指向学生科学实践能力培养的校本专题课设计与实施

黄鸣春 王建林 苏鑫 牛丽亭 项今朝 王欣 刘聪 李丹阳

摘要： 校本专题课“玩转沉淀”以发展学生的科学实践能力为教学目标，从研究的视角进行设计，在教学内容的组织和实施上架构知识、问题、活动、素材、学生发展等5方面的线索，将科学阅读作为重要的教学策略，完整地呈现了一个校本专题课开发的进展过程。

关键词： 校本专题课; 科学实践; 沉淀溶解平衡; 校本课程开发

文章编号： 1005-6629（2018）11-0047-06中图分类号： G633.8文献标识码： B

1 问题提出

“玩转沉淀”课的设计源于北京京源学校化学校本选修课的需求，在“化学平衡”专题推进到“沉淀溶解平衡”部分时，为提升学习效果，授课教师希望“最好有一些有趣的实验让学生更多地参与进来，在沉淀溶解平衡的应用价值驱动下学习沉淀溶解平衡”。于是，针对高一高二的化学学习优等生设计了2课时的能力提升课程，这是对教师校本课程设计与开发能力的一次挑战。

课程改革的不断推进给“学校课程建设”带来了重大的机遇和挑战[1]。将国家课程校本化、系统规划学校课程体系、综合校本课程均成为“学校校本课程建设”要直面的问题。总体上看，化学校本课程已有的研究中实践案例居多，基于课程视角从课程理念、目标、内容、实施、评价方面进行分析的研究亦有所涉及，但是整体有序架构化学校本专题课的目标、内容组织和实施逻辑的案例仍然有待开发。本文将以“玩转沉淀”课作为校本专题课的案例，分析笔者在课程目标的确立，课程内容的选取、组织与实施的一致和连贯性上所做的探索。

2 教学目标的定位

“玩转沉淀”校本专题课首先需要解决的是教学目标的定位问题。一是需要在常规课时基础上拓展“沉淀溶解平衡”的课时，这就需要考虑补充什么内容;二是需要考虑加入学生能够参与的实验活动，学生在参与实验中發展什么能力;三是需要更多挖掘“沉淀溶解平衡”的应用价值，这就需要考虑以什么形式呈现课程内容。

按照教学设计的一般思路，我们进行了普通高中化学课程标准[2]中关于沉淀溶解平衡的内容要求、教学策略以及学习活动建议的分析，并从课程标准提出的学科核心素养的角度，分析本专题的知识与能力目标，从而概括课程标准对学生能力发展目标的要求。我们发现该目标与《美国科学教育框架》中明确提出的“科学实践”的八个方面[3]基本一致，由此将“培养学生的科学实践能力”作为本专题重要的能力发展目标。结合课程标准关于“资料分析”的要求以及科学实践包含的“获取评价并交流信息”，我们将“科学阅读”作为本专题重要的教学策略。

综上所述，专题课教学目标定位为： 认识难溶电解质在水溶液中存在沉淀溶解平衡，了解沉淀的生成、溶解与转化;结合沉淀溶解平衡培养学生“提出并定义问题、开发并使用模型、计划并实施研究和设计解决方案、分析并解释数据、运用数学和计算式思维、建立解释和设计解决方案、获取评价并交流信息”等科学实践能力;认识沉淀溶解平衡的生产生活应用价值。

3 教学环节的设计、实施及反思

针对确定的教学目标，我们从课的准备到实施进行了系统设计。具体的教学设计和实施基于学生能力发展分为8个环节，其中前4个环节为第1课时的内容，后4个环节为第2课时的内容。各个环节均按照知识、问题、活动、素材、学生发展等5条线索进行横向和纵向逻辑的组织和设计。

3.1 看“沉淀的生长”

作为引入和概念探查环节，教师在说明本次专题课的目标及规划后，探查了学生原有关于沉淀的认识及转变，并简要补充讲解了关于“水中花园”的生成和生长的知识（见表1）。

本环节可以明显感受到学生对于“沉淀生长”过程的兴趣，如认识到本实验“水中花园”中“沉淀不是瞬间生成的，相反有些沉淀是缓慢生长”、“沉淀还可以向上生长”，甚至注意到“带有气泡的地方会生长”。在学案记录中，学生表示“了解了沉淀形成的过程和原理”，产生了“可以通过不同浓度改变沉淀生长”的想法。

3.2 做“沉淀的生长”

见识了美丽的“沉淀生长”的过程后，学生跃跃欲试。他们进行了“水中花园”制作实验，通过教师关于“探究水中花园生长条件”的完整思路的展示，初步感受控制变量的实验探究方法（见表2）。

