“双减”政策下提高化学课堂有效性的教学研究_尚晓凯.pdf

第 51 卷第 3 期2023 年 2 月广 州 化 工Guangzhou Chemical IndustryVol.51 No.3Mar.2023“双减”政策下提高化学课堂有效性的教学研究尚晓凯,赵 钰,车 琼,张 甜,冯 勋(洛阳师范学院化学化工学院,河南 洛阳 471934)摘 要:在“双减”政策下,教学改革要寻求发展,必须从提高教学有效性上下功夫。基于此,本研究从化学学科的学习特点出发,提出重学情、重思维、重能力的措施,并以“硫酸”的教学为例,运用了三线式的教学设计思路,优化了硫酸的教学设计并进行了教学实践,意在检验此方法能否使高效课堂、高效学习得以实现,进而为其他教师工作和学生学习提供一定的参考与借鉴。关键词:“双减”政策;硫酸;化学教学;高效课堂中图分类号:G420 文献标志码:A文章编号:1001-9677(2023)03-0269-04 第一作者:尚晓凯(1998-),男,硕士研究生,主要研究方向为中学化学学科教学。通讯作者:冯勋,男,博士,教授,主要从事化学教学及相关科研工作。Teaching Research on Improving Effectiveness of ChemistryTeaching under Policy of“Double Reduction”SHANG Xiao-kai,ZHAO Yu,CHE Qiong,ZHANG Tian,FENG Xun(College of Chemical and Engineering,Luoyang Normal University,Henan Luoyang 471934,China)Abstract:Under the policy of“double reduction”,the teaching reform must focus on improving the teachingeffectiveness to seek development.Based on this,from the characteristics of chemistry discipline study,learning,thinking,ability of the measures was brought forward,and“sulfate”teaching was taken as an example,the three lines ofteaching design thinking was used,the teaching design and teaching practice of sulfuric acid was optimized,intended totest the method could make efficient classroom,efficient learning was able to realize,and then some reference wereprovided for other teachers and students to learn.Key words:“double reduction”policy;sulfuric acid;chemistry teaching;efficient classroom1 问题的提出2021 年 5 月,关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见 正式被提出,在“双减”政策下,学生学科核心素养的发展程度不能减1,所以就对教学的有效性提出更高的要求,改变教学方式、改进实验方案、优化教学设计、激发学生兴趣的方向仍要继续进行。但是,长期处于应试教育的背景下,很多教师在化学教学过程中偏向于传统的理论式教学,教师对知识点的讲解占据课堂的主要部分,所讲的内容基本都局限在考试大纲规定的范围内,这样的化学教学对于学生的吸引力极低。双减政策下,我们要做到有减有增,既减又增:减少作业量、减少课外学科培训2;增加兴趣学习、提升学习能力。因此,高效课堂、高效作业、高效学习才能让双减政策实现其初衷。基于此,本研究就如何在双减政策下提高化学教学有效性这一问题,以“硫酸”的教学为例展开探讨。2 双减政策下提高化学教学有效性的措施2.1 课前分析重学情,奠定高效课堂基础进行深入的学情分析是优化教学设计的必要前提,也是课堂上师生互动的有效保障,更是落实学生主体性的必由之路。比如,在“硫酸”的授课之前,就将学生的已知点、发展点、和障碍点分析清楚,在课堂上方能做到有的放矢地帮助学生突破障碍、发展核心素养。对“硫酸”这节课的学情分析如下:(1)已知点:已经学习过稀硫酸的性质、氧化还原反应、SO2的性质,能够用双线桥进行氧化还原反应的分析;已经具备一些物质的鉴别能力,能自主设计实验检验单一物质。(2)发展点:在掌握稀硫酸性质的基础上,进一步了解浓硫酸的特性;从氧化还原反应角度深入认识并理解浓硫酸与稀硫酸氧化性的区别;在掌握 SO2、CO2、H2O 的检验方法的基础上,进一步认识检验顺序,提升实验设计能力。(3)障碍点:可能对浓硫酸的使用产生畏惧心理。2.2 课堂教学重思维,助力高效课堂生成随着教学改革的深入进行,分析、创造等高阶思维能力的培养已经成为教学的重要目标。对于化学学科而言,提升学生化学“宏-微-符”结合转化能力、实验设计及探究能力和化学社会性问题评估能力等高阶思维能力,是发展学生学科核心素养的关键所在3。