利用化学史和手持技术促学生认知发展

郭汉波

[摘   要]以人教版化学九年级上册《金属防护和废金属回收》一课为例，结合化学史与手持技术，围绕初中生的学习认知设计创建教学应用方案，有效促进学生认知发展，提高学生的学习能力。

[关键词]化学史;手持技术;教学设计;认知发展;初中化学

[中图分类号]    G633.8        [文献标识码]    A        [文章編号]    1674-6058（2020）20-0067-02

《金属防护和废金属回收》是初中化学的重要一课，传统教学主要围绕如何设计实验、如何比较实验现象等内容展开，目的在于帮助学生理解铁锈蚀的主要原因及化学原理。但当前更需要从感性认识的层面为学生构建一套完整的化学物质变化认知观，消除学生的认知障碍。在教学中融入化学史内容，引入手持技术，可引导学生结合大量知识内容同时展开化学实验实践思考与化学史学习，达到一举两得的教学效果。

一、化学史与手持技术

化学具有漫长的发展历史，它从人类学会使用火就已经存在了，即人类最早的行为实践活动与化学息息相关。化学见证了人类积累经验和发展的过程。随着化学知识的形成，化学史也逐渐走过了萌芽时期、炼丹和医药化学时期、燃素说化学时期、定量化学时期、科学相互渗透时期，然后到达当前的绿色数字化学时期。当然，科学无止境，化学历史的发展也绝对不会停滞不前。

当前的手持技术就是绿色数字化学的代表，化学手持技术实验，也被称为掌上实验，是由计算机和微电子技术相结合形成的新型数字化实验手段，主要由数据采集器、传感器以及计算机配套软件等多个部分组成。

二、教学思路

《金属防护和废金属回收》一课针对学生生活中比较常见的金属材料的信息内容进行分析，旨在引领学生认识废弃金属对周边生态环境可能造成的各种污染及不利影响，了解金属回收的重要性。基于理论学习，教师引导学生合理利用废金属设计主题实验，深度探究发生锈蚀的条件，探讨防锈方法。在整个实验教学过程中，教师引导学生从化学的角度认知和洞悉人与自然之间的关系。另外，通过这一课的实验教学，加深学生对之前所学内容的印象，如“金属的冶炼”，为之后学习其他知识，如“酸的化学性质”“可逆反应”等奠定良好的基础[1]。

三、教学设计与应用

《金属防护和废金属回收》一课的教学设计围绕情境展开，分别在不同阶段创设不同的化学史教学情境，同时引入手持技术实验，以强化学生的认知，达到引入新课、探究学习、知识类比迁移的目的，帮助学生解决化学学习问题，形成学生自己相对独立的知识体系。

1.新课导入

首先，教师为学生展示各种金属物件及相关人物图片，这其中包括欧治子、被锈蚀的铁剑、铁刀片等。结合这些图片创设情境，并借此导入新课。情境创设：中国炼铁始于春秋时代，当时人们的生产生活依赖大量的铁器，比如用铁铸剑和农具。此时教师指着欧治子的图片，告诉学生欧治子就是越王勾践的铸剑师，他所铸造的宝剑非常多，但是真正流传下来的宝剑数量却非常少。这主要是因为铁剑易被锈蚀。但他为勾践铸造的“勾践剑”却千年不腐，至今完好无损。讲到这里，教师会将疑问抛给学生：“为何‘勾践剑可以千年不腐呢？”让学生带着这样的问题深入到学习中，并在教师的带领下正式展开实验探究，探寻铁生锈的成因（如图1）。

教师要求学生在家中完成铁钉锈蚀实验，并给学生一周的时间来探索、操作、观察实验过程。一周后，请学生讲一讲铁钉在锈蚀实验中所发生的变化。有学生回答：试管①和试管②中的铁钉一周内没有生锈，但试管④和试管⑤中的铁钉相比于试管③生锈速度要快[2]。

结合学生的这一发现，教师引导学生通过铁钉所处环境与锈蚀现象的比较思考铁制品生锈的本质原因，以及发生锈蚀的主要条件是什么。在教师的引导下，学生对比试管①和试管③，发现铁制品生锈与水有关，再对比试管②和试管③，发现铁制品生锈与氧气也有关，由此推断铁制品生锈是铁制品与水、氧气共同作用后才发生的，在生锈这一氧化反应中二者缺一不可。

