摘要以“二氧化碳的性质和用途”为教学案例,设计了家庭实验和分组实验等实验探究活动,改进了传统的演示实验与板书,并对上述内容进行了整合研究,形成了基于实验探究的整合教学模式。

关键词二氧化碳实验探究初中化学整合教学模式家庭实验分组实验

1实验探究教学模式的理论依据

建构主义认为,学生的学习是在教师指导下,自觉、主动的应用各种学习资源进行意义建构的过程。强调学生是学习过程的主体,教师是学习的引导者和促进者。建构学习环境的4大要素是“情境”、“协作”、“会话”和“意义建构”。

在实验探究过程中,学生面对的学习任务相对较为复杂,既需要动脑思考,又需要动手实验。因此,学生要充分运用已有知识,搜集相关的学习资源,自主设计合理可行的实验方案,选择所需的实验材料;在完成学习任务的过程中,学生通常需要与其他同学相互交流,共享学习资源,合作完成实验;在实验结束后,学生在分析实验结果的基础上得出结论,对实验过程和结论进行自我反思和相互评价。

在学生的学习过程中,教师切实起到学习引导者和促进者的作用,实现对特定的学生在特定的时间给予特定的指导。如:教师预先为学生创设一个情境,引发学生思考,激起学生的学习兴趣和探究欲望;帮助学生查找、筛选学习资源,提供实验材料;在实验过程中及时帮助学生解决遇到的问题;对学生的实验结果做出评价等。

综合上述内容可以看出,在教学中开展实验探究活动,便于学生在真实的情境下进行学习,有利于揭示化学现象的本质,启迪学生的思维,发挥学生的主体性,提高学生的科学素养,符合建构主义的思想。

2整合教学模式的案例研究

2.1案例的选择

“二氧化碳的性质和用途”是“课程标准”中明确要求掌握的重点内容。二氧化碳是与学生生活实际联系极为密切的一种重要气体,它是联系各物质之间的重要纽带,与很多物质之间存在相互反应关系和转化关系,因此是初中化学的核心物质之一,与学生科学素养的培养息息相关。学生对二氧化碳的认识主要来自于生活体验,因此必须在原有知识的基础上更加全面、系统的认识二氧化碳的性质和用途,为后续学习酸、碱、盐等其他物质的性质做准备。另外,二氧化碳本身来源广泛,研究其性质时所需的实验材料简单易得,实验原理、装置和操作步骤相对简单,适合初中学生进行实验探究。

基于以上原因,本研究选取“二氧化碳的性质和用途”为研究案例,探讨如何应用基于实验探究的整合模式进行教学。

2.2案例教学的设计与实施

在义务教育阶段,化学教学的主要任务是激发学生的学习兴趣,帮助学生了解科学探究的基本过程和方法,培养学生的科学探究能力,帮助学生获得进一步学习和发展所需的必备化学知识和技能[1]。这就要求教师在教学设计的过程中,应该以学生的原有认知为出发点,注重从日常生活中选取学生熟悉的素材,创设能够引发学生的认知冲突的教学情境;引导学生通过观察思考、小组合作、自主学习和动手实验等多种学习方式完成学习任务,认识物质的性质及其变化规律。

因此,本研究对教学内容进行了整合,选取2个平行班分别设置为实验班和对比班。在实验班设计了多样化的活动形式,充分发挥实验探究的优势,将教学活动延伸到课堂之外,使学生有多种学习体验;在对比班则按照常规方法进行教学。实验班具体的教学过程及板书设计见表1[2,3]。

表1“二氧化碳的性质与用途”教学案例研究的教学过程及板书设计

教学阶段教学内容设计意图

课堂

教学前发放阅读材料——“死狗洞”的故事,引发学生思考事件的原因,回忆已知的二氧化碳性质和用途,并自主设计实验进行验证,将实验过程与结果以实验报告、照片、视频短片等形式记录下来,以便在课堂上向全班同学进行汇报。用故事引入课题,吸引学生的兴趣,引发学生的猜想;引导学生用家庭小实验验证自己的猜想,不仅使学生初步体会到科学探究的过程,还使教学活动延伸到了课堂之外,打破了时间与空间的束缚,非常有助于学生科学素养的提高。

