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基于STEM教育视野的初中化学教学实践
——以“探究VC泡腾片”为例

2020-12-17杜培乐

林区教学 2020年12期
关键词:泡腾片素养探究

杜培乐

(东海县山左口中学,江苏 连云港 222300)

引言

STEM教育是融合科学、技术、工程、数学为一体的现代教育理念[1]。它以整合的教学方式培养学生的自主学习能力,解决具体情境中的学习问题;以激发学生好奇心为出发点,培养学生的学习兴趣[2];运用情景式教学方法,采取探究式教学模式,发展学生的思维能力。基于STEM教育视野的化学课堂教学中,学生不仅能学习科学、技术、工程和数学等学科知识,而且能充分理解科学、技术、工程与数学之间的关系,为学生提高学科核心素养打下坚实基础。

一、课题背景

1.源于现实生活

VC泡腾片是一种含有大量维生素C的片状物品,可增强机体抵抗力,用于预防和治疗各种急、慢性传染性疾病、坏血病或其他疾病,用于病后恢复期、创伤愈合期及过敏性疾病的辅助治疗。VC泡腾片放入水中,会产生大量气泡,可以激发学生的探究热情。

2.基于化学课标

初中化学新课标重视化学和社会的联系,引导学生从生活走向化学。生活是最好的素材,把生活经验用于教学,引领学生从生活经验入手,科学分析生活问题,探究生活问题,得到经验,获得真知,再将真知运用到生活中,真正体会“生活处处有化学”。

3.立足于STEM理念

基于STEM教育理念的课程设计模式是将知识与技能进行整合,将各学科或领域进行交叉,这也是STEM教育的精髓。在探究VC泡腾片的过程中,合理猜想的假设加强了学生的科学素养,实验的操作加强了学生的技术素养,实验方案的设计加强了学生的工程素养,碳酸氢铵含量的计算加强了学生的数学素养,因此探究VC泡腾片符合STEM教育对学生素养培养的要求[3]。

二、教学目标分析

初三学生已经掌握了制取气体的化学反应原理、发生装置和收集装置的相关知识,初步掌握了实验室制取气体的一般思路,但还是缺乏实验探究的经验。基于此,本课题的教学目标是:引导学生通过实验探究气体的成分,巩固实验室制取气体的思路和方法。学生通过小组合作进行实验设计和探究,得到科学的结论,感受成功的喜悦,以此培养学生的科学思维、工程思维、计算思维、动手思维等。从STEM四个维度出发制定教学目标(见表1)。

表1 从STEM维度出发的教学目标

续表

三、教学策略

化学实验是提高学生科学素养的重要手段[4],对学生科学思想的形成具有不可替代的作用。此外,它对培养学生学习化学的兴趣和提高课堂教学质量也有着极其重要的作用。基于初中学生好奇心强,喜欢动手的特点,同时为了改变课堂教学中学生被动的学习方式,提高学生运用知识与解决问题的能力,本课题组开展了一系列的主题化实验探究,主要采用任务驱动法和实验探究教学法,通过学生自主活动合作探究的学习方法开展教学。

四、教学过程

1.创设情境,提出问题

[教师活动]一瓶普通的纯净水、一粒神奇的药片,它们之间会发生什么样的变化呢?让我们一起来见证奇迹。演示实验:VC泡腾片放入水中实验[5]。

[学生]思考、观察。

[教师活动]本节课,你想探究有关VC泡腾片的哪些问题?

[学生活动]VC泡腾片溶解时产生的气体是什么?VC泡腾片水溶液口感酸甜,溶液是否显酸性?为什么VC泡腾片遇水会产生气体?

设计意图:从学生熟悉的事物引入课题,为探究气体的成分及溶液的性质创设了真实的问题情境,使新知识的学习建立在学生已有的知识和经验上,既能激发学生的学习兴趣,又能引导学生认识化学与社会生活的关系,不仅体现了STEM的情境性,而且培养了学生的科学素养。

2.探究气体的成分

[教师活动]VC泡腾片溶解时[6],产生的气体是什么?你猜想的依据是什么?

[信息提示](见图1)

补充:枸橼酸是常见的二元有机酸,其化学式为C6H8O7

[学生活动]猜想产生的气体可能是CO2。根据信息提示,推断是VC泡腾片中的碳酸氢钠与枸橼酸发生化学反应。

设计意图:通过补充信息培养学生的阅读和信息分析能力,引导学生对生活中的化学问题进行深层思考,从而科学地提出假设,为探究打下坚实的基础。

[教师活动]如何设计实验方案来验证你的猜想?

[学生活动]小组交流讨论,利用教师提供的药品和仪器,设计并完成实验。

[教师活动]指导学生完成实验。

[学生活动]小组交流讨论,归纳总结,汇报实验现象和实验结论(见表2)。

表2 探究气体的成分

设计意图:通过亲自动手实验,使学生强化气体的检验方法,训练实验操作技能,巩固实验装置的连接,培养技术素养,同时体验了学习化学的乐趣。以问题为主线培养学生的思维能力,让学生提出问题、猜想、设计实验方案、实验活动,培养学生解决实际问题的能力。

3.探究VC泡腾片溶液的酸碱性

[教师活动]VC泡腾片溶于水后的液体像橙汁,品尝时为什么会感觉到酸味?

