姜苗苗
[摘? ?要]在化學(xué)課堂教學(xué)中,教師利用生活中的某些元素類比化學(xué)知識,創(chuàng)設(shè)化學(xué)學(xué)習(xí)情境,讓學(xué)生感知到化學(xué)無處不在,深刻體會化學(xué)的真實(shí)性和實(shí)用性,從而提高化學(xué)課堂教學(xué)效率。
[關(guān)鍵詞]生活元素;學(xué)習(xí)情境;模擬實(shí)驗(yàn)
[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? [文獻(xiàn)標(biāo)識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058(2021)20-0070-03
在化學(xué)課堂教學(xué)中,教師要想靈活多變地、輕松自如地駕馭課堂,就要不拘泥于自己原定的教學(xué)計(jì)劃,要勇于創(chuàng)新。利用生活元素創(chuàng)設(shè)化學(xué)學(xué)習(xí)情境就是教學(xué)形式多樣化與創(chuàng)新的一個重要體現(xiàn)。在教學(xué)中,教師以生活中常見的趣味性實(shí)例入手,將生活與化學(xué)知識緊密聯(lián)系,使學(xué)生在有限的時間內(nèi)掌握較為復(fù)雜的知識,從而激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣。
化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)教學(xué)的重要組成部分,在常規(guī)教學(xué)中,如果教師利用化學(xué)藥品和器材進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn),或者讓學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn),盡可能多地在每個章節(jié)都配以相關(guān)的可操作性實(shí)驗(yàn),并讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)貼近生活,利用生活中的某些元素類比化學(xué)知識,相信學(xué)生在獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)的過程中,會感知到化學(xué)無處不在,深刻體會化學(xué)的真實(shí)性和實(shí)用性。
一、利用生活元素創(chuàng)設(shè)情境的實(shí)例
(一)微粒之間的相互作用——共價鍵
1.課堂教學(xué)示例
以生活中的化學(xué)進(jìn)行導(dǎo)課,如汽車發(fā)生碰撞時,安全氣囊中所產(chǎn)生的氣體為N2;潛水員自帶呼吸器里的氣體為O2;舞臺上常用噴灑干冰CO2的方法來制造白霧以渲染氣氛,引導(dǎo)學(xué)生思考:這些由非金屬原子構(gòu)成的氣體分子是如何形成的?此前學(xué)生已掌握離子鍵的相關(guān)知識,即金屬原子和非金屬原子之間通過轉(zhuǎn)移電子形成陰陽離子,陰陽離子之間再通過靜電作用形成離子化合物。那么,對于兩個非金屬原子,它們是如何相互吸引和結(jié)合的呢?從而誘發(fā)學(xué)生的求知欲,幫助學(xué)生建構(gòu)常見分子與微粒間作用力關(guān)系的思維模式。
教學(xué)過程中,通過復(fù)習(xí)舊知識——離子鍵的簡單內(nèi)容,讓學(xué)生積極、主動地完成并展示相關(guān)微粒電子式的書寫,在鞏固舊知識的同時,獲得成就感,建立自信心,內(nèi)生學(xué)習(xí)動力,為后面高效地學(xué)習(xí)做好鋪墊;通過整理并概念化介紹新知識點(diǎn)——共價鍵及共價化合物,確保學(xué)生在掌握共價鍵相關(guān)基本理論的前提下,引入美國課堂中的“HONC”規(guī)則,即氫原子或鹵素原子(Hydrogen and Halogen) 在與其他原子結(jié)合時會形成一個共價鍵;氧原子(Oxygen)形成兩個共價鍵;氮原子(Nitrogen)形成三個共價鍵;碳原子(Carbon)形成四個共價鍵。改變傳統(tǒng)的教學(xué)方法,向?qū)W生提前滲透化學(xué)專業(yè)英語詞匯,使學(xué)生能夠在熟悉的英語情境中,輕松地掌握本節(jié)課的難點(diǎn)知識,很好地培養(yǎng)了跨學(xué)科學(xué)習(xí)的能力。
