浅谈学习进阶视域下的实验教学

来源 :化学教学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:ciissyma
下载到本地 , 更方便阅读
声明 : 本文档内容版权归属内容提供方 , 如果您对本文有版权争议 , 可与客服联系进行内容授权或下架
论文部分内容阅读
  摘要: 借鉴学习进阶理论应用于实验教学,把“空气中氧气含量的测定”实验教学划分为从低到高的四个阶段(原点阶段;相关知识点阶段;知识网连接阶段;知识网拓展阶段)。从点燃方式的改进和反应物的选择,介绍知识网连接阶段;从实验的拓展和迁移,介绍知识网拓展阶段。进阶式实验教学能激活学生创新思维,提升实验教学质量,促进实验的深度学习,进一步改进教学关系。
  关键词: 学习进阶理论; 实验教学; 空气中氧气含量的测定; 实验创新
  文章编号: 1005-6629(2018)4-0050-07 中图分类号: G633.8 文献标识码: B
  学习进阶(LPs)理论[1~2]认为学科知识和技能的学习是分阶段和有明确路径的。学习进阶作为改善学生认识思维发展,促进知识整合及深层理解的一项研究成果,在国外已有十余年的研究历史,而我国正处于刚刚兴起阶段[3]。在国内化学学科基础教育研究文献中,研究者大多从初中、高中和大学教材涉及的核心概念和原理的衔接进行研究[4~8]。本文借鉴学习进阶理论,尝试应用于实验教学,把实验划分为由低到高的学习进阶阶段,逐步激活学生的思维,渗透创新能力的培养,提升实验教学的质量,最终达到培养学生核心素养的目标。
  “空气中氧气含量的测定”是初中生首次从化学的视角研究身边熟悉的事物,这为物质的分类做了铺垫,也为后续系统化的研究物质奠定了基础,所以教材中往往把这个实验放在比较靠前的位置。以人教版义务教育教科书《化学》[9]为例,“空气中氧气含量的测定”被安排在第二单元的课题1中,是学生学习科学探究后的第一个严格意义上的探究实验,而且是第一次定量化测量看不见的气体,需要借助物理学压强知识,把不能看到的实验结果转化为可以看到的实验现象。但受制于学生刚接触化学、化学知识尚且匮乏、课堂教学时间有限和教学进度的要求等影响,实验创新往往是局限于教师演示实验,学生实验创新却无从下手。按进阶式的实验教学,教师有意识地在教学不同阶段中逐步渗透实验创新思想,潜移默化地影响和调动学生的创新意识。复习实验时,当学生跃跃欲试,教师可提供学生动手的机会,促进实验的深度学习,进而引导学生从一个实验的研究迁移到一类问题的研究上,引导学生向高阶思维发展。
  1 “空气中氧气含量的测定”的学习阶段
  结合初中生特点和初中化学课程的内容,拟出从低到高四种阶段和相关内容,见表1。水平1是原点阶段,主要让刚接触化学的学生体验科学探究过程,理解和掌握测量空气中氧气含量的原理和方法,熟悉基本的化学实验技能和方法,端正学习化学的态度。水平2是相关知识点学习阶段,主要对其他章节相关知识点的学习,相关知识点越丰富越熟练,对后面知识的实验创新和融合越有利。水平3是知识网连接阶段,把前两种水平中孤立、零碎和局部化的知识进行整合,引导学生积极主动地为解决问题搭建知识网,激活学生的创新意识。水平4是知识网拓展阶段,完善知识网络化体系,进一步提高实验能力和创新能力,侧重于方法原理的迁移和归纳。水平1、2,属于常规教学范畴,囿于版面限制不再赘述。
  2 “空气中氧气含量的测定”知识网连接階段的实验创新综述
  教材中测定空气中氧气含量的实验,见图1。实际操作中,氧气往往达不到占空气体积1/5的
  表1 “空气中氧气含量的测定”实验的不同学习水平和阶段
  理想值,除了装置气密性因素外,主要存在三方面的不足: (1)点燃方式: 点燃燃烧匙里的红磷,伸入集气瓶到塞好瓶塞,瓶内空气会因受热而逸出部分空气,从而使实验产生误差。(2)药品选择: 教材里选择的是红磷燃烧的方法,红磷是学生陌生的药品。(3)环保角度: 药品用量多浪费药品,且红磷燃烧生成的五氧化二磷,易与水蒸气结合生成有毒的偏磷酸,污染环境,危害师生健康。
