找准最近发展区 打造探究性课堂

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  摘要:基于“最近发展区”理论,以溶液的质量分数的概念和一定质量分数溶液的配制为起点,帮助学生在探究性学习中对于溶液浓度表示方法的认识上升到一个新的高度。
  关键词:最近发展区;配制及分析;质量分数
  文章编号:1008-0546(2016)08-0061-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
  doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.021
  20世纪30年代,前苏联著名心理学家N.C.维果茨基提出了“最近发展区”理论。“最近发展区”常被译为“潜在发展区”,是指“儿童独立解决问题的实际发展水平与在成人指导下或在有能力的同伴合作中解决问题的潜在发展水平之间的差距”。即儿童有两种发展水平:一是儿童的现有水平,二是可能达到的发展水平。这两种水平之间的差异就是“最近发展区”。该理论要求我们要重视学生的原有水平,让教学处于“最近发展区”之中,这样才能促进学生的发展。
  基于以上理解,笔者就以找准学生的最近发展区为突破口,对“溶液的配制及分析”进行了设计。
  一、教学目标
  1. 知识与技能
  (1)从广义角度理解浓度的含义,初步理解物质的量浓度的含义和使用价值。
  (2)掌握实验室准确配制一定物质的量浓度的溶液的一般步骤、方法和技能。
  2. 过程与方法
  (1)通过分析表示溶液组成的各类标签、医院生化报告,归纳浓度的含义,复习质量分数,理解物质的量浓度。
  (2)通过对比实验探索掌握实验室准确配制一定物质的量浓度的溶液的方法和技能。
  (3)通过动画模拟仪器间的变换,展示“创新”与“需求”的关系,加深学生对容量瓶的特点的认识。
  3. 情感、态度与价值观
  (1)培养学生严谨求实的科学态度。
  (2)使学生感受到创新的源动力来自于解决实际问题。
  (3)体会定量研究方法对化学学习和科学研究的重要作用。
  二、设计思路
  “溶液的配制及分析”这部分内容位于《化学1》的第一章,主要包括三个内容:一是物质的量浓度概念的理解;二是如何配制一定物质的量浓度的溶液;三是学会配制溶液过程中一些不规范操作引起的实验误差。高一学生对于溶液的浓度并不是一无所知,他们在初中已经学过了溶质的质量分数、一定质量分数溶液的配制。同时本章又刚学习了物质的量、摩尔质量和气体摩尔体积。通过本部分内容的学习是要让学生对于溶液浓度表示方法的认识上升到一个新的高度,体会定量研究方法对化学学习和科学研究的重要作用。由此可以确定学生的最近发展区:一、为什么要引入物质的量浓度来表示溶液的浓度,它与溶液的质量分数有什么联系,能相互转化吗?表示溶液组成的方法还有哪些?二、配制一定物质的量浓度溶液的方法能从配制一定质量分数溶液的方法迁移而来吗?它们之间有哪些异同点。针对学生的最近发展区开展充分的讨论和实验,最后让学生的能力发展到新的水平。
  三、教学过程
  环节一:设置悬念,将学生思维引入“最近发展区”
  【展示】氯化钠注射液、五粮液、矿泉水的标签、医院生化体检报告单。
  【问题1】请根据标签、报告单归纳表示溶液组成的多种方法,并说一说对标签中表示溶液组成的数据意义的理解。
  【问题2】请联系溶液质量分数的定义给物质的量浓度下一个定义,并写出其表达式,指出单位是什么?
  【设计意图】通过生活中的实例,让学生体会到表示溶液浓度的方法是多样的,可以是m/m、V/V、m/V、 n/V,得出各种浓度表示方法的共性。
  同时意识到各种方法在不同的领域的使用都有其优势。在领会了物质之间发生化学反应的本质是构成物质微粒之间的相互转化,化学反应方程式前面的系数可以代表反应物与生成物的物质的量之比,我们在科学实验和实际应用中需要清楚溶液中含有溶质的微粒数,所以引入了衡量溶液组成的新方法——物质的量浓度。
  为了实现从“质量分数”定量表示溶液的组成向用“物质的量浓度”定量表示溶液的组成的转化,利用学生现有水平——知道利用质量分数可以表示溶液的组成,通过展示表示溶液组成的多种方法,引起学生认知冲突,师生之间围绕浓度的本质意义开展讨论,从而使学生将知识内化,形成自己的理解,体验到物质的量浓度的核心价值,最后使认知达到了新的水平。
  环节二:多层设疑,引导学生突破思维的“最近发展区”
  【展示】装有0.100mol·L-1 Na2CO3溶液的试剂瓶
  【问题3】请大家参考配制一定溶质质量分数溶液的方法,思考如何利用Na2CO3固体配制100mL 0.100mol·L-1 Na2CO3溶液?
