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摭谈新教材中基于真实情境的高中化学深度学习
摘要:高中化学是一门理论和实践相结合的学科。深度学习作为一种教学方式,在结合化学本学科特点的基础上,从理论到实践多个层次设计化学课堂,以促进学生的深度学习,并实现发展学生化学思维、促进学生批判能力提升的教学目的。基于深度学习开展化学教学,可以提升学生的学习效果,促进学生探究能力和创新能力的发展,为学生更高层次的学习打下坚实的基础。
关键词:深度学习;真实情境;案例分析
在我国教育改革的不断推进中,运用深度学习策略开展教学的方法越来越普遍。所谓深度学习,就是在教学中,学生积极参与、全身心投入、获得健康发展的、有意义的学习过程。在高中化学教学中,教师要分析化学教学中存在的问题,并从学生的需求出发探寻深度学习策略,以完善学生的思维模式,提升学生的操作能力,并为他们综合能力的提升打下坚实的基础。
一、深度学习及其必要性
教育部基础教育课程对深度学习理念进行了如下界定:在教师引导下,学生基于教师提出的任务,全身心参与并享受成功的快乐,最终提升自身能力的学习过程。在这个过程中,学生在素养导向学习目标的引领下、聚焦引领性学习主题、展开有挑战性的学习任务与活动,掌握学科基础知识与基本方法、体会学科基本思想、建构知识结构、理解并评判学习内容与过程;能够综合运用知识和方法创造性地解决问题,形成积极的内在学习动机、高级的社会性情感和正确的价值观,成为既有扎实学识基础、又有独立思考能力,善于合作、有社会责任感、具备创新精神和实践能力、能够创造美好未来的社会实践的主人。化学深度学习的内涵:学生在素养导向学习目标的引领下、聚焦引领性学习主题、开展以化学实验为主的挑战性的探究实践活动。在这个过程中,学生全身心投入,从宏微结合、变化守恒的视角,运用证据推理与模型认知的思维方式,习得结构化的核心知识,形成问题解决的思路方法,建构化学观念,发展科学思维,提升探究创新能力,形成积极的学习动机,内化科学态度和社会责任,成为会学习、善合作、有责任、能担当的未来社会实践的主人。
为什么要开展基于“深度学习的教学”?因为它能促进学生核心素养发展,有效实施新课标,促进学生对核心知识的实践,揭示和理解当今时代学习本质,促进学生学习方式的转变,改变课堂教学方式。在高中化学教学中,教师要有意识地将化学思想融入其中,帮助学生树立起化学思维,促进他们学习方式的转变,最终达到深入理解知识的目的。以《认识有机化合物》这一课为例,本节内容的新知识为有机化合物的定义、区分有机物和无机物的方法。这一课最为重要的目标是促进学生分类思想的发展。分析本节内容在高中化学课程设置中的位置,便可发现本节知识点的教学目的在于深化学生对有机物是生命所产生的物质基础的认知,并提升学生利用所学知识解决实际问题的能力。落实到具体的教学中,就是要通过对比分析甲烷、乙烯、乙醇、乙酸等物质的结构及其物理性质、化学性质,使学生了解有机化合物的异构现象,并能够根据有机化合物的结构确定同分异构体的种类,建立起分类的科学思想,以实现学生从低阶思维向高阶思维的发展,促进学生的深度学习。基于深度学习的教学改进项目是深化基础教育课程改革的重要抓手和落实学科课程标准的实践途径。通过项目实施,可推动教学理念、教学方式、评价体系和教学组织管理的全方位变革。
二、真实情境的来源
情境教学是高中化学常用的一种教学方法,以激发学生的学习兴趣为主,让学生置身于一定的情境中去理解知识,并主动联系实际,以提升自身解决实际问题的能力。因此,在高中化学教学中,教师要在把握学生学情的基础上,结合热点化学问题构建情境,并将知识融入特定的情境中,通过设计具有启发性和思考性的问题,引导学生从知识表层走向深层,促进学生的深度学习。真实情境的来源有以下几点。
1.日常生活情境:食物营养、合成药物、常见材料和能量转化设备、五育情境(学习情境)、生产环保情境;
2.生产环保情境:自然资源利用、生产条件优化、废物回收利用和毒害物质处理;
3.学术探索情境:最新合成方法、新颖功能物质和新型催化技术;
4.实验探索情境:确定某种物质的组成或性质,属于定性与定量分析情境;在实验室中利用常见药品制取目标物质并进行分离、提纯的实验,属于物质制备与纯化情境;探究温度、浓度、压强等不同条件对物质性质或反应的影响,属于探究实验情境;
5.化学史料情境:已有理论或成果使用的仪器、方法和研究数据,真实再现已有理论的发展或研发过程。
创设真实情景的意义,丰富学生的体验和情感,满足学生发现和发展的心理需求,激发学生去积极思考、主动探究,不断地发现问题和解决问题,从而实现对知识的自主建构。 让学生在一种现实需要当中解决化学问题,学生才会有探究的欲望。
三、案例:沉淀溶解平衡真实情境深度学习的教学
教学主线——从人体结石谈起
(一)提出问题
1.你知道人体肾结石的主要化学成分吗?与胆结石的主要化学成分是否相同?
