有效整合教學(xué)資源 培養(yǎng)學(xué)科核心素養(yǎng)

周朝暉 沈蓉

摘要： 以人教版高中化學(xué)必修1“金屬的化學(xué)性質(zhì)”第二課時“金屬與水的反應(yīng)”教學(xué)為例，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教材合理調(diào)整教學(xué)內(nèi)容，增加“鎂與水反應(yīng)”、“鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)”等實驗探究活動，運用POE教學(xué)策略，采用翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，有效培養(yǎng)了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng); 實驗創(chuàng)新; 翻轉(zhuǎn)課堂; 教學(xué)設(shè)計

文章編號： 1005-6629（2019）2-0054-05??????????? 中圖分類號： G633.8??????????? 文獻標(biāo)識碼： B

合理組織化學(xué)教學(xué)內(nèi)容、精心設(shè)計實驗探究活動、創(chuàng)設(shè)真實問題情境、充分利用現(xiàn)代信息技術(shù)輔助教學(xué)等是實現(xiàn)“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂的有效手段?；谶@一思路，筆者選擇“金屬與水的反應(yīng)”一節(jié)內(nèi)容進行了教學(xué)改革嘗試。

1? 教學(xué)分析

“金屬與酸和水的反應(yīng)”是人教版高中化學(xué)必修1第三章第一節(jié)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”第二課時的教學(xué)內(nèi)容。第三章是在學(xué)習(xí)了物質(zhì)的量、氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)等概念之后，開始具體地學(xué)習(xí)元素化合物的知識。元素化合物知識既可以為前面的理論知識補充感性認(rèn)識材料，又可以為化學(xué)必修2介紹的物質(zhì)結(jié)構(gòu)、元素周期表、化學(xué)反應(yīng)能量等理論知識打下重要的基礎(chǔ)。初中介紹了金屬活動性順序，學(xué)生初步了解金屬與酸或鹽溶液反應(yīng)的規(guī)律，第二課時讓學(xué)生通過實例來認(rèn)識金屬與水的反應(yīng)及其一般規(guī)律。教材中只安排了鈉與水的反應(yīng)實驗和科學(xué)探究——設(shè)計鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置。筆者在聽課過程中，發(fā)現(xiàn)大多數(shù)教師僅根據(jù)教材提供的教學(xué)素材來安排教學(xué)活動?；顒右唬?演示實驗——鈉與冷水的反應(yīng)（觀察現(xiàn)象、分析原因、書寫化學(xué)方程式）;活動二： 科學(xué)探究——設(shè)計還原鐵粉與水蒸氣反應(yīng)裝置并實驗。一次聽課后，隨機向一組學(xué)生問兩個問題： （1）金屬與水反應(yīng)有什么規(guī)律？（2）若將一小塊鈉投入硫酸銅溶液會有什么現(xiàn)象？第一個問題，多數(shù)學(xué)生只能回答鈉能與水反應(yīng)，鐵與水蒸氣能反應(yīng)，而不能總結(jié)出金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律;第二個問題，所有學(xué)生都回答鈉表面會有紅色固體析出。為什么教師花一節(jié)課時間按教材提供的教學(xué)素材組織教學(xué)，而學(xué)生沒有掌握金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律？學(xué)生為什么不能通過鈉與水反應(yīng)的事實建構(gòu)鈉與鹽溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型？如何設(shè)計“金屬與水的反應(yīng)”的教學(xué)內(nèi)容才能有效培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)？

