基于真实情境的高中化学作业...计——化学中常用的实验方法_樊亚军.pdf

*通信联系人,E-m a i l:p e r s o n n e w 1 6 3.c o m基于真实情境的高中化学作业设计 化学中常用的实验方法樊亚军*陈媛媛 张 恒(复旦大学附属中学青浦分校 上海 2 0 1 7 0 0)摘要 依据课程标准,围绕核心素养,通过实例阐述了“双新”背景下基于真实情境的高中化学作业的设计。从生活 生产、学术研究、化学实验、化学史实、教材和跨学科等6个方面挖掘真实情境,精心组织问题,进行作业设计,突出作业对落实核心素养的功能价值。关键词 作业设计 真实情境 高中化学 实验方法D O I:1 0.1 3 8 8 4/j.1 0 0 3-3 8 0 7 h x j y.2 0 2 2 0 2 0 0 0 5 作业主要是指教师依据一定的目标而设计,并要求学生利用非教学时间完成的学习任务。作业设计是指依据一定的目标和教学内容,系统、合理设计学生作业的专业活动。作业的设计与布置是教师实施教学、检验教学效果的重要工具,也是学生学习活动中不可或缺的组成部分1。上海已全面进入“新课标”“新教材”的“双新”时代,但相应配套作业仍存在滞后性,大部分学校依然沿用“旧教材”的配套作业。这些作业的一大共同特点是呈现考试化倾向:作业形式与内容均与考试保持高度统一2,注重知识的记忆,缺乏应用知识解决问题能力的培养,在内容上偏理论而轻实际、形式上题型固定而缺乏创新。长此以往,学生会形成“化学是停留在课本内的学科”的固定认知和“不会用化学解决实际问题”的思维禁锢。因此,作业设计也应紧跟教育改革步伐,开发设计出符合当下需求的3、对落实学生化学核心素养有利的新型作业4。本文以上海科学技术出版社出版的高一化学第一章“化学中常用的实验方法”为例,浅谈几则基于真实情境的化学作业设计实例。1 基于真实情境的作业设计依据构建主义学习理论的创始人、心理学家让皮亚杰认为:主动参与(活动)既是认知的源泉,又是思维发展的基础。学生只有“亲历”“体验”“参与”对知识的认识和探究过程,才能促进学习。他的追随者奥苏贝尔提出的有意义学习理论认为:创设情境,引发学生对知识发生兴趣,产生认知的需要、产生一种要学习的心理倾向,就能激发学生的学习动机5。综合以上观点可知,构建主义学习理论强调真实情境可以唤起学生的求知欲和相应的情感体验,基于真实情境的问题解决过程可以让学生有积极的情感体验,就会对学习产生浓厚的兴趣,会更加积极主动地学习。以真实情境为前提的作业,能更好地引起学生的兴趣,更好地发展核心素养。迈克尔杨在 情境学习的教学设计中给出了“好的情境”的3项标准:(1)好的情境能够进行迁移,情境应该和学习者需要学习的知识密切相关,情境必须帮助学生深入到所要学习的概念知识或者程序性知识之中,同时情境能够提供其他丰富的例证或类似问题以使学习者产生概括化与迁移;(2)好的情境能够提供学习的意义,懂得“为什么要学习这个内容”;(3)好的情境能够适应“抛锚式教学”,好的情境应包含丰富的内容,应能使学习者有机会生成问题,提出各种假设,并在解决结构不良的、真实的问题的过程中获取丰富的资源,能发散学生思维,为学生深入学习提供机会和基础6。普通高中化学课程标准(2 0 1 7年版2 0 2 0年修订)中指出:真实、具体的问题情境是学生化学核心素养形成和发展的重要平台,也为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会。教学中应重视创设真实情境,基于化学知识提出具有价值与现实意义的问题,在问题解决过程中促进了学生化学学科核心素养的形成和发展。命题者应该准确把握“素养”“情境”“问题”和“知识”等4个要素在命题中的定位与相互联系(见图1)7。本文所述题目在编制过程中,充分考虑了化学核心素养,题目设计,先寻找承载知识的情境,再精心组织问81化 学 教 育(中英文)(h t t p:/w w w.h x j y.c h e m s o c.o r g.c n)2 0 2 3年第4 4卷第5期F i g.1 P r o p o s i t i o n a l f r a m e图1 命题框架题,让学生在问题的解决过程中,落实核心素养。