  图1 教材中测定空气中氧气含量的装置
  2.1 基于燃烧条件改进点燃方式
  人教版第七单元课题1中燃烧条件: ①达到燃烧所需的最低温度(着火点);②可燃物;③氧气。根据燃烧的条件,改进点燃方式,在密闭的条件下点燃红磷,避免在开放体系下点燃红磷造成的污染和误差。通过电烙铁或者利用通电后电阻丝发热点燃红磷,见图2。温度只要达到红磷的着火点就可以燃烧,不一定要接触,所以可用激光笔照射点燃红磷,见图3[13]。
  图2 电烙铁点燃红磷
  图3 激光笔点燃红磷
  把红磷(着火点240℃)改成着火点更低的白磷(着火点40℃),点燃的方式更多,如利用放大镜聚焦太阳光点燃,见图4;利用80℃左右的热水点燃,见图5;利用金属的导热点燃,见图6。
  图4 太阳能点燃白磷
  图5 热水点燃白磷
  图6 金属导热点燃白磷
  2.2 基于消耗氧气选择反应物
  空气中氧气含量的测定原理: 氧气减少的体积等于倒吸进入瓶中水的体积。学生的认知中可以消耗氧气的方式有: 燃烧消耗氧气;动植物呼吸作用;铁生锈等。课本选择红磷燃烧测定空气中氧气的含量,是因为红磷燃烧消耗氧气而不产生其他气体。实际教学中教师常强调药品不能选择炭、硫磺的燃烧,经过大量的习题强化训练往往形成思维定势。某种程度上,化学就是用思维和实验结合的方法研究物质的科学,复习中需要引导学生用已经学习的知识再次思考反应物的选择,培养学生的科学思维和创新意识,避免形成思维定势。以下提供四种不同的反应物来测量空气中氧气含量。
  选择一: 蜡烛燃烧法
  常规的思路是石蜡燃烧消耗了氧气,但生成了二氧化碳气体,因而不能用来测量空气中的氧气。突破思维定势,利用蜡烛燃烧消耗氧气,生成的二氧化碳气体用氢氧化钠溶液来吸收,以水面上升的高度测出氧气的体积[14],见图7。
  图7 蜡烛燃烧法
  选择二: 铁吸氧腐蚀法   常规思路是不能利用铁丝的燃烧来测定空气中氧气的含量,因为铁丝在空气中无法燃烧。目的是测定氧气的含量,不一定非要燃烧起来,只要物质能耗尽氧气就可以。选择用4mL 1mol/L食盐水润湿的滤纸贴在250mL广口瓶内侧,把2.0g还原铁粉和2.5g活性炭粉搅拌混匀。把广口瓶横放,一边转动,一边将铁粉和炭粉的混合物倒入广口瓶内壁,尽可能使其均匀地附着在内壁的滤纸上。盖上瓶塞,约4分钟后打开止水夹,会看到水倒吸进入广口瓶约1/5处[15],见图8。
  图8 铁的吸氧腐蚀法
  选择三: 种子呼吸法
  在以往生物课的学习中,学生已经知道种子萌发的过程中呼吸需要消耗大量的氧气,产生二氧化碳。用25粒左右萌发的种子放在带孔的隔板上,隔板下放有一定量浓的氢氧化钠溶液,利用氢氧化钠溶液吸收种子呼吸释放的二氧化碳,引起压强差使水倒吸进入瓶中,也可以用来测量氧气的含量,见图9。
  图9 种子呼吸法
  选择四: 自制耗氧物质法
  化学是一门研究物质的科学,它的魅力在于不仅能合成自然界已有的物质,而且能合成自然界没有的物质,通过物质的合成服务、造福于人。通过实验合成易吸收氧气的物质(多硫化物或焦性没食子酸等),使用这些物质来测定空气中氧气的含量。如自制多硫化钠测定空气中氧气含量[16],取1g NaOH和1g硫磺粉充分研磨后加热,发生化学反应: 6NaOH (2x 2)S△2Na2Sx Na2S2O3 3H2O
  ,待冷却后,取约0.5g混合药品于试管中,向试管中加入约10mL水,盖上橡皮塞在试管外作个标记,发生化学反应: 2Na2Sx O2 2H2O2xS↓ 4NaOH
  。振荡试管约1分钟后,把试管在水槽中拔下橡皮塞,水倒吸上来,在试管上做个标记,氧气含量=h1-h2h1×100%,见图10。