  学生可能提供的方案:
  方案一:(1)通过计算,需要Na2CO3固体1.06g。(2)用托盘天平称量1.1g Na2CO3固体,倒入烧杯中。(3)用量筒量取100mL水,倒入烧杯中,用玻璃棒搅拌,促进溶解。
  方案二:前两步骤同上,第三步改成在烧杯中加水至100mL,用玻璃棒搅拌,促进溶解。
  方案三:第一步同方案一,第二步改成用电子天平称量1.06g Na2CO3固体,倒入量筒中,最后在量筒中加入水至100 mL,用玻璃棒搅拌,促进溶解。
  【问题4】大家觉得要准确配制100mL 0.100mol·L-1 Na2CO3溶液关键需要解决什么问题?
  【问题5】大家觉得以上提供的方案能达到这个要求吗?怎样改进?
  【展示】电子天平、容量瓶、酸式滴定管、碱式滴定管。
  【投影】利用三维动画模拟玻璃片→表面皿→烧杯→锥形瓶→容量瓶的变形。   【总结与归纳】容量瓶的特点:细颈、梨形瓶,有一刻度线,有磨口玻璃塞,标有容积和温度。
  【设计意图】遵循由具体到抽象、由感性到理性的思维发展顺序,先让学生通过熟悉的一定溶质质量分数溶液的配制,迁移到如何配制一定物质的量浓度的溶液。再回过头通过对物质的量浓度概念的深入解读,发现精确配制需要做到两个关键点:一、称量的固体质量要准确;二、溶液的体积要准确。最后检查发现方案一用托盘天平称量固体、量筒量取液体达不到要求的准确度,同时将100mL水与碳酸钠固体混合后溶液体积一定会发生变化,所以最终不妥。方案二中托盘天平称量达不到要求的准确度,利用烧杯测量最终溶液的体积误差会很大。方案三中量筒量取液体达不到要求的准确度,同时在量筒中配制溶液是不规范的。量筒上标有温度,溶液在溶解过程中会出现放热、吸热现象,所以最终量取的溶液体积也是不准确的。怎么办?此时学生处于注意、好奇、质疑、愤悱等急于解决问题的心理状态,展示模拟仪器之间的变形关系的动画,生动形象。有需要就有创新。
  【思考】 现在请大家对比此前的实验设计进行修正。并结合下面老师进行的演示实验,指出你对哪些操作步骤有疑问或操作目的不明确,甚至还需补充一些什么操作。
  【演示实验】教师演示配制实验的全过程。
  学生可能提出的以下几个问题:
  1、容量瓶为什么要检漏?
  2、为什么不在容量瓶中溶解固体?
  3、为什么要洗涤烧杯和玻璃棒?
  4、为什么需要用玻璃棒引流,而且需要将玻璃棒放到容量瓶刻度线以下位置?
  5、为什么要初步摇匀?
  6、如果不小心使液面超过了刻度线,怎么办?
  7、定容摇匀后,液面下降,怎么办?
  8、容量瓶需要干燥的吗?
  9、需要在溶解的时候增加一步操作,利用量筒量取一定体积的水再加入到烧杯中吗?
  10、容量瓶能长时间储存液体吗?
  11、 由1.50 mol·L-1 Na2CO3浓溶液配制100mL 0.100mol·L-1 Na2CO3溶液怎样操作?
