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化学教学中合作探究的课堂应用研究

更新时间:2009-03-28

《普通高中化学课程标准》(2017年版)指出:以发展化学学科核心素养为主旨,立足于学生适应现代化生活和未来发展的需要,充分发挥化学课程的整体育人功能,构建全面发展学生化学学科核心素养的高中化学课程体系。化学学科核心素养包括“宏观辨析和微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”等5个方面[1]。合作探究能够有效地培养学生的科学探究素养、创新意识、科学态度和社会责任,符合化学学科核心素养培养理念,但是在实际教学中,并不是每节课都适宜采用合作探究这种教学方式,那么,化学课堂教学中如何应用合作探究呢?笔者结合自己的教学实践,谈谈个人的认识。

一、合作探究的含义

合作学习是有指导地使用小组教学,让学生在一起学习,使所有学生的学习效果最大化的教学活动[2],合作学习的有效性要用积极互赖、面对面的促进性互动、个体责任、人际与小组技能和小组自评等五个关键因素来衡量[3]。探究性学习是指学生围绕一定的问题、文本或材料,在教师的辅助下,自主寻求或自主建构答案、意义、理解或信息的活动或过程[4],合作学习是一种组织形式,尤其能培养学生的社交能力和社会责任,探究性学习是学习的真谛,尤其能培养学生的科学态度和创新意识,二者都是学生应具备的科学素养。合作探究将合作学习和探究学习有机融合,是当今教育的发展需要,符合《普通高中化学课程标准》理念。笔者在教学实践中将学生分成4人小组,先由学生进行自由组合,然后教师适当进行调配。小组成员合作时间为一学年。基本教学环节是教师设计探究问题;学生围绕探究问题进行探究,小组成员之间辩论、质疑;教师组织小组之间的交流互动;教师评价。评价是合作探究的关键环节,是推动合作探究长期有效进行的重要因素,评价的依据包括小组成员的合作程度和小组整体参加各种测试所得成绩,合作程度包括小组成员贡献度、课堂与课外活动参与度、作业态度和小组任一组员是否都理解及解答所有问题等;测试成绩包括单元小测得分、小组之间辩论得分、课堂小组成员回答问题得分、帮助其他组解决问题所得加分和参加校外活动所得加分等,教师课前需要精心设计一份评价表,根据统计可以实行周评、月评、期中评和期末评等,关键是将小组学生“捆绑”在一起,用小组整体成绩作为个人评价的依据[5]

二、化学教学中合作探究的应用

尽管合作探究越来越受到教师的青睐,但大多数教师要么所有课都采用合作探究,要么只有实验课采用合作探究。其实,合作探究除了应用实验教学以外,主要用于解决教学中的重难点问题、学生学习过程中的疑难问题。笔者认为以下几个方面的内容最适合应用合作探究。

1.应用合作探究澄清模糊概念

化学概念有其内涵和外延,学生经过小组组员间讨论以及小组之间互动辩论,分析关键字和词,揭示概念的本质特征和应用范围,经过教师的评价,澄清迷思,以达到正确理解和辨析的目的。

案例1:请同学们探究以下问题:NO2是酸性氧化物吗?是硝酸的酸酐吗?

小组5:M点的正反应速率大于N点的逆反应速率,因为M点的温度大于N点的温度。

小组1:NO2不是酸性氧化物,因为酸性氧化物就是相应的酸酐,NO2不是硝酸的酸酐。

小组2:NO2是硝酸的酸酐,因为NO2溶于水生成了硝酸。

小组3:NO2不是硝酸的酸酐,因为NO2溶于水除了生成了硝酸,还生成了NO。

小组4:NO2不是硝酸的酸酐,因为酸酐和对应酸中中心元素的化合价应该一致,NO2中氮的化合价为+4,而HNO3中氮的化合价为+5。

教师:小组4结论和解释正确,小组3的结论正确,解释不正确。那么,小组1的结论和解释正确吗?

