基于化學(xué)核心素養(yǎng)的科學(xué)探究活動(dòng)

代鵬 劉傳友 李剛 李榮慧

摘要：以人教版九年級(jí)下冊(cè)“探究探究氫氧化鈉和稀鹽酸的反應(yīng)”為例，將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落實(shí)在科學(xué)探究教學(xué)中。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);初中化學(xué);優(yōu)質(zhì)課;科學(xué)探究;說(shuō)播課

文章編號(hào)：1008-0546（2019）10-0078-03 中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.021

筆者參加了2018年11月26-28日在池州市舉行的安徽省初中化學(xué)優(yōu)質(zhì)課大賽。本屆大賽的主題是核心素養(yǎng)引領(lǐng)下的初中化學(xué)教學(xué)，大賽采用最新的說(shuō)播課形式進(jìn)行。2017版高中化學(xué)新課標(biāo)提出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的具體內(nèi)容，為今后的高中化學(xué)教學(xué)指明了方向，如何在初中化學(xué)教學(xué)中展開(kāi)“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，為學(xué)生后續(xù)學(xué)習(xí)化學(xué)奠定基礎(chǔ)，是當(dāng)前急需解決的問(wèn)題。基于此，我在本次大賽中設(shè)計(jì)了“探究氫氧化鈉和稀鹽酸的反應(yīng)”的科學(xué)探究課，將化學(xué)核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中落地。

一、設(shè)計(jì)理念

新課標(biāo)倡導(dǎo)真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，開(kāi)展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。本節(jié)課就初中化學(xué)中疑點(diǎn)問(wèn)題氫氧化鈉和鹽酸能否發(fā)生反應(yīng)，展開(kāi)學(xué)科探究，目的在于發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

為了提升科學(xué)探究的品質(zhì)，本節(jié)課采用基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式進(jìn)行教學(xué)。將科學(xué)探究的提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)、方案設(shè)計(jì)置于課前，用微課輔助完成。課中主要進(jìn)行方案的論證、實(shí)驗(yàn)探究、交流與討論，同時(shí)構(gòu)建無(wú)明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的證據(jù)模型。

二、設(shè)計(jì)思路

1.教學(xué)目標(biāo)的分析

本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)的確立依據(jù)的是學(xué)科核心素養(yǎng)，相較于三維目標(biāo)，學(xué)科核心素養(yǎng)更具體、更可測(cè)、更具有差異性，所以需要進(jìn)一步突出學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)三維教學(xué)目標(biāo)的引領(lǐng)和升華（表1）。

三、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)1：展示猜想，激發(fā)欲望

回顧：課前通過(guò)微課的學(xué)習(xí)，同學(xué)們對(duì)氫氧化鈉和鹽酸到底有沒(méi)有反應(yīng)做出了自己的猜想。學(xué)生再次思考微課中提出的問(wèn)題。

展示：學(xué)生猜測(cè)結(jié)果的數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)：

猜想有反應(yīng)：31人，占62%

猜想不反應(yīng)：17人，占34%

猜想不知道：2人，占4%

設(shè)計(jì)意圖：提出問(wèn)題，進(jìn)入情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心和求知欲。

講述：由于沒(méi)有看到明顯的現(xiàn)象，同學(xué)們對(duì)于氫氧化鈉和鹽酸能否發(fā)生反應(yīng)也不確定。本節(jié)課我們就利用實(shí)驗(yàn)探究法的方法來(lái)研究這個(gè)反應(yīng)。

環(huán)節(jié)2：探尋規(guī)律，構(gòu)建模型

問(wèn)題：判斷一個(gè)反應(yīng)是否發(fā)生的依據(jù)是什么？驗(yàn)證的途徑有哪些？如何根據(jù)溶液的酸堿性變化，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明氫氧化鈉和鹽酸發(fā)生了反應(yīng)？尋找無(wú)明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的證據(jù)。

討論：判斷鹽酸和氫氧化鈉有沒(méi)有發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，可以通過(guò)檢驗(yàn)是否生成新物質(zhì)，也可以通過(guò)檢驗(yàn)反應(yīng)物是否被消耗等途徑來(lái)判斷，變“無(wú)明顯現(xiàn)象”為“有明顯現(xiàn)象”。

設(shè)計(jì)意圖：認(rèn)識(shí)無(wú)明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)普遍存在，體會(huì)本次探究的重要意義。能根據(jù)物質(zhì)變化的信息建構(gòu)模型，建立思維框架，培養(yǎng)學(xué)生模型認(rèn)知的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)3：展示方案，分析論證

根據(jù)尋找無(wú)明顯現(xiàn)象化學(xué)反應(yīng)發(fā)生的證據(jù)的思路。學(xué)生分組對(duì)各種實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和完善，然后分組匯報(bào)交流，在教師指導(dǎo)下，優(yōu)選出可行的方案。

