化学实验教学中构建“有意义的学习经历”探索

    陈懋

    

    

    

    摘 要：初中化学是基础教育的启蒙阶段，实验有助于激发学生的学习兴趣.创设故事情境，多角度设计实验收集事实证据揭秘，从宏观到微观认识科学本质，让学生做故事的主角，帮助学生构建“有意义的学习经历”，有效促进学生核心素养的提升.

    关键词：有意义;学习经历;启蒙阶段;实验教学

    1 问题提出

    初中化学是基础教育的启蒙阶段，是为学生的终身发展奠定必要基础的重要阶段，也是激发学生学习兴趣、培养学生化学思维、将学生引入化学殿堂的重要阶段.化学实验有助于激发学生的求知欲和学习积极性，可以培养和提高学生的动手实践能力，培养学生思维习惯.由于篇幅限制等原因，专家在编写教材实验时，都趋向简单明了地表达实验步骤及注意事项，对为什么这样做的理由未做阐述，这就导致不少教师虽然也开展实验教学，但是实验原理，实验步骤，甚至实验现象或结论的证据推理，都按“静态的”结论性知识对待，久而久之就会使得人们逐渐对学习化学到枯燥乏味，认为实验对于化学教学是可有可无的.这显然是一个无意义的学习经历，不符合初中学生思维形成与发展的规律，也就无法促进科学素养的提升，对学生的社会化发展更不利.

    2 “有意义学习经历”的理论内涵

    美国学者L·迪·芬克在《创造有意义的学习经历—综合性大学设计原则》中提出“教学应为学生创造有意义的学习经历”的教学观，并分析“有意义的学习经历”的内涵，他认为“有意义的学习经历”具有过程和结果两个维度，这两个维度各有两个特点（见表1）[1].

    社会建构主义认为，具体的情境是在该社会中活生生地进行活动实践过程.在此基础上，美国学者L·迪·芬克明确提出了“教学应为学生创造有意义的学习经历”的教学观，并从结果层面强调学习对学生的“影响”和学习所引起的学生“变化”、以及“影响和变化”是对学生融入社会的终身受益的价值.

    虽然此理论设想的出发点是让大学生能获取融入社会所必备的价值、更快更好地社会化，但其核心理念对发展学生核心素养具有很好的借鉴意义.笔者结合“溶解时物质的吸热和放热现象”的实验教学实践，谈谈如何在实验教学中给学生构建有意义的学习经历.

    3 设计思路

    “物质溶解时吸热和放热现象”是物质溶解基础上的延伸学习，是初中化学学习的重要组成部分，要求学生掌握的知识点主要是两个：一是物质溶解时可能对温度产生影响，二是哪些物质溶解时会吸热，哪些物质溶解时会放热.多数教师按教材实验演示，让学生触摸试管或观察温度计的示数变化，只是进行简单触摸或走马观花看看，没有多角度设计实验体验物质吸放热，没有从微观角度认识，学生获得知识快忘记也快，学生的思维“疼点”没有得到历练，过一段时间都忘记哪些物质溶解吸热或放热.

    本课结合“有意义的学习经历”的要求，按照“故事与问题、猜测与实验、分析与推理、验证与应用”的思路设计实验教学，创设故事情境，在情境中讲述了“天外来物，拯救家园”的揭秘故事，利用故事发展中的问题形成教学线索，把学生放在具体的故事之中，让他們做故事的主角，引导学生自主设计实验方案，观察并分析实验现象，证据推理得出实验结论，学生的学习从浅层引向深度，让课堂充满活力，既增加学生的实验设计能力，动手操作能力，又培养学生的科学探究的能力，有效落实学科核心素养.

    4 教学片段

    4.1 创设故事，设置问题情景

    故事情境 在某年一个晚上，太空中有一个不明飞行物掉入内蒙古的热水湖中，从而造成湖水温度下降，之后又在飞行物上发现三个写着NaOH、NH4NO3、NaCl字样的并装满这种药品的瓶子，附近居民都怀疑湖水温度与这三种药品有关，担心有不好的事发生，于是纷纷搬离家园.为平息这场动乱，政府发起了拯救家园行动，组成了一个专家团队，研究“这三瓶药品溶解在水中时水的温度变化”，揭开湖水温度降低的真相，最后发表研究成果.让人们不再恐慌，从而返回家园.假如你现在是专家组成员，你将如何揭开湖水温度变低的秘密？

    设计意图 故事是“有意义的学习经历”的载体.从天外来物导致湖水温度突然下降引出学习的问题，学生感受学习内容的价值和意义，兴趣被激发出来，思维也被牢牢抓住.

