化学探究性教学主题活动的研究与设计.docx
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化学探究性教学主题活动的研究与设计
化学探究性教学主题活动的研究与设计
武苗苗指导老师:
马宏佳教授
南京师范大学化学与环境科学学院01级1班08010149
摘要:
随着探究思想在中学化学课程中的重视程度不断提升,在教学中运用探究理念也显得尤为重要。
本文基于探究性教学,设计了一个由四个子课题组成的主题活动。
在本活动中为学生提供了一个体验科学探究过程的机会,学生可以基于测得的实验数据,解决科学问题,分析结果并得出结论。
在探究过程中,培养学生的科学素养和实践能力。
关键词:
化学探究性教学主题活动研究设计
Abstract:
Asappreciationforthevalueofemphasizinginquiryingeneralche-mistrycoursesgrows,thereisapressingneedforinstructionthatemploythesemethods.Thefouractivitiesdescribedinthispaperarebasedo-ntheinquirya-pproach.Thisapproachprovidesstudentswiththeopport-unitytoconductex-perimentsaimedatsolvingaspecificproblem,analy-zingtheresults,andrea-chingtheirownconclusionsbasedonempiricaldata.
Keywords:
Chemistry inquiryinstructionsubjectactivity researchdesignation
1探究性教学的意义与现状
随着教育教学改革的不断深入,创新人才的培养是知识经济时代的迫切要求,广大教育工作者肩负着重大的历史使命。
课堂教学中如何加强素质教育,培养高素质人才,适应时代与社会的需求,是一个值得我们不断去思考和实践的问题。
科学的本质是探索未知,科学发现过程表现为探究过程,化学教学作为科学发现在教学上的一种特殊方式,正越来越多地被倡导运用探究性教学。
实施探究性教学不仅可以改善学生的认知结构,而且有助于学生理解和掌握科学的方法,培养科学的态度和探索未知世界的能力。
1.1什么是探究性教学
探究性教学是指在教师的指导下,学生通过主动参与获得知识的过程,加深对知识的体验,掌握研究自然所必需的探究能力,形成认识自然的基础——科学概念和规律,进而培养学生探索未知世界的积极态度。
探究性教学的实质就是将科学领域的探究引入课堂,使学生通过积极参与科学探索过程,模拟科学家解决问题的方式,使学生体会科学家如何面对疑难情景,学会搜集和加工需要的新信息,最终达到问题解决的探究过程。
它是培养科学探究能力的一种教学模式。
我们今天倡导的探究性学习课程不仅仅是改变学习的方式,而是通过转变学习方式促进每一个学生的个性健全的发展。
它尊重每一个学生的独特个性和具体生活,为每一个学生个性的发展创造空间。
探究性学习课程因此洋溢着浓郁的人文精神,体现着鲜明的时代特色。
1.2选择主题活动进行研究与设计的缘由
探究式教与学既非一般意义上的活动课,也不是真正意义上的科学研究,它是在教师的启发诱导下,围绕某个问题,学生自主探究的学习过程。
其目的是让学生获得比较完整的学习经历,学会学习,为终身发展奠定基础。
但也在存在着诸如内容比较零散、过程不好把握、耗费教学时间等方面的不足与弊端。
所以,一方面,我们要坚定的贯彻探究性教学的思想的指导精神,另一方面,也要开拓思路、弥补不足。
在对探究性教学深入了解的基础上,我选择了主题活动设计这样一个角度。
通过一个鲜明的主题把若干个探究性小活动组织起来,每个子课题之间既相互独立,又相互关联,结合探究理念,从不同的角度为学生提供体验科学过程的机会。