通过这个环节，学生初步得出“水中花园”实验成功的合适条件，也注意到“浓度太大可能导致沉淀不能快速生长”、“不同物质生长速度不同”。并发展“变量控制”实验的经验。

3.3 分析“沉淀的生成和转化”

在学生经历了“沉淀的生长”教学过程后，我们引导学生进一步关注沉淀。此时学生分组阅读前期准备的由8篇文献[4～11]转化而来的“科学阅读材料”，引发他们产生对沉淀新的关注角度;接着通过演示实验（AgCl沉淀转化为AgI沉淀）认识到沉淀能发生转化，通过实验分析建立“沉淀溶解平衡”的概念模型（见表3）。

这一阶段，学生通过各个阅读素材发现“沉淀可以转化为另一种沉淀”，通过迁移“化学平衡”的知识，再通过演示实验进一步认识到“沉淀转化的实质为沉淀溶解平衡的移动”。

3.4 发现“沉淀的生成和转化”的规律

第1课时最后的环节是精读科学阅读材料，希望学生利用所建立的沉淀溶解平衡概念定性分析解读科学阅读素材（见表4）。

这个环节需要精致阅读，能力较强的学生能够直接提取科学阅读素材的信息，认识到沉淀溶解平衡遵循化学平衡移动的一般规律。如“纳米氢氧化镍的研制及其电化学性能”素材中，学生识别了“NiC2O4、 Ni（OH）2”两种沉淀，并认识到过程中发生了沉淀的转化。

3.5 做“沉淀的生成和转化”

在第2课时的第一个环节中，我们把演示实验转化为学生实验，以进一步巩固“沉淀溶解平衡”的概念模型（见表5）。

3.6 进行“沉淀溶解平衡的调控”

我们选取AgSCNAg++SCN-这一沉淀溶解平衡作为素材，进行下列研究活动（见表6）。

本环节学生通过改变离子浓度调控平衡的移动方向，从直接加入Ag+联想到通过生成其他沉淀减少Ag+，可能加入Cl-、 S2-、 I-。其中只有S2-组的黑色沉淀生成这一现象明显说明了平衡的移动，那么其他离子如Cl-、 I-，甚至Ag+都会面临没有明显现象的问题，那么一方面此时基于实验事实论证平衡的移动就成了关键问题，另一方面学生需要考虑是否只要生成新的含Ag+的沉淀就能够使得平衡发生移动，进而调动由难溶生成更难溶的认识，并思考如何定量判断谁更难溶。

3.7 探究“沉淀溶解平衡的直观外显”

本环节凸显让学生发现和提出问题，建立解释和设计解决方案，并进行基于事实的论证的能力培养。从上一环节中发现，沉淀溶解平衡电离出自由离子的浓度是很低的，因而需要找到平衡“显示”剂，到通过科学阅读获取评价并交流信息对“Fe（SCN）3显示剂”原理进行解释和解读文献中的解决方案，然后再次进行实验验证（见表7）。

学生经历了一轮基于事实的论证，然后又发现和提出关于AgSCN沉淀溶解平衡是否移动了的问题，认识了沉淀溶解平衡常数，从而将学生对沉淀溶解平衡的认识提升到简单的定量水平。

3.8 讨论“沉淀溶解平衡的价值”

通过前面对沉淀溶解平衡的“可见”的调控，学生发现观察到沉淀溶解平衡并非易事，由于沉淀溶解平衡体系中，离子的浓度均非常低，较难被直接检测出来。那么这样一个很“微量”的平衡在实际生产生活中，是否有应用价值呢（见表8）？

学生认识到沉淀溶解平衡可以用于处理金属废水，如果要知道金属离子的去除程度时就需要用到分光光度等定量分析方法。

4 反思与讨论

“玩转沉淀”作为2课时的校本专题课，其目标指向学生科学实践能力的发展以及基于知识、问题、活动、素材、学生发展五大线索进行的系统设计与实施，对于“校本课程开发”及“教师校本专题课的设计开发能力”的研究都有十分有益的启发。

4.1 需要清晰系统地设定课程目标

首先，化学校本课程的开发应该回归认识本源性问题，深入挖掘化学学科本体知识。对“玩转沉淀”课而言，所谓的“认识本源性问题”，一是对认识对象“沉淀”本身的追问： 沉淀是什么样子的？它们是如何生成、生长起来的？不同的沉淀生长状况有什么不同？它有应用价值么？二是对“平衡”这一概念的追问： 沉淀溶解平衡不同于其他化学平衡的地方在哪里？它有什么样的应用价值？正是对这些认识本源性问题的追问，帮助我们确立了“玩转沉淀”校本专题课的基本知识目标。