在实验对比与学习完成后，教师再次提到欧治子所铸造的“勾践剑”：为什么古人能够铸造这样一把千年不腐之剑？进一步激发学生的好奇心。在理论讲解中，教师告诉学生铁制品生锈是一个相当缓慢的过程，而实验的时间只有7天，是很难展现铁生锈的整个变化过程的。短期的实验验证和分析对铁生锈的本质探究不利，所以教师采用了数字化虚拟实验为学生进一步讲解铁钉锈蚀过程，并采用氧气浓度感应器配合温度传感器测量一次性发热贴，观察其发热过程，帮助学生形成较为系统的认知思路，获得感知水平的有效提升。当然，教师也可要求学生尝试自主构建与铁钉锈蚀相关的实验认知模型，实现学生化学学习思维发展与深层理解的有效同步，进一步提高实验教学质量。

2.实验探究

在第二个环节中，教师继续创设教学情境，引导学生展开探究性实验，深入学习知识内容，例如共同研究铁锈蚀的基本原理，分析“勾践剑”的奥妙之处。

学生观察图片，发现“勾践剑”的表面颜色近似于合金色，同时看到其表面镀上了一层不易生锈的金属，借此学生就推断出“勾践剑”的表面是能够隔绝氧气或水的。此时教师导出新知识点——防止铁锈蚀的基本方法。而采用质子X射线荧光非真空技术就可以分析“勾践剑”的不腐之奥妙。此外，教师还为学生讲解了古人保养宝剑的有效方法，如用纯棉布或鹿皮擦剑，除去剑刃表面的杂质;用木块用力盘剑，除去宝剑上的刮痕，增加剑身毛细孔的收缩速度;使用养剑鞘，利用木材油料与木材生热的原理保护剑身不被腐蚀。

上述实验中，教师引导学生围绕铁制品锈蚀分析“勾践剑”千年不腐的原因，进而解开本课教学的最大谜团，让学生多了解金属防护与我国历史的渊源，进而深入学习化学史。

3.知识迁移

最后一个环节的实验教学主要围绕知识迁移来展开。课堂上教师告诉学生被废弃的金属制品是不能随意丢弃的，它不但会造成大量的资源浪费，还会产生环境污染，因为废弃金属制品中所含的汞、铬等都属于有毒金属，所以人们必须学会回收利用并善用这些废弃金属制品。此时，教师引导学生展开知识迁移：结合化学史“天工开物”介绍一个古代实验内容，即把煤块和矿石全部放在一个坩埚中加热，最终会有金属锌凝结在锅盖上，这其实就是古代的冶炼技术。这种技术是可以被应用于对废弃金属制品的二度应用上的[3]。

四、教学反思

在教学反思阶段，教师要总结实验内容，分析手持技术与化学史融入课堂教学的科学性、合理性以及有效性，保证为学生呈现有价值的理论实验课程，再利用实验数据引导学生发现问题，生成新课学习内容。在整个教学过程中，教师要牢牢把握针对性原则，实现课堂教学的及时反馈，体现课堂教学的大容量与高效率，确保学生学习的有效性[4]。

本文结合初中化学《金属防护和废金属回收》一课展开探究性实验教学，目的在于通过引入化学史与手持技术，为学生提供相对良好且多元化的化学学习空间，在化学实验过程中引导学生学习化学历史，并感受通过手持技术学习化学的趣味性，为学生带来良好的化学学习体验，并能够做到学以致用。

[   参   考   文   献   ]

[1]  缪徐.让学生充分体验学科思想方法：《金属防护和废金属回收》的教学设计及反思[J].江苏教育，2014（4）：32-34.

[2]  惠海涛.充分利用化学史的教学价值[J].江苏教育，2019（35）：65.

[3]  赖道瑜，林萍，王成秩.利用化学史培养学生科学本质观的教学研究[J].福建基础教育研究，2016（11）：76-77.

[4]  陈晓敏.在中学化学教学中利用化学史进行科学方法教育[J].速读（中旬），2017（2）：138.

（责任编辑 张   简）