[学生活动]VC泡腾片的水溶液显酸性。

[教师活动]为学生提供药品和仪器,并提出了要求,鼓励学生设计出多种实验方案。

[学生活动]小组交流讨论并汇报实验方案,根据酸的化学性质,设计出多种实验方案(见表3)。

表3 探究VC泡腾片溶液酸碱性的实验方案

[教师活动]指导学生完成实验。

[学生活动]进行实验活动,将观察到的现象及对应结论记录在表格中,汇报实验现象和实验结论(见表4)。

表4 探究VC泡腾片溶液酸碱性

续表

设计意图:一方面巩固酸的化学性质概念,另一方面增强学生运用知识解决实际问题的能力。学生通过亲身实践,对所学的内容有了更直观的认识和更真切的感受,顺利归纳出了本节课所运用到的相关化学知识。实验过程中培养了学生的技术素养、实验探究精神,提高了学生发现问题、分析问题、解决问题的能力。

4.VC泡腾片水溶液的初步净化

[教师活动]实验中产生了大量淡黄色的VC泡腾片水溶液,直接倾倒会造成环境污染,假如你是一名环境工程师,该如何处理废水呢?

[教师活动]展示实验药品和仪器:活性炭、VC泡腾片、烧杯、漏斗、玻璃棒、带铁圈的铁架台、滤纸。

[学生活动]小组交流讨论并汇报实验方案。向烧杯中加入适量活性炭,再加入100毫升VC泡腾片水溶液,充分搅拌后过滤。

[教师活动]指导学生完成实验。

[学生活动]进行实验活动,小组交流讨论并汇报实验现象和实验结论。

实验现象:溶液由淡黄色变成无色。实验结论:活性炭可以除去溶液颜色。

[教师讲解]原理分析:利用活性炭的吸附性除去颜色。

设计意图:学以致用,通过这些问题的设计鼓励学生走进生活,快乐学化学,不仅增强了学生保护环境的意识,而且培养了学生的工程素养。

5.泡腾片中碳酸氢钠的定量探究

[教师过渡]VC泡腾片溶解时产生CO2,那么一片VC泡腾片能产生多少二氧化碳?

[教师提问]如何计算VC泡腾片中小苏打的含量[7]?如何确定二氧化碳的质量?

[学生活动]小组交流讨论并汇报实验方案(见表5)。

表5 碳酸氢钠的定量探究实验方案

[教师活动]评价每个实验方案的优点和缺点。

[学生活动]小组交流讨论并最终确定选用实验方案1,因为实验方案1 操作简便,计算简单。

[教师活动]展示实验仪器和药品,如何确定实验步骤?

[学生活动]小组交流讨论,根据实验方案设计具体的实验步骤:将盛有适量水的锥形瓶和一片VC泡腾片一起放在托盘天平上称量,记录所称的质量m1;将这片VC泡腾片放入盛有适量水的锥形瓶,轻轻振荡,观察现象,待反应一段时间后没有气泡产生时,再放在托盘天平上称量,记录所称的质量m2;比较反应前后的质量。

[教师活动]指导学生完成实验。

[学生活动]进行实验活动,小组交流讨论并汇报实验结论。计算VC泡腾片中小苏打的质量,以及小苏打在VC泡腾片中的质量分数。

[教师活动]哪些原因导致数据偏小?

[学生活动]小组交流讨论并汇报,偏小原因: 部分二氧化碳溶解在水中; VC泡腾片没有密封保存已经受潮; 反应时间过短,碳酸氢钠还有剩余。

设计意图:引导学生用定量的科学方法探究物质的组成。将问题与现象用数量来表示进而去分析和实验。利用质量守恒定律,引导学生从“质”和“量”两方面理解化学反应,培养工程素养和数学素养,同时培养学生“实验探究和创新意识”的核心素养和严谨的科学态度。

结束语

基于STEM教育理念,以探究VC泡腾片为主题,将科学素养、技术设计、工程技术和数学计算进行有机结合融入真实情境中,以任务驱动的形式引导学生进行实验探究。将科学探究贯穿于整个教学活动之中,培养学生的实验操作能力,强调多学科融合学习,从而提高学生的化学核心素养。基于STEM项目式学习开展教学活动,创设STEM情境,从社会生活的真实情境引入新课,既有利于学生从生活中发现化学,又有利于激发学生的求知欲,并从化学的视角认识和解决问题。学生在实验探究活动中,不仅对酸的化学性质有了深度的理解,还体验了气体检验的过程。总之,整个教学实践活动有效地发展了学生的实验探究能力、解决实际问题的能力,提高了学生的综合素质。

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