让化学课堂奏响思维灵动的乐章

2021-02-21汪蔚胡海铭

化学教与学 2021年1期

汪蔚胡海铭

摘要：本课设计通过层层递进的问题，激发学生探究欲望，引导学生设计实验，分析问题，解决问题。这种探究促进了学生对控制变量思想、演绎归纳思维等高阶思维的领悟，养成了科学思维习惯，培养了学生综合运用知识解决实际问题的能力，为学生终生发展奠定了坚实基础。

关键词：高阶思维;钢铁锈蚀;教学设计

文章编号：1008-0546（ 2021）01-0052-05

中图分类号：C632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.014

一、教材分析和学情分析

诺贝尔奖获得者劳厄指出“重要的不是获得知识，而是发展思维能力，教育无非是一切已学过的东西都忘掉后所剩下的东西”。对于化学教学来说，当学生将化学学科知识都忘记的时候，还剩下的东西就是“化学的学科思想和学科方法”了[1]。“钢铁的锈蚀和防护”是人教版九年级化学第八单元课题3的教学内容[2]。这是一节典型的实验探究课型，其中控制变量法是这节实验探究课的主要方法，而控制变量思想也是整个初中化学常用的思维方法。课本教材的设置采用螺旋上升式的教学理念，从影响过氧化氢反应速率因素的探究到二氧化碳与水反应的探究，再到燃烧条件的探究，一直到本课题。教材中对控制变量法学习循序渐进，由浅人深，由课堂延伸到课后。学习本课题时，学生对控制变量思想有了一定的基础，本课题要解决的问题是如何引导学生将控制变量法运用到实验探究中解决实际问题，从而提高学生的实验设计能力和解决问题的能力。

在日常生活中，学生已经知道钢铁制品在潮湿空气中，表面不洁等条件下容易生锈，也了解一些防止钢铁生锈的简单方法，但尚不能全面地了解导致钢铁锈蚀的各种因素和防止钢铁锈蚀的方法。因此，教学的起点应从学生已有的有关钢铁生锈的生活经验人手，引导学生对铁锈蚀的原因提出猜想，然后设计实验，证实或证伪猜想，再通过交流，讨论得出导致钢铁锈蚀的因素，并分析提出减缓钢铁锈蚀的措施。本节内容的教学价值主要体现在进一步培养学生的科学探究能力，重点在培养学生实验设计能力和解决问题能力，使学生认识到化学是一门与日常生活及工农业生产关系非常密切的科学，从而体会科学技术在社会生产、生活中的作用。

二、教学意图和设计思想

建构主义认为，学习是建构内在心理表征过程，学习者不是把知识从外界搬运到记忆中，而是在一定情境中以原有知识经验为基础，通过与外界相互作用获取建构新知识的过程[3]。好的学习能产生原动力和内在需求，是探究性学习取得效果的保证。对于铁生锈的条件探究，传统的教学方法是让学生预习探究铁生锈的条件，师生提前准备实验，然后通过采用“穿越”的方式，运用多媒体技术展示七天前实验开始到七天后铁钉锈蚀这一过程，再讨论，分析实验现象，对比得出结论[4]。这里由于已经提前做了实验，实际上很多老师忽略了学生实验设计的过程。同时又因为铁生锈这個实验进行得很缓慢，只能提前做好，无法让学生在课堂上短时间内看到动态的效果，所以一节课下来，课堂缺乏思维的灵动，学生缺乏激情和原动力。在热闹观察实验背后，存在问题并不少，不重视实验过程，只关注实验结果，不理解实验设计目的，只强记实验现象和结论。这样教学教师更关注了知识内容的灌输，而忽略了学生思维能力的培养。一节缺少思维含量的化学课，一节缺乏智力挑战的化学课，即使课堂气氛再热闹，也算不上成功的课，所以化学教学要关注学生思考力，问题选择要关注问题所蕴涵的思维含量。在本节课中，如何让学生将控制变量的思想运用到实验设计中;如何更有效地利用认知冲突，有效地激发、驱动学生有目的积极探索，使课堂更具启发性。这是本堂课要解决的问题。笔者从这样的设计思路出发进行了教学改进。

教学的核心任务不是如何把现成的知识传授给学生，而是如何激发出学生原有的知识经验，促进知识经验的生长，促进学生的新知识建构[5]。学习应是学生自己建构知识过程，是他人无法替代的。“钢铁的锈蚀和防护”这一教学，一般采用的教学方式是：提前准备实验，呈现现象，归纳总结结论。而本课设计采用的教学方式是科学探究方式，让学生通过已有的知识经验自行猜想和设计实验探究铁锈蚀的条件。这种从已有知识中寻找新知识生长点，激发学生探究欲望，并通过层层递进的问题，不断激发学生猜想和假设，引导学生进一步设计实验探究对学生今后学习意义重大。

三、教学过程

[创设情景，引入课题]

[教师活动]播放“越王勾践剑”视频，讲述著名的天下第一剑“越王勾践剑”埋藏在地下已有两千多年了，出土时依然光彩夺目，锋利无比，没有锈蚀，而我们生活中的很多金属却因锈蚀而报废。为了揭开宝剑的不锈之谜，今天我们进行探究之旅，从我们熟悉的金属人手，以钢铁为例（再推广到一般金属），引入课题《钢铁的锈蚀和防护》。