筆者對以上三個問題做了深入思考。鈉與水反應(yīng)的實驗可以加深學(xué)生對金屬性質(zhì)的認(rèn)識，增強學(xué)生觀察和分析問題的能力;探究設(shè)計鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置可以培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力和實踐（科學(xué)探究）能力及創(chuàng)新意識。僅通過鈉與水的反應(yīng)和鐵與水蒸氣的反應(yīng)讓學(xué)生歸納、總結(jié)出金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律，認(rèn)知過程中思維跨度大。因此，在教學(xué)中應(yīng)補充鎂與水反應(yīng)實驗，為學(xué)生提供更豐富的有關(guān)金屬與水反應(yīng)的實驗事實，促進學(xué)生自主建構(gòu)金屬與水反應(yīng)規(guī)律的認(rèn)知模型，以完善模型認(rèn)知的環(huán)節(jié)。為了加深學(xué)生理解掌握鈉與水反應(yīng)的實質(zhì)、讓學(xué)生自主建構(gòu)鈉與鹽溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型，教學(xué)中還要補充鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的實驗探究環(huán)節(jié)。這一環(huán)節(jié)有利于拓展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的應(yīng)用，可以提升認(rèn)知模型的價值功能。此外，還應(yīng)增加鐵與水蒸氣反應(yīng)在生活、生產(chǎn)中應(yīng)用等素材，以培養(yǎng)“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”這一核心素養(yǎng)。

2? 教學(xué)目標(biāo)

依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)和教學(xué)內(nèi)容，制定如下教學(xué)目標(biāo)：

（1） 通過實驗探究掌握鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的原理，正確描述實驗現(xiàn)象并分析產(chǎn)生該現(xiàn)象的原因。

（2） 通過鐵與水蒸氣反應(yīng)實驗裝置的設(shè)計與優(yōu)化，增強科學(xué)探究能力和創(chuàng)新意識。

（3） 通過鈉、鎂、鐵等與水反應(yīng)現(xiàn)象和原理歸納金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律，構(gòu)建并完善金屬與水及鹽溶液反應(yīng)的一般模型。

（4） 通過鐵與水蒸氣反應(yīng)在生活、生產(chǎn)中應(yīng)用的事例，體會化學(xué)在日常生活、生產(chǎn)中的價值。

3? 教學(xué)策略

3.1? 運用POE教學(xué)策略

POE（PredictObserveExplain，預(yù)測-觀察-解釋）教學(xué)策略實質(zhì)是要求學(xué)生事先根據(jù)自身的生活經(jīng)驗及已知化學(xué)知識對將要進行的實驗合理預(yù)測，充分暴露學(xué)生前概念中的積極成分和錯誤成分，為后續(xù)提供合理的教學(xué)設(shè)計[1];通過教師演示實驗或?qū)W生切身體驗實驗過程，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，從而觸發(fā)學(xué)生對概念認(rèn)知的轉(zhuǎn)變;學(xué)生在最后階段通過對比預(yù)測的實驗現(xiàn)象與實際觀察的實驗現(xiàn)象，采取分組交流討論形成科學(xué)合理的解釋，最終實現(xiàn)概念轉(zhuǎn)變，調(diào)整個人認(rèn)知結(jié)構(gòu)。本節(jié)課在組織“探究鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)原理”的教學(xué)環(huán)節(jié)中運用了這一策略，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，讓學(xué)生基于證據(jù)推理鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的原理，自主建構(gòu)鈉與鹽的水溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型，有效培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和探究能力。

3.2? 采用基于“微課”的翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

高一學(xué)生對化學(xué)實驗有濃厚的興趣，但是動手實驗操作能力較弱、自主設(shè)計實驗裝置能力不強。本節(jié)安排實驗內(nèi)容較多（共有4個），還有一個科學(xué)探究（學(xué)生自主設(shè)計鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置），若這些內(nèi)容都安排在課堂上進行，很難在一個課時內(nèi)完成。為了解決這一矛盾，本節(jié)教學(xué)還采用基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂這種教學(xué)模式，將鈉與水的反應(yīng)、鎂與水的反應(yīng)的現(xiàn)象、原理以及設(shè)計鐵與水蒸氣反應(yīng)實驗裝置等內(nèi)容前置，要求學(xué)生通過課前微課自主學(xué)習(xí)，并完成相應(yīng)思考題和進階練習(xí)，發(fā)現(xiàn)有價值的問題。課堂上重點完成三項任務(wù)： 一是分組實驗探究“鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)原理”;二是展示交流鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置圖，并提出優(yōu)化設(shè)計方案;三是歸納總結(jié)金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律。這種翻轉(zhuǎn)課堂模式有效地拓展了課堂教學(xué)的時間和空間，增大了課堂的容量，為課堂中知識的延伸和發(fā)散創(chuàng)造了條件。

