基于學科核心素養(yǎng)的“探究型”案例研究

程波

化學是一門以實驗為基礎的實用科學，化學學科的核心素養(yǎng)是化學學科最具科學本質(zhì)的素養(yǎng)?！镀胀ǜ咧谢瘜W學科核心素養(yǎng)》提出“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學精神與社會責任”5個維度的素養(yǎng)，如圖1所示，全面展現(xiàn)了學生通過化學課程學習形成的關(guān)鍵能力和必備品格。其中“科學探究與創(chuàng)新意識”是化學核心素養(yǎng)的“核心”，“證據(jù)推理與模型認知”是實驗探究的思維本質(zhì)與基礎，“宏微結(jié)合”和“變化平衡”是實驗探究與創(chuàng)新的化學視角，“科學精神與社會責任”是實驗探究與創(chuàng)新能力的體現(xiàn)與結(jié)果?！翱茖W探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)具體包括：發(fā)現(xiàn)和提出有探究價值的化學問題，能依據(jù)探究目的設計并優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結(jié)論；能和同學交流實驗探究的成果，提出進一步探究或改進實驗的設想；能尊重事實和證據(jù)，不迷信權(quán)威，具有獨立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神。

高中化學教學中如何落實“素養(yǎng)為本”的課程理念，促進學生科學探究與創(chuàng)新意識素養(yǎng)的內(nèi)化和提升，成為一線教師亟待解決的問題。本文以“電解法制備Cu（OH）₂”為例，創(chuàng)設真實的問題情境，引導學生開展一系列的科學探究活動，探索基于科學探究與創(chuàng)新意識維度的“探究型”課例的教學設計。

1課例分析

魯教版教材充分考慮到了電解原理的復雜性，采用逐步遞進的方式組織教材內(nèi)容，如圖2所示。“電解法制備Cu（OH）₂”是在學生學習完電解原理以后設計的一節(jié)“探究型”學習課，圍繞利用電解原理制備Cu（OH）₂開展一系列的科學探究活動。設計本課既是對電解原理知識的總結(jié)歸納，又是對教材內(nèi)容的拓展延伸。根據(jù)本節(jié)課涉及教材的結(jié)構(gòu)和內(nèi)容分析，結(jié)合高二年級學生認知結(jié)構(gòu)及其心理特征，制定了如下的教學目標：加深對電解工作原理的理解，了解電解質(zhì)溶液的性質(zhì)對電極反應的影響；通過對電解過程中異常現(xiàn)象進行實驗探究，掌握設計實驗的基本步驟和實驗探究的基本方法；通過對探究電解過程的反思、解釋和評價，親身經(jīng)歷“實踐——認識——再實踐——再認識”的認知過程，達到內(nèi)化“科學探究和創(chuàng)新意識”這一核心素養(yǎng)的目標。

2教學思路

本節(jié)課教學流程如下：

3實施過程

3.1創(chuàng)設問題情景，引入新課

教師：請同學們利用電解原理設計Cu（OH）。的制備方法。

實驗用品：8mol/L NaOH溶液，電壓12V的電源，燒杯。

實驗現(xiàn)象預測：

教師：下面請大家根據(jù)制備方法，進行實驗驗證。

學生活動：學生設計實驗并進行探究。

結(jié)果匯報：陽極銅片上產(chǎn)生氣泡且銅片表層和溶液慢慢變黑，陰極碳棒產(chǎn)生大量氣泡，并沒有生成預測的藍色絮狀沉淀。

設計意圖：問題情境的創(chuàng)設，學生利用已有知識預測的實驗結(jié)果和實際實驗現(xiàn)象不同，產(chǎn)生巨大的認知沖突，從而引發(fā)學生的探究欲望。

3.2引入新問題，讓學生深入探究

教師：我們發(fā)現(xiàn)實際反應現(xiàn)象和預期現(xiàn)象有很大的區(qū)別，為了能夠解釋上述異常現(xiàn)象，我們需要進一步研究哪些問題？

設計意圖：提出有價值的問題是學生探究能力的基本體現(xiàn)，在科學探究過程中經(jīng)常會出現(xiàn)此類問題。

師生共同討論：根據(jù)同學們提出的問題，可歸為兩類：①繼續(xù)探究在什么條件才能達到實驗目的，即有藍色絮狀沉淀Cu（OH）₂產(chǎn)生；②繼續(xù)探究異?，F(xiàn)象產(chǎn)生的原因，即通過合理猜想、設計實驗、收集證據(jù)，得出結(jié)論。