為了幫助學(xué)生理解分子內(nèi)部的原子結(jié)合方式及掌握電子式的書寫方法,教師設(shè)計(jì)以下探究活動:用圓形的紙片來類比原子模型。學(xué)生分小組進(jìn)行活動,每組學(xué)生在限定時間內(nèi),以“HONC”規(guī)則為前提,利用教師提供的一些帶有電子的原子紙片模型,構(gòu)造一些常見的共價化合物分子模型。一方面,此活動活躍了課堂氣氛,使教學(xué)任務(wù)情境化,每位學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動下,能夠充分發(fā)揮自身的合作、協(xié)調(diào)、溝通能力;另一方面,學(xué)生通過一些簡單易懂的分子紙片模型(如圖1),可快速掌握一些較為復(fù)雜的共價分子的電子式?!拔⒂^粒子宏觀化”使得抽象的化學(xué)語言得以形象化,使得學(xué)生的形象化思維向抽象化思維轉(zhuǎn)化,最終,能夠依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型,建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架,進(jìn)而培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。此活動更是體現(xiàn)了師生的平等性,師生共同分析討論,營造一種尊重、坦誠、公正的集體文化氛圍,注重師生之間、生生之間積極的情感互動,形成和諧、融洽的“情感場”,盡可能地讓更多的學(xué)生體會到成功的喜悅。
在此探究活動的評價中,需要每組派學(xué)生代表在黑板上畫出組內(nèi)成果,即不同共價分子的電子式,教師給予及時的反饋、評價與指導(dǎo),強(qiáng)調(diào)一些典型分子(如CO2、N2、H2O等)的電子式書寫要點(diǎn),并對學(xué)生的積極表現(xiàn)給予一定的鼓勵與獎賞。
2.家庭拓展作業(yè)
上網(wǎng)查閱共價鍵的“鍵能”與“鍵長”的相關(guān)知識,完成以下實(shí)驗(yàn),總結(jié)單鍵、雙鍵及三鍵的鍵能與鍵長的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)方案如下:
【實(shí)驗(yàn)】共價鍵強(qiáng)弱的比較。
將橡皮筋類比單鍵、雙鍵和三鍵,讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)分析、總結(jié)共價鍵的鍵能和鍵長。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩⑾鹌そ铑惐裙矁r鍵,通過對比橡皮筋被拉伸的長度,進(jìn)而比較共價鍵的鍵能大小。
實(shí)驗(yàn)材料:米尺,170 g食物,454 g食物,908 g食物,若干橡皮筋,掛鉤,回形針,塑料袋。
實(shí)驗(yàn)過程:
(1)將橡皮筋掛在門上的掛鉤上,使其自然下垂,測量其原始長度;
(2)將170 g食物放在塑料袋中,用回形針將塑料袋掛在橡皮筋上,測量橡皮筋的長度并計(jì)算其拉伸后的長度;
(3)將170 g食物分別換成454 g食物、908 g食物,再測量橡皮筋的長度,并記錄;
(4)在門上的掛鉤上放置兩根橡皮筋,并重復(fù)步驟(2)和步驟(3),對比相同質(zhì)量食物的拉伸下,橡皮筋長度的變化;
(5)在門上掛鉤上放置三根橡皮筋,并重復(fù)步驟(2)和步驟(3),對比相同質(zhì)量食物的拉伸下,橡皮筋長度的變化(如圖2)。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析及總結(jié):假設(shè)將一根、兩根、三根橡皮筋類比共價鍵中的單鍵、雙鍵及三鍵,試著總結(jié)共價鍵中,單鍵、雙鍵及三鍵的鍵能與鍵長的關(guān)系。
共價鍵的性質(zhì)——單鍵、雙鍵及三鍵的鍵能與鍵長的比較,在任何版本的教材中都占有舉足輕重的地位。靈活選取生活中的常見元素——橡皮筋來類比共價鍵,通過測量一根、兩根及三根橡皮筋上所掛重物的質(zhì)量,進(jìn)而幫助學(xué)生理解“三鍵的鍵能最大,而鍵長最小”這一知識點(diǎn)。