4? 教學(xué)流程設(shè)計

POE教學(xué)策略與翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的結(jié)合為教學(xué)設(shè)計提供了指導(dǎo)，具體教學(xué)過程如圖1所示。

在本節(jié)課教學(xué)設(shè)計的課前學(xué)習(xí)過程中，提供事先已錄制的關(guān)于鈉與水的反應(yīng)、鎂與水的反應(yīng)的微課視頻，同時微課內(nèi)容中還設(shè)置了一系列循序漸進的任務(wù)，有效降低學(xué)生課前學(xué)習(xí)難度。學(xué)生可通過觀看微課視頻，初步認(rèn)知鈉、鎂與水反應(yīng)的現(xiàn)象、原理及符號表征。

課堂教學(xué)過程中，首先通過引入對鈉與硫酸銅溶液反應(yīng)的實驗探究，引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，重新調(diào)整認(rèn)知結(jié)構(gòu)，鞏固對鈉與水反應(yīng)實質(zhì)的認(rèn)識。其次在教師引導(dǎo)下，通過設(shè)計鐵與水蒸氣實驗裝置并進行評價、改進，發(fā)散學(xué)生思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識;通過鋼鐵淬火圖片展示、“淬火煉劍”視頻的播放，突出化學(xué)學(xué)科的社會價值，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。最后教師啟發(fā)學(xué)生對所學(xué)知識進行歸納推理，總結(jié)出金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律，構(gòu)建知識體系。

5? 課堂教學(xué)實錄及評析

5.1? 微課發(fā)布

教師基于云平臺的教師終端設(shè)計微課內(nèi)容，并通過云平臺將其發(fā)送至學(xué)生的移動智能終端（平板電腦）。本節(jié)微課由微視頻（8分20秒）和進階練習(xí)兩部分組成。具體設(shè)計思路如表1所示。

5.2? 課堂教學(xué)

5.2.1? 教學(xué)環(huán)節(jié)1： 回顧微課，鞏固知識

[教師]展示學(xué)生課前微課學(xué)習(xí)、進階練習(xí)完成情況。提問： 一小塊鈉投入滴有酚酞的水中，能觀察到哪些現(xiàn)象？

[學(xué)生]鈉塊浮于水面上并熔成小球，四處游動，有“嘶嘶”響聲，溶液變成紅色。

[教師]你能寫出鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？

[學(xué)生]在平板電腦上書寫鈉與水反應(yīng)的化學(xué)方程式：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

評析： 通過重溫微課內(nèi)容，檢驗學(xué)生學(xué)習(xí)成果，鞏固所學(xué)知識，建立鈉與水反應(yīng)的宏觀認(rèn)知并會進行符號表征。

5.2.2? 教學(xué)環(huán)節(jié)2： 實驗體驗，深化知識

[教師]若將一小塊鈉投入硫酸銅溶液，請預(yù)測實驗現(xiàn)象并寫出相關(guān)反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[學(xué)生1]鈉表面出現(xiàn)紅色固體物質(zhì)，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2Na+CuSO4Cu+Na2SO4

[學(xué)生2]溶液中出現(xiàn)藍色絮狀沉淀，反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

2Na+2H2O2NaOH+H2↑

2NaOH+CuSO4Cu（OH）2↓+Na2SO4

[教師]兩位同學(xué)預(yù)測實驗現(xiàn)象及反應(yīng)原理不同，哪位同學(xué)的預(yù)測是正確的呢？讓我們共同通過實驗來驗證。

[分組實驗]鈉與硫酸銅溶液的反應(yīng)。

向燒杯中倒入約100mL 5%的CuSO4溶液，用鑷子從煤油中取出綠豆大小的鈉塊，并用濾紙吸干表面的煤油后投入CuSO4溶液中，蓋上玻璃片，觀察實驗現(xiàn)象。

