基于问题解决的化学实验复习课教学——以气体的实验室制取复习为例.pdf

2023 年第7期实验教学案例基于问题解决的化学实验复习课教学以气体的实验室制取复习为例沈旭虹（上海市市西初级中学，上海 215111）摘 要：通过创设新情境，设计引发持续学习的进阶问题，引导学生搭建SO2实验室制取装置，并通过合作交流、反思优化和创新实验装置等环节，改变原来通过归纳和梳理落实知识为主的浅层复习，提升在新情境中解决问题的能力，培育学生的核心素养。关键词：情境创设；问题解决；学科能力；核心素养DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.07.010气体实验室制法是初中化学教学中的一个重要部分，也是每一位学生必须掌握并能实践应用的重要技能。目前采用的复习策略一般都是对O2和CO2的发生装置、收集装置进行比较归纳，随后进行练习强化。这种梳理固然有一定的效果，但这只是简单的回忆和梳理，复习效果再好，也只是落实了双基。建构主义主张学习过程应在一个具体的、真实的学习情境中，在教师的引导下，学生借助真实情境中的各种信息去解决问题，用真实的学习方式将已有的知识应用到实际问题的解决过程中。也就是说在复习课的教学中，学生需要面对的不应该是某个具体的知识或者某种具体类型的题目，而应该是真实的、复杂的综合性问题，学生在解决问题的过程中，整合知识、提升能力、形成素养 1。新课程也倡导基于真实情境的问题解决活动，引导学生通过合作、交流、讨论等方式解决问题2。基于这样的认识，我们以学生没有学过的SO2知识为情境，以提升在新情境中问题解决能力，达成核心素养的教学目标。通过变O2和CO2制取知识的梳理为应用，变接受式为主的听讲为问题引领、合作交流、动手搭建等突出学生主体地位的深度学习。1教学内容和教学目标分析教材中气体的实验室制取涉及第二单元O2的实验室制法和第四单元CO2的实验室制法，O2的实验室制取又包含利用氯酸钾和二氧化锰、双氧水和二氧化锰两种原理。通过前期新课学习，学生基本能掌握O2制取和CO2制取的原理、装置选择以及基本操作，但还没形成气体制取的一般思路，特别是面对陌生情境，如何根据反应物的状态（块状固体、粉末状固体、液体）、反应条件（是否加热）、产生气体的性质（溶解性、密度、是否有毒）等复杂情况，利用提供的仪器依据制取的要求进行组合及优化等能力和素养还没有形成，这正是需要通过本节课的复习达成的目标。根据化学课程标准要求和学生实际情况，制定如下教学目标。（1）用O2和CO2制取的已有知识去搭建一套SO2实验室气体制取装置。通过搭建、交流、反思等过程形成实验室气体制备的一般思路和原则，提升学生应用知识解决实际问题的能力。（2）在不同要求的装置搭建中，通过对SO2性质信息的分析和处理，提高学生获取信息和处理信息的能力；并在合作交流中学会合作学习与发展自我。（3）通过对气体制取装置过程性和终结性评价与反思改进，提升学生的创新意识和创新精神。2创设统领全过程的任务情境以能力提升和素养培育为目标的课堂教学不是通过对 O2和 CO2制取知识的简单归纳和总结能够实现的，而是需要在一个复杂问题的解决过程中逐渐形成。这就需要将这些知识整合在一个大任务情境中，为此，我们选择了以下情境。27SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验教学案例情境呈现：SO2是一种无色有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大，易溶于水和碱溶液。实验室常用粉末状的亚硫酸钠（Na2SO3）固体与稀硫酸在常温下反应制取SO2，反应的化学方程式：Na2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+H2O。情境分析：SO2的制取和CO2有一定的相似性，都是固体与液体不需要加热的反应，密度比空气大，易溶于水和碱溶液。同样是固体，CO2制取常采用块状固体，SO2是粉末状固体。这种差异性导致两者在装置选择上有所不同，需要涉及利用双氧水制取O2的装置。其次CO2是无毒的，SO2是有毒的，在收集时，除了采用向上排空气法外，还需要尾气处理。正是这种相似性和差异性，需要在完全理解O2和CO2制取装置的基础上，对SO2的性质进行比较、分析、综合后才能进行知识有效迁移。这恰恰是提升学生在新情境中解决问题能力的过程。此外，情境虽然简单，但能将气体实验室制法中发生装置、收集装置、净化装置、尾气处理、收集方法等几乎所有学习内容都能统整在里面，有利于教学目标的全面达成。3设计引发持续学习的进阶问题和实践活动良好情境的展开需要借助引发持续学习的进阶问题，并通过问题解决，建构知识、提升能力、落实素养。