杜培樂
(東??h山左口中學(xué),江蘇 連云港 222300)
STEM教育是融合科學(xué)、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)為一體的現(xiàn)代教育理念[1]。它以整合的教學(xué)方式培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力,解決具體情境中的學(xué)習(xí)問題;以激發(fā)學(xué)生好奇心為出發(fā)點(diǎn),培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[2];運(yùn)用情景式教學(xué)方法,采取探究式教學(xué)模式,發(fā)展學(xué)生的思維能力?;赟TEM教育視野的化學(xué)課堂教學(xué)中,學(xué)生不僅能學(xué)習(xí)科學(xué)、技術(shù)、工程和數(shù)學(xué)等學(xué)科知識(shí),而且能充分理解科學(xué)、技術(shù)、工程與數(shù)學(xué)之間的關(guān)系,為學(xué)生提高學(xué)科核心素養(yǎng)打下堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。
1.源于現(xiàn)實(shí)生活
VC泡騰片是一種含有大量維生素C的片狀物品,可增強(qiáng)機(jī)體抵抗力,用于預(yù)防和治療各種急、慢性傳染性疾病、壞血病或其他疾病,用于病后恢復(fù)期、創(chuàng)傷愈合期及過(guò)敏性疾病的輔助治療。VC泡騰片放入水中,會(huì)產(chǎn)生大量氣泡,可以激發(fā)學(xué)生的探究熱情。
2.基于化學(xué)課標(biāo)
初中化學(xué)新課標(biāo)重視化學(xué)和社會(huì)的聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生從生活走向化學(xué)。生活是最好的素材,把生活經(jīng)驗(yàn)用于教學(xué),引領(lǐng)學(xué)生從生活經(jīng)驗(yàn)入手,科學(xué)分析生活問題,探究生活問題,得到經(jīng)驗(yàn),獲得真知,再將真知運(yùn)用到生活中,真正體會(huì)“生活處處有化學(xué)”。
3.立足于STEM理念
基于STEM教育理念的課程設(shè)計(jì)模式是將知識(shí)與技能進(jìn)行整合,將各學(xué)科或領(lǐng)域進(jìn)行交叉,這也是STEM教育的精髓。在探究VC泡騰片的過(guò)程中,合理猜想的假設(shè)加強(qiáng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng),實(shí)驗(yàn)的操作加強(qiáng)了學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng),實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)加強(qiáng)了學(xué)生的工程素養(yǎng),碳酸氫銨含量的計(jì)算加強(qiáng)了學(xué)生的數(shù)學(xué)素養(yǎng),因此探究VC泡騰片符合STEM教育對(duì)學(xué)生素養(yǎng)培養(yǎng)的要求[3]。
初三學(xué)生已經(jīng)掌握了制取氣體的化學(xué)反應(yīng)原理、發(fā)生裝置和收集裝置的相關(guān)知識(shí),初步掌握了實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路,但還是缺乏實(shí)驗(yàn)探究的經(jīng)驗(yàn)。基于此,本課題的教學(xué)目標(biāo)是:引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究氣體的成分,鞏固實(shí)驗(yàn)室制取氣體的思路和方法。學(xué)生通過(guò)小組合作進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究,得到科學(xué)的結(jié)論,感受成功的喜悅,以此培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、工程思維、計(jì)算思維、動(dòng)手思維等。從STEM四個(gè)維度出發(fā)制定教學(xué)目標(biāo)(見表1)。
表1 從STEM維度出發(fā)的教學(xué)目標(biāo)
續(xù)表
化學(xué)實(shí)驗(yàn)是提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的重要手段[4],對(duì)學(xué)生科學(xué)思想的形成具有不可替代的作用。此外,它對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和提高課堂教學(xué)質(zhì)量也有著極其重要的作用。基于初中學(xué)生好奇心強(qiáng),喜歡動(dòng)手的特點(diǎn),同時(shí)為了改變課堂教學(xué)中學(xué)生被動(dòng)的學(xué)習(xí)方式,提高學(xué)生運(yùn)用知識(shí)與解決問題的能力,本課題組開展了一系列的主題化實(shí)驗(yàn)探究,主要采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)法和實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)法,通過(guò)學(xué)生自主活動(dòng)合作探究的學(xué)習(xí)方法開展教學(xué)。
1.創(chuàng)設(shè)情境,提出問題
[教師活動(dòng)]一瓶普通的純凈水、一粒神奇的藥片,它們之間會(huì)發(fā)生什么樣的變化呢?讓我們一起來(lái)見證奇跡。演示實(shí)驗(yàn):VC泡騰片放入水中實(shí)驗(yàn)[5]。
[學(xué)生]思考、觀察。
[教師活動(dòng)]本節(jié)課,你想探究有關(guān)VC泡騰片的哪些問題?