而这样的主题活动既可以在一段时间内集中完成,也可以贯穿一学期或一学年的教学。
在培养学生科学素养和实践能力的同时,也和传统的教学方式优势互补,和通常的学科内容相互促进,避免影响正常的教学进度。
而通过课下小组实验协作和课上集体谈论相结合的方式,也可以节约时间、提高效率,以争取的最好的教学效果。
1.3探究性教学的现状
1.3.1国外探究性教学的发展状况
20世纪90年代以来,世界各国课程改革的重要内容之一是学习方式的转变。
欧美诸国纷纷倡导“主题探究”活动与“设计学习”活动。
日本在新课程体系中专设“综合设计时间”。
其目的是“追求跨学科的、综合性的学习;并确定这种学习培养了学生的生存能力,让他们更好的适应以国际化、信息化等为标志的社会变化。
”“综合学习时间的设置被认为是日本即将推行的课程最突出的特色之一”。
1.3.2国内探究性教学的发展状况
几年来,基础教育课程改革在我国突飞猛进,国家颁布了相关的课程标准。
课程标准倡导以科学探究为主的多样化学习方式 改革传统教学,将科学探究作为课程改革的突破口,明确提出:
“科学探究是一种重要的学习方式,也是义务教育阶段的化学课程的重要内容,对发展学生的科学素养具有不可替代的作用。
”
化学新课程第一次打破了按化学科学体系组织化学教学内容的传统体制,结合学生已有经验、社会生活实际、人与自然的关系和学科的最新发展趋势,精选并构建了最基础、学生发展最需要的化学课程内容体系,教学资源来源于生产、生活及社会的各个领域。
所以,在新课程理念的指导下,我们应该不断探索探究性教学的思路。
强调自主参与,重视实证资料,注重学生的学习经验与兴趣,强调学生主动参与、探究发现、交流合作的学习方式,改变过于强调接受学习、死记硬背、机械训练的现状。
在探究过程中,学生通过亲身经历和体验不仅可以获得化学知识与技能,更重要的是能激发化学学习的兴趣,学习科学探究的方法,理解科学的本质,培养科学精神和科学价值观,从而全面落实化学课程目标和提高学生的科学素养。
1.4探究性教学中的师生角色转变
1.4.1探究性教学与传统教学中师生角色的差异
传统教学中教师作为学生学习的控制者,对教学的目标、内容、方法、过程、结果和质量评定都实施严格的控制,教师的教学以知识传递为主,对学生的学习能力、学习方法、情感发展和价值观的形成关注不够,教学过于程序化和模式化。
而探究性教学谋求科学世界与生活世界的整合,教学不仅是学生获得基础知识和基础技能的过程,更是学生获得生活体验与生存能力的过程,同时形成正确价值观,促进学生在知识与技能、过程与方法以及情感、态度、价值观等方面健康和谐地发展。
探究性学习关注学生的个体差异,满足不同学生的学习需要,使每个学生都能得到充分、自由、全面的发展。
传统教学中教师与学生的关系是教师“教”与学生“学”的关系,缺乏双向信息和多向信息的交流。
而探究性教学中建立互助合作的新型师生关系,教师不再是知识的仲裁者、课堂的控制者,而是学生探究学习活动的支持者、引导者和合作者。
探究性教学过程是教师帮助学生认识问题、解决问题、发现新知识的过程,是师生之间、生生之间相互交流合作的过程。
1.4.2探究性教学对教师和学生的要求
(一)探究性学习特别注重学生的创新精神和社会实践活动,强调以学生为中心,要求学生由外部刺激的被动接受者和知识的被灌输者转化为信息的加工主体、知识意义的主动建构者。
探究性学习特别重视学生综合能力的培养,要求学生具备:
(1)在日常的学习与生活中喜欢质疑、乐于探索,努力求知的心理倾向
(2)有敏锐的观察能力与思考能力
(3)有搜集与积累信息的能力
(4)有综合运用各科知识初步解决实际问题的能力
(5)有一定的人际交往能力,要善于通过同伴之间的相互影响提高研究性学习的有效性
探究性学习的教学中,学生在各种活动中获得的不仅仅是知识,更是一种学习的品质、能力,从而为他们的终身学习、长远发展奠定坚实的基础。