此實(shí)驗(yàn)操作簡單快捷,成本也較低,學(xué)生可分小組完成或者自行完成,進(jìn)而總結(jié)共價鍵的性質(zhì)。該實(shí)驗(yàn)雖然只是一個拓展小實(shí)驗(yàn),卻為學(xué)生創(chuàng)設(shè)了學(xué)習(xí)情境,培養(yǎng)了學(xué)生的思維拓展能力。它讓化學(xué)實(shí)驗(yàn)更加貼近生活,并利用生活中的某些元素類比化學(xué)知識,使學(xué)生感知到化學(xué)的真實(shí)性和實(shí)用性,這與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”相契合。學(xué)生初步學(xué)會收集各種證據(jù),對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化提出假設(shè),并基于證據(jù)進(jìn)行分析推理,證實(shí)或證偽假設(shè),解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系,確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑。
(二)原子核的組成及同位素
1.課堂教學(xué)示例
課始,教師先引導(dǎo)學(xué)生回顧舊知識:相對原子質(zhì)量即某原子的質(zhì)量與C-12原子質(zhì)量的1/12的比值,再引入一則考古類新聞:1929年12月2日,北京人頭蓋骨被發(fā)掘出來,經(jīng)C-14含量測定,推測其約存在于70萬年以前,進(jìn)而引發(fā)學(xué)生思考:C-12和 C-14是同類原子嗎?它們有何區(qū)別?從而激發(fā)學(xué)生的好奇心。
教學(xué)過程中,教師從學(xué)生熟悉的原子部分知識展開,即原子是構(gòu)成物質(zhì)的一種微粒,它是由原子核和核外電子構(gòu)成的;再提出問題:原子核是否可以再分?如果可以,又可分為哪些微粒呢?接著直接轉(zhuǎn)述科學(xué)事實(shí):大多數(shù)原子的原子核是由質(zhì)子、中子和電子構(gòu)成的;然后利用多媒體展現(xiàn)三種微粒的質(zhì)量、相對質(zhì)量及電量對比的表格,待學(xué)生牢固掌握此部分內(nèi)容后,再次剖析盧瑟福金箔實(shí)驗(yàn)的模擬動畫,根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,學(xué)生將得出更為具體的結(jié)論:相對電子而言,質(zhì)量較大的質(zhì)子和中子位于體積很小的原子核內(nèi),電子則在原子核外做高速的運(yùn)動;引導(dǎo)學(xué)生深度思考:忽略電子的質(zhì)量,原子的相對原子質(zhì)量在數(shù)值上與原子的質(zhì)子數(shù)和中子數(shù)有何關(guān)系?質(zhì)量數(shù)是什么?最后總結(jié)本課重點(diǎn):原子核內(nèi)所有質(zhì)子和中子的相對質(zhì)量取近似值加起來,所得數(shù)值近似等于該原子的相對原子質(zhì)量,我們將其稱為質(zhì)量數(shù),用符號A表示。[AZ]X中,Z表示質(zhì)子數(shù),X表示元素符號。如[126]C表示質(zhì)量數(shù)為12,原子核內(nèi)有6個質(zhì)子的碳原子或原子核內(nèi)有6個質(zhì)子和6個中子的碳原子。在解釋了C-12原子的微觀組成后,讓學(xué)生試著總結(jié)C-14原子的微觀組成。學(xué)生便會順理成章地得出C-12和C-14是碳元素的兩種不同原子。教師總結(jié)同位素概念:同一種元素的原子具有相同的質(zhì)子數(shù),但中子數(shù)不一定相同。
以學(xué)生感興趣的寵物進(jìn)行類比,展示一組小狗的圖片(如圖3),小狗屬于同一種類,但是它們卻有著各自不同的特征,如顏色、大小、耳朵的形狀、毛發(fā)的長度等都各不相同,但它們?nèi)詫儆谕晃锓N。由此類比化學(xué)中同一元素的原子,以此增強(qiáng)課堂的趣味性,進(jìn)而強(qiáng)化學(xué)生對于同位素的認(rèn)知。再通過一些常見同位素(如氕、氘、氚)原子內(nèi)部微粒個數(shù)的判斷,讓學(xué)生進(jìn)一步熟悉質(zhì)子數(shù)、中子數(shù)及質(zhì)量數(shù)的判斷技巧,輕松破解本節(jié)課的重難點(diǎn)。
此外,還可以讓學(xué)生通過觀察元素周期表,強(qiáng)化某些常見元素的原子中所含質(zhì)子數(shù)的判斷,并提出問題:質(zhì)量數(shù)是整數(shù),而元素周期表中的原子質(zhì)量為何是小數(shù)?引導(dǎo)學(xué)生查閱相關(guān)資料,掌握利用同位素原子質(zhì)量及其相對百分含量來計(jì)算元素原子質(zhì)量的方法。在時間允許的情況下,帶領(lǐng)學(xué)生完成以下拓展性實(shí)驗(yàn),以便學(xué)生深入理解元素原子質(zhì)量的計(jì)算方法。
2.課堂拓展實(shí)驗(yàn)
