現課堂上內化知識的目標。

【問題1】你觀察到鐵絲和稀硫酸發生化學反應的證據是什么？你能歸納出金屬與酸反應的規律嗎？

【學生】生成了新物質，根據新物質的顏色可推知是硫酸亞鐵。依據已有的實驗經驗，鋁、鋅、鎂也能和金屬發生置換反應生成鹽和氫氣。

【問題2】第一天為什么看不到硫酸亞鐵晶體析出？第二天為什么有晶體析出？

【學生】第一天試管中硫酸溶質多，生成的硫酸亞鐵溶質少，溶液中硫酸亞鐵還沒有達到飽和狀態，所以沒有硫酸亞鐵晶體析出。

【問題3】通過這個實驗，你對不飽和溶液和飽和溶液的相互轉化有了深刻的理解嗎？

試管內溶液中溶質由硫酸逐步轉化為硫酸亞鐵，當溶液溫度不變時，隨著反應的進行，硫酸亞鐵質量不斷地增加，硫酸亞鐵溶質的質量分數也隨之逐漸增大，溶液由不飽和溶液漸漸變成飽和溶液，直至變為過飽和溶液，就開始有硫酸亞鐵晶體從溶液中析出。實現了硫酸亞鐵從無到有，從少到多的變化，實現不飽和溶液轉變為飽和溶液，溶質再從飽和溶液中以晶體的形式結晶出來。根據影響物質溶解的因素分析，當改變溫度或增加溶劑的量時，也可使硫酸亞鐵晶體重新溶解在溶液中，從而實現飽和溶液向不飽和溶液的轉化。

【問題4】通過觀察，你認為組成鐵絲的主要元素有哪幾種？你判斷的依據是什么？

【學生】依據元素守恒可知，實驗用鐵絲主要是由鐵元素和碳元素組成，反應前是鐵合金，反應后鐵元素轉變為硫酸亞鐵，碳元素的存在形式依據顏色判斷是碳單質。

【問題5】如何分離可溶性的硫酸亞鐵溶液和不溶性的碳粉？

【學生】依據混合物中各組分物質的性質差異，FeSO₄是可溶性的鹽，C粉不溶于水，采用過濾的方法加以分離。

【問題6】如何將試管里的綠色硫酸亞鐵晶體分離出來？endprint

將試管中的混合液和晶體加水溶解，待晶體完全溶解后，轉移到燒杯中，制作過濾器，進行過濾操作，然后用蒸餾水洗滌過濾器上的黑色物質，將濾液蒸發濃縮后冷卻結晶，過濾洗滌得到純凈的硫酸亞鐵晶體。

3.課堂——師生拓展遷移提升

課前學生親歷實驗過程獲得了事實性知識，課上師生間的內化知識使學生理解了不飽和溶液和飽和溶液的轉化事實，以及晶體如何從飽和溶液中結晶析出的事實。但是對于晶體的獲得及如何洗滌晶體等知識還不夠完善，需要拓展提升。

