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改革无机元素化学教学培养学生化学科学素养

2020-01-12顾云兰

化工时刊 2020年10期
关键词:化学教学内容教学

顾云兰

(盐城师范学院 化学与环境工程学院,江苏 盐城 224007)

《无机化学》是我院化学(师范)专业一门重要的基础课程,也是学生进入大学后接触的第一门专业课程,内容包括基础理论和元素化学两大部分,分别安排在大一第一、二学期开设,即在学习元素化学前,学生已掌握了热力学、动力学、化学平衡、原子结构、分子结构、晶体结构和配合物结构等基础理论知识。元素化学包括元素的通性与存在、单质与化合物的性质、应用和制备等,多为事实性或描述性知识[1]。按传统组成、结构、性质、制备和应用的线性思路开展教学,短期内学生虽能习得一些元素化学的知识,但由于元素化学知识具有庞杂、零散的特点[2],需要记忆的内容多,容易混淆,缺乏质疑、思辨和实作的记忆性学习行为会让学生感觉“易学难记、易懂难学”,产生畏难情绪,学习兴趣大打折扣,教学效果不容乐观,亟须加以改进。

《普通高中化学课程标准(2017年版)》提出了“以发展化学学科核心素养为主旨”的课程理念[3],化学师范生作为中学化学教师队伍的后备力量,只有具备了较强的化学科学素养才能为日后培养中学生的化学核心素养奠定基础与保障。在此背景下,课程组结合前人的经验[4-10],从如何统筹安排教学内容,凸显化学学科观念;如何精心设计教学、选择恰当的方法和策略落实科学素养的培养进行了诸多有益的尝试与改革。

1 重塑教学内容,凸显学科观念

课程组利用元素观、分类观和结构观等学科观念对元素化学知识进行了梳理、分析和整合,通过精编教学素材力求将教学内容情景化、问题化和项目化。在沿用教材以区、族为章节的基础上,根据学生对知识的熟悉程度将各族元素分为两类进行教学,一类为中学已涉及过的元素,如Na、Mg、Al、Si、N、S、Cl、Br、I、Fe、Cu等,另一类则为中学几乎没有接触过的元素(大多数学生高中阶段未选修化学)。前者主要通过问题引领式[11]、项目学习式[12]、启发式等教学方法激发学生探究化学世界奥秘的热情和好奇心;后者则依托前者,采用类比法或比较法引导学生运用发散思维建立知识间联系,将学生的物质世界迁移拓展到同族其他元素[13]。每种元素又从单质、氢化物、氧化物、卤化物、硫化物、氢氧化物、含氧酸及其盐、配合物几大类进行授课,从而培养学生的“元素观”和“分类观”。教学中遵循“结构决定性质,性质决定用途”的学科理念,有意识地引导学生用化学基础理论揭示元素化合物的性质及变化规律,使元素化学知识系统化。从微观角度,以原子结构(价电子构型、原子半径、电负性)、分子结构(杂化轨道理论、价层电子对互斥理论、分子轨道理论)、固体结构(离子极化、分子间作用力)、配合物结构(晶体场理论)为指导,分析每种元素单质及其化合物的结构,进而对物质的理化性质及变化规律进行归纳总结,架构元素化学知识结构体系,培养学生宏微结合的学科素养;从宏观角度,以热力学、动力学和化学平衡理论为基础,对化学反应的方向、快慢和程度进行判断,将基础理论贯穿元素化学教学的始终,使貌似杂乱无章的叙述性知识变得相互有关联、有条理和有规律,提高元素化学的教学效果,同时使无机化学原理知识得到巩固、运用,甚至拓展和提升,两者相得益彰,学生的学习兴趣也能随之提高[9]。这样的教学内容安排,能使学生把零散的元素化学知识条目整合起来,真正理解元素化合物知识的内在联系及其所蕴含的学科观念,形成清晰的学习思路以及自主研究元素化合物的方法步骤和思维模型,增强应用原理从多角度分析和解决问题的意识。

