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基于深度学习的初中化学结构化的复习策略的思考
——例谈“注射器”转化中的应用
摘要:深度学习提倡在教学过程中注重情景、活动和问题的解决,注重学生学习方式的改变。面对核心素养教育的时代诉求,以及“双减”背景下,高效的中考复习策略的研究具有丰富的实践意义。化学学科处处体现“转化”,帮助学生建立结构化的复习策略能使复习事半功倍。结合知识内容、认识思路和核心观念的结构化。
关键词:深度学习;结构化;转化;注射器
一、注重复习的结构化
发展学生的化学学科素养,是要基于化学知识的教、学、评,从传统的教授转变为学生能自主发现、自主探究、深入学习后掌握核心知识的学习过程。教学内容的结构化会增加知识点之间的联系,更有利于学生对中考的综合知识点的理解与运用。学生通过结构化学习,能自主建各物质之间的关联。
(一)知识内容的结构化
努力寻找化学学科知识之间的逻辑关联,通过知识关联的结构化,建立完整的化学学科知识体系。例如帮助学生寻找解决陌生情境下复杂的化学装置连接的内在联系和突破口,并努力寻找内在联系,应先明确化学反应的原理,写出化学方程式,依次分析装置内各物质的性质或转化关系。
(二)认识思路的结构化
“认识思路”是指对物质及其变化的特征及规律进行认识的程序、路径和框架,解决的是“怎么想”的化学学科思维方式问题[1]。针对化学反应的问题,指导学生形成解决陌生情境下的化学问题的分析框架。例如推测有机物的的组成,先推测可能组成的元素,往往是有C、H和O的,再将元素转化为可被检验的物质CO2和H2O,结合现象即可推断C和H,最后定量确定是否有O。
(三)核心观念的结构化
基于核心观念的结构化,是指对物质及其变化的本质及其认识过程进一步抽象,以促进学生建构和行程化学学科的核心观念[2]。从化学学科的本源可以概括成“结构决定性质”,对物质的反应能对其进行深入理解,包括元素及其化合物的元素观,构成物质的微粒如何变化的微粒观,反应前后的变与不变的平衡观,从利用率和环保考虑的可持续发展观等。
二、借助学科大概念的复习
结构化与大概念教学也是相契合的。借助装置的连接可以考查学生对装置各部分的理解与掌握情况,单一的装置很难完成一个化学实验。化学实验装置大多是为了满足一个化学的大概念——转化。化学的核心是物质的重组,学生要能理解转化的发生在宏观上会有物质的种类、状态、气压等的变化,微观上是微粒本身、微粒间的作用力在发生变化。分析近5年杭州的中考化学试题中都会用到“注射器”,这类化学反应装置都要求密闭性良好,装置中有了注射器的“神助攻”,能很有效的达到实验目的。
(一)助物质流动,在装置内来去自如
在简单加入药品的基础上,借助活塞的推拉特点,可以帮助气体与固体的反应尽量充分。利用了注射器,不需要担心反应放热或吸热导致装置内气压改变,可等装置恢复室温再读数。例如下图1,在测定空气中氧气含量实验的装置,加热过程中反复推拉注射器活塞,直至反应完全,冷却至室温,活塞稳定后读数,即可测算氧气的体积分数。
在实验室相对封闭的装置内燃烧某种含碳、氢、氧元素的垃圾,对产生的废气成分(不考虑气态有机物)按如图2所示的装置进行检验。厘清各装置用途后,学生就能明确注射器的用途,通过拉动注射器,让废气依次通过装置。F处的大号注射器,可以引导气体流向,其另一个主要作用是能收集尾气或贮存气体。
(二)体现压强变化,化“无形”为“有形”
在探究金属钠的性质的实验中,钠与水的反应的改进实验就可以借助注射器。钠是非常活泼的金属,钠与水的反应非常剧烈,会生成碱性物质NaOH和氢气。对于氢气的生成,学生存在较大疑问,氢气看不到也较难收集起来进行检验,一般的处理方式有两种。
一种是通过实验现象进行推测,钠会游走是因为受到了力的作用,这个无形的力应该就是产生的氢气推动它运动的。或者在实际的课堂教学过程中,当钠的量比较多时,由于反应放热剧烈,氢气又是可燃性气体,有时候会看到钠“燃烧”了起来,推测是产生的氢气在燃烧。因此这个实验是较危险的,要在教师的指导下完成,生成的气体也较难收集。借助注射器进行实验改进,既能满足安全原则,又能很好地收集产生的气体并进行检验,如图3[3]。
(三)跨学科结合,体现科学整体观
科学是一门综合性学科,能在科学学科中融入各学科的知识,结合各学科的知识解决问题是科学的学科素养的体现。结合物理学科的特点,学习浮沉条件的相关应用时,注射器可以很好得控制气体或者液体的进出,例如模拟潜水艇的进水和排水等。如图4所示实验装置有良好的密封性,当将针筒的柱塞用力上提时,发现装有小玻璃球的气球在上浮并露出了水面。针对实验中的气球进行分析,当用力提起注射器柱塞,瓶内气体压强减小,气球受到的压强减小,球内压强大于球外压强时,气球的体积会逐渐变大,当浮力大于重力时就会使气球上浮。柱塞的变化可以改变瓶内气压大小,再改变气球内的气压,知识点的关联密切,结构性强。为探究光照强度对绿色植物光合作用的影响时,可以取较大的注射器,在注射器内放入已进行暗处理的叶片,并将注射器放在实验设置的不同强度的光强下,相同时间后即可记录注射内生成气体的体积,如图5。
总之,深度学习倡导学生自主地学,基于真实情境的学习陌生,结构化地建立化学“转化”的概念和规律,能促进学生分析问题、解决问题和概括问题的能力,发展学生的科学学科核心素养。将生活中常见的注射器作为抓手,引导学生严谨地取思考和解决问题,并系统化地建构大概念教学模式,能较好地提升学生学科素养。教师在备课时也要注重知识点之间的联系,注重逻辑性和结构化,努力寻找与学生的生活实际相关的切入点,为今后遇到同类问题能将所学知识迁移,实现从“双基”教学到“素质核心”教学的改革变迁。




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