設計意圖：充分尊重學生的意愿，自主選擇探究課題，并為后期的交流、探究結(jié)果、合作學習提供平臺。

學生活動：第一組學生探究出現(xiàn)藍色絮狀Cu（OH）₂沉淀的條件。

教師：請同學們思考若要達到實驗目的，可以改變哪些反應條件？

學生活動：改變NaOH溶液的濃度；改變電解質(zhì)溶液；改變實驗裝置。

師生交流：“控制變量”——科學探究的基本方法。

學生活動：第一組學生再分3組，A組探討改變NaOH溶液的濃度，B組探討改變電解質(zhì)溶液，C組探討改變實驗裝置，各自進行實驗。

設計意圖：通過探討如何實現(xiàn)氫氧化銅的制備，使學生充分體驗“科學探究”的過程，進一步理解“控制變量”思想在科學探究中的應用。

A、B、C組的實驗現(xiàn)象見表1、2、3，實驗結(jié)論如下。

實驗結(jié)論：改變NaOH溶液濃度會影響反應速率，但兩極產(chǎn)物相同。

實驗結(jié)論：選擇Na₂SO₄溶液可以得到藍色絮狀沉淀Cu（OH）₂。

3六孔點穴板兩極反應現(xiàn)象類似，反應時間較實驗1更快。

實驗結(jié)論：由于裝置不同，則兩極間距離不同，兩極間距離越近反應越快。

師生分析：一般情況下，制備Cu（OH）₂關(guān)鍵是選取Na₂SO₄作為電解液。

學生活動：第二組學生探究實際反應產(chǎn)物，并分析其對應原因。

教師：探究一種未知物質(zhì)時的基本步驟有哪些？

師生小結(jié)：觀測物質(zhì)外觀——預測性質(zhì)——設計實驗——獲取證據(jù)——解釋及結(jié)論。

設計意圖：通過探討研究產(chǎn)物性質(zhì)，使學生掌握其基本步驟，并了解傳感器等現(xiàn)代教育技術(shù)在科學探究中的應用。

第二組學生探究實驗過程見表4。

學生分析異?，F(xiàn)象的原因：以NaOH溶液為電解液，銅片沒有放電生成銅離子，陽極區(qū)發(fā)生電極反應：4OH^--4e^-=O₂↑+2H₂O，生成氧氣把銅氧化成黑色CuO。

教師：由以上科學探究活動，同學們最終能得到哪些結(jié)論？

學生小結(jié)：以銅作陽極、NaOH溶液為電解液時，堿性條件下銅的放電能力較弱，陽極是OH一放電產(chǎn)生O₂，無法生成Cu（OH）₂。而酸性溶液溶液中銅的放電能力較強，也不能生成Cu（OH）₂。制備Cu（OH）₂應選用中性Na₂SO₄溶液，并且將兩極間距離縮小可加快反應速率。

3.3課堂小結(jié)，拓展應用

課外作業(yè)：請同學們在課下查閱資料，設計實驗方案，尋找制備Cu₂O的方法。

設計意圖：目前制備Cu₂0可行的方法是以Cu作陽極，濃NaOH溶液為電解液電解，讓學生進一步體會外界條件對電極反應的影響。

4教學反思

本節(jié)課主要采用學生分組實驗探究和分組討論的形式，充分利用POE（預測——觀察——解釋）教學策略，使學生積極參與到知識與能力的生成過程中。教學過程環(huán)環(huán)緊扣，從引發(fā)認知沖突到分組探究，再到解釋異常、得出結(jié)論，整個過程充滿自主探究的氛圍。尤其是探究實驗2和3，探究點各有側(cè)重，又都注重探究過程和探究方法的滲透，因此“探究+生成”是本節(jié)課最大的亮點，也是“探究型”課例的特點。

此外，本節(jié)課還具有以下特點。第一是讓學生感受真實的化學課堂。通過探究，讓學生學會辯證看待理論與實際的關(guān)系，體會實驗是檢驗化學原理的最高法庭，不迷信權(quán)威，提升學生獨立思考、敢于質(zhì)疑的科學品質(zhì)和批判的創(chuàng)新精神。第二是讓學生體驗自主的化學課堂，充分尊重學生意愿，讓學生根據(jù)個人興趣開展探究，在保證教學結(jié)構(gòu)完整的同時，又為學生創(chuàng)造交流、合作、分享的氛圍，取得較好的教學效果。第三是讓學生體驗科技的化學課堂，使用傳感器等現(xiàn)代教育裝備，進一步激發(fā)了學生學習化學的興趣。

根據(jù)化學核心素養(yǎng)5個維度之間的邏輯關(guān)系，設計“探究型”案例時，在充分關(guān)注學生“科學探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)發(fā)展的同時，還需兼顧其他4個維度素養(yǎng)的滲透和提升，不斷促進學生核心素養(yǎng)的提高。