(二)探究性学习要求教师由知识的传授者、灌输者转变为学生主动建构意义的帮助者、促进者。
教师在设计和实施课题研究中对正确引导选题、提示研究方法,实施研究课题,支持交流评判,引导归纳总结起到了积极的主导作用。
体现了强烈的学法指导。
所以实施探究性学习教学,培养学生的创新能力,关键在于有创造性的高素质教师。
他们必须具备:
(1)超前的教育观念
(2)快速的接受新知识的能力
(3)高超的教学技能:
即能充分发挥学生的全体作用的能力;能熟练使用现代教学手段的能力:
娴熟的德育技能。
(4)具有开拓创新精神和较强的科研能力。
1.5正确处理探究性教学与传统教学方式之间的关系
1.5.1“探究性学习”与“接受性学习”的区别
“探究性学习”是与“接受性学习”相对应的一个概念。
就个性发展而言,“探究性学习”和“接受性学习”这两种学习方式都是必要的。
在人的具体活动中,两者常常相辅相成、相反相成、结伴而行。
传统教学重视学科经典内容的讲授,在学习知识和形成概念上具有较高的效率,但是忽视学生的学习习惯和人生态度的培养,忽视学生的实践和经验;
探究性教学将教学作为帮助学生建构知识的动态过程,把教学作为学生以自己的已有经验、心理结构和信念为基础,进行探究并建构自己的知识结构和能力的过程,允许学生对知识的合理性提出质疑和探究。
但是在探究性学习的过程中,也存在着内容零散、过程难把握,耗费时间长等方面的不足。
虽然我国新的基础教育课程体系中强调“探究性学习”,但并不是因为接受性学习不好,而是因为我们过去过多得倚重了“接受性学习”、把“接受性学习”置于中心,而“探究性学习”则被完全忽略和退居边缘。
强调“探究性学习”的重要性是想找回“探究性学习”在课程中应有的位置,而非贬低“接受性学习”的价值。
1.5.2探究性教学主题活动与通常学科课程之间的差异
探究性学习课程与学科课程存在着本质的差别:
学科课程是基于或主要基于学科的逻辑体系而开发的,掌握必要的体现于学科中的间接经验是学科课程的直接目的;“探究性学习”课程则基于学生的直接经验,它以获取探究性学习的直接经验、发展创新精神和解决问题的能力为直接目的,以个性健全发展为根本目的。
探究性教学主题活动与通常学科课程之间的区别表现在:
课程不再只是由专家预先规划设定知识体系的载体,而是一个师生共同探索新知的发展过程,是一个师生共同完成学习内容的选择、设计与发展的过程。
它的基本特征体现在学习与课程的交互推进上。
综上所述,我们应该正确把握探究性学习与接受性学习、探究性课程与学科课程之间的关系,使两者相辅相成,完美结合,而不能厚此薄彼,避免从一个极端走向另一个极端。
2探究性教学主题活动的研究现状
探究性学习的目标能否实现,很大程度上取决于学习内容的选择与设计。
目前我国对探究性学习主题活动的研究也取得了一定的成果,形成了基本的设计思路与设计原则。
2.1探究性教学主题活动的选题原则
2.1.1开放性原则
探究性学习内容来源于学生的学习生活和社会生活,涉及面广泛:
既可以是化学学科的,也可以是跨学科的;既可以是科技的,也可以是人文的;既可以是偏重于实践活动的,也可以是偏重于思辩性的;既可以是社会的现实问题,也可以是学术前沿的问题。
在某一主题下,学生研究视角的确定、目标的定位、切入口的选择、过程的设计、方法手段的运用以及成果的表达等,均应有灵活度,要为学习者、指导者个性特长和才能的发挥留有足够的空间。
2.1.2问题性原则
探究性学习内容通常不是由教师提供一篇教材,让学生去理解或记忆一些知识,而是呈现一个需要学习、需要探究的问题。
指导者要向学生提供一些背景材料,但这些材料不能直接解决问题,而是作为解决问题的某些基础,往往需要学生补充收集材料。
2.1.3综合性原则
探究性学习内容可围绕某个主题,组织多方面或跨学科的知识内容,从而使学生激活各种学习中的知识储存,尝试综合运用相关的知识,多角度、多层面地思考、研究问题。
这种科学主题可以是化学学科内的小综合,也可以是涉及多学科的大综合问题。