把握“素养”“问题”“情境”和“知识”等4个要素在测试中的定位及相互联系,建构以化学学科核心素养为导向的测试框架。“情境”和“知识”同时服务于“问题”的提出与解决;“问题”“情境”“知识”3者之间存在着密切的联系。在关注核心素养的同时,也关注课程标准中的学业质量标准,从而使每道题都能体现学业质量水平。2 基于真实情境的作业设计实例本单元作业设计中的真实情境来自于以下6个方面:生活 生产情境、学术研究情境、化学实验情境、化学史实情境、教材情境和跨学科情境等。2.1 生活 生产情境生活中处处有化学,药物合成、材料的组成和结构、食物与营养及能量转化等都是生活中鲜活的化学情境。这些以生活经验为基础的丰富情境展现了化学学科的应用价值和功能,涉及内容宽泛,既包含元素化合物知识,也包括化学反应原理。生产情境包含自然资源的开发与利用、工业生产的条件与流程、物质的分离与提纯和有毒有害物质的处理等,这些内容都可为元素化合物知识、实验基本操作和实践探究等作业内容提供真实情境。例1:在罗宋汤的制作过程中加入植物油,可使番茄中的番茄红素溶解其中,罗宋汤颜色鲜美,深受大家的欢迎。请动手参与家中罗宋汤的制作,仔细观察制作过程中汤的颜色变化。从化学的角度解释加入植物油的作用:。答案:植物油与水互不相溶,番茄红素在植物油中的溶解度大于在水中的溶解度,在烹饪过程中植物油对番茄红素进行了萃取,大量的番茄红素溶解在植物油中。例2:海砂是海中的砂石,主要用途之一是用于工程建设的原材料。海砂中的盐类含有大量的N a C l,还含有少量的M g C l2、M g S O4和K C l,海砂盐分中的氯离子会侵蚀钢筋,给工程带来安全隐患。因此,建筑工程中采用的海砂必须经过专门的淡化处理。淡化海砂的方法之一是淡水冲洗法,请设计实验方案,证明海砂中的氯离子是否被冲洗干净?答案:取 最 后 一 次 冲 洗 液,加 入 足 量 的B a(N O3)2溶液,静置,取上层清液加入硝酸酸化的硝酸银溶液,若有白色沉淀生成,则证明没有冲洗干净,反之,则已经冲洗干净。例3:碳酸钠和碳酸氢钠在生活中有着广泛应用,如何鉴别它们呢?小明设计了一种实验方案,分别取少量固体溶于水,滴加足量盐酸,观察是否有气泡产生。你认为小明设计的实验方案是否合理?请说明理由。并请根据表1所给信息,采用适合在家开展的实验方案,区分这2种物质。表1 碳酸钠与碳酸氢钠的性质对比T a b l e 1 C o m p a r i s o n o f t h e p r o p e r t i e s o f s o d i u m c a r b o n a t e a n d s o d i u m b i c a r b o n a t e物质主要成分碳酸钠碳酸氢钠酸碱性水溶液呈碱性水溶液呈碱性热稳定性受热不分解2 7 0 时完全分解为碳酸钠、二氧化碳、水溶解过程中的热量变化放热吸热 答案:不合理。理由:碳酸钠或碳酸氢钠都可以与盐酸反应生成二氧化碳气体,无法通过是否产生气泡来鉴别。实验方案:分别取少量固体溶于水,溶解过程中温度升高的是碳酸钠,温度降低的是碳酸氢钠。设计说明:测试宗旨(核心素养)例1至例3三道试题的测试宗旨主要是:考查“宏观辨识与微观探析”和“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。要求学生能根据实验现象辨识物质及其反应,能从物质的宏观特征入手对物质及其反应进行分类和表征,能联系物质的组成和结构解释宏观现象(素养1水平1)。能对简单化学问题的解决提出可能的假设,依据假设设计实验方案,能运用多种方式收集实验证据,基于实验事实得出结论(素养4水平2)。例1通过对萃取知识的辨识,例2通过选择适合的方法完成对离子的检验,例3通过对碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别,反映了上述测试宗旨的要求。912 0 2 3年第4 4卷第5期 化 学 教 育(中英文)(h t t p:/w w w.h x j y.c h e m s o c.o r g.c n)具体的测试目标包括:能说明常见物质的性质与应用的关系(学业质量水平1 1,例1)。