课堂教学中学生展示家庭小实验的成果,将学生已经通过实验验证过的二氧化碳性质和用途体现在板书上。以板书形式将学生原本杂乱的已有知识外显,使其条理更加清楚;凸显实验在科学研究中的重要作用——验证猜想;学生展示自己的成果,促进学生间的相互交流,在交流中提出新问题,提高学生的学习兴趣和自信心。

确定课堂实验探究的问题——什么物质使紫甘蓝汁变红?给出必要的相关信息,启发学生合理猜想并根据实验用品用最简单的方法进行实验验证。

重点内容在课堂上全班范围内进行小组实验探究,保证全体学生能够参与。发挥小组合作的优势,培养学生的思维能力、实验能力与合作意识,使其在提高科学素养的同时获得成就感和满足感。

各小组之间相互评价,对本组实验方案进行反思。引导学生在评价与反思的过程中加深对所学内容的思考,提高表述能力和思维能力。

改进了证明碳酸易分解的演示实验,运用改进后的演示实验引发学生思考,完成教学内容。对以往的演示实验进行简单改进,使其效果更为明显,更容易帮助学生得出结论。

课堂教学后回顾整理所学内容,总结收获与不足,撰写学习体会。回顾整理所学内容,加深印象,培养学生及时总结反思的学习习惯。

板书设计

第六单元碳和碳的化合物课题3二氧化碳的性质

物理性质化学性质用途

无色、无味、气体使澄清石灰水变浑浊(检验二氧化碳)CO2+Ca(OH)2=CaCO3↓+H2O

密度比空气大不可燃,不助燃灭火

能溶于水与水反应CO2+H2O=H2CO3H2CO3=H2O+CO2↑制备碳酸饮料化工产品的原料

不供给呼吸食品包装填充剂

能参与光合作用气体肥料

固态二氧化碳俗称干冰,易升华制备致冷剂创建舞台的“云雾”效果

3对案例研究过程的思考

3.1发挥了学生的主体性,提高了学生综合素质

学生进行家庭小实验,使得教学活动突破了教室的束缚,不局限于学校和上课的时间,便于学生自主安排学习时间。学生在家里可以对自己感兴趣的问题进行自主探究,自主搜集材料进行实验,便于学生自主安排学习内容。在学习过程中,学生可以通过各种方式与同学和老师相互交流,提高了学习效率,改善了学习效果。

在小组合作实验过程中,学生如何利用仅有的实验用品按照要求设计并完成实验,本身就是对学生思维能力的考验,可以引发学生积极思考,创造性的解决问题(在“二氧化碳是否与水发生反应”的探究活动中,教师为每组只提供了一瓶二氧化碳气体、蒸馏水和一条干燥的石蕊试纸,且不许撕开);学生通过讨论设计实验方案,自由度较大,学习主动性大大增强;在组间评价过程中,学生各抒己见,相互取长补短,使得学生在评价其他组的同时,也及时得到了别人的评价;在得到反馈后,学生可以反思并改进实验方案。整个学习过程由学生自主完成。

案例实施之后,教师对实验班和对比班进行了同样内容的单元测验。结果表明,实验班的测验成绩明显高于对比班。教师还对部分学生进行了访谈,学生普遍认为,这种学习方式对自己的学习有很大的促进作用,不但学习兴趣大大增强,对知识的掌握也更加牢固,动手实验能力和表述能力也有所提高。