2 重构教学设计,培养科学素养

元素化学教学中要杜绝教师照本宣科,学生被动接受、机械记忆。通过元素化学的学习,学生应具备以认识物质为基础,预测、分析解释物质性质,根据性质进一步解决实际问题的能力[1]。为达到这样的课程目标,教学中应基于知识分析和学情分析灵活选择、组合运用多种教学方法和策略,形成一个有明晰线索、合乎逻辑的教学结构,帮助学生将碎片化的元素化学知识系统化,促进思维结构化,在传授学生化学科学知识的同时,培养学生的化学科学品质和化学科学能力,提升学生的化学科学思想水平。

2.1 巧设问题情境,培养科学品质

“兴趣是最好的老师”,任课教师可以从学生熟悉的事物、生活常识、网络热点、新闻视频等出发创设环环相扣、逐步深入的问题情境,激发学生的学习兴趣,培养学生独立思考、勇于探索、敢于质疑的科学品质。通过情境问题的引导、分析和解决,使学生建构恰当的知识方法体系,最终形成灵活应用知识方法体系解决实际问题的能力和素养[14]。如在硫元素的教学中,首先,从学生熟知的葡萄酒创设情境,通过探讨葡萄酒中二氧化硫的作用学习二氧化硫的还原性;以“毒银耳的由来”为问题情境,讲授二氧化硫的毒性及漂白性;然后,以“酸雨的产生”、“工业制备硫酸”为情境,过渡到三氧化硫、含氧酸及其盐的学习中;最后,结合“酸雨防治”的实际问题,融入当前烟气脱硫技术,由贴近学生的生活经验升华至工业生产应用,符合从学生身边的实际到学科知识,从学科知识到知识应用于实践的认知规律。这样的教学设计既丰富了教学内容,体现了化学与生活、社会、生产科技的紧密联系,还能让学生在生产生活实例的解析中体会化学知识的社会价值,明确学习化学的动机,坚定学好化学、保障自身权益、服务未来社会的信念。

在生产、生活中,这样的应用实例还有很多[15-18],如在“铝的氢氧化物、硅酸、氮单质、氮的氢化物、氮的氧化物和含氧酸、氟的含氧酸盐、氯的含氧酸、锰的含氧酸盐、钛单质、铁的配合物、银的卤化物、锌的卤化物”等元素化学知识的传授中,我们可以通过“胃舒平”、“硅胶干燥剂”、“烟雾冰淇淋”、“汽车安全气囊”、“雷雨发庄稼”、“含氟牙膏”、“84消毒液”、“PP粉”、“钛合金眼镜架”、“铁酱油”、“光致变色玻璃”、“熟镪水”等实例创设问题情境,激发学生的求知欲。选取“相变储能材料、酸催化剂、石墨烯电池、硝化纤维塑料、钠硫电池”等学习情景,创设驱动性问题,学习“碱金属和碱土金属水合盐、硼的卤化物、碳单质、氮的含氧酸、多硫化物”等知识,融合理论与应用,让学生在掌握元素化合物知识的同时,充分感受化学的“生活化”和“实用性”,养成从化学的视角分析生产、生活中现象的习惯,将化学学习延伸至课外,内化化学学科素养[19]。

2.2 巧用“项目学习”,提升科学思想水平

项目学习(Project-Base Learning,简称PBL)是一种系统的教学方法,通过围绕复杂、真实的问题以及精心设计的产品和任务,构建一个完整的、学生深度参与的探究过程,旨在学习必要知识和提高生活技能[20]。在元素化学教学中,可以从元素化合物在生活、生产、生产科技中的应用出发,基于PBL教学模式,追溯其“为什么可以这样用?”,“为什么会有这样的现象?”,“如何正确、合理、规范地使用?”等,从而学习隐含在应用背后的元素化学知识,让学生在项目的驱动下通过自主探究和团队合作解决问题,掌握解决问题的技能,切身体会化学的魅力及实用价值,树立严谨求实的科学态度,使知识传授、能力提升与价值引领协调发展。

