“水的组成及变化的探究”“教-学-评”一体化设计策略研究

2023-11-03刘亚男陆建源

化学教学 2023年9期

刘亚男陆建源

摘要：开展九年级学生必做实验“水的组成及变化的探究”的“教-学-评”一体化教学设计。根据课程标准要求，制定实验教学目标；依据实验教学目标，选择实验活动内容；分析实验活动内容，构建实验评价方案。提出以学习实验方法为基础、培育创新能力为理念、提升学科素养为目标的教学策略。

关键词：课程标准; 实验活动; 活动目标; 实验内容; 实验评价

文章编号： 1005-6629（2023）09-0035-06 中圖分类号： G633.8 文献标识码： B

2022年版的《义务教育化学课程标准》（以下简称“课程标准”）指出：“科学探究与实践是指经历化学课程中的实验探究，基于学科和跨学科实践活动形成的学习能力；是综合运用化学等学科的知识和方法，通过一定的技术手段，在解决真实情境问题和完成综合实践活动中展现的能力与品格。重视‘教-学-评’一体化，实现课堂教学从掌握知识到发展素养的转变。［1］”“水的组成及变化的探究”是课程标准中新增的学生必做实验之一，如何按课程标准的要求，有效地组织开展实验活动“水的组成及变化的探究”的“教-学-评”一体化设计？笔者进行了一些尝试，取得了较好的效果。

1 根据课程标准要求，制定实验教学目标

实验教学目标是指通过开展实验活动后，学生在科学探究能力、基本实验操作技能、实验探究的思路和方法、科学探究的态度等方面能够达到的具体要求。就是将课程标准中的内容要求、学业要求、活动建议等变成具体的教学目标，为教师的教、学生的学评价定位。制定实验教学目标常按如下步骤进行。

1.1 寻找实验中的核心操作和关键词组，确定行为条件和表现程度

首先，将课程标准中与“水的组成及变化的探究”实验活动相关的内容和操作要求列出，包括内容要求、学业要求和跨学科实践活动三个方面。

（1）内容要求：①熟悉化学实验室安全警示标志，学会正确使用安全防护设施，学习妥善应对实验安全问题的必要措施。②学会试剂的取用、简单仪器的使用和连接、加热等基本的实验操作。③初步学会在教师指导下根据实验需要选择实验药品和仪器，并能安全操作。④初步学会观察实验现象，并如实记录、处理实验数据，撰写实验报告等技能。⑤认识水的组成，了解吸附、沉降、过滤和蒸馏是净化水的常用方法；知道可以通过实验等方法探索物质的结构。

（2）学业要求：①能结合具体探究活动说明科学探究的要素及各要素之间的关系；能设计简单的实验方案或实践活动方案，能独立或与他人合作开展化学实验，收集证据；能基于事实，分析证据与假设的关系，形成结论；能撰写简单的实验报告，并与他人交流和评价探究过程及结果。②能严格遵守实验室安全规则，能识别实验室安全警示标志和常用危险化学品标志，具有预防化学实验安全事故的意识。③能正确选取实验试剂和仪器，依据实验方案完成必做实验，并能全面、准确地记录实验过程和现象；能说明必做实验的基本思路与方法，分析实验实施的合理性，能体现严谨求实、敢于质疑的科学态度。④能基于必做实验形成的探究思路与方法，结合物质的组成及变化的相关知识，分析解决真实情境中的简单实验问题。⑤能基于真实的情境，从元素、原子、分子的视角分析有关物质及其变化的简单问题，并作出合理的解释和判断。

（3）跨学科实践活动：水的检测及自制净水器；①选择有意义的探究问题，引导学生经历真实的探究过程，注重运用现代化技术手段，加强探究活动中的科学思维，基于科学探究与实践活动建构化学观念，增进对化学科学及科学探究本质的理解，发展科学探究能力和创新意识。②积极创造条件，开足、开好必做实验和跨学科实践活动，倡导“做中学”“用中学”“创中学”，充分发挥必做实验和跨学科实践活动的教学功能及育人价值。在完成必做实验的基础上，努力创造条件，为学生提供更多的动手实验机会。③观察红墨水分别在冷水和热水中扩散的实验现象；观察水的三态变化和水分解的实验现象，并用图示表征变化的微观过程［2］。

其次，找到本实验中的核心操作和关键词组。根据以上列出的内容要求，我们可以找到“水的组成及变化的探究”实验中的核心操作为过滤、蒸馏、电解等。关键词组为水分子运动、水的净化、净水器、水的电解、氧气和氢气的检验等。