[學(xué)生活動(dòng)]VC泡騰片溶解時(shí)產(chǎn)生的氣體是什么?VC泡騰片水溶液口感酸甜,溶液是否顯酸性?為什么VC泡騰片遇水會(huì)產(chǎn)生氣體?
設(shè)計(jì)意圖:從學(xué)生熟悉的事物引入課題,為探究氣體的成分及溶液的性質(zhì)創(chuàng)設(shè)了真實(shí)的問題情境,使新知識(shí)的學(xué)習(xí)建立在學(xué)生已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)上,既能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣,又能引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與社會(huì)生活的關(guān)系,不僅體現(xiàn)了STEM的情境性,而且培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。
2.探究氣體的成分
[教師活動(dòng)]VC泡騰片溶解時(shí)[6],產(chǎn)生的氣體是什么?你猜想的依據(jù)是什么?
[信息提示](見圖1)
補(bǔ)充:枸櫞酸是常見的二元有機(jī)酸,其化學(xué)式為C6H8O7
[學(xué)生活動(dòng)]猜想產(chǎn)生的氣體可能是CO2。根據(jù)信息提示,推斷是VC泡騰片中的碳酸氫鈉與枸櫞酸發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)補(bǔ)充信息培養(yǎng)學(xué)生的閱讀和信息分析能力,引導(dǎo)學(xué)生對(duì)生活中的化學(xué)問題進(jìn)行深層思考,從而科學(xué)地提出假設(shè),為探究打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
[教師活動(dòng)]如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案來(lái)驗(yàn)證你的猜想?
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論,利用教師提供的藥品和儀器,設(shè)計(jì)并完成實(shí)驗(yàn)。
[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論,歸納總結(jié),匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論(見表2)。
表2 探究氣體的成分
設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)親自動(dòng)手實(shí)驗(yàn),使學(xué)生強(qiáng)化氣體的檢驗(yàn)方法,訓(xùn)練實(shí)驗(yàn)操作技能,鞏固實(shí)驗(yàn)裝置的連接,培養(yǎng)技術(shù)素養(yǎng),同時(shí)體驗(yàn)了學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣。以問題為主線培養(yǎng)學(xué)生的思維能力,讓學(xué)生提出問題、猜想、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、實(shí)驗(yàn)活動(dòng),培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際問題的能力。
3.探究VC泡騰片溶液的酸堿性
[教師活動(dòng)]VC泡騰片溶于水后的液體像橙汁,品嘗時(shí)為什么會(huì)感覺到酸味?
[學(xué)生活動(dòng)]VC泡騰片的水溶液顯酸性。
[教師活動(dòng)]為學(xué)生提供藥品和儀器,并提出了要求,鼓勵(lì)學(xué)生設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)方案。
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案,根據(jù)酸的化學(xué)性質(zhì),設(shè)計(jì)出多種實(shí)驗(yàn)方案(見表3)。
表3 探究VC泡騰片溶液酸堿性的實(shí)驗(yàn)方案
[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。
[學(xué)生活動(dòng)]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng),將觀察到的現(xiàn)象及對(duì)應(yīng)結(jié)論記錄在表格中,匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論(見表4)。
表4 探究VC泡騰片溶液酸堿性
續(xù)表
設(shè)計(jì)意圖:一方面鞏固酸的化學(xué)性質(zhì)概念,另一方面增強(qiáng)學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。學(xué)生通過(guò)親身實(shí)踐,對(duì)所學(xué)的內(nèi)容有了更直觀的認(rèn)識(shí)和更真切的感受,順利歸納出了本節(jié)課所運(yùn)用到的相關(guān)化學(xué)知識(shí)。實(shí)驗(yàn)過(guò)程中培養(yǎng)了學(xué)生的技術(shù)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)探究精神,提高了學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題、解決問題的能力。
4.VC泡騰片水溶液的初步凈化
[教師活動(dòng)]實(shí)驗(yàn)中產(chǎn)生了大量淡黃色的VC泡騰片水溶液,直接傾倒會(huì)造成環(huán)境污染,假如你是一名環(huán)境工程師,該如何處理廢水呢?