    4.2 自主实验，认识物质溶解温度变化

    4.2.1 源于教材，顺应知识体系的扩张

    教师引导学生提出猜想，并说明理由.学生猜测氯化钠在溶于水温度不变，因为每次触摸盐水都无感觉;也有学生猜测硝酸铵溶于水温度降低，因为在摇摇冰中存在硝酸铵;也有学生猜测氢氧化钠溶于水温度升高，因为在疏通下水道的化学药物中存在氢氧化钠.

    设问 如何制定“探究物质溶解时溶液温度变化”实验方案？要注意哪些事项？学生分小组讨论后得出，从控制变量角度考虑，水的体积和样品的质量必须相同，为了使实验时温度计变化明显，溶质的量要加多一些，溶剂的量要加少一些.温度计不能触碰容器底部和内壁，不能用来搅拌.实验步骤：（1）取三只烧杯各注入20mL水，将温度计插入盛水的烧杯中，观察温度计读数，如图1所示;（2）将等质量的NaCl、NH4NO3、NaOH分别加入上述三只烧杯中，用玻璃棒迅速搅拌，读出温度计的读数;（3）计算溶解前后液体温度的变化.该方案源于教材，但增加了食盐样品，渗透控制变量的科学方法.实验结果为：NaCl在溶解时溶液温度略有下降;NH4NO3在溶解时溶液温度明显下降;NaOH在溶解时溶液的温度明显升高.对学生而言，实测结果既有意料之中，也有意料之外，他们开始对今天的实验感觉有意义，他们的思维激起第一次碰撞火花.

    设计意图 引导学生先猜想再设计实验，让学生对实验结果更加期待，更加注意对实验现象的观察，更好地调动非智力因素，实测与猜测不相同，学习因此变得有意义起来.

    4.2.2 横向迁移，同化知识结构的更新

    追问 作为专家团队，在第一个实验中我们用到了温度计，但实验室的温度计最小刻度1℃，测量不一定很精确，况且只进行一次，我们不能得出普遍性结论.如果没有温度计，如何设计出其他的实验方案来探究溶解的温度变化，大家能设计出多少种方案呢？实验器材：烧杯、试管、玻璃棒、橡皮管、U形管、气球等，通过小组互助启发，得出四种方案.

    方案一 在三个盛水的烧杯中，分别加入三种固体，用玻璃棒搅拌，用手触摸烧杯外壁来判断溶液温度的變化.现象：NaCl溶液的烧杯无明显变化，盛NH4NO3溶液的烧杯较冷，盛NaOH溶液的烧杯壁较热.这种方法他们最先想到，但氯化钠溶于水的过程中，与第一个实验存在矛盾，他们知道凭感觉判断不准确，更激发学生的兴趣，课堂变得更有活力.

    方案二 在受到温度计测定方法的启示，将U形管与小试管和集气瓶组合在一起.当物质与水接触后出现放热或吸热现象，引起集气瓶内的空气体积变化，进而导致U形管中两边中的液柱出现高度差，U形管相当于一只粗略的温度计（如图2所示）.当试管中放入氢氧化钠固体，U形管左低右高，当试管中放入硝酸铵，U形管左高右低.当学生展示这个方案时，立即有学生给他们鼓掌.

    方案三 受到方案二的启示，利用吸热和放热导致气压变化.如图3甲所示，在试管中加入氢氧化钠，在烧杯中的导管冒出气泡现象，说明了氢氧化钠固体溶于水放热;如图3乙所示，氢氧化钠加入水中，气球鼓起来，说明氢氧化钠溶于水放热;如图3丙所示，烧瓶内放硝酸铵，当把滴管内的水滴入，气球鼓起来，也说明硝酸铵固体溶于水吸热.

    方案四 细心的同学发现烧杯壁上有水珠，直接观察.在盛水的烧杯中，分别加入NH4NO3、NaOH固体，用玻璃棒搅拌，然后观察烧杯的外壁和内壁，盛氢氧化钠的烧杯内壁有小水珠，说明氢氧化钠溶于水放热，盛硝酸铵的烧杯外壁有小水珠，说明硝酸铵溶于水吸热.

    教师设问：你认为哪种方案最好？学生认为方案二、方案三现象比较明显，方案一和方案四操作比较简单，方案四最震撼.追问：结合以上实验，你能得出什么结论？学生归纳得出，NH4NO3在溶解时，溶液温度明显下降;NaOH在溶解时，溶液的温度明显升高.