第三，将本实验的核心操作（结合关键词组）从实验仪器、实验体系、学情分析、行为动词、操作难度等方面进行剖析（见表1）。

第四，再根据学生的实验素养情况、学业要求、学校实验资源等确定核心操作的行为条件和表现程度。行为条件是指影响实验操作和学习结果的特定限制或范围等，主要有辅助学习手段或实验仪器、完成行为的情景等。表现程度则是学生达到教学目标的最低表现水准，用以评量实验学习表现或学习结果所达到的程度。本实验的核心操作的行为条件和表现程度见表2［3］。

1.2 根据行为条件和表现程度，书写实验活动课实验教学目标

实验教学目标具有四个基本要素即行为主体、行为表现、行为条件、行为程度。可在深刻领会核心操作的基础上，对学生情况展开具体分析，并结合行为条件和表现程度，制定实验教学目标。实验活动目标中行为主体肯定是学生。行为表现常用核心操作和行为动词来描述。本节实验活动课的实验教学目标是：

（1）掌握水电解装置的连接方法，熟练掌握液体的加入方法，知道水电解器装置的气密性检验方法，掌握氢气、氧气的检验操作，能正确记录实验现象，并书写化学方程式。

（2）掌握过滤、蒸馏等实验装置的组装、仪器的连接方法，学会过滤、蒸馏等实验操作方法，掌握水的净化方法，自制净水器等。

（3）掌握硬水和软水的鉴别方法，体验以天然水为研究对象探究水的组成的全过程。

2 依据实验教学目标，选择实验活动内容

“水的组成及变化的探究”实验活动内容的选择，应以实验教学目标为依据，体现课程理念，培养学生实践能力、动手能力、创新能力和探究能力。

2.1 根据实验教学目标，选择课本实验内容

义务教育教科书《化学》（人教版）九年级上册教材与“水的组成及变化的探究”相关的实验活动有：实验1-3固体药品的取用、实验1-4液体药品的取用、实验1-6加热溶液、实验3-1品红在水中扩散，探究分子运动现象、实验4-1明矾净水、实验4-2过滤、实验4-3检验软水和硬水、实验4-4蒸馏、课外实验自制简易净水器、探究水的组成等。

根据实验教学目标，选择这些操作容易、现象明显、安全性强的实验内容，体现了“教-学”一体化的理念；也可以将这些实验经过组合、微型化、课时化等改进后，成为学生实验活动的主要内容。

“水的组成及变化的探究”的实验活动内容可根据教学目标（1）选择电解水的实验；根据教学目标（2）和（3）选择水的净化、硬水和软水的检验等实验活动。具体的实验活动内容如下：

（1）实验名称：水的组成及变化的探究

（2）实验用品：烧杯、铁架台（带铁夹）、石棉网、酒精灯、滴管、玻璃棒、漏斗、蒸馏烧瓶、温度计、冷凝管、锥形瓶、承接管、试管、滤纸、带单孔橡皮塞的玻璃导管、水电解器（带铁电极和石墨电极）、导线、直流电源、火柴、小木条；含有少量泥土的浑浊的天然水（井水等硬水悬浊液）、品红固体粉末、稀硫酸、蒸馏水

（3）实验步骤：

① 取一圆形滤纸，折叠后放入漏斗，使之紧贴漏斗壁，并使滤纸边缘略低于漏斗口，用少量水润湿滤纸。按图1所示架好漏斗，使漏斗下端紧靠烧杯内壁，将大半烧杯含有少量泥土的浑浊的天然水沿玻璃棒慢慢倾倒入漏斗中，注意使液面始终低于滤纸边缘。

② 按图2所示连接好装置，并检查装置的气密性。往蒸馏烧瓶中加入约1/3体积的上述过滤得到的水，再加入几粒碎瓷片，加热烧瓶，收集约80mL水，停止加热。将所得的水分别倒入一支试管和一小烧杯中。

