以小組合作學習培養化學學科的關鍵能力

甘伶艷

【摘要】科學、合理地建立學習小組，并根據教學內容和學情設計學習活動開展小組合作學習，讓學生“動”起來，讓課堂“活”起來。設計前置學案引導學生自主學習和合作學習，課堂上利用小組討論、小組交流、小組探究、小組展示等活動形式讓學生主動參與學習，在討論交流和動手實踐中獲取知識，在問題解決過程中逐步發展化學學科的關鍵能力。

【關鍵詞】小組合作學習;中和熱的測定;化學學科關鍵能力

教學過程中不僅要引導學生獲取知識，也要著力發展學生化學學科的關鍵能力。化學學科關鍵能力是學生在面對與學科相關的各類問題時，高質量地認識問題、分析問題、解決問題所具備的能力。關鍵能力是高水平人才適應時代要求并支撐其終身發展的能力。高考評價體系的化學學科關鍵能力包括理解與辨析能力、分析與推測能力、歸納與論證能力、探究與創新能力。

一、建立學習小組是合作學習的基礎

課程標準（2017年版）提倡學生要善于合作。而合作學習是指學生為了完成共同的任務，有明確的責任分工和互助性學習。小組合作學習先要建立學習小組，每個學習小組應該由6位學生組成比較合適，劃分原則是組間同質、組內異質、同質結對、異質幫扶。本班學生為美術特長生，文化科基礎很薄弱，由于專業課學習占用了較多時間，所以他們學習文化科的時間緊，學習化學的興趣也不濃，但學生的動手能力較強，繪畫基礎較好。因此，教學中要注重激勵學生和喚醒學生主動學習。本文將以人教版高中化學選擇性必修1第一章第二節第一課時《反應熱》為例，以小組為單位設計、制作簡易量熱計測定中和熱，引導學生在設計方案、畫裝置圖、實驗操作、記錄并分析實驗數據、分享等方面進行組內分工，在合作學習中獲取知識，解決問題，在問題解決中發展學生的化學學科關鍵能力。

二、學案導學是小組合作學習的抓手

小組合作學習能充分調動學生的積極性，讓學生成為知識和能力的主動獲取者。教師根據教學內容和學情設計前置學案，引導學生進行舊知識的回顧和新知識的預習，鼓勵學生先獨立思考，后小組討論解決學案中的問題。本節課的前置導學任務設置為：（1）可以用什么儀器來測定溫度？（2）通過閱讀教材與查閱資料，設計簡易量熱計，尋找制作簡易量熱計的材料，并畫出設計簡圖，課前制作好簡易量熱計。（3）根據你制作的量熱計設計實驗測定中和熱，課堂上完成實驗。學生在課前圍繞學案內容進行思考、討論、合作完成學習任務。

三、學習活動是小組合作學習的主陣地

為突出以學生發展為中心，突出以學生為主體的教學理念，本節課設計一系列小組合作學習活動，引導學生主動獲取知識，建構知識體系，逐步發展學生解決問題的能力。

1.設計簡易量熱計，發展學生的理解與辨析能力

理解能力是整個能力發展的基礎，在化學學科學習過程中必須系統全面深入地掌握化學的基本概念、基本反應，并能融會貫通，才能在真實情境中分析解決問題、在科學探究中發展化學理論。引導學生通過閱讀教材，小組討論等，理解反應熱的概念，辨識體系與環境的含義，認識到在化學反應前后，如果環境的溫度沒有變化，則反應放出的熱量就會使體系的溫度升高。可以根據實驗測得體系反應前后溫度的變化和反應物的質量、比熱容等來計算反應熱。而實驗成功的關鍵是要確保熱量不散失，量熱計的設計要盡量做到絕熱。學習小組為此展開討論，并從身邊尋找到各種保溫材料用于設計簡易量熱計。以下是學生以小組為單位設計的簡易量熱計（部分小組的設計圖）。

引導學習小組針對簡易量熱計的簡圖，從裝置的密封性、儀器的作用、材料的保溫效果，實驗的可操作性等方面展開討論，選出最適合測定中和熱的裝置圖。從裝置的完整性和密封性來考慮，用橡膠塞、厚紙皮、厚泡沫或超輕粘土制作蓋子密封蓋性會比較好。從反應容器來考慮材料的保溫效果來考慮，塑料保溫杯和陶瓷保溫杯具有較強的耐腐蝕性，能用于強酸和強堿的反應。從材料的保溫效果來考慮，泡沫碎、木屑、紙巾和厚毛巾的保溫效果更好些。學生在交流討論中完善自己的設計，為后面的制作做好準備。

2.制作簡易量熱計，發展學生的探究與創新能力

新課程標準提出：“化學探究與創新能力要求學生根據實驗目的和要求，設計簡單實驗方案，并將創意和方案轉化為有形物品，創新性地解決問題。”制作教具對學生來說就是一種創造性勞動，有助于提高學生的創新能力與實踐能力。學生在清楚各種材料的功能與裝置的結構后，以小組為單位動手制作簡易量熱計。在制作過程中學生發現直接用小刀切割泡沫塑料，切口會很不工整，學生后來想到了很好的辦法，例如用鋸刀、加熱后的小刀（或細鐵絲）來切割，切得很快，而且切口很工整。要固定泡沫碎屑制作保溫外筒并不容易，有學生想到了用白乳膠固定效果也不錯，而用紙巾或厚毛巾的制作保溫外筒更容易成型，也有學生想到用保溫杯套做成保溫層。保溫杯內膽的大小與要與反應物的體積相匹配，太大或太小都會影響保溫效果。溫度計和環形玻璃攪拌棒的安裝厚泡沫塑料蓋子上時也要很細心，反復穿插會導致孔徑變大，影響蓋子的保溫效果。小組分工合作，依靠著集體的智慧克服一個個的困難，最終完成了制作任務。以下是學生以小組為單位設計的簡易量熱計（部分）。