这种轴电流主要出现在电机机座未可靠接地,转轴通过负载侧机械接地的情况。共模电压产生的共模电流最终经过电机机座汇入大地返回至变频器中性点,由于共模电流的路径存在线路阻抗,特别是当电机机座接地处的阻抗较大时,电机机座对地就存在一定的电势差。

小组5:小组1的结论和解释都不正确,因为酸性氧化物是指与碱作用生成盐和水的氧化物,而不是酸性氧化物就是酸酐,NO2与NaOH溶液反应生成NaNO2、NaNO3和H2O,所以NO2是酸性氧化物。

小组6:NO2与NaOH溶液反应生成NaNO2和NaNO3两种盐,所以,NO2不是酸性氧化物。

对设计的分布式分油机仿真试验内容包括分油机程序测试见图7。LCD显示的3行分油机运行的逻辑判断,中间部分为需要受训人员回答的问题,最上一行部分为上一个已经回答的问题,最后一行在LCD中以黑色字体显示的问题为尚未回答的问题。当上位机发送信息请求指令时,分油机仿真面板将定义好的数据格式发送给通用板卡,经其在CAN总线上广播,通用板卡接收并转发,借助以太网调试助手第3方软件在PC监视器屏上显示指定格式的数据信息。

接触者检查是掌握感染与发病的最早时点,对接触者进行X线检查,并定期追踪检查能发现相当多的病人,其检出率也高。在全人口中每名肺结核患者有家庭密切接触者2~3名,沈阳市结防所调查1个传染源平均接触4人,其中儿童1~2人,全民中有接触及接触史者占10%,对这部分人的检查,可压缩检查对象90%[1 0]。可见接触者尤以排菌病人接触者比一般人感染率、阳转率、患病率都高。

教师:小组5和小组7的解释和结论正确。特别注意酸酐不一定是氧化物,如乙酸的酸酐为(CH3COO)2O,并不是氧化物。

随着工会经费的增加和会计工作的日益复杂,工会会计的风险逐渐增加。因此,工会应当根据有关会计准则的进一步研究,建立完善的监督管理机制,进一步规范和完善会计管理,提高会计信息质量,促进有序会计的工作方式。

2.应用合作探究解决实验中的新发现

奥苏伯尔的认知同化论认为,学生学习是一个同化和发展自身认知结构的过程,学生从事新的有意义的学习时,必须有适于新知识学习的原有的认知结构。当学生实验探究过程中有新发现,所观察到的现象与书本上的预期现象不同时,引发主体上的认知冲突,强烈的好奇心和求知欲激发内部学习动机,促使学生去探究“新发现”的奥秘。

教师:小组10的结论正确,小组5的猜测成立。

小组内同学经过充分讨论、质疑和辨析,统一认识后,教师组织小组间同学互动。各小组派代表进行辩论和答疑。

小组1:电流计指针发生偏转,锌片溶解,铜片上有气泡产生。

小组2:电流计指针发生偏转,锌片溶解,铜片上有气泡产生,锌片上也有气泡产生。

问题1:T1、T2谁大?该反应是放热反应还是吸热反应?

(2)暂堵压井胶塞在常温下的黏度较低(1 h控制在36 mPa·s以内),易于泵注。在井筒条件下快速成胶,形成具有极高强度和黏弹性的固体,120℃下的初始黏度可达30000 m Pa·s以上,老化48 h后能保持半固态-冻胶态,黏弹性好,对井筒具有良好的封堵作用,且与解堵液接触后可在1~4 h内破胶。

教师:为什么锌片上也有气泡产生呢?