（1）沉淀的洗滌與檢驗

【問題】如何洗滌濾紙上的碳粉？用什么洗？怎么洗？如何證明碳粉已經洗滌干凈？

【教師】仔細觀察圖3的顏色，思考碳粉和哪種物質共存于溶液中？

【學生】濾紙上有綠色的痕跡，說明碳粉上吸附有可溶性的硫酸亞鐵物質。應該用水洗滌。

【教師】既然是洗滌硫酸亞鐵，那應該檢驗哪一種離子最方便呢？

【學生】證明硫酸根離子最方便。

師生總結：

沉淀的洗滌方法：沿著玻璃棒向過濾器中加水至浸沒固體，待水濾出，重復三遍。

沉淀是否洗凈的檢驗：取最后一次洗滌濾液少許于試管中，滴加幾滴氯化鋇溶液，若沒有白色沉淀產生則碳粉已洗滌干凈。

（2）晶體的獲得與洗滌

【問題1】請結合右圖的硫酸亞鐵晶體的溶解度曲線，討論如何從硫酸亞鐵溶液中獲得硫酸亞鐵晶體？

【問題2】仔細觀察右圖，你發現了什么？如何依據該圖中溶解度的變化設計分離晶體的方案。

【學生】先要把溶液蒸發濃縮至溶解度最大時的60%飽和溶液，再迅速降溫至0℃結晶，過濾。

【問題3】為什么需要用少量冰水洗滌晶體？

【學生】硫酸亞鐵晶體表面吸附有可溶性的雜質離子，因考慮到晶體會溶解而損失，需要用冰水洗滌。

【問題4】為什么要低溫干燥得到的晶體？

【學生】防止晶體溫度高會失去結晶水或發生分解。

歸納：晶體的獲得和洗滌方法為：加熱濃縮得到60%飽和溶液，冷卻至0℃結晶，過濾，少量冰水洗滌，低溫干燥。

（3）課堂變式學以致用

【訓練題】鋁鐵合金在微電機中有廣泛應用，某興趣小組為利用廢棄的鋁鐵合金設計了如下實驗流程制備聚合硫酸鐵和明礬：

④濃縮時需要向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的是______。

【環節一】教師布置任務，學生在課上利用10分鐘限時訓練，教師巡視觀察記錄學生思維障礙之處。

【環節二】學生展示匯報解題思路。

【環節三】提煉出三種解題思維方法，守恒思想、知識遷移能力、挖掘信息學以致用。

（1）推出試劑x的方法是應用元素守恒思想，結合題目給出的兩條信息，試劑X是一種常見的強堿，明礬是一種硫酸鹽，化學式為KAl（SO₄）₂·12H₂O，可推斷出X為KOH。

（2）混凝劑聚合硫酸鐵可用于凈水的原理需要遷移課本知識，應用明礬凈水原理的知識，表述為聚合硫酸鐵具有吸附作用，吸附水中的懸浮顆粒，形成較大顆粒而沉降。

（3）依據化合物中元素化合價正價總數等于負價總數的守恒思想，可順利計算出x=6-2y。

（4）依據題目給出的圖表信息，當x為最大值時橫坐標對應的pH值為3.0。

（5）學生們存在的最大問題是（2）第④濃縮時需要向其中加入一定量的乙醇，加入乙醇的目的表述不清。需要教師引導，乙醇是一種有機溶劑，聚合硫酸鐵是能與水混溶的新型混凝劑，微溶于乙醇，因此，加入酒精可以降低聚合硫酸鐵的溶解度，便于聚合硫酸鐵晶體從混合液中析出，另外酒精易揮發，使得聚合硫酸鐵易于干燥。

三、教學反思

依據實際情況，利用鐵絲與稀硫酸反應創設實驗情境，通過以化學實驗為主的探究活動，使學生體驗科學探究的過程，激發學習化學的興趣，強化科學探究的意識，讓學生在小組合作學習共同體中合作學習，在自主學習任務單的引領下自主建構拓展提升。促進學習方式的轉變，有利于培養學生的創新精神和實踐能力。這節復習課又是遵循建構主義理論，倡導學習者自主建構知識，讓學生在共同體中學習，將要整合建構的知識依存于情境。

1.通過創設實驗情境促進合作學習有利于提升復習質效

美國心理學家布魯納指出：“學習的最好動力就是對學習材料產生興趣”。現代心理研究也表明：興趣能引起學生的求知欲，而求知欲可以打破原有的心理平衡，促進心理活動的加速。化學實驗具有生動直觀、現象新奇的特點能夠引起學生強烈的好奇心和求知欲，容易使學生對教學活動產生濃厚的興趣，而興趣是創造性思維發展的前提和條件。用興趣實驗引領化學復習，珍視學生在實驗探究中獨特的體驗感受和理解，讓學生在實驗中有所感有所思，學會思考、學會知識整合與建構，讓學生在“探究”中感知“生成”在感悟中升華“生成”。另外實驗與教學內容有效融合，既能充分發揮實驗的教學功能，還能將一些重難點知識自然融合在一起，有利于知識的建構，有效提高復習效率。

2.開展自主體驗式學習有利于促使學習方式的改變

把看似簡單的實驗拉長周期進行觀察不僅增加了學生動手實踐的機會，使學生由過去被動“等待”和“接受式”的學習方式變為“主動”和“探索式”的學習方式，不僅調動了學生學習的主動性，在一系列化學反應動態變化過程中引發了學生深刻的思維活動，使學生的學科知識、實驗操作技能、科學探究能力與創新意識同步提升。教師依據課程標準結合學情設計了指導學生自主學習的任務單，預設的達成目標直接與學生見面，是一種目標管理式的學習。自主學習任務單引領學生課前開展自主學習，突出了學生的學習主動性，使學生真正成為學習的主人，學生使用自主學習任務單自主地解決問題，獲得知識的意義建構。學習任務設計能夠將知識點轉化為問題，即把教學重點、教學難點和其他知識點轉化為問題，能夠引導學生自己發現知識，提高思維能力，體驗自主學習成就感。課堂上通過一組問題鏈引導學生思考，教師選擇真實問題呈示給學生，學生把有意義的真實問題當作“我的問題”來接納，開展自主學習活動解決問題，有著強烈的當事性和責任性。只要學生把問題學習當成了“我的學習”，就會產生有意義的學習經驗，就能使學生的學習觀從“知識由教師傳遞”的認知主義的接受式學習觀，轉型為“知識由每一個人自身同伙伴協作建構”的建構主義的能動的學習觀。endprint