學生在探究過程中把設計做成了實物，體驗到了創造的喜悅，增強學習化學的自信與熱情，調動了學生動手動腦的積極性和主動性，一定程度上激活了學生的創造力和創新能力，加強了學生的溝通與協作能力。

3.測定中和熱，發展學生的分析與推測能力

實驗設計能力的培養不可能一蹴而就，加上學生的實驗基礎薄弱，難以完成整個實驗設計，所以本節課采用半開放形式，從反應原理、儀器和試劑、實驗步驟和實驗數據記錄等方面引導學生進行實驗設計與操作，準確記錄實驗數據。

學生通過閱讀教材和小組討論，完善實驗設計，并進行實驗。其中一個學習小組的實驗設計和實施過程引起了學生們的注意，該小組的創新之處在于用注射器量取鹽酸并注入反應容器內，很好地減少了熱量的散失。

《中和反應熱的測定》實驗設計

一、反應原理：OH-（aq）+ H+（aq）=H2O（l） ? ΔH=-57.3 kJ/mol

二、儀器和試劑：0.5mol/L鹽酸、0.55mol/LNaOH溶液

三、實驗步驟

1.用量筒量取50mL0.5mol/L鹽酸，插入溫度計，測量并記錄鹽酸的溫度后倒入簡易量熱計的內筒里。

2.用另一個量筒量取50mL0.55mol/LNaOH溶液，插入溫度計，測量并記錄NaOH溶液的溫度;再用注射器把NaOH溶液注入簡易量熱計的內筒里，用環形玻璃棒進行攪拌。

3.密切關注溫度變化，記錄最高溫度，即為反應后體系的溫度。

4.重復上述步驟2次。

四、實驗數據記錄

實驗次數 反應物的溫度 反應前體系的溫度 反應后體系的溫度 溫度差

依據上述實驗數據進行計算，該實驗測得的中和反應放出的熱量為：

（50+50）×4.18J/（g.℃）×3.1℃=1295.8J ? ?由于該實驗生成的水為0.25mol，所以生成1mol水時放出的熱量為 ：1295.8J ÷0.25mol=51.84KJ/mol

五、為提高測定的準確度采取的措施

1.隔熱層、杯蓋等的使用;

2.要使用同一支溫度計;

3.使用不同的量筒量取酸、堿溶液;

4.量熱計的內筒用黑色保溫套套緊，用注射器量取鹽酸并注入反應容器內，減少了熱量的散失;

5.正確讀取數據，取平均值;

6.操作時動作要快;

7.為使鹽酸反應充分，NaOH溶液要稍過量。

這組學生的實驗操作規范，實驗得出的數據比較合理，計算的中和熱也實際值較接近。學生在實驗過程中，細心關注并分析了每個可能出現熱量散失的細節而采取了有效的措施減少了反應體系內熱量的散失，提高了中和熱測定的精確性。再運用分析、歸納、推測等方法對實驗數據進行了處理，算出了中和熱。在實驗過程中不僅鍛煉了學生的實驗設計能力、實驗操作能力，還發展了學生的分析與推測能力。

4.探索中和反應放出熱量的本質，發展學生歸納與論證能力

化學歸納與論證能力是從具體的實驗現象或者數據等證據，對物質的組成、結構及反應變化規律進行分析推理，揭示實驗現象、反應數據的內在聯系與本質。在前面的實驗中，學生從實驗數據中定量得出了中和反應放出的熱量，知道了化學反應會伴隨著能量的變化，但化學反應中能量變化的原因卻不得而知。這時可以從化學反應的微觀角度設計問題引導學生思考與討論。問題設置如：中和反應中放出的熱量是從哪里來的？請你從化學鍵的角度來分析HCl和 NaOH反應生成H2O的能量變化？

學生從化學鍵的斷裂與形成的微觀角度分析、歸納化學反應中能量變化的本質，構建分析化學反應中能量變化的認知模型，運用模型解釋、論證復雜問題，在問題解決過程中逐步發展學生的歸納與論證能力。

小組合作學習、合作探究，有效調動每一個學生參與課堂活動的積極性與主動性，有效激發了學生的學習興趣，增強了學生學習化學的熱情，使小組合作學習的優勢發揮到最大。學生從測定中和熱的實驗原理、方法、簡易量熱器的設計、制作，到動手實驗觀察化學反應伴隨著能量變化的表象，再從微觀角度探索其本質的過程中，構建分析化學反應中物質變化與能量變化的認知模型，運用模型和化學科學思維、方法解決問題，在獲取必備知識和解決問題的過程中逐步提高解決問題的關鍵能力。

參考文獻：

[1]胡慶芳.有效小組合作學習的22個案例[M].華東示范大學出版社，2015.

[2]佐藤學.學校的挑戰創建學習共同體[M].華東示范大學出版社，2010.

[3]李吉林.情境教育一個主旋律的三部曲[M].中國人民大學出版社，2019.

[4]中華人民共和國教育部.普通高中課程標準[M].人民教育出版社，2018.

[5]高姍.分組合作教學模式在高中化學課堂教學中的實踐策略探究[J].考試周刊·理化生教學與研究，2011（9）：122-123.

[6]單旭峰.考查關鍵能力發展核心素養—2020年全國高考理綜化學試題分析[J].中學化學教學參考，2020（8）：1-4.