[学生活动]观看图片，倾听讲述，进入课题。

设计意图：从学生感兴趣的问题，引入课题，激发学生了解钢铁腐蚀的兴趣。

1.探究钢铁锈蚀条件

（1）猜想和假设

[教师活动]组织学生根据已有的生活经验对铁锈蚀的条件进行大胆的猜想：就地取材引导学生观察教室脱漆后生锈的铁门，启发学生回忆生活中见过铁生锈的事例，展示潮湿环境中生锈铁钉图片和其他资料，引导学生分析资料再次做出合理的猜想。

[学生活动]学生充分发挥想象力，大胆猜想和假设，表述观点。有的说：“铁在潮湿的空气中容易生锈，所以生锈的条件需水和空气”，另一同学说：“切过咸菜的菜刀易生锈，所以铁生锈需盐”，这时还有同学说：“自行车暴露在室外淋了雨很快就生锈了，也没盐呀”等等。此时，讨论非常激烈。最后，师生共同总结铁生锈的必备条件是需空气和水，其他条件有可能促进生锈。

设计意图：建构主义认为，只有当学生将新学的知识与其已知的理论基础或生活经验相联系时，他们才容易建立直观的概念，加快对知识的接受和理解。这里有效地发展了学生搜集信息的能力，观察分析的能力，培养了学生充分运用观察，思考，对比，归纳等科学的思维习惯。

（2）设计实验方案

[教师活动]教师鼓励学生设计实验验证猜想。教师提供有关仪器和药品（试管若干、自来水、蒸馏水、光亮铁钉若干根，植物油、干燥剂，烧杯，具支试管，铁架台，橡皮塞等），也可另选仪器。指导学生通过独立思考或小组讨论提出方案，然后交流讨论对各种方案进行评价，从中筛选出可实施的方案。鼓励学生设计多种方案，也可另选仪器和药品。

[学生活动]交流讨论，设计实验方案，对方案的可行性自我反思，学生可能会设计出如图1。

设计意图：这个环节的设计是培养学生设计实验的能力的关键。如果不提供可选择的仪器和药品，直接让学生设计实验探究，学生无处下手。给了仪器和药品实际上就给了引导和启发。由于学生设计的装置很多：有用試管，用烧杯，还有用具支试管的;有用铁钉，用铁丝，还有用铁粉，这时教师加以肯定和鼓励。这里有一个优选的问题，用烧杯好，还是用试管好，选自来水还是蒸馏水等等，要对课堂上学生出来的装置进行一个初步评价和筛选，最终综合大家想法确定上面设计图。但就这样，学生控制变量的思想还是模糊的，按照初三学生思维，他们应自己会对上图装置再进行优选。此时老师要干预，问上图中你们认为哪个铁钉会生锈，找出②号为实验组，其他的跟它作对比。③试管空气会溶解进去和②试管作用一样，所以排除③，①号和⑤号比较排除①，此时教师再引入控制变量的思想，引导学生先观察，再优选，一般学生能得出分别将⑤⑥号试管与②号试管对比得出铁生锈的两个条件。此时，老师再追问：④号试管需不需要？学生回答④号与②号对比有两个变量，铁钉既不与水接触也不与空气接触，即便不生锈也不能说明问题，所以排除。最终选择实验编号为②⑤⑥。优选方案，最优方案，这才是真正探究，学生思维水平也由低到高得到发展。当要求学生设计探究方案时，学生有急于解决问题的思想，为后面的实验设计创造了积极的氛围，充分调动了学生的学习积极性，同时使学生体会控制变量在科学探究中应用。学生通过自己设计方案体会到了探究的乐趣。

（3）对实验的分析、解释与结论

[教师活动]教师展示一周前准备的实验成果，播放实验过程录像。

[师生讨论，结论]由实验中铁钉生锈情况看出，铁生锈要具备的条件是接触水和空气。

[学生活动]学生观察、分析实验。描述实验现象，得出结论。初步了解钢铁锈蚀的原理。

设计意图：培养学生观察能力，分析实验的能力。

（4）实验反思与提高

[教师活动]教师设问以上实验证明了铁生锈需接触空气，但是否是与空气中的氧气发生作用的结果无法证明，同学们能否证明？

[学生活动]学生片刻沉默，但有了上次探究的经历，表情并无畏惧反而期待。

[教师活动]教师立刻引导学生要想确定消耗的是空气中的氧气，那么消耗的氧气要通过一定的方法体现出来，对于气体的减少如何体现？大家联想下以前学过的实验知识。

[学生活动]反应快的同学一下子就联想到《空气中氧气含量的探究实验》，从这受到启发。

[教师活动]教师总结;气体含量的减少可以通过压强差体现，同时展示图片2。

[学生活动]学生立刻思考可以将上图中的磷换成铁在密闭容器中做实验，不过要等待一周。而且铁无需加热，常温即可。有同学设计如第二幅图，用具支试管代替广口瓶（这样更好，容积小，水倒流明显）。有的利用第三幅图改进，同学们思维活跃，探究气氛浓厚。