“搭建一套SO2的实验室制取装置”的学习过程实际就是解决选择什么仪器、为什么选择这种仪器、如何改进优化等一系列问题。这些问题是一个“由何”“是何”“为何”“如何”“若何”的问题，通过这些问题引导活动开展，实现思维进阶。3.1发生装置的搭建【教师】首先是选取怎样的发生装置，请大家结合已有知识，并阅读SO2有关信息，选择合适的发生装置，进行交流。【学生】回忆、认真阅读情境，选择适合制备SO2的发生装置，并说出其中的理由。【教师】请学生以小组为单位进行装置搭建、思考搭建装置（图1）的操作要点。【学生】各小组交流所搭建的装置并交流装置搭建中的要点。设计意图：根据所给情境材料信息，让学生根据已有知识，选择初步的发生装置。这个过程不是简单回忆有哪些类型的发生装置，而是用已有知识去解决问题。abABCDEF图1常见气体制取与收集装置3.2发生装置的优化【教师】装置A搭建起来比较简单，但是我们现在要收集一瓶较多的SO2，你觉得它是否合适呢？如果不合适，可以怎样改进？【学生】不合适，试管容积小只能用于收集少量的气体，收集较多的SO2可以选择用锥形瓶代替试管。【教师】装置B容积相对较大，可以用于制取较多量气体，使用这套装置时，操作顺序是怎样的？【学生】先加固体再添加液体，最后塞紧单孔塞。【教师】反应过程中，如果还有固体，液体却反应完了，则添加液体时需要再把单孔塞拔出来，非常不方便，有没有更好的改进方法呢？【学生】可以将单孔塞换成双孔塞，用长颈漏斗添加液体。【教师】大家再仔细看一看资料，资料显示“粉末状的亚硫酸钠（Na2SO3）固体与硫酸在常温下反应制取SO2”，再看看装置C，你觉得还有什么需要改进之处吗？【学生】粉末状固体药品与液体接触面积比较大，会造成反应过于剧烈，可以用分液漏斗来替换长颈漏斗，通过控制液体的滴加速度，使反应更平稳地进行。【教师】装置D能控制反应的开始，但不能控制反应的结束，我们是否可以用启普发生器作为该实验的发生装置呢？【学生】不能，启普发生器适用于块状固体和液体，本实验所用的固体为粉末状。设计意图：通过情境材料的关键信息，教师层层引导，在不断改进中形成最合适的发生装置。3.3收集装置的搭建【教师】探究了实验室制备SO2的发生装置，现在我们再来研究SO2的收集装置，同样我们还是先回顾一下学过的气体收集装置有哪些？以及每套装置的适用条件？282023 年第7期实验教学案例【学生】进行交流。【教师】梳理了常见气体的收集方法以及它的适用条件，我们再回到有关SO2的资料中，分析一下应该选用怎样的装置收集SO2，你的选择依据是什么？【学生】根据资料显示“它的密度比空气大，易溶于水”，只可以选用向上排空气法。设计意图：根据所给情境材料信息，让学生根据已有知识选择初步的收集装置。同样，这个过程也是用已有知识去解决问题。3.4收集装置的优化【教师】收集装置E用于实验室收集SO2有没有什么不妥当的地方？请再次阅读资料“SO2是一种无色有刺激性气味的有毒气体”。【学生】SO2有毒，该收集装置会造成空气污染。【教师】该如何改进呢？既然有毒气体不适用这种敞口排空气的收集装置，我们首先得解决它的敞口问题，要想办法先将瓶口封起来，所以要加一个瓶塞。这样设计是否可以？【学生】不可以，SO2可以进去，但空气无法出来。【教师】所以我们还得找一个出口让空气出来，怎么办呢？【学生】换一个双孔塞，一边进气，一边出气。【教师】当我们用装置 F 来收集 SO2气体的时候，SO2气体应该从哪边进，空气又应该从哪边出去呢？你判断的理由是什么？【学生】SO2密度大于空气，所以a进b出。【教师】利用这套装置收集SO2，我们就可以避免在收集的过程中，有毒的SO2逸出到空气中去，但是当这个瓶中的空气全部排尽后，如果SO2继续通入，就会有少量的SO2从b端出来进入空气中。那么这个问题我们又该如何解决呢？请大家再次阅读资料，看看能否找到解决的方法。【学生】可以用小气球收集尾气SO2，也可以根据资料显示“SO2易溶于水和碱溶液”，借助氢氧化钠或氢氧化钙溶液吸收尾气SO2。【教师】当用碱溶液处理尾气时，也可以借助F装置，只要事先在其中装入约半瓶溶液就可以了，你觉得SO2应该从哪端进入呢？【学生】a端进。【教师】通过我们共同的努力，终于探究出了一套比较完整的实验室制备SO2的实验装置，现在展示一下最终呈现出来的装置（图2）。图2实验室制备SO2的实验装置设计意图：根据SO2具有毒性这一关键信息，引导学生进行优化，引入多功能瓶和尾气处理装置。3.5引导学生反思升华【教师】我们利用O2、CO2的有关实验室制备知识，顺利解决了SO2的实验室制取过程，组装了实验室制取SO2的一系列装置，通过以上学习，你觉得在实验室制备气体时要综合考虑哪些因素？【学生】反应物的状态和反应条件决定发生装置，气体的密度、气体在水中的溶解性决定它的收集装置。如果是有毒气体，必须选用密闭的体系，并对尾气进行吸收处理。