建構認知模型 促進深度學習
——以高三一輪復習“氣體制備實驗的教學設計—氨氣的制備”為例

仵瑞華

(中山市第二中學,廣東 中山 528429)

高考化學物質制備類實驗是一類綜合性較強的題型,可以多視角考查學生化學核心素養(yǎng)的發(fā)展狀況.該題型主要側重于考查學生的分析能力、實驗能力,教師在實際組織教學的過程中發(fā)現學生暴露的問題主要集中于不清楚實驗目的,不清楚每個裝置的作用、實驗操作及現象表達能力弱等.究其原因主要是學生對于實驗基礎知識的認知多數停留在淺層記憶層面,沒有形成深度學習,沒有形成有序、系統(tǒng)的思維模型.如何打破此僵局,提高一輪復習的效率?建構認知模型、促進深度學習是一種非常好的方式.

1 設計思路

基于學生的問題診斷以及化學核心素養(yǎng)的要求,本課時教師以高三一輪復習“氣體制備實驗的教學設計—氨氣的制備”為例,設置問題串引導學生進行深度學習,使學生了解氣體制備實驗的流程,可細分為發(fā)生、凈化、收集(或檢驗)、尾氣處理及設計氣體制備實驗的相關思路模型裝置,建立起學生氣體制備實驗的認知模型[1].本節(jié)課的基本思路(如表1)如下:

表1 高三一輪復習—氣體制備實驗的教學設計思路—以“氨氣的制備”為例教學與評價目標

2 教學過程

教學過程思維導圖(如圖1).

圖1 “氨氣的制備”

教學環(huán)節(jié)一:建立物質復習思路,引入課堂

【教師活動】復習氮元素的價類二維圖,引導學生建立物質復習的思路,引入本節(jié)課的教學內容.

【設計意圖】運用氮元素的價類二維圖,引導學生將原本孤立、零散的元素化合物知識進行有效整合,幫助學生建立物質復習角度,有利于知識結構化、系統(tǒng)化、明了化.

教學環(huán)節(jié)二:問題串驅動,建立模型

任務1 氨氣的制備

【教師活動】氨氣的制備,學案上卷從圖中所給的裝置選擇氨氣制取的發(fā)生裝置,以及書寫對應的化學反應方程式(見圖2,題目選自2015年廣東卷).

圖2 氨氣的制備發(fā)生裝置選擇(選自2015年廣東卷)

【學生活動】回憶舊知,提供氨氣制備的方法A同學:A裝置,Ca(OH)2和NH4Cl加熱制備B同學:B裝置,加熱濃氨水制備.

【教師活動】通過設置問題串,逐步引導學生將思維過程顯性化,思考由發(fā)生裝置選擇反應體系的依據是什么.

【學生活動】觀察、歸納、提煉由發(fā)生裝置選擇反應體系的思路:分析發(fā)生裝置—明確反應物狀態(tài)—明確反應發(fā)生條件—明確反應原理.

【教師活動】繼續(xù)追問:形成認知沖突,平時我們選用NaOH應該要多一些,這個反應我們?yōu)楹尾贿x用NaOH來參與反應?

【學生活動】NaOH屬于強堿,具有腐蝕性,容易腐蝕試管.

【教師活動】點評,繼續(xù)追問:這是氨氣制備的常見方法,還有沒有其他制備氨氣的方法呢?思考對應的發(fā)生裝置?

【學生活動】濃氨水和氧化鈣.錐形瓶和分液漏斗,錐形瓶換成圓底燒瓶.

【教師活動】能否用平衡原理解釋下反應原理?

【學生活動】CaO消耗水,平衡逆向移動.反應放熱,促進氨水的受熱分解.

【教師活動】點評學生分析回答問題的思路,運用靠近學生最近發(fā)展區(qū)的問題串逐層引導學生深度思考與學習,深化氨氣制備思路,舉一反三,多角度考查學生的知識運用與思考的能力.

【設計意圖】任務1由氨氣的制備實驗入手,引導學生構建氣體制備實驗的發(fā)生裝置的選擇模型,應先搞清反應原理,進而根據反應物的狀態(tài)和反應條件綜合選擇裝置,同時滲透化學平衡原理解釋,引導學生進行有序整合,開展深度學習,落實證據推理與模型認知的化學核心素養(yǎng)[2].