③ 用肥皂水检验蒸馏前后水的硬度。往小烧杯里的水中加入少量品红粉末，观察其扩散情况。

④ 按图3所示连接好装置，往电解器中的玻璃管中加满蒸馏水（预先加入几滴稀硫酸），并检查气密性。连接好导线，接通电源，观察现象。

⑤ 当玻璃管中产生较多气体后，关闭电源，用燃着的木条检验尖嘴管中产生的气体。

⑥ 记录实验现象，完成实验报告。

（4）问题和交流：

① 过滤时，为何要将玻璃棒靠在三层滤纸处？如果加入天然水时的液面高于滤纸边缘，会出现什么后果？

② 蒸馏时，加入碎瓷片的作用是什么？

③ 电解水时往水中加入几滴稀硫酸的目的是什么？

④ 如何检验电解水中产生的气体？将这些实验活动内容进行课时化整合即为学生实验课的实验活动内容。实验活动内容的课时化整合就是将实验的总时间固定在45分钟内，再根据实验内容、实验操作的相关要求确定实验的先后顺序、操作方法、实验用品、实验报告等。本实验的课时化整合过程如图4所示。

本实验活动是以实验目标中的过滤、蒸馏、电解三个实验为主要实验活动，将浑浊的天然硬水通过过滤、蒸馏等方法净化得到软水，最后将水电解得到氢气和氧气，让学生体验水的净化和研究水的组成的全过程，既能了解水的净化、水的软化、分子的运动、

物理变化、化学变化、水的组成等相关的化学知识，又能掌握固体药品的取用、液体药品的取用、气密性检查、过滤、蒸馏、电解等实验操作方法。有条件的学校也可用蒸馏得到的水来直接进行电解，让学生体验净水和软化水的意义，熟悉探究水的组成全过程。

2.2 根据实验教学目标，选择家庭作业内容

课程标准中指出：“在完成必做实验的基础上，努力创造条件，为学生提供更多的动手实验的机会。”布置实验家庭作业也是一种重要的学生动手实验的机会，可大大提高学生的实验探究兴趣。学生实验家庭作业即学生家庭实验，不仅大大提高学生的实验兴趣，而且也激励其他学生进行实验制作，这对培养学生科学探究精神和提升学科核心素养是大有好处的。

根据学生实验活动“水的组成及变化的探究”实验教学目标“学会水电解装置的连接方法；掌握水的净化的方法，自制净水器”的要求，设计一些实验家庭作业内容，让学生自主进行实验探究。作业有“自制净水器”和“自制水电解器”。如自制净水器时的作业要求是：先让学生进行查阅有关净水器制作的知识和资料，并设计制作净水器的实验方案，画出净水器的草图；然后对设计方案进行小组讨论并修改；最后由学生收集碎石子、沙子、活性炭、棉花和塑料瓶等实验用品，开展制作活动；制作好的净水器带到学校实验室进行展示、交流和评价。

3 分析实验活动内容，构建实验评价方案

在实验活动教学中，对学生的评价主要是过程性评价，即观察、记录学生在实验活动过程中的实验操作的规范、实验仪器药品的选择、实验现象的观察和记录、实验报告的书写情况等，对学生的参与意识、动手能力、合作精神、实验操作技能、分析问题解决问题能力、知識的理解和数据处理技能等进行评价［4］。

3.1 遴选实验评价要点，制定实验评价指标

制定实验评价指标就是以实验活动的内容为基础，分析其中的实验操作、实验现象、实验数据等，结合实验教学目标，确定评价内容和评价要点，从核心素养的相关方面，确定实验评价指标。学生必做实验“水的组成及变化的探究”实验评价指标的制定流程见图5。

3.2 制作实验评价量表，探索增值评价方法

学生必做实验“水的组成及变化的探究”的评价应注重学生实验活动的表现，开展自我评价、同学或小组评价、教师评价等，可以依据实验评价指标制订实验活动评价量表（见表3），用于学生的自评、组评和师评。制作实验活动评价量表时应体现实验评价指标和核心素养的要求［5］。

通过每一次实验的量化评价，评价学生的实验操作能力和化学素养增进情况；通过对每个操作的量化评价，评价学生每个操作的熟练程度。通过多个实验的量化评价，关注学生实验评价中的“增加值”，为结果评价提供重要的依据。

总之，“水的组成及变化的探究”学生实验活动教学策略的建构应以学习科学的实验方法为基础，培育创新能力为理念，培养学生实验操作技能、实验探究能力、提升学科核心素养为目标。

参考文献：

［1］［2］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2022年版）［S］. 北京：北京师范大学出版社， 2022： 6～7，13～17.

［3］陆建源. 新课标下化学分组实验教学策略的研究［J］. 化学教育（中英文）， 2010， 31（2）： 21～25.

［4］陆建源，杨剑春. 初中化学学业评价的实施策略初探［J］. 化学教学， 2019，（5）： 39～44.