  针对1-6这六个问题可以采用如下的对比实验,针对7-11这5个问题可以采用交流与讨论的方法。
  【演示对比实验】 针对1-6这六个问题可以采用如下的对比实验。
  1、教师将一容量瓶中加水,塞好瓶塞,倒立。故意让学生看到瓶塞周围有大量水滴逸出。
  2、将碳酸钠和碳酸氢钠固体分别溶解在烧杯中,让学生触摸烧杯外部感受固体溶于水中的能量变化。
  3、将高锰酸钾溶液从烧杯中转移到相应的试剂瓶。让学生观察烧杯和玻璃棒的表面,看看是否有残留的液体。
  4、将烧杯中的高锰酸钾溶液直接加入到容量瓶中,让学生看到液体从瓶口流到桌面并部分残留在容量瓶刻度线以上。
  5、首先将10mL 1.00mol·L-1 Na2CO3溶液与80mL水按顺序注入容量瓶振荡摇匀后静置,记下液面标记线1。洗净该容量瓶将50mL 0.200mol·L-1 Na2CO3溶液与50mL水按顺序注入容量瓶振荡摇匀后静置,记下液面标记线2,让学生观察两条标记线的差距。
  6、故意“不小心”在事先配制好放置高锰酸钾溶液的试剂瓶中再加入水,使其液面超过刻度线,观察加水前后溶液的颜色,让学生感觉到即使将多余液体吸出,溶质也会损失掉一部分。
  【归纳与总结】1、由固体配制一定物质的量浓度溶液的实验步骤:计算→称量→溶解→恢复到室温→转移→洗涤→定容→摇匀→装瓶贴签(为了保证实验精度,在称量固体时,应用分析天平或电子天平。若条件限制,可用托盘天平代替进行练习)。
  2、由浓溶液稀释配制稀溶液的实验步骤:计算→量取→溶解→恢复到室温→转移→洗涤→定容→摇匀→装瓶贴签(为了保证实验精度,在量取浓溶液时,应用滴定管。若条件限制,可用量筒代替进行练习)。
  【课堂学生实验】 请同学们根据所给的仪器和药品配制90mL 0.200mol·L-1 Na2CO3溶液。并思考在操作过程中的哪些不当操作会造成你所配溶液的浓度偏大或偏小。
  【设计意图】通过师生对话,实验对比操作,配制过程中的难点、重点,一一映射在学生的大脑中。如果觉得当场演示对比实验课堂会造成课堂时间不够,可以将对比实验录成微课,课堂播放。对课堂演示环节中每一个步骤的认同,其实就是对物质的量浓度概念的准确理解,所以我们不能让学生含糊过关。比如问同学还有没有不同意见时,大家面面相觑,没人主动回答。再叫一位同学个别回答时,它可能会说与其他同学的想法一样。此时可以让他再用自己的语言说一说,结果可能相去甚远,暴露出了大问题。这样的教学效果将会很好。
  让学生自主配制90 mL的溶液的目的是让学生学会挑选最合适的仪器,而且更符合实际需要,平常我们需要的液体体积往往与容量瓶的规格是不符合的。
  环节三:创设崭新“最近发展区”,把学生思维推向更高发展层次。
  【问题6】 要配制浓度约为2mol·L-1 NaOH溶液100mL,你觉得该怎样配?
  让同学交流讨论后再提供以下操作请同学们判断是否正确。
  A. 称取8g NaOH固体,放入250mL烧杯中,用100mL量筒量取100mL蒸馏水,加入烧杯中,同时不断搅拌至固体溶解
  B. 称取8g NaOH固体,放入100mL量筒中,边搅拌,边慢慢加入蒸馏水,待固体完全溶解后用蒸馏水稀释至100mL
  C. 称取8g NaOH固体,放入100mL容量瓶中,加入适量蒸馏水,振荡容量瓶使固体溶解,再加水到刻度,盖好瓶塞,反复摇匀
  D. 用100mL量筒量取40mL 5mol·L-1 NaOH溶液,倒入250mL烧杯中,再用同一量筒取60mL蒸馏水,不断搅拌下,慢慢倒入烧杯中
  【设计意图】 配制一定物质的量浓度的溶液是为了科学研究的需要,我们在配制前一定要明确配制的要求与目标,而不应将溶液的配制一味地“精确化”。确定溶液体积的仪器并非仅有容量瓶一种,让学生从本质理解容量瓶使用的范围。
  【问题7】能否通过精密仪器配制得到2.000mol·L-1 NaOH溶液?为什么?
  【设计意图】 通过讨论使同学们意识到并不是所有的物质都能精确配制的。比如NaOH由于其在空气中易于吸收CO2和水分等,不可能精配。类似的物质还有浓硫酸、盐酸等。而NaCl、Na2CO3等在空气中稳定、纯度高、实际组成与化学式完全符合、具有较大的摩尔质量的物质往往可以精配,并以它们为基准物质。在实际生产与研究中,像NaOH等不能精配的物质一般均采用先粗略配制,再用基准物质进行滴定标定的方法获得其准确浓度。这样也为以后滴定的学习埋下了伏笔。
  四、教学反思
  对于“一定物质的量浓度溶液的配制”这节课,浙江省普通高中学科教学指导意见给出的要求是:1.知道物质的量浓度的含义;2.初步学会溶液配制的实验技能;3.体会定量研究方法对化学学习和科学研究的重要作用。平常试题中也非常强调对配制一定物质的量浓度的溶液操作步骤、细节的考查。基于以上认识,部分教师过于注重实验过程中的准确配制细节,忽视物质的量浓度概念的形成,将课堂变成了纯粹的实验技能的传授。这样势必无法发挥学生的主体能动性,增加了学生记忆的负担,体会不到学习的价值。同时如果教学遵循先概念教学再实验演示,最后进行误差分析,在一堂课内完成往往时间很紧迫。但是最近发展区理论提醒我们,每个学生都不是一张白纸,找准学生的最近发展区将起到事半功倍的效果。
  参考文献
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