初中化学递进式实验作业设计与研究

曹彤 张书振

“探究铁钉生锈的条件”是鲁教版初中化学教材中的重要实验，《义务教育化学课程标准（2022年版）》要求学生能“基于真实问题情境，依据常见金属的性质，初步分析和解决相关的综合问题，如金属腐蚀与防腐蚀的问题”。如何将“影响钢铁锈蚀的因素”这一内容与工业生产和生活情境相联系，完善学生对“钢铁锈蚀的因素”概念的认知模型并应用于真实问题情境，是教师必须关注的问题。本文以“实践作业”的形式开展“钢铁的锈蚀与防护”这一主题的教学，以化学实验为载体，设计了以探究为主的递进式实验探究活动，通过项目式学习引导学生在化学实践活动中应用所学解决实际问题，在真实问题情境中积累重要的基本经验，形成对科学探究的基本感悟，发展学生的学科核心素养。

一、学科核心素养在作业中的体现和落实

“科学思维”是义务教育化学新课标规定的学生在初中化学学习中必须发展和落实的四大核心素养之一，要求学生“基于实验事实进行证据推理、建构模型并推测物质及其变化的思维能力，在解决与化学相关的真实问题中形成的质疑能力、批判能力和创新意识”。本实践作业在基于“科学思维”学科核心素养中的“证据推理”“模型认识”两个核心素养点，通过创新实验活动和研究性实验活动发展学生的“创新素养”。在《钢铁的锈蚀与防护》一节课的作业中结合鲁教版初中化学九年级教材已有的“影响钢铁锈蚀的因素”这一基础性实验探究活动，依据证据链使学生形成“铁锈蚀因素”的认知模型，通过创新性实验进一步发展认知模型，最后通过研究性实验正确认识“铁生锈”这一化学反应机理在生活中的应用，形成辩证思维和发展的化学观念。学生学习过程如图1所示。

二、学生作业实例

1.基础性实验作业

实验用具：铁钉，煮沸过的凉白开，洗过的酸奶杯。

实验过程：取塑料瓶洗净、裁开，倒入一半的凉白开。取三根铁钉，一根半浸入水中、一根完全浸入水中、一根保持干燥。静置，每隔一段时间观察。

实验报告：见表1。

实验结论：铁生锈需要铁与空气、水同时接触。

教学反思：引导学生深度探究钢铁锈蚀的因素，让学生对本节难点“控制变量法”进行二次应用；突破教材内容的定势，拓宽学生的思维，鼓励学生自己提出问题并设计化学实验，培养学生的创新精神和教学知识迁移运用能力。

2.创新性实验案例

探究因素：钢是否生锈。

实验用具：三根大小相同的钢钉，三个纸杯，保鲜膜，普通自来水、加了白醋的自来水、加了食盐的自来水

实验方案：用砂纸打磨钢钉，放入纸杯中。分别向三个纸杯中加入等量的普通自来水、加了白醋的自来水、加了食盐的自来水，铁钉均一半浸没、一半在空气中。每天观察记录。

实验报告：见表2。

实验结论：钢在普通自来水和空气环境下不易生锈，在盐、酸环境下更易生锈。盐、酸环境对钢具有明显的腐蚀作用。钢能生锈，菜刀、剪子等钢制品使用后要及时擦干净。

教学反思：引导学生深度探究钢铁锈蚀的因素，让学生对本节难点“控制变量法”进行二次应用；突破教材内容的定势，拓宽学生的思维，鼓励学生自己提出问题并设计化学实验，培养学生的创新精神和教学知识迁移运用能力。

3.研究性实验案例

“暖宝宝的奥秘”的项目式学习报告。

任务（1）：暖宝宝的主要成分是什么？如何证明？

【学生】阅读暖宝宝说明书可知是铁粉、水、活性炭、蛭石、吸水性树脂、盐，其中主要成分是铁粉。

将暖宝宝中物质取出，观察发现呈黑色。对黑色物质进行探究。

实验报告：见表3。

任务（2）：为什么暖宝宝揭开才能发热？发热原理是什么？

【学生】经过“探究铁生锈的因素”实验，铁只与水接触不反应。当揭开暖宝宝时，铁粉与水、空气同时接触，满足铁生锈的条件发生化学反应，而铁生锈是放热反应。经过查阅资料发现，暖宝宝中的活性炭、盐能加速反应发生，蛭石起到保温作用。

任务（3）：为什么不宜将暖宝宝直接贴在皮肤上？

【学生】将暖宝宝和温度计放在羽绒服中，每隔30分钟读取温度计读数，记录曲线如图2。

实验发现：暖宝宝升温迅速，半小时即可达到50.2℃，最高温度在2.5小时达到55.4℃，50℃以上的温度可持续4个小时。

暖宝宝说明书中：“低温烫伤是指當皮肤与高于体温的发热体长时间接触后，所引发的红斑、水泡等症状，请随时注意”。因此，暖宝宝不能直接贴在皮肤上，且不能在同一位置长时间使用。

此外，该品牌暖宝宝发热温度达不到宣传的 60℃以上，持续时间达不到宣传的10小时。

任务（4）：铁生锈原理还有哪些应用？

【学生】可用于食品包装中的防潮防腐。

任务（5）：暖宝宝使用完后的成分是什么？如何证明？

【学生】推测可能是Fe2O3。可以将使用后暖宝宝中的粉末溶解、过滤，取滤渣加入适量盐酸，溶液变成黄色，再加入过量NaOH溶液，若产生红褐色沉淀，则证明是Fe2O3。

教学反思：暖宝宝中有效成分是铁粉，为引导学生利用作业实践本节主题提供了很好的素材，能有效激发学生的探究欲；利用项目式学习，学生利用本单元所学知识解决真实问题，促进知识的迁移，利于学生核心素养的生成。

三、教学反思

本案例以“实验探究与创新意识”“证据推理与模型认知”两个学科核心素养点，在做到作业分层基础上，设计了由基础性实验、探究性实验和研究性实验组成的递进式系列实验任务。基础性操作实验是本节作业的基础，实验简单，主要考查学生的基本知识和基本技能。创新性实验是教师带领学生猜想假设，培养学生的问题意识，通过化学实验验证猜想、得出结论的过程，主要培养学生的探究性思维和创新意识。研究性实验是综合性实验，以微项目化的形式由学生自主学习，教师只起到设计驱动任务的作用，学生在真实问题的驱动下综合运用所学收集证据、得出结论，建立解决复杂问题的思维框架。不同的情境问题推动层层递进的化学实验，实现对学生层层递进的能力培养。学生在递进式系列实验任务中根据自身情况渐次提升地完成不同实验作业，逐步落实学科核心素养的培养，并通过实验递进发展创新素养，纠正认知偏差。

（作者单位：山东省济南第三十中学 山东省泰安市徂徕一中）