學科觀念視域下“任務群”驅動性課堂教學實踐

蒲金鳳　李志新　萬紅　王壽丁　慕玉梅

［摘 要］在“原電池的工作原理”教學實踐中，讓學生在化學學科觀念的引領下進行科學探究，從宏觀、微觀和符號表征上認識和理解化學知識，可幫助學生系統地構建知識體系。而“任務群”驅動下的教學模式能更好地讓學生思考并解決問題，從關注具體知識向關注學科觀念建構轉變，使學生的核心素養得到更好的培養。

［關鍵詞］學科觀念；原電池；任務群

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）08-0057-04

“任務群”驅動下的教學模式將學生置身于復雜的真實情境中，讓學生像科學家一樣去研究問題，能夠讓知識生成更加流暢自然，課堂更加充滿生機活力。本文以“原電池的工作原理”的教學為例，探討基于“任務群”的驅動性課堂教學模式，讓學生在多重任務的驅動下深度學習，從本質上理解原電池工作的基本原理。

一、教學主題內容和學科觀念

“原電池的工作原理”是“化學反應與電能”主題下的重要內容，在學習此內容之前學生已經掌握了電解質的電離、氧化還原反應、離子反應、化學反應中的能量變化等知識，對變化觀、微粒觀、能量觀有一定的認識。本節課可以充分展示化學中的實驗觀、能量觀、微粒觀、變化觀等觀念，與這些學科觀念相關的具體內容見表1。

中學化學課程教學主要是讓學生通過化學知識的學習，形成從化學的視角認識事物、解決問題的思想、觀點和方法［1］。學生通過學習“原電池的工作原理”，理解原電池的概念、工作原理和重要應用，并從實驗觀、能量觀、微粒觀和變化觀等四個不同的角度全面系統地認識電化學反應原理和規律，進而建構結構化的知識體系，實現由知識到能力再到素養的轉變。

二、教學流程

本次課堂教學主要包含情境導入、原電池工作原理探究、原電池工作原理的微觀探析、設計原電池等四項任務。具體的教學流程如圖1所示。

“任務群”驅動下的教學可以讓學生更好地發揮學習主動性，在實驗探究中認識原電池反應的本質，并通過搜集證據進行推測和論證。同時，在每一項任務下教師都設計引導性的問題，促使學生在問題中探究，從離子反應的角度去分析原電池的工作原理，理解電極反應的本質，探尋“變化”之因。

三、預期目標

化學觀念是內隱于課程教材知識體系當中并隨知識層次的推進而發展深化的，是中學化學學科知識體系的靈魂［2］。“任務群”能夠調動學生的主動性和參與性，促使學生積極探索，從宏觀、微觀和應用的角度去思考問題，促進學生對知識的理解、轉化、遷移和應用，從而認識化學的應用價值。本次教學的認知角度和行為目標如圖2所示。

學生從宏觀的實驗現象認識銅鋅原電池，認識化學變化和能量轉化，獲得證據，形成模型認知，進而形成實驗觀和能量觀；從微觀角度對原電池中的宏觀現象及其變化進行闡釋，發展變化觀和微粒觀；從知識應用的角度自主設計原電池，樹立科學態度與社會責任意識。

四、教學過程

“原電池的工作原理”教學中的“任務群”成為聯系具體學科知識和學科觀念之間的良好紐帶。學生在問題驅動下主動探究，既有助于具體學科知識的習得，又有利于形成化學學科基本觀念。

（一）“趣味實驗”導入主題

通過趣味實驗創設情境 ，引出學習主題：取出一張生日賀卡，旁邊引出兩根導線，導線連接一個用電光紙包裹的小盒子，向小盒子中先倒入一些蒸餾水，觀察并記錄現象，然后再倒入某液體，觀察并思考。

