“境脈”視域下基于HPS教學模式的化學課堂教學設計

顧美麗

摘要：“境脈”視域下基于HPs教學模式的化學課堂教學設計，以“科學史”為脈，以“活動鏈”為境，采用材料閱讀、實驗設計等形式將科學史融入科學探究，加深學生對科學本質的理解，提升學生的科學素養。

關鍵詞：境脈;科學史;教學設計

文章編號：1008-0546（2020）11-0038-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.010

“境脈”視域下的HIS教學模式是指在化學課堂教學中，以教材中知識發生與發展的歷史過程作為一以貫之的知識脈絡，創設突出學生學習主體、激發學生學習興趣、具有動態生成空間而又一脈相承的探究情境，以“科學史”為脈，以“活動鏈”為境，通過對科學探究的復盤重演，使知識技能、思維方法、情感態度多線并進，從而達到夯實學生科學知識、提升學生科學素養的雙重目標。那么，如何從繁復紛雜的科學史中剝離與教學主題相關的知識脈絡，又如何圍繞這一教學主線創設以任務解決為牽引、以思維沖突為驅動的探究情境？本文以華師大版《科學·七年級（下）》第二章第二節“空氣成分的探究”為例，探討“境脈”視域下基于HPS教學模式的化學課堂教學設計策略。

一、教學設計思路

本節課由一個問題“空氣是由什么組成的”引出，學生聯系所學知識及生活經驗，對空氣成分提出合理的猜想。在接下來的教學環節中，以空氣成分發現史為主線，進行了層層遞進式的“活動鏈”設計（圖1）。對梅猷的蠟燭燃燒實驗進行了改編，創設任務型探究情境——如何證明玻璃杯中仍有氣體存在，加深對蠟燭熄滅后玻璃杯內水面上升原因的理解，進而推導出空氣中存在兩種成分：一種支持燃燒、另一種不支持燃燒。

呈現“拉瓦錫的曲頸甑實驗”這一科學史，認識到在梅猷蠟燭燃燒實驗的基礎上，拉瓦錫對空氣的組成成分有了定量的描述，即空氣中氧氣體積分數為1/5。在理解拉瓦錫曲頸甑實驗的基礎上，對梅猷的蠟燭燃燒實驗進行改進，通過現象與猜想的沖突，引導學生對實驗中藥品的選擇進行思考。在教師演示測定空氣中氧氣體積分數實驗的基礎上，設置開放式的實驗設計任務，通過對不同裝置的組合以達成對空氣中氧氣體積分數的測定，這一環節的設計加深了學生對空氣成分測定原理的認識和理解。

給出英國物理學家雷利于1892年的一組實驗數據，引導學生對數據的差異提出猜想，為稀有氣體的發現埋下伏筆。經歷科學史的品讀、科學探究的參與，進而形成完整的對空氣成分的量化認識。

二、教學過程

（一）挖掘前概念、建立實驗猜想

我們生活的環境中有空氣，人類的生活離不開空氣，空氣是一種重要的自然資源。

思考：空氣是由什么組成的？它是由一種物質組成的？還是由多種物質組成的？如果空氣是一種混合物，那么空氣中究竟有哪些物質呢？

猜想：根據已有知識，聯系生活經驗，收集證據：

①動物進行呼吸，空氣中就有氧氣和二氧化碳;

②植物進行光合作用，空氣中就有氧氣;

③餅干敞口放置會變潮，空氣中就有水蒸氣……

歸納：空氣中可能含有氧氣、二氧化碳、水蒸氣等物質，猜想空氣是一種混合物。

設計意圖：采用頭腦風暴的形式，調動學生聯系所學知識及生活經驗，對空氣成分進行猜想，為后續一系列實驗的探究和科學史的呈現作鋪墊。

（二）梳理科學史、創設探究情境

[活動一]兩支蠟燭（A、B）點燃后放在桌面上，將其中一支蠟燭罩上玻璃杯，觀察并描述實驗現象（圖2）。（改編自梅猷的蠟燭燃燒實驗）

提問：為什么會產生這一現象？

追問：此時玻璃杯中是否還有氣體存在？如何設計實驗證明猜想？

[活動二]根據學生的設計方案進行實驗，觀察并描述實驗現象（圖3）。

提問：當蠟燭熄滅后，玻璃杯內的水面為什么會上升？根據這一實驗現象，你認為空氣中有哪些成分？

歸納并得出結論：空氣中有氧氣，剩余成分不支持燃燒。

設計意圖：對科學史“1674年梅猷的蠟燭燃燒實驗”進行改編，創設任務型情境，通過實驗設計，加深對蠟燭熄滅后玻璃杯內水面上升原因的理解，進而推導出空氣中存在兩種成分：一種支持燃燒，另一種不支持燃燒，對后續拉瓦錫曲頸甑實驗的理解分解難度、奠定基礎。

那么，剩余成分中究竟有哪些氣體？

[科學史一]拉瓦錫的曲頸甑實驗

法國化學家拉瓦錫對空氣的成分進行了研究，請閱讀課本P54“科學家探究空氣成分的歷程”（圖4）。

思考：

①反應后待裝置冷卻時，拉瓦錫如何判斷密閉容器內的氣體體積減少？拉瓦錫將密閉容器內減少的氣體命名為什么？氣體為什么會減少？

②如何定量測得約1/57（提示：鐘罩內增加的汞的體積等于消耗的氧氣體積）

③密閉裝置內的剩余氣體有怎樣的性質？拉瓦錫將其命名為什么？

設計意圖：呈現“拉瓦錫的曲頸甑實驗”這一科學史資料，在關鍵性問題引領下，在閱讀課本的基礎上，闡述實驗現象并得出相應結論。認識到在梅猷的蠟燭燃燒實驗之后，拉瓦錫對空氣成分的探究有了定量的描述，即空氣中氧氣體積占1，5。

[活動三]沿用拉瓦錫的實驗思路，我們能否利用剛才這一實驗裝置，測得空氣中氧氣體積分數？為了便于測量，事先對玻璃杯進行了刻度的標記，將玻璃杯倒扣在水中，加水至與最下方刻度線齊平，上方的四條刻度線就把此時杯內的空氣均分成了五等分（圖5）。點燃蠟燭，罩上玻璃杯，請你預測實驗的現象。玻璃杯中的水面真的能上升到刻度1嗎？

學生分組實驗。

提問：你們有什么發現？為什么和我們猜想的不一樣？（提示：蠟燭燃燒生成二氧化碳氣體和水;氧化汞是固體）