基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的探究式教學(xué)實(shí)踐

韓炯佳

摘 要：基于對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的認(rèn)識(shí)，提出了核心素養(yǎng)導(dǎo)向下探究式教學(xué)設(shè)計(jì)的基本要求，并以“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”為例，設(shè)計(jì)并實(shí)施了一節(jié)探究式的化學(xué)課，反思了教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化學(xué)學(xué)科;核心素養(yǎng);探究式教學(xué)

探究式教學(xué)是體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。探究式教學(xué)法是以學(xué)生為主體，讓學(xué)生根據(jù)老師的教學(xué)方式，通過(guò)主動(dòng)參與研究，積極主動(dòng)地掌握老師傳授的知識(shí)的一種教學(xué)模式[1]。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出，認(rèn)識(shí)科學(xué)探究是進(jìn)行科學(xué)解釋和發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和應(yīng)用的科學(xué)實(shí)踐活動(dòng)，能發(fā)現(xiàn)和提出有探究?jī)r(jià)值的問(wèn)題;能從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)等方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究[2]。本文以“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”為例，談?wù)劵谂囵B(yǎng)學(xué)生學(xué)科探究這一核心素養(yǎng)的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與思考。

一、教材分析

本課為“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”第一課時(shí)的內(nèi)容，是中學(xué)化學(xué)基本理論的重要組成部分，是電化學(xué)基礎(chǔ)性概念。本節(jié)旨在讓學(xué)生了解原電池的原理，理解化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的內(nèi)涵，并通過(guò)微觀和宏觀相結(jié)合的方式進(jìn)一步認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)中能量的變化。享受科學(xué)探究的過(guò)程，從而具備探索未知、崇尚真理的意識(shí)，具有良好的學(xué)科態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。

二、學(xué)情分析

1.學(xué)生現(xiàn)狀

授課對(duì)象為高一學(xué)生。學(xué)生好奇心強(qiáng)，思維活躍，能積極主動(dòng)地學(xué)習(xí)，同時(shí)已具備一定的化學(xué)思維基礎(chǔ)和基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)技能，但對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)果的分析和處理能力還有一定的欠缺，教師需要不失時(shí)機(jī)地引導(dǎo)。但“化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能”的主要知識(shí)點(diǎn)涉及較多需要想象的抽象思維概念，學(xué)生理解起來(lái)較為費(fèi)勁。因此，采用實(shí)驗(yàn)結(jié)合課件模擬的教學(xué)形式有利于學(xué)生更快更深刻地理解相關(guān)概念。

2.能力發(fā)展

通過(guò)化學(xué)探究歷史，初步了解科學(xué)家研究反應(yīng)熱的思維方法和研究方法;初步嘗試運(yùn)用科學(xué)探究式的方法構(gòu)建原電池原理的能力;在STEM理念下，培養(yǎng)學(xué)生正確的價(jià)值觀和社會(huì)責(zé)任。

3.實(shí)現(xiàn)素養(yǎng)

形成“學(xué)科探究與創(chuàng)新意識(shí)”的核心素養(yǎng)，構(gòu)建學(xué)生的科學(xué)本質(zhì)觀，逐步形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);滲透STEM理念，完善“電化學(xué)原理”和“化學(xué)學(xué)科價(jià)值觀”。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

教學(xué)重難點(diǎn)：本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)為原電池的工作原理及其形成條件。難點(diǎn)為原電池原理和應(yīng)用。

四、教學(xué)過(guò)程

（一）課前任務(wù)

1.學(xué)生任務(wù)

（1）查閱關(guān)于化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的相關(guān)知識(shí)，例如：各種類(lèi)型的電池，干電池的成分等;水果（如檸檬、橙子等）含有的成分。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生通過(guò)自主討論學(xué)習(xí)，了解原電池的有關(guān)知識(shí)背景，使學(xué)生在學(xué)習(xí)新課前有一定的知識(shí)鋪墊，從而激發(fā)他們參與新課學(xué)習(xí)的興趣。

（2）預(yù)習(xí)教材，思考原電池的構(gòu)成條件和原理。

2.教師任務(wù)