小组3:锌片不纯,自身形成许多细小的原电池,从而锌片产生氢气。

小组4:锌片直接与稀硫酸接触,发生化学腐蚀而产生氢气。

小组5:与稀硫酸的浓度有关系,稀硫酸的浓度太大了。

保罗与米丽安失败,是因为他们之间只有精神的交流而没有肉体的宣泄,而他与克拉拉之间的恋爱无果,恰恰是因为他们之间只有肉体的激情而没有精神的融合。两场恋爱的失败,表明劳伦斯对纯粹精神的恋爱和纯粹肉体的恋爱都持否定的态度。在劳伦斯看来,精神与肉体割裂的爱情,违背了人类对精神的追求和对肉欲渴望的自然本性,必然是畸形的,也是易逝的。只有精神之爱与肉体之爱之间的完美结合,才会有鲜活的、持久的完美爱情。

教师:小组3、4、5的猜测都可能成立,请各位同学下课后利用网络进行查找,看看其他老师或者同学有没有进行相应的探究,下一节课我们将继续探究这一原因。

经过各小组的课后探究,第二节课继续组织小组间的互动。

小组6:经过网上搜索,锌片产生氢气的原因除了锌片本身不纯外,还与连接锌片和铜片之间的导体的电阻、稀硫酸的浓度等有关[6]

教师:如何设计实验验证锌片产生氢气的原因与连接锌片和铜片之间的导体的电阻有关?

现如今的小学生,虽然在心智与身体都处在发育阶段,但是很多小学生都有着很强的自我意识,在组织集体活动或是展开课堂管理时,常常会出现叛逆的情绪。老师常常面临着来自学校管理和课堂管理能力不够的双重压力,在如此状况下,老师和学生很难实现友好互动,矛盾甚至会突然激发。导致师生关系恶化,极大的阻碍了班级管理工作的正常展开。

小组7:电阻的大小与导电材料、是否有接点、导体的长度、导体的横截面积有关,我们可以用相同浓度的稀硫酸,分别采用图1、图2和图3所示的装置进行实验(图2、图3的锌片和铜片用焊锡焊接,且图3的焊接部分用清漆覆盖)。

专业技能课程在教学医院医学影像科进行,使“教、学、做”一体化,校内基本技能实训与临床岗位对接。第三、六学期的小学期,完全设置为专业技能训练课,实训内容与学生任职岗位技能要求紧密对接,实训操作流程与岗位工作流程紧密对接,构建螺旋式上升的能力训练体系[2]。

教师:请各小组按照小组7的方案进行探究。

各小组探究之后继续进行小组间的互动。

  

图1

  

图2

  

图3

小组8:用图1装置进行实验,锌片产生的氢气比用图2装置进行实验,锌片产生的氢气多。

小组9:用图3装置进行实验,锌片上没有氢气产生,但时间长了有极少量的氢气产生。

教师:小组8、9的实验结论正确,因为电阻正比于导体的长度,反比于导体的横截面积。小组5提出猜测,锌片产生氢气与稀硫酸的浓度有关系,稀硫酸的浓度太大了。如何设计方案验证?

各小组代表纷纷提出:改变稀硫酸的浓度。

“绿色2”是在生态环保问题日益严峻的社会背景下,在可持续发展战略的方针下应运而生的,是转译“Green Revolution”中的“Green”进一步演化形成的。21世纪开始后随着社会的发展,人们环保意识的增强,在汉语修辞的作用下,“绿色2”的使用频率更高,并继续向更独立更自由的方向发展。例如:

教师:现有2mol·L-1H2SO4、1mol·L-1H2SO4、0.1mol·L-1 H2SO4、0.05mol·L-1H2SO4,请各小组用相同的锌片、铜片、电流计和导线完成实验。

各小组探究之后继续进行小组间的互动。

小组 10:用 2mol·L-1H2SO4和 1mol·L-1H2SO4进行实验,锌片上有少量氢气产生,用0.1mol·L-1H2SO4和0.05mol·L-1H2SO4进行实验,锌片上没有氢气产生,但时间长了会有极少量氢气产生。