3.2转变了教师的传统角色

实验探究型的学习活动使教与学浑然一体,增强了生生、师生间的互动,有效促进了学生的学习,也促进了教师角色的转变,教师不再是知识的传授者,而是学生的支持者、引领者和学习活动的参与者。学生进行家庭小实验时,教师作为“支持者”,充分发挥其主导作用,为学生提供实验材料,帮助学生解决疑难问题;在课堂分组实验探究环节,教师作为“引领者”,通过明确每一项活动在科学探究过程中所处的环节,可以帮助学生更清楚地认识科学探究过程,初步树立依据科学的方法和步骤进行探究活动的意识并养成习惯;在家庭实验成果展示和组间评价过程中,教师又成了“参与者”,通过点评总结帮助学生强化薄弱环节,从知识技能和思维2方面帮助学生提高。

3.3有助于教师全面评价学生的学习效果

传统的教学方式中,评价学生学习效果的好坏大多依赖于纸笔测验,这种方法虽然能够在一定程度上反映出学生对基本知识的掌握程度,但不易考查学生动手实践能力、合作能力等方面的提高程度。应用基于实验探究的教学方法,在纸笔测验中不易考查的内容就得以外显,教师可以利用档案袋评价方式记录学生在实验过程中的表现并给予评价,丰富了评价手段,有助于教师全面评价学生的学习效果。

应用基于实验探究的教学方法,还有助于发现学困生身上的闪光点,对学困生有较强的激励作用。在分组探究紫甘蓝汁变红的原因时,大多数小组的实验方案是先将干燥的试纸伸入装有二氧化碳的集气瓶中,片刻后取出观察试纸颜色;再将试纸润湿后伸入集气瓶中,片刻后取出观察试纸颜色。而由4名学困生组成的小组设计了如下方案:将试纸一端润湿后放入装有二氧化碳的集气瓶中。进行组间评价时,其他组的同学一致认为这4名同学的方案不仅可以清楚地看到试纸湿润的一端变红,而且由于水在试纸上的扩散,还可以看到试纸由湿润的一端向干燥的一端逐渐变红;实验对比效果明显,操作更加简便,是最佳方案。在后续的单元测验中,这4名学困生的成绩和以往相比都有不同程度的提高,学习兴趣也大大增强。

3.4改进了传统的教学方法

课程标准要求教师在教学过程中要进行实验探究活动,这并不意味着传统的演示实验和板书就失去了用武之地。只要对传统方法适当加以改进,使之能够与时俱进,不仅有助于学生突破难点和整理归纳所学知识,还可以大大提高课堂效率。

在案例实施过程中,笔者改进了证明碳酸分解产生二氧化碳的演示实验。具体内容如下:取溶有二氧化碳并滴有紫甘蓝汁的溶液(红色)于试管中,试管口塞紧连有导气管的单孔塞,导气管另一端伸入装有澄清石灰水的小烧杯中,加热试管。改进后的演示实验现象明显,很快即可看到试管中红色溶液变为紫色、小烧杯中澄清石灰水变浑浊的现象;便于学生根据实验现象顺理成章地得出结论——碳酸易分解为二氧化碳和水。

在板书(见表1)环节,笔者将二氧化碳的物理性质、化学性质和用途分成3列,设置成表格形式,并用不同颜色将学生关于二氧化碳的已有知识(表1板书设计中黑体部分)与所学的新内容加以区分,条理清楚,对比分明,既有助于学生整理所学内容,又有助于学生看到自己本节课的收获,获得满足感和成就感,还有助于学生形成良好的学习习惯,提高综合素质。

3.5建立了实验探究与传统教学方法的整合教学模式

在案例实施过程中,笔者精心设计了家庭实验探究活动和分组实验探究活动,加强了实验教学,培养了学生的实验能力和科学探究能力;同时对演示实验和板书进行了改进,使之能更好地发挥作用,帮助学生落实基本知识和基本技能。笔者将实验探究与传统教学方法有机结合起来,形成了基于实验探究的整合教学模式,切实提高了学生的综合素质与科学素养。