（1）學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)：分成12組，前后4位學(xué)生一組。

（2）實(shí)驗(yàn)器材準(zhǔn)備：橙子1個(gè)，銅片、鋅片若干;銅線（導(dǎo)線）若干，靈敏電流計(jì)13個(gè)、1.0mol/L裝有200ml稀硫酸試劑瓶13瓶，燒杯若干只、膠頭滴管若干只。

（二）教學(xué)過(guò)程

活動(dòng)環(huán)節(jié)一：引課

學(xué)生自主拼接水果電池：

發(fā)現(xiàn)現(xiàn)象：（1）靈敏電流計(jì)的指針有些發(fā)生偏轉(zhuǎn)（電流），有些無(wú)偏轉(zhuǎn)（無(wú)電流）。

（2）偏轉(zhuǎn)說(shuō)明產(chǎn)生了電流，為什么會(huì)產(chǎn)生電流，產(chǎn)生電流的條件有哪些？

教師：電能在日常生活中應(yīng)用廣泛，我們都離不開(kāi)它。目前我們?cè)谏鐣?huì)上有哪些發(fā)電形式？（多媒體圖片展示發(fā)電形式）。同學(xué)們，我現(xiàn)在有一個(gè)橙子，一塊鋅片和一塊銅片，我們一起來(lái)見(jiàn)證一下這套簡(jiǎn)易的裝置能不能用來(lái)發(fā)電。

教師：實(shí)驗(yàn)演示……（提示學(xué)生注意觀察電流計(jì)指針的變化）在剛才的實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了電流，也就是說(shuō)像這樣的裝置能發(fā)電，會(huì)產(chǎn)生電流。

設(shè)計(jì)意圖：此環(huán)節(jié)通過(guò)生活中的實(shí)驗(yàn)用品——水果電池演示實(shí)驗(yàn)更為形象的呈現(xiàn)形式，讓學(xué)生對(duì)于原電池的構(gòu)成條件有初步了解，讓學(xué)生更有興趣學(xué)習(xí)新課內(nèi)容，從而為下面原電池構(gòu)成條件和原理的探究做了心理和知識(shí)的雙層鋪墊。

活動(dòng)環(huán)節(jié)二：原電池構(gòu)成條件的實(shí)驗(yàn)探究

教師：同學(xué)們我們一起來(lái)用數(shù)學(xué)的方法（排列組合形式），一共可以列出以下幾種實(shí)驗(yàn)的可能。

實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：

教師：橙子含有大量的檸檬酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸等，檸檬酸、蘋(píng)果酸、琥珀酸等現(xiàn)在用稀硫酸進(jìn)行代替。現(xiàn)在把時(shí)間交給同學(xué)們，請(qǐng)同學(xué)們按照學(xué)案上的步驟四個(gè)人一組來(lái)完成上述實(shí)驗(yàn)并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生探究：

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：個(gè)別學(xué)生在黑板上補(bǔ)充上表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其他同學(xué)有異議自己上臺(tái)補(bǔ)充。

學(xué)生自主歸納總結(jié)并完善……

提出問(wèn)題：

1.我們知道Zn能與H2SO4（aq）發(fā)生反應(yīng)，而Cu不與H2SO4（aq）反應(yīng)，若現(xiàn)在將Cu換成Zn（兩片鋅），請(qǐng)同學(xué)們猜測(cè)一下會(huì)觀察到怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

2.若將H2SO4（aq）換成NaCl（aq）溶液，又會(huì)觀察到怎樣的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

3.我們現(xiàn)在就用實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證下，是否跟我們的預(yù)期一樣，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

學(xué)生探究：

實(shí)驗(yàn)5：實(shí)驗(yàn)4中的Cu換成Zn，其他不變，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)6：將實(shí)驗(yàn)4中的H2SO4（aq）換成NaCl（aq）溶液，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)總結(jié)：個(gè)別學(xué)生在黑板上補(bǔ)充上表中的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，其他同學(xué)有異議自己上臺(tái)補(bǔ)充。

學(xué)生自主歸納總結(jié)并補(bǔ)充完整……

教師提問(wèn)：這種能將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的裝置，我們稱(chēng)之為原電池。根據(jù)實(shí)驗(yàn)1—實(shí)驗(yàn)6實(shí)驗(yàn)結(jié)論，請(qǐng)同學(xué)小組討論并思考構(gòu)成原電池的條件有哪些。