  图10 多硫化钠测空气中氧气含量的操作示意图
  3 “空气中氧气含量的测定”知识网拓展阶段
  3.1 “空气中氧气含量的测定”实验的拓展
  实践是检验真理的唯一标准。实验操作的体验感,历经艰难解开真理面纱的过程和得出实验成果的喜悦,就是化学学科独特的魅力所在。鼓励学生敢于改进实验,在学生想到可行的、创新的想法和方案跃跃欲试时,教师要给予肯定并提供相应的帮助。如学生用“热贴”中的铁粉改进实验,一组用注射器(注射器由于具有刻度、密封性、可加压可减压等性能,常用在改进实验、微型化实验、定量化实验等方面)改进,另一组用矿泉水瓶(矿泉水瓶由于具有透明、密封、质软、受外力易形变等特点,常用于初中化学实验[17])改进实验,见表2。
  表2 学生改进实验方案
  对比两种实验结果,发现实验结果和理论值相差很大。以矿泉水瓶的误差为例,学生做出一些猜想:
  猜想1: 装置气密性不好,瓶盖没有盖好。补救措施: 装好药品后,立即盖紧瓶盖。
  猜想2: 变瘪后的矿泉水瓶在水槽中没有完全复原。补救措施: 换成硬度更好的矿泉水瓶,复原后再移出水槽。
  猜想3:“热贴”中物质不能将装置内的氧气消耗光。补救措施: 教师借助于数字化的O2传感器协助学生再次探究“热贴”粉耗氧量,11分钟时,氧气含量降为0.7%。
  3.2 “空气中氧气含量的测定”实验的迁移
  深度学习“空气中氧气含量的测定”实验,进而拓展到测定混合物中某种物质含量的一般研究思路,见图11。首先要掌握各成分相关物质的性质,利用待测物和其他成分性质的差异,选择相应的方法分离或转化某一成分,进行测量得到间接量,最后借助仪器和计算等把间接量转化为可视化的数据,从而得出混合物中某成分的含量。教师引导学生归纳气相混合物中组分含量测定的方法,迁移到初中阶段其他相态组分含量的测定,见表3。又如把测量空气中氧气的一般方法,迁移到如何把看不见转化为看得见的实验(证明盐酸和氢氧化钠中和反应确实发生了;证明二氧化碳确实和氢氧化钠发生了反应;证明分子确实是存在的等),促进学生对实验进行深度学习,并把学习提向高阶层次。
  图11 测定混合物中某组分含量的研究思路图
  表3 初中阶段混合物成分含量的测定
  续 表
  4 思考和启示
  4.1 借鉴学习进阶提升实验教学和复习质量
  有的教师在新课教学时,教学目标超越了学生最近发展区,为了实验的创新而“创新”,却发现学生呆若木鸡不知教师所云。再如实验复习时,不少教师往往把相关知识点重复强化记忆,大量习题巩固,师生俱疲,事倍功半,学生实验能力也没太大的进步。笔者认为之所以出现这种状况,可能是因为教师忽略了学生的阶段发展规律,忽略了学生已有知识和未知知识的距离,以及怎样建立已知和未知的联系,在实验创新上尤其明显。我们借鉴“学习进阶”理论分阶段地促进知识整合及深层理解,指导学生分阶段的进行实验深度学习,学生创新思维,不断交流碰撞,有时会带来意想不到的收获。
  4.2 借鉴进阶理论改进教学关系
  进阶理论强调学生发展的阶段性,要想学生主体性得到最大程度的发挥,离不开教师主导作用的发挥,两者辩证统一于学生的发展。教师主导给学生指明了发展的方向,而且需要教師高瞻远瞩地走在学生发展的前面。学生主体性作用的发挥,需要建立在相应知识体系的基础上,离开相关基本知识的实验“创新”就成了无源之水、无本之木。学生基础知识的掌握需要教师主导,而教师主导是为了学生的主体作用在实验创新阶段有更好的发挥,在实验创新后学生要想进一步获得发展,离不开教师的指引和启发。教师的帮助,不仅能增进师生之间的情谊,而且使实验后的总结和拓展效果更好。
  参考文献:
  [1]刘晟,刘恩山.学习进阶: 关注学生认知发展和生活经验[J].教育学报, 2012,(4): 81~87.   [2]王磊,黄鸣春.科学教育的新兴研究领域: 学习进阶研究[J].课程·教材·教法, 2014,(1): 112~118.