教師：向這個小盒子中加入蒸餾水和某液體后，你看到或聽到了什么？

學生1：加入蒸餾水時沒有現象，加入某液體后賀卡燈光開始閃爍，并伴隨著歡快的音樂，說明有電流通過賀卡。

教師：第二次向小盒子中加入的是稀硫酸，為什么加入稀硫酸后燈光開始閃爍呢？

學生2：硫酸是電解質，在水溶液中可以電離出H+和SO[2-4]，具備導電的功能，同時在兩個電極和導線的輔助下，整個裝置構成了閉合回路，從而形成了原電池，因此賀卡有電流通過，燈光開始閃爍。

教師：此時的能量是如何轉化的？

學生3：由化學能轉化為電能。

設計意圖：真實的情境可使枯燥的知識變得生動。教師引導學生通過觀察發現盒子中有兩個金屬片（即鋅片和銅片），并介紹加入的液體是稀硫酸，使學生很快意識到這是一個電源，從而體會化學和生活之間的緊密聯系。

（二）原電池工作原理探究

學生根據提供的實驗儀器和藥品，按照要求開展實驗探究，主要活動如下：（1）將鋅片和銅片分別放入稀硫酸中，觀察現象；（2）將鋅片和銅片用導線相連，并接入檢流計，觀察現象；（3）將兩個電極都換為銅片，觀察并記錄實驗現象；（4）將溶液換為蔗糖溶液，觀察并記錄實驗現象；（5）將兩個電極換為銅片和銀片，觀察并記錄實驗現象。

教師：四組實驗的現象是否一樣？為什么會不一樣呢？

學生4：將鋅片和銅片分別放入稀硫酸中，鋅片表面產生大量氣體，而銅片表面無現象，因為鋅能從酸中置換出H2，而銅不能。

學生5：用導線相連后，可以看到銅片表面產生大量氣體，檢流計的指針發生偏轉，說明產生了電流。

學生6：將兩個金屬片都換為銅片，沒有任何現象，檢流計不偏轉。

學生7：溶液如果是蔗糖，檢流計不偏轉，因為蔗糖是非電解質，溶于水后溶液中并沒有電離出離子。

學生8：將兩個電極換為銅片和銀片后，沒有任何現象。

教師：這幾組實驗有何不同？你能從中得到哪些啟示？

學生9：構成原電池的條件有：（1）兩個活潑性不同的電極；（2）電解質溶液；（3）構成閉合回路；（4）可自發進行氧化還原反應。

教師：鋅和銅哪個更容易失去電子？電子的轉移方向是怎樣的？你能否結合學過的化學知識找出電池的正負極和相應的反應類型？

學生10：Zn更容易失去電子，電子沿著導線流向Cu，電流方向是從Cu流向Zn，因此Cu電極是電池的正極，Zn電極是電池的負極。

學生11：負極失去電子，發生氧化反應；正極得到電子，發生還原反應。

設計意圖：讓學生在問題的引領下進行科學探究，從不同的角度認識化學電源構成的條件和反應的本質，進而理解原電池的工作原理。問題的設置層層推進，使學生在探究中認識到化學變化中的物質變化和能量變化，在探究中自我建構實驗觀和變化觀。

（三）原電池工作原理的微觀探析

從微觀的角度解釋如下問題：（1）溶液中存在的離子有哪些？（2）根據電子的流向能否分析這些離子的移動方向是怎樣的？（3）如何正確書寫電極反應式和總反應方程式？

教師：剛才我們通過幾組實驗探究了原電池的構成條件和電子的轉移情況。那么電解質溶液中有哪些離子？這些離子又是如何移動的呢？

學生12：溶液中的離子有H+和SO[2-4]。

學生13：負極失去電子帶正電荷，會吸引溶液中的陰離子，因此陰離子移向電池的負極；正極得到電子帶負電荷，會吸引溶液中的陽離子，因此陽離子移向電池的正極。

教師：能否根據實驗現象和正負極得失電子的情況書寫電極反應式？

學生14：負極：Zn - 2e- ＝Zn2+；正極：2H+ + 2e- ＝H2↑；總反應：Zn + 2H+ ＝ Zn2+ + H2↑。

設計意圖：為了讓學生進一步認識原電池反應的本質，需要從微觀的角度分析電極表面發生的反應和溶液中離子定向移動的規律等，以此引導學生在思考中自主建構微粒觀和變化觀，實現宏觀辨識與微觀探析的完美統一。