案例2:请以铜片、锌片为电极,稀硫酸为电解质溶液,探究原电池原理。

3.应用合作探究突破教学难点

对于教材中的难点内容,教师费尽口舌,反复讲解,学生还是似懂非懂。但采用小组合作探究,由学生自己质疑、释疑和辩论,问题迎刃而解。例如化学教学中的“看图说话”,既是教学的重点,又是教学的难点,也是考试的热点。2017年高考全国Ⅰ卷理综化学试题中,通过看图说话体现的共有9道题,涉及坐标图、实验装置图、工艺流程图和物质结构图等等。

案例3:在恒容密闭容器中通入X并发生反应:2X(g)Y(g),温度T1、T2下X的物质的量浓度c(X)随时间t变化的曲线如图4所示,请探究下列问题:

  

图4

此时教室中一片沸腾,各小组纷纷表示锌片上也有气泡产生。

问题2:该反应进行到M点放出的热量与进行到W点放出的热量谁大?

问题:3:M点的正反应速率与N点的逆反应速率谁大?

问题4:T2下,在0~t1时间内,Y的平均反应速率是多少?

小组内同学经过充分讨论、质疑和辨析,统一认识后,教师组织小组间同学互动。各小组派代表进行辩论和答疑。

本发明提供一种综合电镀废水处理方法,其特征在于,所述处理方法依次序包括:(1)将综合电镀废水进行预处理,得到预处理水;(2)将步骤(1)得到的预处理水进行生化处理,得到生化处理水;(3)将步骤(2)得到的生化处理水进行浓缩处理,得到浓缩处理高盐浓水和回用水;(4)将步骤(3)得到的浓缩处理高盐浓水进行蒸发结晶处理,得到回用水和结晶物;其中回用水标准为:pH 6 ~ 8,电导率≤50,COD≤30,浊度≤1;该方法操作简单、运行稳定、成本低廉、处理效率高,从而达到电镀生产综合电镀废水的零排放或低排放,同时对废水中各金属离子实现较高纯度的回收。

小组 1:T2>T1,因为 T2下达到平衡时 c(X)减小多,所以温度高。

教师:下面进行问题1的探究。

小组2:小组1的结论不对,因为该反应的热效应还未知,应该是T1>T2,因为T1下先出现拐点,即先达到平衡,且出现拐点前c(X)随时间变化曲线斜率比T2下大,说明T1下化学反应速率比T2下大,温度高化学反应速率大。

教师:小组2结论和解释正确,应该用化学反应速率大小判断温度高低,而不应该用反应物浓度减少的多少判断温度高低。继续探究。

小组7:酸性氧化物的概念中并没有指明生成几种盐,只要是与碱作用生成盐和水的氧化物就是酸性氧化物,所以,NO2是酸性氧化物。

小组3:该反应是放热反应,因为从T2→T1,温度升高,c(X)增大,平衡向逆反应方向移动,据温度对化学平衡的影响规律:升高温度,平衡向吸热的方向移动,即该反应逆向吸热,正向放热。

教师:小组3结论和解释正确,解答化学平衡图像试题的思路是看图像找规律,想原理作判断,下面进行问题2的探究。

小组4:W点放出的热量大,因为该反应是放热反应,W点c(X)减少得多,即正向进行的程度大,放出的热量大。

教师:小组4结论和解释正确。继续进行问题3的探究。

小组内同学经过充分讨论、质疑和辨析,统一认识后,教师组织小组间同学互动。各小组派代表进行辩论和答疑。

小组6:小组5的结论正确,但解释不正确。正确的解释应该是:T1>T2,M点的正反应速率大于W点的正反应速率,而W点的正反应速率等于其逆反应速率,其逆反应速率大于N点的逆反应速率(N点未平衡,从N点到W点,反应向正向进行,逆反应速率增大)。

教师:小组6的结论和解释正确,继续问题4的探究。

 