能根据化学问题解决的需要,选择试剂,完成简单的物质检验等实验(学业质量水平1 3,例2)。能根据已有的经验和资料做出预测和假设,能设计简单实验方案,能运用适当的方法控制反应条件并顺利完成实验;能收集和表述实验证据,基于实验事实得出结论(学业质量水平2 3,例3)。测试载体(真实情境)例1以生活中的罗宋汤为背景,结合高中化学教学实际,围绕罗宋汤制作过程中植物油的作用,创设了真实、有意义的情境。例2以生活中的建筑材料海砂为背景,围绕海砂除杂过程中的关键环节,创设了测试情境。例3以生活中的食用碱和纯碱的鉴别为背景,围绕设计碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别实验创设了测试情境。3道题均在情境基础上设计出测试任务,不仅有利于学生理解、应用相关知识,也给学生提供了运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题的表现机会。测试任务(实际问题)例1涉及对各种物质分离方法的原理辨析。例2涉及物质的检验方法,要求学生能根据物质的特征反应和干扰因素选取适当的检验试剂,设计简单实验方案。例3涉及物质的鉴别方法,要求学生结合常见物质热稳定性、溶解的热效应等方面的信息,且能根据物质的性质和所给信息设计简单实验方案。3道题充分体现了测试任务与真实情境之间的紧密联系。解决问题的工具(化学知识)例1要求学生识别出操作背后对应的萃取分离原理。例2要求学生运用学习过的知识解决试题提出的问题,这些知识包括氯离子的检验和利用化学方法除去干扰因素S O2-4。例3要求学生知道碳酸根离子、碳酸氢根离子的化学性质,并能够从表格中获取物质的热稳定性、物质溶解的热效应等相关知识后综合运用这些知识解决问题。2.2 学术研究情境学术研究情境是指通过专业期刊、新闻报道或文献检索获得的化学学科前沿知识。选取与中学化学知识内容密切相关的学科前沿知识作为作业素材,既实现了化学学科问题与真实情境的有效统一,又能够让学生充分体会到化学学科发展对推动人类进步所做的贡献。例4:当温度高于3 1、压强大于7.3 M P a时,C O2会进入超临界状态。此时,C O2的密度接近于液体,黏度接近于气体,能有效地把某些中药成分从原溶剂中萃取出来,与原溶剂分离后再借助减压、升温的方法使超临界C O2变成普通气体,中药成分完全析出,C O2回收再利用。下列说法正确的是()。A.由普通气体状态进入超临界状态,C O2发生了化学变化B.该萃取技术利用了物质在2种溶剂中溶解度的差异C.分离C O2与中药成分的步骤中用到的方法是过滤 D.该技术将加剧全球温室效应答案:B设计说明:测试宗旨(核心素养)本试题测试宗旨主要是:考查“证据推理与模型认知”和“科学态度与社会责任”的化学学科核心素养。要求学生具有证据意识,能基于证据对物质变化提出可能的假设,通过分析推理加以证实或证伪;能识别化学中常见的物质模型和化学反应的理论模型,能将化学事实和理论模型之间进行关联和合理匹配(素养3水平1)。能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献,主动关心与保护环境、资源开发等有关的社会热点问题,形成与环境和谐共处,合理利用自然资源的观念(素养5水平1)。具体的测试目标包括:要求学生能对常见物质及其变化进行描述(学业质量水平1 1,选项A、B、C);主动关心并参与有关的社会性议题的讨论,赞赏化学对人类生活和生产所做的贡献(学业质量水平1 4,全题情境);能运用所学的化学知识和方法分析讨论生产、生活中简单的化学问题,认识化学科学对社会可持续发展的贡献(学业质量水平1 4,选项D)。测试载体(真实情境)本题以学科前沿成果超临界萃取技术在中药提取中的应用为背景,结合高中化学教学实际,围绕利用超临界二氧化碳实现萃取并回收的关键环节,创设了真实、有意义的情境,并在此基础上设计出该题的测试任务,不仅有利于促进学生思考、推理和判断,也有利于培养学生将化学知识与生产、生活实际