  [3]童文昭,王后雄.学习进阶本土化研究的意义及面临的问题[J].化学教育, 2016,(7): 1~5.
  [4]林建芬,陈允任.基于学习进阶理论探讨“同分异构体”教学序列的跨学段设计[J].化学教学, 2014,(12): 38~41.
  [5]陈允任,王穗芳,林建芬等.基于提升学生科学论证能力的“元素周期律”进阶教学[J].化学教育, 2016,(1): 19~24.
  [6]麦裕华.高中化学氧化还原反应方程式配平技能学习进阶的探讨[J].化学教育, 2014,(17): 20~23.
  [7]庄晓文,姜建文.“电解质溶液”核心概念的学习进阶研究[J].化学教学, 2016,(2): 28~32.
  [8]张发新.以“学习进阶”方式统整“元素化合物知识”的教学[J].化学教学, 2014,(10): 34~37.
  [9]王晶,郑长龙.义务教育教科书·化学(九年级上册)[M].北京: 人民教育出版社, 2012: 27,15~18,47~58.
  [10]付小勤.白磷和红磷燃烧条件探究及空气中氧气含量测定的组合实验[J].化学教育, 2013,(7): 76~79.
  [11]中华人民共和国教育部制订.义务教育化学课程标准[S].北京: 北京师范大学出版社, 2011: 7, 9.
  [12]中华人民共和国教育部制订.普通高中化学课程标准(实验)[S].北京: 人民教育出版社, 2003: 4.
  [13]刘瑜.空气中氧气含量的测定实验改进[J].化学教育, 2015,(11): 64~65.
  [14]邵蔚.“测定空气中氧气含量”实验创新[J].中学化学教学参考, 2014,(12): 51.
  [15]徐泓,朱敏,魏名贵.铁粉吸氧腐蚀系列实验的设计及应用[J].化学教学, 2015,(4): 63~66.
  [16]王胤琪.測定空气中氧气含量的环保创新法[J].化学教育, 2011,(11): 67~68.
  [17]王荣桥.塑料矿泉水瓶在初中化学实验中的应用[J].化学教学, 2017,(7): 55~57.