2.1.4社会性原则
探究性学习内容应加强理论知识与社会生活实际的联系,特别关注与人类生存、社会发展密切相关的重大问题,注意开发社区资源。
2.1.5实践性原则
学生在进行课题研究的过程中,要有提供学生学习直接经验并在实践中获得积极情感体验的途径与机会。
2.2探究性学习内容的设计模式
任何一个事物都是由若干要素按一定结构组合成的一种稳定的共同体。
高中化学探究性学习内容的设计也必须形成自己的结构体系,只有具有了优化的设计方式,才不至于使探究性学习流于形式,成为一种创新教育的点缀。
而是能发挥其更大的教育功能,促进学生创新能力和终身学习能力的发展。
化学探究性学习内容的设计,有以下三种模式:
2.2.1分层递进式
分层递进式是学习内容围绕一个主题展开,分成若干层次,将主题逐步推进,不断深化。
这种设计的特点是活动内容不一定很多,但活动之间必须能够环环相扣,步步深入,不仅在学习内容、学习方式上实现了分层递进,而且学习的难度、对学习成果的要求上也在不断深化。
2.2.2立体分解式
立体分解式是确定一个主题,将之分解为若干个子主题,子主题还可以继续分解为若干个次子主题。
学生以个人或小组为单位从中自由选择一个次子主题,自行完成研究。
立体分解式的特点是主题是一个要解决的综合性课题,它涉及多学科的知识。
为了解决这一课题,需要将主题分解、细化,层层相嵌,呈现出立体的态势。
主题、子主题、次子主题之间有一定的逻辑关系,次子主题的解决是为了子主题的解决,于主题的解决是为了主题的解决,但子主题之间和次子题之间各自的关系却是相对独立的。
2.2.3中心辐射式
中心辐射式是围绕一个主题,开展与主题相关的活动内容的设计。
中心辐射式设计的特点是它和主题相关的内容之间是并列的、独立的,不存在顺序先后和逻辑关系,而且每种内容不一定是必需的,可增可减,但它要求内容尽可能丰富、多样,研究形式也能多样化。
学习内容只要和主题相关,相互之间无需特别地组合排列。
以上三种模式的使用应针对具体内容而定,在实际使用时,这三种既可以单独使用,又可以组合使用。
至于主题活动的具体设计都是由师生共同完成的,以学生的提议为主,教师进行适当的补充和归纳。
3设计探究性教学主题活动案例
基于上面提出的探究性主题活动的设计设计的原则,我们也试着设计了一个化学探究性教学主题活动的案例。
主题活动:
通过金属和金属离子的探究性学习建构化学概念
3.1课题的背景和目标
3.1.1选题的意义与背景
在中学化学课程中,金属、金属离子金属活动性等相关内容非常重要,并与许多化学概念相互关联。
但是在传统的教学中,教师往往只重视传授知识和揭示结论,忽略了这其中的探究性因素,没有为学生提供主动体验科学过程的机会。
本课题结合新课程理念的指导精神,从探究性主题活动的角度对本部分内容进行教学设计。
3.1.2课题预期达到的目标
(1)知识与技能的目标
通过实验探究认识、理解金属化学活动性顺序,并通过金属与金属离子的学习建构极限试剂、过量反应等化学概念。
(2)过程与方法的目标
在实验中应用化学计量学的相关数学方法,应用物理学中电压表的测量手段,让学生体会其他学科知识与方法在化学中的具体渗透和应用,培养和发展学生搜集数据和得出结论的能力。
(3)情感态度与价值观的目标
为学生提供主动体验探究过程的机会,学会交流合作,从他人身上学到知识,认识到合作是有效解决问题的途径;在知识的形成、联系、应用的过程中养成科学的态度,形成良好的科学素养。
3.2课题的实施方法
本课题作为一个探究性主题活动,有四个相关的子课题组成,可以在几个星期内连续完成,也可以贯穿一个学期或一学年的教学。
对全班同学进行分组,便于减少同学们在探究中的重复过程,也便于开拓思路、加强合作。
采用课下兴趣实验与课上交流讨论相结合的方式,弥补探究性教学耗时较长,影响教学进度的不足。
与传统的教学方式优势互补,与通常的学科内容相得益彰。
3.3课题的研究过程
活动一:
多少就足够了?