如在铁元素的教学中,教师可以要求学生通过查阅文献、理论分析、设计方案、小组讨论、实验探究、小结归纳,解决“食品脱氧剂中的化学问题[12]”,并录制视频上传QQ学习群进行展示。学生通过已学“铁的磁性”、“金属的通性”、“原电池”、“沉淀的生成和溶解”、“氧化还原反应”、“配合物的生成”、“化学能与电能”、“化学能与热能”知识解决问题①如何检验食品脱氧剂的主要成份?②食品脱氧剂的脱氧原理,如何检验生成物?③脱氧过程中的能量如何转化?④如何正确处理废弃的食品脱氧剂?让学生在问题的解决过程中构建“铁的单质、氧化物、氢氧化物、配合物”知识结构体系,形成基于物质类别、元素价态对物质性质进行检测的认识模型,建立起“守恒观”和“转化观”,同时,培养学生的团结协作精神、唯物辩证思想和生态文明意识。

同样,学生可以通过“探究铬酸洗液中的化学问题”这一项目学习铬元素的有关内容。经过“铬酸洗液的配制”、“铬酸洗液的主要成份”、“铬酸洗液的功效及其原理”和“废铬酸洗液的处理”等系列问题的探析,掌握Cr(III)和Cr(VI)化合物的性质及其相互转化,了解含铬废水的排放标准及处理技术,形成“平衡观”和“转化观”,将绿色化学理念润物细无声地传递给学生,以此勉励学生节约资源、热爱自然、保护环境,为建设美丽中国而努力。

当然,并不是所有的教学内容都适合采用“项目学习”,教师需要在研判教学内容难易、评估实际教学环境的基础上深入思考、精心设计,让学生在真实的任务导向情境中获得情感交融,在互动交流中激发灵感和观点,在项目驱动下积极主动思考[8],培养学生的探究能力和创新意识。

2.3 巧借“互联网+”,培养科学能力

元素化学教学内容多、课时少,仅靠32课时的课堂教学是不可能将元素化合物知识讲深、讲透的。我们选用的教材是大连理工的《无机化学》(第六版),该校的《无机化学》和《无机化学实验》SPOC课程已在中国大学慕课网站上线。在教学中,针对碱金属和碱土金属、硼的化合物、钒分族等部分教学内容,任课教师可以借助“中国大学慕课”、“蓝墨云班课”和QQ群以“线上+线下”重构教学过程,采用“课前视频自主学习→上传笔记、SPOC测验→课上教师精讲、突破重难点→互动交流、答疑解惑→云班课测验→课后作业”的混合教学模式,提升学生对元素化学的学习热情度、投入度和参与度,有力保证学生学习时“身心”皆在场。

开学后QQ群分享课程教学大纲、授课计划表、教学课件和精选的实验视频。课前,教师要求学生观看慕课短视频和实验视频进行自主学习,完成SPOC网络测验,上传学习笔记,同时言简意赅地介绍学习要求,使学生在自主学习的过程中真正做到“心中有数”、“有的放矢”,避免“不知重点”、“盲目听课”现象的发生。课上,教师借助“云班课头脑风暴或小组任务”以问题解决式、小组合作式等方法实现与学生的互动,启发学生积极思考,鼓励学生大胆发言,引导学生运用所学理论知识对自主学习的内容进行“理论-性质”的演绎,进一步领会元素化合物的组成、结构、性质、制备、应用以及相互之间的关系,培养学生的科学思维,落实教学目标。同时,借助“云班课测验”配备一定数量的客观题,由于软件具有自动批改学生答案的功能,方便学生根据测验结果进行自我评价、查漏补缺,也减轻了教师批改作业的负担,便于教师了解学生知识的掌握情况。课后,学生完成线下主观题作业并上传“云班课作业”,学生互评、教师评价后,QQ群交流作业中存在的问题。这种教学模式体现了学生的主体地位,充分发挥了互联网实时、方便、交互的优势,调动了学生学习的主动性,改善了课堂教学效果,培养了学生的观察能力、思维能力、表述能力和自学能力。

3 结语

无机元素化学部分涉及繁杂的化学现象和化学反应,是《无机化学》“教”和“学”的难点,科学素养的形成是循序渐进和逐步渗透的过程。教学中,教师要建立清晰的化学学科观念,分析挖掘教材,提炼内在逻辑,重塑教学内容,潜心钻研教法,重构教学设计,传授学生化学知识的同时培养学生化学科学素养。

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