任務2 收集一瓶干燥的氨氣

【教師活動】第二個任務:收集一瓶干燥的氨氣.

(1)要求學生填寫后面氣流的方向并說出設計思路.

(2)干燥劑如何選擇?

【學生活動】答出氣流方向及選擇思路.

【教師活動】點評學生的認識思路,引導學生思考設計干燥裝置時需要考慮氨氣的哪些具體性質?

【學生活動】凈化:堿性;收集:極易溶于水,密度比空氣小,向下排空氣法;尾氣吸收:刺激性氣味氣體,極易溶于水.

【教師活動】回歸課本,點明細節(jié).如何驗滿氨氣?棉花的作用?

【教師活動】引導學生歸納總結氣體制備實驗裝置分為哪些部分?每一個部分我們需要考慮什么樣的問題?

【學生活動】四部分,發(fā)生—除雜—收集—尾氣處理.

【教師活動】點評.

【設計意圖】任務2繼續(xù)討論氨氣的干燥、收集、尾氣處理等具體細節(jié),使學生熟練掌握氨氣的性質,不斷引導學生由發(fā)生、凈化、收集、尾氣幾個模型裝置思考問題,建立解題模型.此外,回歸課本來進行一輪復習,抓細節(jié),可以更好地理解.

【教師活動】提供鞏固練習2,思維拓展.

教學環(huán)節(jié)三:內化認識方式,遷移應用模型

【教師活動】提供真實問題情境,要求學生運用已構建的模型設計并畫出實驗裝置圖,進一步診斷學生對“氣體制備實驗”認知模型的深度學習認識水平,做到及時評價.

【問題情境】實驗室常用亞硝酸鈉溶液和硫酸銨溶液加熱制備N2.Mg3N2是一種淺黃色粉末,常用作催化劑,熔點800 ℃,沸點700 ℃, 易水解生成氫氧化鎂和氨氣.請同學們設計實驗,制備Mg3N2,并畫出實驗裝置圖.

【學生活動】對真實情境的關鍵要素進行提取、分析、推理,運用“氣體制備實驗”認知模型,獨立繪制裝置簡圖,并進行交流.

【教師活動】運用多媒體展臺展示學生設計繪制的裝置簡圖,引導學生運用所學知識深入分析和評價,內化氣體制備實驗的認知模型.

【教師總結】歸納總結.在做氣體制備實驗設計時,主要包括四部分發(fā)生—凈化—收集/主體實驗—尾氣處理,萬變不離其宗.把握好思路,更需要掌握好元素化合物知識.

【設計意圖】環(huán)節(jié)三通過設置真實問題情境,引導學生分析問題情境,提取關鍵要素,設計、評價實驗方案,從而達到進一步診斷學生運用認知模型的能力和水平、訓練提高學生的實驗探究能力的目的.同時促進學生在陌生情境中分析、推理和設計等高階思維能力的發(fā)展,促進學生深度學習[3].

3 教學實踐感悟

3.1 創(chuàng)設真實的問題情境

創(chuàng)設有效真實的問題情境是引導學生主動建構認知模型、促進深度學習的重要環(huán)節(jié).深度學習過程中的重點是“主動建構”,學生在角色體驗的過程中,進行建模—完善模型—評價模型的思維三進階,更有利于后面學生遷移運用模型.

3.2 問題串驅動,建立認知模型

模型認知作為化學核心素養(yǎng)的一個重要組成部分,涵蓋建模—完善模型—評價模型思維三進階過程.教師在組織化學課堂教學中,將情境進行拆分成一個個任務,運用問題串驅動學生積極建立并完善運用模型,有助于學生克服陌生情境的畏難心理,將孤立、零散的知識有序、系統(tǒng)地整合起來.

3.3 要引導學生養(yǎng)成深度思考的習慣

教師在日常教學中不能只追求具體考點的講解,而應引導學生對所學知識進行深入理解和主動建構,汲取其核心概念,從而在面對新情境時能夠有效進行知識遷移和問題解決.在此過程中不斷地發(fā)展學生分析、反思、評價、設計等高階思維水平.而高三復習課、單元以及專題總結等課程都是將知識重新整合,構建知識網絡的過程.建構認知模型,引導學生深度思考是一種非常有效的方法,日常教學中,教師應多培養(yǎng)學生深度思考的好習慣.