在本活动中,学生从定量的角度对金属和氢离子的反应进行探究,根据实验数据分析、理解摩尔和化学计算的相关概念。
(1)实验步骤:
同学们分组协作,一组同学研究金属Zn与HCl反应,其他同学分别研究Mg和Al。
每组同学利用6-8组不同的样品做实验。
金属的质量从0.02-0.29,分别与过量的酸进行反应。
也可以用不同浓度的盐酸(1mol/L2mol/L4mol/L)分别与Zn、Mg、Al进行反应,生成的气体用排水集气法收集。
同学们在此过程中要思考气体的发生和收集装置,以及使用什么样的方法可以减小误差。
例如,由于Mg和酸反应速度特别快,所以最好把反应瓶略微倾斜,用这种方法,从瓶口放置金属时可以让它和酸接触的慢一点,从而提供充足的时间把瓶盖盖好。
实验中样品的量要与收集气体的容器的大小相适合。
(例如,0.02克Zn可以产生约80ml气体,相似量的Mg和Al分别产生越200ml和285ml)。
教师在此过程中要引导学生解决实验过程中遇到的问题。
(2)数据处理和分析
这组反应的所有数据收集好之后,班级利用搜集来的数据绘制成一张图,表示出气体体积随金属质量变化的函数关系。
学生可以发现Zn、Mg、Al分别与强酸反应,它们的质量与产生的气体体积的定量关系。
通过这张图,同学们可以预测生成一定量的气体所需要的金属的质量。
通过比较Zn和Mg的数据结果,学生发现:
生成一定体积的气体,它们的质量比等于其摩尔质量之比。
它们之间的关系也可以表述成另外一种方程形式
气体体积(ml)
金属的质量(克)
图一气体的体积随金属质量变化的函数图
但是同样生成指定体积的气体,Mg和Al之间的比例关系却表现出不同的结果。
在这个实例中,两种金属的质量比和摩尔质量比不同。
存在着一个3/2的问题,表示产生指定体积的气体,两种金属的物质的量之比是1:
1.5
把所有金属的数据合并到一张图中,这张图用于找到以下问题的答案。
(1)在这个反应中,随着金属质量的增加,生成的气体的体积有什么变化?
三种金属的趋势一样吗?
(2)如果用相同质量的不同金属进行实验,所得到的气体的体积相同吗?
(3)如果分别生成50ml、75ml、100ml的气体,需要每种金属的质量各是多少?
学生根据回答最后一个问题所搜集到的数据信息可以得出以下三个问题的答案:
(1)如果用金属的质量与摩尔质量之比代替金属的质量作图,仍然生成50ml、75ml、100ml的气体,函数图有什么变化
(2)产生相同量的气体,Zn和Mg的质量比与摩尔质量之比有什么关系
(3)同样,Mg/Al的质量比与它们的摩尔质量比有什么关系
结合以上问题,指导学生利用物质的量作图,并且在同一张图上做出相应的气体体积。
结果表明:
根据Zn和Mg的数据作图,几乎落在了同一条直线上,但Al则不同。
教师应引导学生明白结果已经由金属的质量转变成物质的量。
通过这些,学生明白了,Zn和Mg和酸反应的量是一样的,但由于Al的数据落在了不同的直线上,所以反应的量与另外两者不同。
产生一定体积的氢气,不同金属的质量比(Zn/Mg,Mg/Al)被确定了。
通过以上结果,同学可以得出这些反应与先前介绍过的反应相似的结论。
然后,学生写出每种金属与酸反应的离子方程式比。
(3)知识扩展
本活动涉及镁、铝与酸的反应,可以与生活实际相联系。
例如,可以用来解释为什么生活中不用蒸汽清洗含镁的汽车车轮(因为Mg可以与蒸汽极少量的H+反应);为什么铝锅用来烹饪过某些酸性食物后,会显得更加洁净,(因为这些酸性食物足以和表面的金属反应)
活动二:
多少就算过量了?
