以實踐活動與深度學習的融合發展學生化學學科核心素養的初探

常永俠 鄧偉

【內容摘要】學生參加科技實踐活動本身就是深度學習的一種方式，在活動中把人文知識與化學知識結合在一起，使學生從一個更完整的角度去理解化學、 學習化學，在掌握知識的同時促進化學學科核心素養的發展。

【關鍵詞】深度學習 化學 核心素養

“深度學習”就是指在教師引領下，學生圍繞著具有挑戰性的學習主題，全身心積極參與、體驗成功、獲得發展的有意義的學習過程。學生在教師的指導下根據實際情況運用所學知識挑戰化學學習任務，圍繞學習主題，開展以化學實驗為主的多種探究活動，從宏微結合、變化守恒的視角，運用證據推理與模型認知的思維方式，解決綜合復雜問題，獲得結構化的化學核心知識，建立運用化學學科思想解決問題的思路方法，培養科學探究與創新意識、科學態度與社會責任，促進化學學科核心素養的發展[1，2]。在建設發展學生核心素養學習社區組織了一次“守護文化遺產，科技與傳承”的實踐活動。

一、實踐活動的過程

開展以“守護文化遺產，科技與傳承”為主題的科技實踐活動，在學生中開展富有特色的科技實踐活動，有計劃、有步驟、分階段逐步開展實施：

實踐活動一：舉辦文物知識講座及主題宣傳。

實踐活動二：讓學生分組進行文獻檢索，收集不同類型文物的保護方法。

實踐活動三：讓學生實地探訪花戲樓。

實踐活動四：讓學生對文物保護方法進行實驗探究。

二、深度學習的過程

學生走進花戲樓看到了花戲樓三絕之一：鐵旗桿，目睹了無頭鶴。銹跡斑斑的景象就在眼前，學生感慨萬千，產生了強烈地保護文物的念頭，萌發了一探究竟的種子。為了探究金屬器文物的除銹方法，教師按這樣的步驟引導學生：首先，學生閱讀相關文獻，并記錄閱讀筆記;其次，把學生分組，每組分別完成自己的實驗方案;再次，走進實驗室，完成相關化學實驗探究活動，完善實驗報告;最后，匯總各組的實驗報告，得出金屬器文物銹蝕原因和除銹方法。把活動成員分成五個小組，每個小組都分別完成四個探究實驗：機械剝離法除金屬器表面銹、用化學方法除金屬器表面銹、探究用電化學原理保護金屬器的方法、探究銅器銹蝕的原因。針對這四個實驗每組同學共同完成實驗，交流討論完成實驗報告，組內分好任務每人執筆完成一個實驗報告。學生部分實驗報告如下：

探究活動一

實驗名稱：機械剝離法除金屬器表面銹的實驗探究

實驗目的：使用物理的方法除去鐵器上的銹

實驗原理：借助小刀或者毛刷利用外力清除銅器文物表面的銹跡，達到探究恢復和保護金屬器文物的目的。

實驗用品：小刀（1把）、軟毛刷（1把）、砂紙（1張）、鑷子（2只）、棉花團（1包）、手套（1雙）、紙張（若干）、鐵器（1件）

實驗操作步驟：

（1）根據需要擺好實驗器材;

（2）戴上手套，一手拿起鐵器，一手拿起小刀，用小刀在鐵器表面輕刮以除去其表面的粉狀鐵銹或其他雜物，并使刮下的銹粉落在平鋪于桌面的紙上;

（3）用軟毛刷刷去未脫落的銹（根據所用鐵器的不同決定擦拭多少遍，通常2～3遍即可擦凈）;

（4）用鑷子夾住棉花擦去未脫落的銹（根據所用鐵器的不同決定擦拭多少遍，通常2～3遍即可擦凈）。

思考與討論：

（1）在進行物理除銹法過程中要動作熟練、輕巧，不能損壞金屬器文物的表面結構;

（2）有的金屬器形狀特殊，用小刀刮銹的力度可能不容易控制;

（3）有的金屬器是螺旋狀的，所以有些地方小刀無法刮到，只能用刷子和棉花簡單擦拭;