其次，化学校本课程的开发需要考虑学生实际和培养需求，需要依据课程标准系统设定课程目标。“玩转沉淀”课作为校本专题课针对的是高一、高二的化学选修学生，他们都属于较高水平的化学选修生：高一学生几乎没有太牢固的关于“平衡”的认识，高二学生则已经学习过沉淀溶解平衡的知识。这就要求不能仅以知识为依据来确定课程内容，还需要考虑学生应该发展的共同能力和素养。于是我们将“科学实践能力”和“学科核心素养”的培养作为课程的系统目标定位。

4.2 课程内容的选取、组织和实施需要全面架构知识、问题、活动、素材、学生发展5方面线索的横向和纵向逻辑

作为校本专题课“玩转沉淀”，一方面需要深入认识沉淀，另一方面需要深入认识“平衡”。在此过程中，如前所述，通过教学环节的逻辑设置，即知识、问题、活动、素材之间横向和纵向的推进，实现学生的认识发展。而“科学实践”的八个方面均在不同环节得到不同程度的发展，特别是凸显了“计划并实施研究和设计解决方案、参与基于事实的论证、获取评价并交流信息”三项科学实践能力的发展，并最终实现学生对具体对象的认识发展。“玩转沉淀”课促进学生认识发展的路径为： 学生从认识沉淀生成和生长开始、逐步认识沉淀存在沉淀溶解平衡，并能依据平衡移动原理认识平衡移动从而实现沉淀转化;了解沉淀溶解平衡的反方向不仅能够发生，而且有时有特殊的意义，进而认识到沉淀溶解平衡一般电离出较微量的自由离子的特点，实现依据平衡移动原理来调控沉淀溶解平衡，并设计如何“显示”沉淀溶解平衡;最后从沉淀溶解平衡常数的定量角度认识沉淀溶解平衡。

4.3 课程内容实施需要精致打造特色教学策略

将科学阅读作为“玩转沉淀”教学中一个重要策略，在四个教学环节中不断交替运用，指向学生获取、评价并交流信息的能力发展。它带来的收获在于对科技文献的加工上，注意到直接将科技文献给学生阅读会造成较大的阅读障碍，于是对文献进行了格式的统一以及表达的简化。“研究背景—实验原理—实验探究过程”的设计能够有效帮助学生很快抓住文献的重点而提高学习效率。

4.4 课程的自主设计需要有研究的视角

“玩转沉淀”课的准备阶段，首先查阅了大量的沉淀溶解平衡应用的相关科研文献，选取了八篇文献，并对其中内容进行选择和重新组织，按照“研究背景—实验原理—实验探究过程”的统一格式进行文献加工，共得到八篇科學阅读文献。并根据文献进行了“水中花园最佳生长条件”的实验探究，梳理出作为“控制变量的实验探究”案例为学生呈现。根据文献“银盐沉淀溶解平衡的直观性实验研究”[12]，我们进行了“AgSCNAg++SCN-平衡发生移动”的实验探究，并拟将之转化为一个学生自主探究的实验活动。

参考文献：

[1]黄鸣春.从课程构成要素的视角看学校课程建设的现状、问题及展望[J].教育探索， 2017， 310（4）： 15～19.

[2]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京： 人民教育出版社， 2018.

[3]National Research Council. A Framework for K-12 Science Education： Practices，Crosscutting Concepts，and Core Ideas [M].Washington，D.C.： THE NATIONAL ACADEMIES PRESS， 2011.

[4]胡锴，田秋霖.含氟牙膏对预防龋齿作用的体外研究[J].大学化学， 2013，（5）： 62～64.

[5]陈建波，马小波.沉淀转化法制备非化学计量化合物Cu2-xS的物相研究[J].稀有金属与硬质合金， 2015，（6）： 56～58.

[6]柳涛，张小刘.用纯碱沉淀转化法从草酸钴废料中回收钴[J].湿法冶金， 2015，（6）： 496～498.

[7]赵力，周德瑞.纳米氢氧化镍的研制及其电化学性能[J].化学通报， 2001，（8）： 513～515.

[8]李倩，田彦文.含砷废水砷铁分离的研究[J].材料与冶金学报， 2010，（3）： 35～38.

[9]胡容平，余于怀.沉淀转化法制高纯磷酸锌[J].现代化工， 2010，（11）： 48～51.

[10]王飞镝，王开毅.硫化镍沉淀转化法从镍电解液中深度净化除铜的研究[J].湖南冶金， 1993，（5）： 21～23.

[11]郭燕妮，方增坤.化学沉淀法处理重金属废水的研究进展[J].工业水处理， 2011，（12）： 9～12.

[12]李昕媛.银盐沉淀溶解平衡的直观性研究[J].理化生教学与研究， 2016，（81）： 140～141.