（四）自主設計原電池

讓學生根據所學原電池的工作原理和原電池的宏觀模型，自主設計原電池裝置。

實驗用品：鋅片、銅片、鐵片、石墨棒、電流表、導線若干、金屬夾、燒杯若干；橘子若干、CuSO4溶液、FeCl3溶液。

教師：能否根據提供的實驗用品設計原電池呢？

學生動手操作，組裝原電池，裝置如圖3所示。

一些學生受課本的啟發，拿橘子做電池，如圖4所示，其中圖4b是學生用濕巾蘸取NaCl溶液后將兩瓣橘子連在一起。

教師：為什么用濕巾也能有電流產生？

學生15：濕巾上的NaCl溶液可使電路閉合，從而形成電流。

設計意圖：學生在理解了原電池的基本工作原理后，自然會產生自主設計原電池的意愿。因此，課堂上讓學生通過小組活動進行原電池的設計，不僅可以鍛煉學生的實驗探究能力，而且可以更好地將“科學探究與創新意識”貫穿于化學教學中。

學習方式的轉變是課程改革的顯著特征，改變原有單一、被動的學習方式，促進學生在教師的指導下主動學習，是教學改革的核心任務［3］。通過“任務群”中的驅動性問題，讓學生在真實情境中探究，并通過實驗觀察、模型認知、科學探究等形式，透過現象認識本質，培養學生化學學科學習所要求的必備品格和關鍵能力。

五、教學反思

（一）“任務群”驅動，保證學習效果

本課教學以真實的情境為依托，讓學生通過自主實驗探究，形成系統的學習方法，練就基本技能，發展學習能力［4］。教學中的“創設情境—任務驅動—設計實驗—科學探究—分析討論—成果展示”等環節，保證學生有充足的學習時間和空間深入研究問題，并進行探究和交流，從而將學生、教師和知識這三個課堂要素很好地結合了起來。

（二）巧設問題情境，提升教學效果

將問題貫穿在教學活動的始終，讓學生在情境問題的引導下探究、理解和分析，實現更多的自主性和參與性。例如，在對原電池工作原理進行微觀探析時，通過分析離子種類、電子流向、兩個電極得失電子情況、離子定向移動規律等問題，學生從微觀上理解了原電池的工作原理。巧設問題情境，不僅可以降低知識學習的難度，還能幫助學生全面深入地認識知識的本質，為學生掌握學習重點和突破學習難點提供可靠保障。

（三）架構起知識和素養的橋梁

化學學習要以知識為依托，素養為目標，通過活動提升學生的理解力、分析力、設計力、應用力，使知識在多樣情境中不斷遷移，從而達成建構化學觀念的目的。在教學中還要兼顧不同學生的不同優勢以及個體水平的差異，通過搭建學習小組，及時讓學生共享學習成果，彌補自身學習中的不足。

化學學習讓學生終身受益的不是具體的專業知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的化學思想觀念［5］。“任務群”驅動下的化學教學著眼于發展學生的元認知能力，激發學生像科學家一樣進行自主探索，找尋科學世界的規律，在獲取科學知識的過程中發展學科核心素養，從而使化學課堂不斷散發出“科學味”。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 畢華林，萬延嵐.化學基本觀念：內涵分析與教學建構［J］.課程·教材·教法，2014（4）：76-83.

［2］? 盧巍.對化學基本觀念及“觀念建構”教學的認識［J］.當代教育科學，2010（18）：62-64.

［3］? 李小靜.轉變學習方式：學科教室的應然追求［J］.化學教學，2018（7）：27-31.

［4］托爾普，賽奇.基于問題的學習：讓學習變得輕松而有趣［M］.劉孝群，李小平，譯.北京：中國輕工業出版社，2004.

［5］? 宋心琦，胡美玲.對中學化學的主要任務專論和教材改革的看法［J］.化學教育，2001（9）：9-13.

（責任編輯 羅 艷）