教师:小组7计算正确。坐标图首先要弄清自变量和因变量,二维坐标图有一个因变量,一个自变量或两个自变量,若只有一个自变量,则只有一条曲线或直线,若有两个自变量,则有多条曲线,此时需要控制一个变量不变,只有其中的一个量作为自变量。自变量与因变量需要依据化学变化的含义来确定是纵坐标还是横坐标,并非纵坐标就是因变量;其次要弄清曲线的拐点和因变量随自变量的变化趋势,最后借助化学原理予以判断。

4.应用合作探究理顺计算思路

化学计算能够有效培养学生的思维能力,优化思维结构。通过合作探究,学生能够发现一些规律,找到一些共性,从开始学的厌烦变成有发现以后的喜爱。

第三,官职同,看任职先后。嘉靖二十六年十一月,夏言、严嵩同为少师兼太子太师吏部尚书华盖殿大学士。夏言任华盖殿大学士在前,故地位高于严嵩。

案例4:9.75gZn与足量的稀硫酸作用,在标准状况下产生氢气多少L?请写出计算过程。

小组内同学经过充分讨论、质疑和辨析,统一认识后,教师组织小组间同学互动。各小组派代表进行辩论和答疑。

采用绘图仪或者是打印机进行图形绘制,系统可输出的图形包括:地形图与等高线,各要素线段,如既有管线、公铁路、水系等,不同区域的编号与边界,中心线与边坡的坡顶、坡脚线等。

 

此时,其他小组纷纷指出小组5列比例式错误。

式(2)中:D为安全间距倍数,取值0.67~0.80,下标j取d或u。依据《内河通航标准》中航迹带宽度为

教师:上面各小组的解答都正确,小组5的比例式符合乘法交换律。

小组5:改变比例式形式,其含义是不一样的。在标准状况下,65gZn与足量的稀硫酸反应产生22.4LH2,那么9.75gZn与足量的稀硫酸反应产生V(H2),即65g∶22.4L=9.75g∶V(H2),这种对应比思维很重要,在化学计算中很多情况适用。例如:固体溶解度的计算中,溶解度∶100g=溶质质量∶溶剂质量;在阿伏伽德罗常数的相关计算中,44gCO2∶6.02×1023个CO2=mgCO2∶CO2分子数;在氧化还原反应的计算中,Fe与足量Cl2反应,转移电子数的关系为:56g∶3NA=mg∶转移电子数。

教师:小组5的发现很重要,在化学计算中确需这样的对应比思维,例如1molO2含2mol原子,1molNO也含有2mol原子,所以,1molO2与NO的混合气体相互反应后,仍然含有2mol原子等等,请各小组同学课后认真总结。

总之,合作探究将合作学习和探究学习有机融合在一起,实现教学形式和实质的有机统一,不仅能够树立学生的团队合作意识,而且能够培养学生一生应具有的科学探究素养,是值得教师推行的教学方法之一,但不是所有的课都可用合作探究,也不是只有实验课才用合作探究,而是需要教师根据学生的情况、教学内容的难度合理动态选择使用。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京:人民教育出版社,2017:2-4

[2] (美)大卫·W·约翰逊,罗格·T·约翰逊,卡尔·A·史密斯等著.合作性学习的原理与技巧:在教与学中组建有效的团队[M].刘春红,孙海法,译.北京:机械工业出版社,2004:16

[3] 刘玉静,高艳.合作学习教学策略[M].北京:北京师范大学出版社,2011:16,130-135

[4] 任长松.探究式学习:学生知识的自主建构[M].北京:教育科学出版社,2005:25-32

[5] 邱绍方.化学教学中有效开展合作学习的策略[J].新课程研究(下旬),2013(4):121-123

[6] 夏立先,张连如.对铜锌原电池试验中锌片表面产生气泡的原因探究[J].中学化学,2015(9):30-31

 
邱绍方,王辉,王吕伊颖,朱素娟
《化学教与学》 2018年第05期
《化学教与学》2018年第05期文献

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