（4）實驗發現即使是小刀刮過的金屬器還是銹跡斑斑，很難使金屬器恢復原貌。

探究活動二

實驗名稱：用化學方法除金屬器表面銹的實驗探究

實驗目的：

（1）探究用化學方法去除金屬器表面銹的方法;

（2）對比物理除銹法和化學除銹法的效果差異。

實驗原理：

Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O;

Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O

實驗用品：脫脂棉、玻璃片（1片）、小燒杯（2個）、蒸餾水（適量）、鑷子（1把）、金屬器（1件）、H2SO4溶液（3%～5%）、飽和Na2CO3溶液。

實驗操作步驟：

（1）把用物理除銹法沒有除干凈的鐵器放到玻璃片上（避免稀硫酸腐蝕試驗臺）;

（2）用鑷子夾住脫脂棉蘸取稀硫酸涂抹鐵器，發生的化學反應：

Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O;

（3）等把鐵器表面的銹清除干凈后，用干凈的脫脂棉蘸取飽和Na2CO3溶液涂抹鐵器，以除去殘留的H2SO4溶液：

Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O;

（4）用蒸餾水將處理后的鐵器沖洗數次;

（5）與用物理方法除銹的鐵器對比，比較哪種方法的除銹效果更好。

思考與討論：

（1）用稀硫酸擦拭過后，發現鐵器表面有氣泡，應該是硫酸與鐵器反應生成了氫氣。所以用化學除銹法應該嚴格控制酸的濃度和用量，避免對金屬器造成二次腐蝕;

（2）使用化學方法有上述不利因素，該法應該用于對除銹要求不高的物品上;

（3）實驗過程中用到大量的酸性溶液和堿性溶液，本著“綠色化學”的實驗態度，應對廢液做無害化處理，防止污染環境;

（4）對比物理除銹法，化學除銹法雖然操作嚴格，但是效果更好，實際運用中應根據需要綜合考慮除銹方法;

（5）本實驗為什么不用鹽酸和NaOH溶液？因為鹽酸具有揮發性，而NaOH溶液具有強烈的腐蝕性，不符合“綠色化學”理念。

探究活動三

實驗名稱：探究用電化學原理保護金屬器的原理

實驗目的：

（1）利用原電池原理保護金屬器;（2）利用電解池原理保護金屬器。

實驗原理：

（1）原電池的正極不參與化學反應，使被保護的金屬作原電池的正極以達到保護目的;

（2）電解池的正極通常不參與反應，使被保護的金屬作原電池的正極以達到保護目的。

實驗用品：大小相同的鋁片（2片）、鐵片（3片）、飽和NaCl溶液（適量）、電源（1個）、電解槽（1個）、水槽（2個）、開關（2個）、導線（若干）

實驗操作步驟：

（1）取一塊鋁片和一塊鐵片，適量飽和NaCl溶液和開關，用導線連接形成原電池;

（2）取另一塊鐵片放入適量飽和NaCl溶液中;

（3）取最后一塊鋁片與鐵片放入適量飽和NaCl溶液中，連接電源和開關，使鋁片與電源正極相連，鐵片與電源負極相連，組裝好電解池;

（4）打開開關，等待24小時后觀察實驗現象。

思考與討論：

（1）通過本次實驗探究我發現2實驗中鐵片腐蝕最嚴重的;

負極：Fe-2e-==Fe2+;正極：O2+4e-+2H2O==4OH-;

（2）實驗1是利用原電池原理使鐵片作原電池的正極以達到保護目的，但是實驗發現鐵片還是有一定程度的腐蝕，查閱資料得知原因是此實驗中鐵片與飽和NaCl溶液接觸。為了避免這種情況的再次出現可以把正負極分開在兩個溶液中進行。其次，這種方法會犧牲原電池的負極，在實際操作中盡量使用廉價易得的材料作負極;

（3）實驗3中的鐵片最完好，因為它是與電源負極相連作電解池的陰極被保護，但是也有輕微的腐蝕，原因也是與飽和NaCl溶液，不能避免被腐蝕。

探究活動四

實驗名稱：探究銅器銹蝕的原因

實驗目的：探究銅器銹蝕的條件

實驗原理：銅器銹蝕的原因是在外界環境的影響下發生化學反應而被腐蝕

實驗用品：銅片（4片）、玻璃片（4片）、蒸餾水（適量）、植物油（1袋）、棉簽（若干）

實驗操作步驟：

（1）取4片玻璃片依次放在實驗臺上，用鑷子把4片銅片分別放在玻璃片上;