【教师】除了这些因素之外，我们还要根据具体的实验要求选择最合适的装置，比如制取少量气体就没有必要选用大型装置，用小试管及单孔塞就可以了。设计意图：通过自我反思，让学生自我归纳形成实验室制取气体的一般方法和原则，最终将知识转化为在新情境和复杂情境下解决问题的方法和能力。4教学体会（1）情境创设要有利于开展深度学习。本节课引导学生根据情境信息搭建一套SO2的实验室制取装置。因此，整个学习过程学生都沉浸在搭建活动及交流中，充分突出了学生的主体性。由此引发的学习是一种主动学习行为，而非被动灌输。搭建实验室制备SO2装置，是以小组为单位开展的合作学习。这样的学习方式，既重视知识本身的学习，也关注了学习过程中人际交往，是社会性学习，也是一种深度学习。本节课的主要学习方式是学生根据情境信息按照要求搭建装置，并进行交流，再通过反思后提出改进措施。因此，活动和反思是这节课的主要形式，而活动和 29SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验教学案例体验、批判性思维是深度学习的主要特征。（2）问题解决要有利于提升学科能力。本节课除了提升学生信息提取和处理能力外，还表现在整个问题解决过程并不是简单地梳理与O2和CO2制取的有关知识，而是迁移到一个新情境中，用所学知识去解决一个新问题，这样的学习方式获得的知识是活的，提升了学生的迁移能力。其次，实验室常见气体的制备操作是化学实验的基本操作和必备技能，通过 SO2制取装置的搭建和评价，有利于提升学生化学实验基本的操作能力，规范学生的基本操作流程。最后，SO2制取装置的搭建过程，经历了多次选择、多次反思、多次演变的过程，这是一个分析、评价、创新的过程，是思维能力进阶到高阶的过程。（3）教学评价要科学合理。新课程倡导合理开展自评、互评、教师评价，及时反馈学生的学习状态，帮助学生反思。本节课最后以一个成套装置呈现学习成果。在这个学习成果形成过程中，不断进行学生的自评、小组成员的互评及教师的评价。在教学过程中，发生装置和收集装置都是在不断地优化和改进中完成的，阶段性的成果和改进方案以及互动反馈也都是评价的依据，这种终结性和过程性相结合的评价是比较科学合理的。（4）复习宗旨要落实学科素养。面对固体粉末和液体反应如何选择发生装置，面对有毒气体如何选择收集装置，就是一个面对新的复杂问题所作出的决策和行动。这个过程最终将知识提升到了能力，进而发展为素养。另外本节课是一节实践活动为主的复习课，对学生的创新精神、实践能力及学科核心素养培育是显而易见的。参考文献1 于乃佳，王磊，范晓琼，等.基于主题式教学进行模块复习的教学实践研究：以“汽车中的化学”为例 J.化学教育，2017，38（9）：13-19.2 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）S.北京：北京师范大学出版社，2022.（上接第5页）频盛行，成为我们学习的资源。物理教学很多课题都可以拍成小视频，提高学生的学习兴趣。短视频拍摄对学生的综合能力提出了更高的要求，因此初期完成率低，教师应多鼓励以提升学生兴趣。同时绘制思维导图，每章节复习思维导图。（3）实验教具制作：利用所学知识制作物理实验模型、小教具。如制作小孔成像模型、望远镜、杆秤、土电话、液压机、摩天轮等模型；制作反冲小车、万花筒、手摇发电机等教具。作业形式多变，从传统的书面作业变为不同类型的作业，达到巩固知识和提高能力的目的。把一些简单易操作的实验布置到课后让学生在家完成，还可以亲子互动，增进亲子关系。3.2实际效果通过采取百变作业形式，从而培养物理来源于生活又服务生活的核心素养。学生能更好地探索和发现世界。我们可以思考把作业设计得更加有趣、有价值、更加贴近学科核心素养，提高学生学习物理的兴趣，减轻刷题负担，提高学习效率。3.3百变作业评价建议由于百变作业形式多样，这就要求教师有不一样的作业批改方式，笔者有以下几点建议：优秀作品公开展示，师生共同评价批改。借助乐童课后服务时间进行评价，有针对性地引导。推荐优秀作品参加省级的一些科学项目比赛，比如创新大赛，教具制作大赛等。初中物理学科的特点就是和社会生活联系十分紧密。作业设计要创设生活化的问题情境，引导学生运用所学的物理知识和原理在实践中去应用和解决问题，实现物理在现实生活中的价值。鼓励作业形式从封闭走向开放、从零散走向系统，作业的形式从单一走向多样性，不让作业成为负担，从而提高教学效果。参考文献1 韦强.“双减”背景下初中物理作业设计的实践思考 J.中学物理（初中版），2022，40（3）：8-10.2 沙苏慧，胡旭东.“双减”背景下的初中物理课后作业设计：问题及对策 J.教师教育论坛，2022，35（4）：52-54.3 吴刚.浅谈初中物理中的微视频应用 J.考试周刊，2017（84）：139.30