[學(xué)生]實驗結(jié)束后，通過平板拍照上傳照片?；卮鹩^察到的實驗現(xiàn)象： 鈉浮在水面，熔成小球，四處游動，有“嘶嘶”響聲，溶液中有藍色絮狀沉淀生成。

[教師]通過實驗我們知道，鈉投入硫酸銅溶液中，并沒有生成紅色固體，而是生成了藍色的沉淀，這是為什么呢？

[學(xué)生]討論、回答： 金屬鈉性質(zhì)非?；顫姡度肓蛩徙~溶液中先接觸到水，直接與水反應(yīng)生成氫氧化鈉，氫氧化鈉與硫酸銅發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)生成氫氧化銅沉淀。

[教師]回答得很好。硫酸銅溶液中銅離子以水合銅離子形式存在，所以將金屬鈉投入到硫酸銅溶液中后，鈉主要是與水反應(yīng)，而且鈉與水反應(yīng)太快導(dǎo)致銅離子與鈉基本上沒有太多接觸機會。請同學(xué)們思考，能不能控制反應(yīng)條件實現(xiàn)金屬鈉與銅鹽的置換反應(yīng)呢？

[學(xué)生]分組討論、交流，提出以下可能的實驗方案：

（1） 鈉與硫酸銅直接接觸;

（2） 用一種與金屬鈉不反應(yīng)的溶劑代替水，溶解硫酸銅或其他銅鹽。

[教師]鈉與銅鹽在無水條件下可以通過升溫熔融實現(xiàn)鈉置換出銅，但是要隔絕空氣避免鈉與氧氣反應(yīng)，這個條件在教室難以實現(xiàn)。查閱文獻資料[2]可知，溴化銅可以溶解在丙酮中，而丙酮與鈉不反應(yīng)。

[演示實驗]從煤油中取出鈉塊并用濾紙吸干其表面煤油，用小刀切一小塊鈉放在表面皿上，切面向上，迅速向切面上滴加幾滴溶有溴化銅的丙酮飽和溶液，觀察現(xiàn)象。

[學(xué)生]觀察現(xiàn)象，回答鈉塊切面上出現(xiàn)較多紅色物質(zhì)。

[教師]有人做過相同實驗，并進一步檢測出紅色固體就是銅。實驗證明，同學(xué)們提出的實驗方案是可以實現(xiàn)的。

評析： 本環(huán)節(jié)運用POE策略，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究欲望，讓學(xué)生自主建構(gòu)鈉與鹽溶液反應(yīng)的認(rèn)知模型;有利于拓展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的應(yīng)用，可以提升認(rèn)知模型的價值功能。通過鈉與銅鹽置換反應(yīng)的系列實驗探究，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識等學(xué)科核心素養(yǎng)。

5.2.3? 教學(xué)環(huán)節(jié)3： 設(shè)計實驗，建構(gòu)新知

[教師]請同學(xué)們按照微型化、綠色化、環(huán)保型等方面的要求，根據(jù)平板電腦上虛擬實驗室中提供的可選擇儀器，展示課前設(shè)計的鐵粉與水蒸氣反應(yīng)的實驗裝置圖。

[學(xué)生]運用虛擬實驗室中提供的藥品及儀器搭建實驗裝置（藥品： 水、濕棉花、鐵粉;儀器： 鐵架臺、硬質(zhì)玻璃管、試管、圓底燒瓶、酒精燈、導(dǎo)管、橡皮塞、水槽和裝有肥皂液的蒸發(fā)皿等）。上傳實驗裝置圖。

[教師]引導(dǎo)學(xué)生分析、評價不同實驗裝置的優(yōu)缺點。

[學(xué)生]采用加熱濕棉花產(chǎn)生水蒸氣與鐵粉反應(yīng)的裝置相較于分別加熱水產(chǎn)生水蒸氣和加熱鐵粉的實驗裝置，前者更加簡化，減少了一個加熱裝置。