（2）給上述銅片分別標上序號;

（3）給1號銅片不做任何處理，2號銅片用棉簽蘸水涂抹，給3號銅片涂抹植物油，4號銅片涂抹植物油后再沾水;

（4）給四片銅片拍照以作后續對比使用。

思考與討論：

（1）實驗完成后四十分鐘還沒有明顯現象，因為銅的活潑性不太活潑，所以短時間內觀察不到明顯的變化;

（2）24小時后2號沾水的銅片有被腐蝕的跡象，但不是很明顯。因為銅被空氣中的氧氣氧化了，2Cu+O2==2CuO，該反應比較緩慢，在水分子作用下速度可能適當加快。其他三片銅片沒有明顯現象;

（3）48小時后2號沾水的銅片被腐蝕程度和24小時后差不多，可能是水分揮發導致，所以又再次給2號銅片沾水。但是4號涂抹植物油后再沾水的銅片表面發現有綠色沉淀物生成，因為植物油里溶解了更多的O2和CO2，所以4號被腐蝕速度比2號快，2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2（OH）2CO3。1號和3號還是沒有變化;

（4）72小時后2號沾水的銅片被腐蝕的非常明顯，銹跡斑斑。4號有更多的綠色沉淀物生成，1號和3號沒有變化;

（5）得出結果：為了保護銅器要放在干燥少氧的環境里。

三、化學學科核心素養的形成

1.通過聯系文物專家進行文物知識趣味講座，普及文物保護的知識，讓學生了解家鄉的文物古跡，璨爛文化，了解相關法律法規。激發學生對文物及文物保護的興趣，提升文化自信、自豪感，增強文物保護的社會責任感，培養社會責任素養。

2.通過網絡與文獻檢索查閱文物及文物保護的相關知識，了解文物的分類，文物保護的方法。激發學生對文物知識學習的自覺性和主動性。擴展學生的知識面，掌握文獻檢索的基本方法，培養科學態度素養。

3.通過實地參觀探訪文物古跡——花戲樓，學會欣賞文物，了解家鄉文化，傳承家鄉文化，了解花戲樓目前的文保措施及危害因素，激發學生學習自然科學知識的興趣，增強對家鄉的認知與熱愛，培養變化觀念與平衡思想。

4.通過模擬文物修復體驗，實驗探究，培養了同學們觀察能力、動手能力、寫作能力、合作能力、交際能力，提高了學生考察、收集、整理資料，搜索、處理和交流信息，提出問題和解決問題的能力，培養證據推理與模型認知、實驗探究與創新意識、變化觀念與平衡思想及宏觀辨識與微觀探析等方面的素養[3]。

四、小結：從深度學習走向核心素養

學生參加科技實踐活動本身就是深度學習的一種方式，在活動中把地方人文知識與化學知識結合在一起，使學生從一個更完整的角度去理解化學、學習化學，在掌握知識的同時促進化學學科核心素養的發展[4]。舉行化學實踐活動，實現學生學習方式的改變，讓學生完成挑戰性任務，積極參與，產生情感共鳴;其學習結果更強調化學學科思想方法的理解與運用。

【參考文獻】

[1]胡尚生，趙玉珍.基于深度學習的化學實驗優化實踐與思考[J].中學化學教學參考，2017（5）：17-19.

[2]王磊，魏銳.學科核心素養發展導向的高中化學課程內容和學業要求——《普通高中化學課程標準（2017年版）》解讀.化學教育，2018，39（9）：48-53.

[3]葉鵬.化學學科核心素養下高中生實驗創新能力的培養策略.中學化學教學參考，2018，（4）：40-42.

[4]孫葉，王偉群.地方文化背景下化學教學資源的開發.化學教與學，2010，（5）：6-9.

【安徽省省級課題：《基于化學核心素養培養的深度學習實踐研究》（編號：JK19112）】

（作者單位：1.亳州市第三完全中學;2.亳州市第一中學）