其他文献
金融是一个很特殊的行业,如果不能在实体经济中获得能产生足够现金流的资产,它就会自己创造,通过金融和金融之间的交易放大,制造冗余的交易结构,不断抽取整个经济中越来越稀薄的利润。  最近,央行公布了7月的金融数据,M1增速从去年年初的2.9%攀升至当前的25.4%,而M2增速则低于预期为10.2%,这种M1与M2增速“剪刀差”创近六年新高。  通俗来说,M1主要是企业活期存款,其高企意味着企业、个人的
這几天,女朋友怎么看我怎么不顺眼,因为我不洗衣服不做饭不干家务,还整天在电脑前打游戏。  她恼火地说:“你再打游戏,我把电脑砸了!”  我强硬地说:“你砸个试试!”  她拿来锤子,真砸了。  我在心里偷偷笑了:“一个破电脑值几个钱?这几天‘双十一’‘双十二’的,要是不砸电脑,你网购能把我购破产了。”
在一次出力为遭诬陷的大学生村官史进利“讨还清白”之后,段兴焱的仕途就走到了尽头。不过,之后一次次的微博替人解困,让这个老警察感觉到精神世界的丰润。  “段郎”是一个其貌不扬的老警察,年龄五十有四,个子不高,却挺拔,眼睛不大,但有光。  在部队里,当过排长,做过组织干事;在警队里,曾是派出所所长,现为九江市公安局的纪委副书记。  按照原本的人生轨道,他不会出名,直到2004年第一次“触网”,前面的路
据美国《高等教育纪事报》网站2012年7月23日报道,位于德国柏林的社会科学研究中心最新发布的一份报告称,“卓越计划”既没有为德国创造一个多样化的高等教育环境,也没有在大学创新精神发展中起到显著作用。  2006年,德国宣布启动“卓越计划”,德国政府向高校拨款,促进大学科技研究和学术创新,激励高校在国家甚至世界舞台上彰显个性。目前,“卓越计划”已经向约40所大学投入了23亿美元的资金。实施该计划的
摘要:将微课技术应用于“电解饱和食盐水”教学,能够有效地解决传统课堂教学中教学内容针对性不强、实验现象不易观察等问题,使学生对化学的学习更加准确、深入。实践证明部分化学实验制作成微课,有利于学生的个性化自主学习,提高学生化学学习效果。  关键词:微课;电解饱和食盐水;化学教学  文章编号:1005–6629(2016)12–0037–04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B  微课是以阐述某
《废品生活:垃圾场的经济、社群与空间》  人类几乎每时每刻都在生产垃圾,但很少有人关注垃圾最终流向哪里。消费时代加速物的生产,也快进了物的死亡,“用完即弃”,无穷无尽的垃圾产生。但垃圾并不会凭空消失。正规垃圾处理系统之外,每个城市都有千千万万拾荒者,他们以垃圾为生,将垃圾分拣、分类、处理,再重新回收,进入工业生产链条。拾荒者往往是城市外来者,他们的劳动铸就干净城市,但同时又是“隐形”的、“不可见”
【摘要】利用自建的小型语料库,本文探索only一词在英语正误判断题中的命制特点,发现该词经常以副词的形式出现在书面语料库中,且动词比形容词、名词和副词更经常搭配在only之后。此外,带有only一词的判断题不能一概而论,建议学生在阅读原文中寻找答案。  【关键词】语料库;only;试题命制  【作者简介】彭振(1989.10.20-),男,湖北洪湖人,珠海市第十一中学,中学英语一级教师,研究方向:
9月23日,比利时王后玛蒂尔德会见了疫苗试验部门的一名志愿者  在遍及美国的街头示威活动中,“疫苗造成死亡”的标语随处可见。可以说,这是COVID-19大流行之际,西方社会普遍面临的紧迫挑战:带有数字化特征的抗议运动,传播了更进一步的偏见,动员了错误的力量,召唤起了更多的“排外”情绪。  对疫苗的恐惧其来有自,这些深藏于历史和心灵里的怀疑,往往在每一次大流行病的暴发期,以各种或隐晦或直白的表达传递
“你好!很高兴认识你们。”  第一次见面,托马斯·海贝勒教授字正腔圆的汉语让人颇为意外,我们对能否顺利交流的顾虑瞬间烟消云散。  在此之前,对海贝勒教授的了解仅限于他作为德国埃森一杜伊斯堡大学东亚政治经济学教授的身份。据在德国使馆工作的朋友介绍,教授是德国著名的政治学家,也是一位不折不扣的“中国通”,是研究中国问题的专家。  得知海贝勒教授将在今年夏天到中国访问,记者通过电子邮件与他约见,原本并没
雷墨资深主笔  选民投票选总统,是美国民主的重要表现形式。2020年的总统选举可能出现的争议,之所以让整个美国社会都焦虑,除了政治极化、特朗普因素等容易感知到的现实原因,还有不易察觉的历史原因,即美国民主受困于进化的烦恼。  这一点,在美国的选举人团制度上体现得尤为明显。这个美国所独有的制度,由美国的建国先贤们所创。简单地说,就是由选民投票选出承诺支持哪位总统候选人的选举人,然后再由这些选举人投票