2.结石成因的化学原理分析?
3.饮食中的物质对结石的影响?如何有效预防或减缓结石的发病?
4.人体中还存在着哪些溶解平衡?
5.为什么痛风病人常患有肾结石?
(二)解决问题
1.肾结石成因分析与预防
主要成分 KSP 含量 形成条件
CaC2O4 2.3×10-9 80%~84%,酸性或中性尿
Ca3(PO4)2 2.0×10-29 6%~9%, 碱性尿
尿酸(HUr)微溶 6%~10%, 酸性尿
(1)不同成分的结石其形成条件为何不同?
HUr(s) HUr(aq) HUr(s) H+ + Ur-
pH≥6.7 结石溶解
(2)早期美国科学家提出: 多喝水,尤其夏天。少喝牛奶,尤其睡前。合理补钙,控制用量。从化学角度如何理解美国科学家的建议?
夏季出汗多,溶剂减少使难溶性盐浓度增大,促使难溶性沉淀析出
夏季阳光充足,利于人体吸收钙,尿液中Ca2+浓度增高
夜里尿液浓度较大,有利于难溶物晶体形成
(3)根据已有知识,你还能提出哪些合理建议?
CaC2O4 Ca2++ C2O42-
减少饮食中草酸或草酸盐的摄入量。
2.深入思考:判断沉淀平衡移动方向
痛风:
Na+ + Ur‐ NaUr(s)
以关节炎反复发作及产生肾结石为特征的一类疾病。
关节炎的原因:关节滑液中形成了尿酸钠晶体。
Na+ + Ur‐ NaUr(s)
第一次关节炎发作大都在脚趾和手指的关节处,这说明该反应是放热的,还是吸热的?为什么?
脚趾和手指的关节处离心脏较远,一般温度较低。温度较低的部位易于患病,即形成了尿酸钠晶体。这说明温度降低时,平衡向结晶方向移动,说明该反应是放热的。
3.沉淀的转化
已知25℃时,Ksp(BaSO4)=1×10-10 Ksp(BaCO3)=1×10-9
医学上进行消化系统的X射线透视时,常使用BaSO4作内服造影剂。胃酸很强(pH约为1),但服用大量BaSO4仍然是安全的,BaSO4不溶于酸的原因是什么?
问题解析:对于平衡BaSO4(s) Ba2+(aq)+SO42-(aq) ,H+不能减少Ba2+或SO42-的浓度,平衡不能向溶解方向移动。万一误服了少量BaCO3,应该用什么办法进行处理? 尽快用大量0.5mol/LNa2SO4溶液给患者洗胃。
4.化学手段促使沉淀的溶解
实质:沉淀溶解平衡的移动
方法:降低沉淀溶解平衡体系中的离子浓度
手段:加酸、碱、盐、强氧化剂等
FeS (s) Fe2+ (aq)+ S2- (aq) H2S
CuS (s) Cu2+ (aq)+ S2- (aq) H2S
从理论计算来看:
CuS + 2H+ = Cu2+ + H2S
K1=[Cu2+][H2S]/[H+]²
=([Cu2+][S2-])·([H2S]/[H+]²[S2-])
=Ksp(CuS)/(Ka1(H2S)·Ka2(H2S))
FeS + 2H+ = Fe2+ + H2S
K2=Ksp(FeS)/(Ka1(H2S)·Ka2(H2S))
Ksp(CuS)=6.3×10-36,Ksp(FeS)=6.3×10-18
5.胆结石成因分析与治疗
胆结石的成因主要有两种:胆固醇型、无机钙盐。
胆固醇
胆固醇是环戊烷多氢菲的衍生物
该物质为何属于醇类?
常温下为何呈固态?
如何预防结石形成?
预测该物质的水溶性或脂溶性如何?
胆结石的成因有两种,一种为无机钙盐,一种为胆固醇型,请设计对后者的一种化学治疗方案
有人设计用甲基叔丁基醚制成针剂,注射病灶部位后,适时再将病灶处的液体抽取出来的治疗方案。
结束语
化学学习对学生未来的发展和成长非常重要,在促进学生综合能力的发展上发挥着重要作用。在当今的高中化学教学中,教师要注重对学生化学素养的培养,并积极探寻开展深度学习的策略,以提升高中化学教学效果。深度学习作为一种教学理念,其在高中化学教学中的应用可以促进学生思维的发散,特别是在新知识的学习中,可以帮助学生建立起批判性思维,进而让他们将所学知识融入自身已有的框架中。因此,在高中化学教学中,教师要注重自身理念的转变,积极探索新型的教学模式,助力高中生化学能力的提升。
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