讓化學課堂奏響思維靈動的樂章

汪蔚 胡海銘

摘要：本課設計通過層層遞進的問題，激發(fā)學生探究欲望，引導學生設計實驗，分析問題，解決問題。這種探究促進了學生對控制變量思想、演繹歸納思維等高階思維的領悟，養(yǎng)成了科學思維習慣，培養(yǎng)了學生綜合運用知識解決實際問題的能力，為學生終生發(fā)展奠定了堅實基礎。

關鍵詞：高階思維;鋼鐵銹蝕;教學設計

文章編號：1008-0546（ 2021）01-0052-05

中圖分類號：C632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.014

一、教材分析和學情分析

諾貝爾獎獲得者勞厄指出“重要的不是獲得知識，而是發(fā)展思維能力，教育無非是一切已學過的東西都忘掉后所剩下的東西”。對于化學教學來說，當學生將化學學科知識都忘記的時候，還剩下的東西就是“化學的學科思想和學科方法”了[1]。“鋼鐵的銹蝕和防護”是人教版九年級化學第八單元課題3的教學內容[2]。這是一節(jié)典型的實驗探究課型，其中控制變量法是這節(jié)實驗探究課的主要方法，而控制變量思想也是整個初中化學常用的思維方法。課本教材的設置采用螺旋上升式的教學理念，從影響過氧化氫反應速率因素的探究到二氧化碳與水反應的探究，再到燃燒條件的探究，一直到本課題。教材中對控制變量法學習循序漸進，由淺人深，由課堂延伸到課后。學習本課題時，學生對控制變量思想有了一定的基礎，本課題要解決的問題是如何引導學生將控制變量法運用到實驗探究中解決實際問題，從而提高學生的實驗設計能力和解決問題的能力。

在日常生活中，學生已經(jīng)知道鋼鐵制品在潮濕空氣中，表面不潔等條件下容易生銹，也了解一些防止鋼鐵生銹的簡單方法，但尚不能全面地了解導致鋼鐵銹蝕的各種因素和防止鋼鐵銹蝕的方法。因此，教學的起點應從學生已有的有關鋼鐵生銹的生活經(jīng)驗人手，引導學生對鐵銹蝕的原因提出猜想，然后設計實驗，證實或證偽猜想，再通過交流，討論得出導致鋼鐵銹蝕的因素，并分析提出減緩鋼鐵銹蝕的措施。本節(jié)內容的教學價值主要體現(xiàn)在進一步培養(yǎng)學生的科學探究能力，重點在培養(yǎng)學生實驗設計能力和解決問題能力，使學生認識到化學是一門與日常生活及工農業(yè)生產(chǎn)關系非常密切的科學，從而體會科學技術在社會生產(chǎn)、生活中的作用。

二、教學意圖和設計思想

建構主義認為，學習是建構內在心理表征過程，學習者不是把知識從外界搬運到記憶中，而是在一定情境中以原有知識經(jīng)驗為基礎，通過與外界相互作用獲取建構新知識的過程[3]。好的學習能產(chǎn)生原動力和內在需求，是探究性學習取得效果的保證。對于鐵生銹的條件探究，傳統(tǒng)的教學方法是讓學生預習探究鐵生銹的條件，師生提前準備實驗，然后通過采用“穿越”的方式，運用多媒體技術展示七天前實驗開始到七天后鐵釘銹蝕這一過程，再討論，分析實驗現(xiàn)象，對比得出結論[4]。這里由于已經(jīng)提前做了實驗，實際上很多老師忽略了學生實驗設計的過程。同時又因為鐵生銹這個實驗進行得很緩慢，只能提前做好，無法讓學生在課堂上短時間內看到動態(tài)的效果，所以一節(jié)課下來，課堂缺乏思維的靈動，學生缺乏激情和原動力。在熱鬧觀察實驗背后，存在問題并不少，不重視實驗過程，只關注實驗結果，不理解實驗設計目的，只強記實驗現(xiàn)象和結論。這樣教學教師更關注了知識內容的灌輸，而忽略了學生思維能力的培養(yǎng)。一節(jié)缺少思維含量的化學課，一節(jié)缺乏智力挑戰(zhàn)的化學課，即使課堂氣氛再熱鬧，也算不上成功的課，所以化學教學要關注學生思考力，問題選擇要關注問題所蘊涵的思維含量。在本節(jié)課中，如何讓學生將控制變量的思想運用到實驗設計中;如何更有效地利用認知沖突，有效地激發(fā)、驅動學生有目的積極探索，使課堂更具啟發(fā)性。這是本堂課要解決的問題。筆者從這樣的設計思路出發(fā)進行了教學改進。