（1）展示A同學(xué)的猜想和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：

A同學(xué)猜想能反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：利用氫氧化鈉的性質(zhì)，證明氫氧化鈉不存在。向氫氧化鈉溶液中滴加適量稀鹽酸，再向混合溶液中滴加酚酞試劑，然后觀察現(xiàn)象。若酚酞紅色消失，證明氫氧化鈉不存在，二者發(fā)生反應(yīng)。

師：A同學(xué)的方案是否可行？談?wù)勀愕睦碛伞?/p>

生：我覺(jué)得可行，紅色消失說(shuō)明稀鹽酸將氫氧化鈉反應(yīng)完了，二者確實(shí)發(fā)生了反應(yīng)。

師：很好。證明氫氧化鈉不存在還有哪些實(shí)驗(yàn)方案7

學(xué)生小組討論，小組代表匯報(bào)。

生：向氫氧化鈉溶液中滴加過(guò)量稀鹽酸，再向混合溶液中滴加硫酸銅溶液，然后觀察現(xiàn)象。若沒(méi)有產(chǎn)生藍(lán)色沉淀，證明氫氧化鈉不存在，二者發(fā)生反應(yīng)。

師：還有其他實(shí)驗(yàn)方案嗎？

生：先用pH試紙測(cè)量氫氧化鈉溶液，然后向氫氧化鈉溶液中滴加過(guò)量的稀鹽酸，再測(cè)量混合溶液的pH，若pH變小，則二者發(fā)生反應(yīng)，否則二者不發(fā)生反應(yīng)。

其他學(xué)生質(zhì)疑，討論并反饋意見(jiàn)。

（2）展示B同學(xué)的猜想和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：

B同學(xué)猜想能反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：利用稀鹽酸的性質(zhì)，證明稀鹽酸不存在。向稀鹽酸中滴加適量紫色石蕊試劑，溶液顯紅色，繼續(xù)滴加氫氧化鈉溶液，若觀察到紅色變成藍(lán)色，證明稀鹽酸不存在，二者發(fā)生反應(yīng)，否則不發(fā)生反應(yīng)。

師：B同學(xué)的方案是否可行？談?wù)勀愕睦碛伞?/p>

生：我覺(jué)得可行，紅色變藍(lán)色說(shuō)明氫氧化鈉將稀鹽酸反應(yīng)完了，二者確實(shí)發(fā)生了反應(yīng)。

師：很好。證明稀鹽酸不存在還有哪些實(shí)驗(yàn)方案？

學(xué)生小組討論，小組代表匯報(bào)。

生：先用pH試紙測(cè)量稀鹽酸溶液，然后向稀鹽酸中滴加適量的氫氧化鈉溶液，再測(cè)量混合溶液的pH，若pH變大，則二者發(fā)生反應(yīng)，否則二者不發(fā)生反應(yīng)。

師：還有其他實(shí)驗(yàn)方案嗎？

生：然后向稀鹽酸中滴加過(guò)量的氫氧化鈉溶液，然后加入鋅粒，觀察現(xiàn)象，若有氣泡產(chǎn)生，則證明二者發(fā)生反應(yīng)，否則不發(fā)生反應(yīng)。

其他學(xué)生質(zhì)疑，討論并反饋意見(jiàn)。

（3）展示c同學(xué)的猜想和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：

c同學(xué)猜想能反應(yīng)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：利用氯化鈉的性質(zhì)，證明氯化鈉存在。向稀鹽酸中滴加過(guò)量的氫氧化鈉溶液，然后再滴加硝酸銀溶液，觀察現(xiàn)象，若觀察到有白色沉淀生成，二者發(fā)生反應(yīng)，否則不發(fā)生反應(yīng)。

師：c同學(xué)的方案是否可行？談?wù)勀愕睦碛伞?/p>

生：我覺(jué)得不可行，氯化鈉溶液和硝酸銀溶液反應(yīng)生成白色沉淀，但是鹽酸也會(huì)和硝酸銀產(chǎn)生白色沉淀，無(wú)法證明是否有氯化鈉生成。

設(shè)計(jì)意圖：從不同角度設(shè)計(jì)出多種方案來(lái)驗(yàn)證猜想，指出各方案的可行性，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的創(chuàng)新能力和科學(xué)態(tài)度。

環(huán)節(jié)4：實(shí)驗(yàn)探究，證據(jù)推理

學(xué)生分組分別完成自選方案的相關(guān)實(shí)驗(yàn)，然后分享觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出結(jié)論。通過(guò)學(xué)生全方位合作，多路徑的展示，培養(yǎng)學(xué)生觀察能力、證據(jù)推理的學(xué)科核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)5：深度探究，揭示實(shí)質(zhì)