    设计意图 “听了，会忘记;看了，能记住;做了，能理解”.引导学生多角度设计实验，学生的思维多次碰撞，能真正投入学习中，课堂充满活力，促进深度学习的真正发生.

    4.3 分析推理，建立宏-微二重表征

    设问 溶液的温度为什么会发生这样的变化？为什么有的温度升高，有的温度降低？科学研究是一个表象到本质，从宏观到微观的过程，你们能从微观角度解释吗？教师展示物质溶解的微观模型，如图4所示.学生一边发言，其他同学及时补充完善.在溶解过程中发生了两种变化，一种变化是在水分子的作用下，构成物质的分子（或离子）被水分子拆开，并向水中扩散;另一种是物质的分子（或离子）与水分子相互作用，并结合成了水合分子.

    对于温度变化，笔者引导学生联系物质物态变化时温度变化，酒精蒸发向空气扩散温度降低，于是有学生猜测物质溶解扩散过程吸热，受此启发，立即有学生推测物质溶解水合过程放热，物质在溶解的过程中，如果扩散过程所要吸收的热量小于水合过程所能放出的热量，最终使得溶液的温度升高，反之溶液的温度则降低[2].

    设计意图 基于初中学生认知，拓展教材内容，从“宏观到微观”二重表征角度进行分析推理，迁移分子扩散猜测微观本质，引导学生举一反三，学习因此变得更投入.

    4.4 拓展视野，学以致用

    教师设问 如何验证物质溶解的水合过程是放热呢？教师提示，证明水合是放热的，就要避免扩散吸热的干扰，实验设计的要点就在于如何让物质与水接触，但要把扩散过程的影响减小到最小.或者，直接找一个水合的过程，进行热效应测定.教师演示：白色无水硫酸铜粉末吸水实验.使用胶头滴管加几滴水到白色的无水硫酸铜粉末中，同时用温度传感器测定此过程中的热效应.当学生看到白色粉末变成蓝色晶体，温度明显上升时，顿时教室发出欢呼的掌声，嘴中不断冒出：“哦，原来如此！”[3]

    追问 作为专家组成员，将如何报告湖水温度变低的真正原因？经专家组公示，湖水温度下降的原因，硝酸铵溶于水，扩散过程所要吸收的热量大于水合过程所能放出的热量，最终使得湖水的温度降低.随着气温的变化，湖水会蒸发，硝酸铵晶体析出后，湖水的温度会逐渐恢复，所以大家不要恐慌，可以放心返回家园.

    课外延伸 在课堂实测时，发现氯化钠溶于水的过程中，用温度计测溶液的温度出现略有下降的现象.但生活中，我们用手感觉溶液的温度基本不变，为什么呢？

    设计意图 设计实验验证微观机理，针对课堂生成开展课外研究，不仅拓展知识应用，体现学习的价值，还帮助学生深度理解知识，学习因此变得更有意义，也会更投入.

    5 教学反思

    故事是实验教学“有意义的学习经历”的载体.化学实验对全面发展学生的学科核心素养有着极为重要的作用.在化学实验教学中，在教材实验的基础上精心剪辑故事，以生活故事为教学境脉，可增强实验的感性认识，让实验更具有感染力和有趣味性，对吸引学生注意力和提高学习兴趣有较大的帮助，学生从而投入学习中，课堂充满活力.

    思维是实验教学“有意义的学习经历”的目标.劳厄曾说过：“教育所给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后剩下的东西.”化学学科核心素养是学生通过学习而逐步形成的化学价值观、必备品格和关键能力.在化学实验教学中，引导学生先猜测再实验，多角度设计实验，从宏观到微观分析推理，再设计实验验证微观机理，学生的思维“疼点”经历多次历练，让学生的学习更愿投入，课堂更有活力，学生的核心素养得到落实.

    参考文献：

    [1]杨宝权.高原.基于“有意义的学习经历”的化学概念教学——以纯净物中元素之间的质量关系为例[J].中学化学教学参考，2018（17）：23-26.

    [2]杨俊峰. 利用实验探究法的“物质溶解时的吸热和放热现象”的教学设计[J].化学教与学，2012（05）：88-89+34.

    [3]张建波.基于DOK分级模式的研究型课堂教学设计——物质在溶解过程中有能量变化吗[J].化学教学，2018（07）：63-67.

    （收稿日期：2020-01-15）