【實(shí)驗(yàn)】彩虹糖類比同位素測原子質(zhì)量。
教師準(zhǔn)備:為每個學(xué)生提前備好約50粒三種顏色的彩虹糖。
實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簩⒉屎缣穷惐韧凰氐牟煌?,并?jì)算每顆彩虹糖的質(zhì)量,進(jìn)而使學(xué)生熟悉同位素原子質(zhì)量的計(jì)算方法。
實(shí)驗(yàn)材料:約50粒三種顏色的彩虹糖,電子天平,塑料杯或其他容器。
實(shí)驗(yàn)過程:每組學(xué)生將彩虹糖樣品進(jìn)行分組,可根據(jù)顏色或者大小等進(jìn)行分組,分成3組后,標(biāo)記為A、B、C組,將其視為三種同位素,分別稱量三組彩虹糖質(zhì)量,并記錄每組彩虹糖的數(shù)量,把實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄在下列表格中(如表1)。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析:
(1)用總質(zhì)量除以數(shù)量,計(jì)算出每組彩虹糖的平均質(zhì)量;
(2)分別用三組彩虹糖的數(shù)量除以彩虹糖總數(shù)得到每組的相對含量;
(3)分別用三組彩虹糖的相對含量乘以百分之百得到每組的百分含量;
(4)將步驟(2)中的相對含量乘以每組對應(yīng)的平均質(zhì)量得到每組彩虹糖(類比每種同位素)的相對質(zhì)量;
(5)將步驟(4)中各組彩虹糖的相對質(zhì)量相加,即為彩虹糖的原子質(zhì)量。
實(shí)驗(yàn)過程如圖4所示。
實(shí)驗(yàn)總結(jié):一種元素的原子質(zhì)量等于這種元素的每個同位素質(zhì)量乘以該種同位素原子在自然界中的相對含量的和。
將學(xué)生感興趣的食物——彩虹糖類比為抽象的微觀粒子——原子,通過實(shí)驗(yàn)中相對簡單的計(jì)算過程,促進(jìn)學(xué)生掌握較為復(fù)雜的“元素原子質(zhì)量”計(jì)算問題。實(shí)驗(yàn)后,可以將未使用的彩虹糖作為獎勵分發(fā)給學(xué)生。學(xué)生“吃在嘴里,甜在心里”,進(jìn)而提升了化學(xué)課堂的魅力。
此實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康脑O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,對觀察記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論,培養(yǎng)了學(xué)生獨(dú)立思考的能力和創(chuàng)新精神。同時很好地培養(yǎng)了學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
二、教學(xué)反思
當(dāng)前教育形勢下,教師要重新審視和梳理學(xué)生的學(xué)科思維,把培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣、挖掘?qū)W生學(xué)習(xí)潛力、提升學(xué)生綜合素養(yǎng)放在首位;使化學(xué)與生活有效結(jié)合,在落實(shí)化學(xué)基礎(chǔ)知識的同時,密切聯(lián)系學(xué)生自身生活和社會實(shí)踐,以化學(xué)問題為載體,以學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)為核心,提升學(xué)生熱愛化學(xué)的情感及實(shí)踐活動能力。如此,教師便可做到“教得活”,學(xué)生也可做到“學(xué)得活”。
[? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?]
[1] 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[M].北京:人民教育出版社,2018.
[2]? 王祖浩.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書化學(xué)2必修[M].南京:江蘇鳳凰教育出版社,2015.
[3]? WILBRAHAM? A? C,STALEY? D? D,MATTA? M? S,et al.Pearson chemistry:teacher,s edition[M].Boston:Pearson Education, 2012.
(責(zé)任編輯 張 簡)