教學的核心任務不是如何把現(xiàn)成的知識傳授給學生，而是如何激發(fā)出學生原有的知識經(jīng)驗，促進知識經(jīng)驗的生長，促進學生的新知識建構[5]。學習應是學生自己建構知識過程，是他人無法替代的。“鋼鐵的銹蝕和防護”這一教學，一般采用的教學方式是：提前準備實驗，呈現(xiàn)現(xiàn)象，歸納總結結論。而本課設計采用的教學方式是科學探究方式，讓學生通過已有的知識經(jīng)驗自行猜想和設計實驗探究鐵銹蝕的條件。這種從已有知識中尋找新知識生長點，激發(fā)學生探究欲望，并通過層層遞進的問題，不斷激發(fā)學生猜想和假設，引導學生進一步設計實驗探究對學生今后學習意義重大。

三、教學過程

[創(chuàng)設情景，引入課題]

[教師活動]播放“越王勾踐劍”視頻，講述著名的天下第一劍“越王勾踐劍”埋藏在地下已有兩千多年了，出土時依然光彩奪目，鋒利無比，沒有銹蝕，而我們生活中的很多金屬卻因銹蝕而報廢。為了揭開寶劍的不銹之謎，今天我們進行探究之旅，從我們熟悉的金屬人手，以鋼鐵為例（再推廣到一般金屬），引入課題《鋼鐵的銹蝕和防護》。

[學生活動]觀看圖片，傾聽講述，進入課題。

設計意圖：從學生感興趣的問題，引入課題，激發(fā)學生了解鋼鐵腐蝕的興趣。

1.探究鋼鐵銹蝕條件

（1）猜想和假設

[教師活動]組織學生根據(jù)已有的生活經(jīng)驗對鐵銹蝕的條件進行大膽的猜想：就地取材引導學生觀察教室脫漆后生銹的鐵門，啟發(fā)學生回憶生活中見過鐵生銹的事例，展示潮濕環(huán)境中生銹鐵釘圖片和其他資料，引導學生分析資料再次做出合理的猜想。

[學生活動]學生充分發(fā)揮想象力，大膽猜想和假設，表述觀點。有的說：“鐵在潮濕的空氣中容易生銹，所以生銹的條件需水和空氣”，另一同學說：“切過咸菜的菜刀易生銹，所以鐵生銹需鹽”，這時還有同學說：“自行車暴露在室外淋了雨很快就生銹了，也沒鹽呀”等等。此時，討論非常激烈。最后，師生共同總結鐵生銹的必備條件是需空氣和水，其他條件有可能促進生銹。

設計意圖：建構主義認為，只有當學生將新學的知識與其已知的理論基礎或生活經(jīng)驗相聯(lián)系時，他們才容易建立直觀的概念，加快對知識的接受和理解。這里有效地發(fā)展了學生搜集信息的能力，觀察分析的能力，培養(yǎng)了學生充分運用觀察，思考，對比，歸納等科學的思維習慣。

（2）設計實驗方案

[教師活動]教師鼓勵學生設計實驗驗證猜想。教師提供有關儀器和藥品（試管若干、自來水、蒸餾水、光亮鐵釘若干根，植物油、干燥劑，燒杯，具支試管，鐵架臺，橡皮塞等），也可另選儀器。指導學生通過獨立思考或小組討論提出方案，然后交流討論對各種方案進行評價，從中篩選出可實施的方案。鼓勵學生設計多種方案，也可另選儀器和藥品。

[學生活動]交流討論，設計實驗方案，對方案的可行性自我反思，學生可能會設計出如圖1。

設計意圖：這個環(huán)節(jié)的設計是培養(yǎng)學生設計實驗的能力的關鍵。如果不提供可選擇的儀器和藥品，直接讓學生設計實驗探究，學生無處下手。給了儀器和藥品實際上就給了引導和啟發(fā)。由于學生設計的裝置很多：有用試管，用燒杯，還有用具支試管的;有用鐵釘，用鐵絲，還有用鐵粉，這時教師加以肯定和鼓勵。這里有一個優(yōu)選的問題，用燒杯好，還是用試管好，選自來水還是蒸餾水等等，要對課堂上學生出來的裝置進行一個初步評價和篩選，最終綜合大家想法確定上面設計圖。但就這樣，學生控制變量的思想還是模糊的，按照初三學生思維，他們應自己會對上圖裝置再進行優(yōu)選。此時老師要干預，問上圖中你們認為哪個鐵釘會生銹，找出②號為實驗組，其他的跟它作對比。③試管空氣會溶解進去和②試管作用一樣，所以排除③，①號和⑤號比較排除①，此時教師再引入控制變量的思想，引導學生先觀察，再優(yōu)選，一般學生能得出分別將⑤⑥號試管與②號試管對比得出鐵生銹的兩個條件。此時，老師再追問：④號試管需不需要？學生回答④號與②號對比有兩個變量，鐵釘既不與水接觸也不與空氣接觸，即便不生銹也不能說明問題，所以排除。最終選擇實驗編號為②⑤⑥。優(yōu)選方案，最優(yōu)方案，這才是真正探究，學生思維水平也由低到高得到發(fā)展。當要求學生設計探究方案時，學生有急于解決問題的思想，為后面的實驗設計創(chuàng)造了積極的氛圍，充分調動了學生的學習積極性，同時使學生體會控制變量在科學探究中應用。學生通過自己設計方案體會到了探究的樂趣。