提出問(wèn)題：在化學(xué)反應(yīng)中不但生成其他物質(zhì)，而且還伴隨著能量的變化。那么氫氧化鈉溶液和稀鹽酸反應(yīng)后溫度變化情況？學(xué)生無(wú)法預(yù)測(cè)，這也是傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不能解決的。這時(shí)，我向大家介紹了現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)——數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，探究二者混合后溫度的變化。教師介紹數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置、數(shù)據(jù)采集器、磁力攪拌器、溫度傳感器。連接裝置，將10mL 10%稀鹽酸和相同體積相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液混合，同時(shí)迅速插入溫度傳感器。點(diǎn)擊按鈕開(kāi)始采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

觀察記錄：觀察溫度和測(cè)出的曲線（圖1），實(shí)時(shí)記錄有關(guān)數(shù)據(jù)。

交流回答：溫度曲線變化：溶液混合后，溫度逐漸升高，過(guò)一段時(shí)間，溫度逐漸降低。說(shuō)明反應(yīng)放出熱量。

師：通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)可知，稀鹽酸和氫氧化鈉溶液二者發(fā)生反應(yīng)放出熱量，但是為什么過(guò)一段時(shí)間以后溫度降低了？

生：二者反應(yīng)結(jié)束，熱量散失到空氣中，所以溫度慢慢降低。

師：連接裝置，將10mL 10%稀鹽酸和相同體積相同質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氫氧化鈉溶液混合，同時(shí)迅速插入pH傳感器。點(diǎn)擊按鈕開(kāi)始采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（圖2）。

對(duì)于曲線分析學(xué)生是陌生的。首先介紹橫縱坐標(biāo)的意義;再介紹分析曲線的方法：標(biāo)出曲線的起點(diǎn)、拐點(diǎn)和終點(diǎn)。

生：反應(yīng)溶液pH整體呈下降趨勢(shì);不同時(shí)間段溶液pH下降幅度不同;溶液最終呈酸性。

師：根據(jù)剛才的探究，你能否推理出氫氧化鈉和稀鹽酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)？請(qǐng)你用化學(xué)符號(hào)表達(dá)出該反應(yīng)化學(xué)方程式。

生：NaOH+HCI=NaCI+H2O

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)利用數(shù)字傳感器對(duì)該反應(yīng)的深度探究，學(xué)生從宏觀、微觀、符號(hào)、曲線四重表征認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)進(jìn)而對(duì)氫氧化鈉和稀鹽酸的反應(yīng)有了更本質(zhì)的認(rèn)識(shí)。

環(huán)節(jié)6：實(shí)踐應(yīng)用，提高能力

為了提高學(xué)生實(shí)踐能力，在最后環(huán)節(jié)安排學(xué)生處理實(shí)驗(yàn)后的廢液，借助pH傳感器來(lái)檢驗(yàn)廢液的酸堿性，進(jìn)而調(diào)節(jié)廢液的pH，最后呈中性排放。

交流討論：此方法也可以應(yīng)用到工業(yè)廢水的處理。

設(shè)計(jì)意圖：有意識(shí)地把化學(xué)與社會(huì)、環(huán)境、生產(chǎn)融合在一起，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的應(yīng)用價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)，提升了學(xué)生“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”學(xué)科素養(yǎng)。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課通過(guò)真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，開(kāi)展以實(shí)驗(yàn)探究、理論探究為主的多種探究活動(dòng)，在教學(xué)中重視內(nèi)容的設(shè)計(jì)，層層遞進(jìn)，很好地激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。

運(yùn)用“基于微課的翻轉(zhuǎn)課堂”的教學(xué)模式，將科學(xué)探究的提出問(wèn)題、猜想與假設(shè)設(shè)置于課前微課完成，課堂上主要進(jìn)行猜想分析、方案的論證、實(shí)驗(yàn)探究、解釋與結(jié)論，培養(yǎng)了學(xué)生基于證據(jù)的實(shí)驗(yàn)探究意識(shí)，提升了科學(xué)探究的品質(zhì)。

本節(jié)課按照科學(xué)探究的一般步驟逐步完成，學(xué)生體驗(yàn)了科學(xué)探究的過(guò)程，享受了科學(xué)探究的樂(lè)趣，同時(shí)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)相結(jié)合、證據(jù)推理和得出結(jié)論相結(jié)合、小組合作交流和獨(dú)立思考相融合，充分運(yùn)用了化學(xué)學(xué)習(xí)中的四種表征來(lái)幫助學(xué)生理解氫氧化鈉和稀鹽酸的反應(yīng)。學(xué)生在科學(xué)探究中提升了認(rèn)知能力、拓展了學(xué)習(xí)方式。在新課改理念下，通過(guò)科學(xué)探究活動(dòng)的開(kāi)展，很好地培養(yǎng)和發(fā)展了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。