學(xué)生分小組探究：小組回答，其他組補(bǔ)充，歸納總結(jié)原電池的構(gòu)成條件。

設(shè)計(jì)意圖：此環(huán)節(jié)主要通過(guò)學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)探究，自主歸納總結(jié)并得出結(jié)論。教師首先有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生將水果電池裝置材料逐一剖析，電極棒（銅片、鋅片）、電解液（橙子）。再通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究的形式，層層遞進(jìn)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，最終由學(xué)生自己歸納總結(jié)出構(gòu)成原電池的條件，培養(yǎng)了學(xué)生由實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究的能力和知識(shí)歸納總結(jié)能力。

活動(dòng)環(huán)節(jié)三：原電池的工作原理

問(wèn)題設(shè)計(jì)與探究：

1.依據(jù)實(shí)驗(yàn)4實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象完成以下問(wèn)題。

問(wèn)題1：Cu片上有氣泡，產(chǎn)生的是什么氣體？

問(wèn)題2：反應(yīng)中哪種物質(zhì)得失電子？

問(wèn)題補(bǔ)充：為什么不是Cu失去電子？

問(wèn)題3：Zn失去的電子如何轉(zhuǎn)移到H+并變成H2？

問(wèn)題4：Cu片沒(méi)有參加反應(yīng)，起了什么作用？

問(wèn)題5：結(jié)合干電池的正負(fù)極，確定銅鋅原電池的正負(fù)極。

問(wèn)題6：Cu和Zn上的反應(yīng)稱(chēng)之為電極反應(yīng)，從氧化還原反應(yīng)（得失電子）角度分析兩電極分別發(fā)生了什么類(lèi)型的反應(yīng)。

2.運(yùn)用多媒體設(shè)計(jì)原電池工作的動(dòng)態(tài)Flash。

教師：請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)實(shí)驗(yàn)4中實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：以小組討論的形式，完成下列問(wèn)題。

問(wèn)題1：銅片上有氣泡，產(chǎn)生的是什么氣體？

問(wèn)題2：反應(yīng)中哪種物質(zhì)失去電子，哪種物質(zhì)得到電子？

問(wèn)題補(bǔ)充：為什么不是銅失去電子？

問(wèn)題3：鋅失去的電子如何轉(zhuǎn)移到氫離子并變成氫氣？

問(wèn)題4：銅片不參與反應(yīng)，起什么作用？

問(wèn)題5：結(jié)合干電池的正負(fù)極，確定銅鋅原電池的正負(fù)極。

問(wèn)題6：銅鋅上的反應(yīng)稱(chēng)為電極反應(yīng)，從氧化還原反應(yīng)（得失電子）角度分析分別發(fā)生了什么類(lèi)型的反應(yīng)。

學(xué)生小組討論探究……

教師：教師結(jié)合原電池工作的動(dòng)態(tài)Flash，詳細(xì)講解原電池的工作原理（電子的流向、離子的移動(dòng)方向、電極反應(yīng)方程式、對(duì)應(yīng)電極的電極反應(yīng)式）。

設(shè)計(jì)意圖：此環(huán)節(jié)主要通過(guò)問(wèn)題探究，層層深入，將原電池的工作原理分層剖析，將難點(diǎn)一一分解，并借助多媒體Flash演示原電池的微觀動(dòng)畫(huà)模擬，將抽象的知識(shí)點(diǎn)形象化。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課通過(guò)設(shè)計(jì)符合學(xué)生思維發(fā)展的教學(xué)環(huán)節(jié)，以水果電池為情境，通過(guò)三個(gè)科學(xué)探究環(huán)節(jié)，了解科學(xué)探究的方法和過(guò)程，從問(wèn)題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行科學(xué)探究，構(gòu)建原電池模型，體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。同時(shí)在每個(gè)環(huán)節(jié)的探究過(guò)程中，領(lǐng)悟了科學(xué)精神，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)、積極探索科學(xué)問(wèn)題和解決生產(chǎn)生活中化學(xué)問(wèn)題的擔(dān)當(dāng)、能力和責(zé)任，樹(shù)立正確的人生觀和科學(xué)價(jià)值觀。

參考文獻(xiàn)：

向陽(yáng).高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究式教學(xué)模式的構(gòu)建與實(shí)施[J].教學(xué)研究，2019（20）：176.

編輯 李建軍