这个实验介绍了极限试剂的概念,并通过以下知识的学习,巩固和深化实验二中学到的有关化学计量学方面的知识。
(1)明白涉及极限试剂的化学反应的特征
(2)识别、明白、区分极限试剂和过量试剂
(3)明白在什么样的实验条件下,极限试剂可以发生改变
通过Mg分别与HCl和H2SO4反应。
从两方面进行学习。
首先是看不同种类的酸与Mg反应是否会影响生成的氢气的量。
其次,看不同质量的金属Al与4MHCl反应是否会影响生成的氢气的量。
要求学生利用得到的数据,做出气体的体积随金属的质量或酸的量递增的变化图。
并且预测:
和一定量的金属反应,如果酸的浓度不断增加会产生什么样的结果。
不同的同学可能有不同的预测结果。
一部分同学可能会认为:
随着酸浓度的增加,气体的体积也会增加;另一部分同学则认为酸浓度的增加对生成气体的体积没有影响,可以引导学生通过实验进行验证。
(1)实验步骤
仍然用前面实验中用到的排水集气法来收集气体,这为学生们提供了一个强化实验技能的机会。
除此以外,学生有更多的精力来关注化学实验过程,因为步骤对他们来说已经非常熟悉了,并且他们也会从中得到信心,来解决一些化学问题。
每组同学用一种金属或一种酸进行反应,并且至少要测得四组数据,整个班级再把数据汇总分析。
以下提供了一些反应:
(1)0.05gMg条分别与5ml0.1,0.5,0.7和0.9MHCl反应
(2)0.05gMg条分别与5ml0.3,0.6,0.8和1.0MHCl反应
(3)0.05gMg条分别与5ml0.1,0.3,0.5和0.7MH2SO4反应
(4)0.05gMg条分别与5ml0.2,0.4,0.6和0.8MH2SO4反应
(5)5ml4MHCl分别与质量为0.04、0.12、0.2和0.28g的铝片反应
(6)5ml4M酸分别与质量为0.08、0.16、0.24和0.32g的铝片反应
把1组和2组、3组和4组、5组和6组进行合并,就得到了有关金属的8个数据,这也最适宜分析。
教师最好只对合并后的一组数据进行分析,每一个组合都会达到证明极限试剂这个概念的目的。
第1组和2组、3组和4组合并后的数据则最好由学生自己分析。
(2)数据处理和分析
当把同学们收集的数据整理到一起后,可以做出酸和镁反应时,气体体积随着酸浓度的变化的函数图,以及气体体积随铝的质量变化的函数图。
可以通过以下问题来介绍极限试剂的概念,引导学生对实验进行讨论
(1)随着金属质量的增加,收集到的氢气的体积有什么变化
(2)酸与一定量的金属进行反应,随着酸浓度的增加有什么变化
(3)这些趋势会无限的持续下去吗?
你的依据是什么
让学生找出他们的预测与结果所不同的地方,并尽可能的去解释这些差别。
在讨论中,学生可以运用测定的数据得出结论。
化学反应中一种数据的量可以限制产物量的。
并且,他们发现:
随着金属的质量或酸浓度的改变,极限试剂发生了改变。
通过以下问题可以巩固和加深对极限试剂性质的认识。
(1)当金属的质量或者是酸的浓度较小时,哪一种是极限试剂
(2)当我们放入较少量的金属或者是较稀的酸时,哪种试剂是过量的
(3)在整个实验过程中,所有的极限试剂都是一样的吗?
为什么
(4)我们如何寻找极限试剂和过量试剂
(5)如果不只有一种极限试剂,反应还能进行吗
气体体积(ml)
金属的质量(克)
图二气体的体积随金属铝的质量变化的函数图
气体体积(ml)
酸的浓度(M)
图三气体的体积随酸的浓度变化的函数图
活动三:
什么是活泼金属
很多年前,化学家们就发现了金属及其对应金属离子的相对活动性。
本活动介绍了把常见金属按活动性顺序进行排列的知识和推理方法。
学生知道一些物质比较活泼,所以在化学反应中表现出更强的活动性。
在实验中,他们知道金属Zn可以与HCl反应,但金属Cu不行,所以Zn比Cu更活泼。
在本实验中,学生更好的区分金属和金属离子,为认识半氧化还原反应的概念打下基础,并为讨论氧化还原反应积累经验。
(1)实验步骤
同学们
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