[教師]用加熱濕棉花產(chǎn)生水蒸氣也有缺點，裝有濕棉花的試管部位溫度不能迅速升高，反應(yīng)需要時間較長?？捎昧蛩徙~晶體（CuSO4·5H2O）代替濕棉花加熱產(chǎn)生水蒸氣與鐵粉反應(yīng)。

[演示實驗]改進實驗裝置圖如圖2所示。點燃酒精燈，預(yù)熱后集中在硫酸銅晶體和還原鐵粉之間部位加熱，等蒸發(fā)皿中肥皂液里有較多肥皂泡產(chǎn)生時，用燃著的火柴靠近肥皂泡。一段時間后，移開蒸發(fā)皿，停止加熱，觀察試管中鐵粉的變化。

[學(xué)生]匯報實驗現(xiàn)象，書寫鐵與水蒸氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。

評析： 借助虛擬實驗室，讓每個學(xué)生都能積極參與，搭建裝置高效、靈活。豐富、自由的嘗試提升了學(xué)生設(shè)計實驗、評價實驗和改進實驗的能力。學(xué)生的科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識和發(fā)散思維等學(xué)科核心素養(yǎng)得到了很好的培養(yǎng)。

5.2.4? 教學(xué)環(huán)節(jié)4： 聯(lián)系生活，學(xué)以致用

[教師]展示鋼鐵淬火圖片，并播放“淬火煉劍”視頻。

[學(xué)生]觀看、思考。

評析： 展示、播放鐵制品的淬火處理的圖片和視頻，讓學(xué)生感受化學(xué)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用價值，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和學(xué)好化學(xué)的社會責(zé)任感。培養(yǎng)了“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”這一核心素養(yǎng)。

5.2.5? 教學(xué)環(huán)節(jié)5： 歸納小結(jié)，反思提升

[教師]請同學(xué)們根據(jù)學(xué)習(xí)過的幾種不同金屬與水反應(yīng)的條件及現(xiàn)象，歸納總結(jié)金屬與水反應(yīng)的一般規(guī)律。

[學(xué)生]回顧鈉、鎂、鐵與水反應(yīng)的化學(xué)方程式，思考、分享： ①隨著金屬活動性減弱，與水反應(yīng)的條件（反應(yīng)溫度）越來越苛刻;②反應(yīng)產(chǎn)物都有H2。

[教師]同學(xué)們對金屬與水反應(yīng)的規(guī)律有了初步認(rèn)識。在金屬活動性順序表中氫前的金屬能與水反應(yīng)，但反應(yīng)的條件越來越苛刻，像K、 Ca、 Na等非常活潑金屬遇冷水就劇烈反應(yīng);氫后的不活潑金屬（如Cu、 Hg、 Ag、 Pt、 Au等）不與水反應(yīng)。在今后學(xué)習(xí)中，還會進一步了解這方面的知識。

評析： 增加鎂與水反應(yīng)案例，學(xué)生可以自主利用金屬活動性順序表來認(rèn)識金屬與水反應(yīng)的規(guī)律。通過總結(jié)與歸納，有利于將碎片化的知識點串聯(lián)起來，幫助學(xué)生習(xí)得具有邏輯性、系統(tǒng)性的知識體系。

5.2.6? 教學(xué)環(huán)節(jié)6： 在線診斷，內(nèi)化知識

[教師]引導(dǎo)學(xué)生在線練習(xí)，統(tǒng)計并組織學(xué)生討論。

評析： 利用電子書包進行自我診斷、思考與交流，鞏固和內(nèi)化知識，同時提升學(xué)生利用化學(xué)知識解決問題的能力。

參考文獻：

[1]鄧琳， 王后雄. POE教學(xué)策略在化學(xué)概念教學(xué)中的應(yīng)用[J]. 中學(xué)化學(xué)， 2016， （3）： 1～3.

[2]舒常青. 金屬鈉置換出銅的幾種實驗方案比較[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2014， （3）： 61.