[教師活動(dòng)]展示實(shí)驗(yàn)藥品和儀器:活性炭、VC泡騰片、燒杯、漏斗、玻璃棒、帶鐵圈的鐵架臺(tái)、濾紙。
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案。向燒杯中加入適量活性炭,再加入100毫升VC泡騰片水溶液,充分?jǐn)嚢韬筮^(guò)濾。
[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。
[學(xué)生活動(dòng)]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng),小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。
實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象:溶液由淡黃色變成無(wú)色。實(shí)驗(yàn)結(jié)論:活性炭可以除去溶液顏色。
[教師講解]原理分析:利用活性炭的吸附性除去顏色。
設(shè)計(jì)意圖:學(xué)以致用,通過(guò)這些問題的設(shè)計(jì)鼓勵(lì)學(xué)生走進(jìn)生活,快樂學(xué)化學(xué),不僅增強(qiáng)了學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識(shí),而且培養(yǎng)了學(xué)生的工程素養(yǎng)。
5.泡騰片中碳酸氫鈉的定量探究
[教師過(guò)渡]VC泡騰片溶解時(shí)產(chǎn)生CO2,那么一片VC泡騰片能產(chǎn)生多少二氧化碳?
[教師提問]如何計(jì)算VC泡騰片中小蘇打的含量[7]?如何確定二氧化碳的質(zhì)量?
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)方案(見表5)。
表5 碳酸氫鈉的定量探究實(shí)驗(yàn)方案
[教師活動(dòng)]評(píng)價(jià)每個(gè)實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)。
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并最終確定選用實(shí)驗(yàn)方案1,因?yàn)閷?shí)驗(yàn)方案1 操作簡(jiǎn)便,計(jì)算簡(jiǎn)單。
[教師活動(dòng)]展示實(shí)驗(yàn)儀器和藥品,如何確定實(shí)驗(yàn)步驟?
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論,根據(jù)實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)具體的實(shí)驗(yàn)步驟:將盛有適量水的錐形瓶和一片VC泡騰片一起放在托盤天平上稱量,記錄所稱的質(zhì)量m1;將這片VC泡騰片放入盛有適量水的錐形瓶,輕輕振蕩,觀察現(xiàn)象,待反應(yīng)一段時(shí)間后沒有氣泡產(chǎn)生時(shí),再放在托盤天平上稱量,記錄所稱的質(zhì)量m2;比較反應(yīng)前后的質(zhì)量。
[教師活動(dòng)]指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)。
[學(xué)生活動(dòng)]進(jìn)行實(shí)驗(yàn)活動(dòng),小組交流討論并匯報(bào)實(shí)驗(yàn)結(jié)論。計(jì)算VC泡騰片中小蘇打的質(zhì)量,以及小蘇打在VC泡騰片中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。
[教師活動(dòng)]哪些原因?qū)е聰?shù)據(jù)偏?。?/p>
[學(xué)生活動(dòng)]小組交流討論并匯報(bào),偏小原因: 部分二氧化碳溶解在水中; VC泡騰片沒有密封保存已經(jīng)受潮; 反應(yīng)時(shí)間過(guò)短,碳酸氫鈉還有剩余。
設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生用定量的科學(xué)方法探究物質(zhì)的組成。將問題與現(xiàn)象用數(shù)量來(lái)表示進(jìn)而去分析和實(shí)驗(yàn)。利用質(zhì)量守恒定律,引導(dǎo)學(xué)生從“質(zhì)”和“量”兩方面理解化學(xué)反應(yīng),培養(yǎng)工程素養(yǎng)和數(shù)學(xué)素養(yǎng),同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究和創(chuàng)新意識(shí)”的核心素養(yǎng)和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。
基于STEM教育理念,以探究VC泡騰片為主題,將科學(xué)素養(yǎng)、技術(shù)設(shè)計(jì)、工程技術(shù)和數(shù)學(xué)計(jì)算進(jìn)行有機(jī)結(jié)合融入真實(shí)情境中,以任務(wù)驅(qū)動(dòng)的形式引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。將科學(xué)探究貫穿于整個(gè)教學(xué)活動(dòng)之中,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力,強(qiáng)調(diào)多學(xué)科融合學(xué)習(xí),從而提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)?;赟TEM項(xiàng)目式學(xué)習(xí)開展教學(xué)活動(dòng),創(chuàng)設(shè)STEM情境,從社會(huì)生活的真實(shí)情境引入新課,既有利于學(xué)生從生活中發(fā)現(xiàn)化學(xué),又有利于激發(fā)學(xué)生的求知欲,并從化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)和解決問題。學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)中,不僅對(duì)酸的化學(xué)性質(zhì)有了深度的理解,還體驗(yàn)了氣體檢驗(yàn)的過(guò)程??傊麄€(gè)教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)有效地發(fā)展了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力、解決實(shí)際問題的能力,提高了學(xué)生的綜合素質(zhì)。