（3）對實驗的分析、解釋與結論

[教師活動]教師展示一周前準備的實驗成果，播放實驗過程錄像。

[師生討論，結論]由實驗中鐵釘生銹情況看出，鐵生銹要具備的條件是接觸水和空氣。

[學生活動]學生觀察、分析實驗。描述實驗現(xiàn)象，得出結論。初步了解鋼鐵銹蝕的原理。

設計意圖：培養(yǎng)學生觀察能力，分析實驗的能力。

（4）實驗反思與提高

[教師活動]教師設問以上實驗證明了鐵生銹需接觸空氣，但是否是與空氣中的氧氣發(fā)生作用的結果無法證明，同學們能否證明？

[學生活動]學生片刻沉默，但有了上次探究的經(jīng)歷，表情并無畏懼反而期待。

[教師活動]教師立刻引導學生要想確定消耗的是空氣中的氧氣，那么消耗的氧氣要通過一定的方法體現(xiàn)出來，對于氣體的減少如何體現(xiàn)？大家聯(lián)想下以前學過的實驗知識。

[學生活動]反應快的同學一下子就聯(lián)想到《空氣中氧氣含量的探究實驗》，從這受到啟發(fā)。

[教師活動]教師總結;氣體含量的減少可以通過壓強差體現(xiàn)，同時展示圖片2。

[學生活動]學生立刻思考可以將上圖中的磷換成鐵在密閉容器中做實驗，不過要等待一周。而且鐵無需加熱，常溫即可。有同學設計如第二幅圖，用具支試管代替廣口瓶（這樣更好，容積小，水倒流明顯）。有的利用第三幅圖改進，同學們思維活躍，探究氣氛濃厚。

[教師活動]教師鼓勵肯定，師生共同討論再改進得出如圖3。

設計意圖：這個環(huán)節(jié)的設計筆者注意到新舊知識的聯(lián)系，培養(yǎng)學生知識的遷移和應用，深入理解鐵銹蝕的原理是與空氣中氧氣的作用，注意學生在已知經(jīng)驗和理論基礎上構建新知識，不過這個環(huán)節(jié)設計相對基礎較好的學生更好。

（5）學生分組實驗

[教師活動]教師指導學生進行分組實驗;如圖4在燒瓶中用食鹽水濕潤燒瓶壁，然后在其中加入混有碳粉的鐵粉，使其比較均勻地黏附在燒瓶壁上，立即塞上瓶塞，將上述燒瓶倒置于水中，拔去塞子靜置（注意一定在水下拔去塞子，用鑷子操作）。

[學生活動]學生滿懷熱情進行實驗，小心操作，靜靜等待。大約5分鐘后學生發(fā)現(xiàn)有水倒流進燒瓶內，燒瓶微微發(fā)熱。

[教師活動]指導學生觀察分析實驗。

[學生活動]學生從三個方面分析實驗現(xiàn)象：用手觸摸燒瓶外壁，感覺發(fā)熱;觀察水位變化（水位最終上升約至燒瓶液面以上體積1/5）;鐵粉顏色變化。

[結論分析和應用][師生總結]

由鐵粉顏色的變化和水位的上升，得知鐵粉發(fā)生緩慢氧化，消耗了瓶內氧氣而生成了紅棕色物質鐵銹，這個實驗也可證明空氣中氧氣約占1/5。

設計意圖：這個環(huán)節(jié)的設計意在強化學生的實驗興趣，使他們化學學習情感得到升華，進一步培養(yǎng)學生觀察能力，分析實驗的能力。這里彌補了鐵生銹的實驗是一個緩慢氧化過程，無法在課內當堂完成這一弱點。此時，學生興趣盎然，探究意識強烈。

（6）再次反思與提高

[教師活動]教師設問為什么本實驗同學們可在課堂內完成，而前一組實驗需要提前一周準備呢？老師追問，你們猜想是什么影響了鐵生銹速度呢？（注意將選用藥品與第一組實驗對比）。

[學生活動]第一個問題學生回答：“速度快”;第二個問題學生思考后回答：“是鹽水、碳粉的作用”。也有學生回答粉末狀鐵粉接觸面積大，所以速度快。

[教師活動]你能否設計實驗證明影響鐵生銹速度的因素？教師鼓勵學生在課后積極思考，在老師播放的演示實驗或者你們分組實驗基礎上，運用控制變量的思想在課后繼續(xù)探究。

[學生活動]學生的眼神中充滿期待。

設計意圖：鼓勵學生進一步探究，還有哪些因素會影響鋼鐵的銹蝕。在課后查閱相關資料并自主設計更多實驗證實，培養(yǎng)自主探究能力。這一個環(huán)節(jié)設計培養(yǎng)了學生探究問題，設計多種方案能力，開發(fā)了學生發(fā)散思維。但這個環(huán)節(jié)對基礎較弱的學生不做要求。