在“硫酸”的教学中,通过探究线的多个实验引导,以实验现象的分析作为重点发展学生的“证据推理”能力;通过对270 广 州 化 工2023 年 2 月炭与浓硫酸反应的产物的分析实验,检验并发展学生试验方案的设计能力与科学探究能力;最后以“工业运输浓硫酸”的例子让学生感受物质性质决定用途的化学学科思维,并初步引导学生对化学社会性问题的评估;在整个教学过程中则需要引导学生从宏观层面认识实验现象,分析推理实验现象背后的微观本质,并进行符号表征,建构宏微符三重表征模型,最终形成宏微结合的思维视角和学科观念。2.3 以任务和问题双重驱动,促进学生高效学习任务驱动教学法与问题驱动教学法都有利于教学目标的达成,有助于在教学过程中提升学生的思维水平,促进学生高效学习。在教学设计中,应多设计学生感兴趣的情境,这样有利于使学生产生学习的动力,之后布置学习任务,。同时,任务的设置要充分考虑到学生的原有知识经验、认知规律等,可以将一个复杂的任务拆解成一个个小问题,尽量增加学成完成任务的信心,这样,让学生在任务的驱动下自主思考、探索、实践、迁移应用,逐步形成高阶思维体系。任务与问题双重驱动,更能激发学生的学习动机,促进学生快速进入探索状态,学生根据任务和问题的自主探究,有助于自我反思、自我批判,进而提升反思思维和批判思维4。3 基于提高课堂有效性的教学设计3.1 设计理念我国近代化学教育家傅鹰先生曾说过:“只有实验才是化学的最高法庭。”本节课以实验为基础、以问题为中心、以激发学生兴趣为手段,将实验进行不同程度的改进设计,以期实现高效课堂,学生的化学学科核心素养也得到进一步发展,主要体现在:(1)以实验为基础:本节课设计了一系列探究实验,将知识融于实验探究中,将“理论”化学变为“实践”化学。通过对实验的进一步改进和优化,有利于培养学生的科学探究能力和创新意识。(2)以问题为中心:“学起于思,思源于疑。”5问题是学习的源头,在教学中,设计有情景、有层次的问题链,有利于驱动学生思维发展,引发学生的问题意识。(3)以激发学生兴趣为手段:兴趣是最好的老师,高一学生两极分化严重,激发兴趣就显得至关重要。将实验趣味化,情境趣味化,语言趣味化,可以让学生好学、乐学。3.2 设计思路图 1 浓硫酸的三线式教学流程Fig.1 Three-line teaching process of concentrated sulfuric acid基于以上教学理念及对教材的分析,为了侧重学生高阶思维能力特别是科学探究能力的培养,从激发学习兴趣、指导学生探究实验、融合生活实际入手进行教学设计,具体教学流程如图 1 所示。3.3 基于提高课堂有效性的教学过程3.3.1 环节 1:趣味实验,导入新课实验 1:滴水点火:在一个干燥的蒸发皿中加入少量浓硫酸,如图 2 所示,将火柴置于上方,用胶头滴管向浓硫酸中滴加蒸馏水,观察现象。图 2 滴水点火实验Fig.2 Dripping ignition experiment实验现象:火柴燃烧,蒸发皿中有白雾产生。设问导课:为什么滴水能生火呢?这就与浓硫酸的性质有关。3.3.2 环节 2:情境导入,初识浓硫酸,认识其物理性质第一幕邂逅水姑娘:有一天,浓硫酸遇见了晶莹剔透的水姑娘,怀着激动的心情同水姑娘握手,顿时感觉浑身发烫,这是怎么回事呢?回顾:结合视频回顾浓硫酸稀释的现象。展示:浓硫酸的试剂瓶及标签,如图 3 所示,学生观察总结浓硫酸的物理性质。图 3 浓硫酸试剂瓶标签Fig.3 Label of concentrated sulfuric acid reagent bottle3.3.3 环节 3:实验引导,认识浓硫酸的吸水性与脱水性第二幕寻找水姑娘:从那以后,浓硫酸被水姑娘深深地吸引,到处寻找她的足迹。有一天,浓硫酸看到烧杯中有她的身影,但是一靠近,水姑娘就不见了。这是怎么回事?实验 2:干燥烧杯:在两个表面皿上分别倒扣一只有水雾的烧杯,在其中一只表面皿中加入适量浓硫酸。实验现象:浓硫酸上方的烧杯水雾很快就消失了。提问:为什么浓硫酸上方的烧杯水雾消失的更快呢,这说明浓硫酸具有什么样的性质呢?分析:浓硫酸吸收了烧杯上的水雾,说明浓硫酸有吸水性。实验 3:玻棒写字:在 A4 纸上用稀硫酸提前写好字,在酒精灯上加热。实验现象:字由无色变为黑色显现出来。第 51 卷第 3 期尚晓凯,等:“双减”政策下提高化学课堂有效性的教学研究271 指导阅读:浓硫酸具有脱水性,能将有机物中的 H、O 按2 1 的比例脱去水。3.3.4 浓硫酸与非金属单质反应,初识浓硫酸的强氧化性第三幕偶遇黑美人:浓硫酸又好久没有见过水姑娘,对她朝思暮想,这时他发现蔗糖中好像有水姑娘的倩影。于是他去接触蔗糖,发现蔗糖变成了黑面包,同时他也看到了水姑娘。但是他发现自己跟黑炭美人在一起时会开心的冒泡。那我们一起来看看浓硫酸与蔗糖的奇妙反应吧!实验 4:黑面包实验:如图 4 所示,在 100 mL 烧杯中放入15 g 蔗糖,加入几滴水,搅拌均匀,然后再加入 15 mL 质量分数为 98%的浓硫酸,将 250 mL 的烧杯倒扣在盛有氢氧化钠溶液的大烧杯中,观察实验现象。图 4 黑面包实验Fig.4 Brown bread experiment实验现象:蔗糖变黑,体积膨胀,变成疏松多孔的海绵状的物质;同时放出大量的热,有刺激性气味的气体产生。问题:蔗糖为什么会变黑?黑色固体为什么会膨胀?为什么会产生气体?蔗糖炭化以后,产生的刺激性气味的气体是什么?结论与推测:浓硫酸具有脱水性。产生了气体。炭能进一步与浓硫酸反应。可能是二氧化硫。引导讨论:结合预测,C 与浓硫酸反应可能生成二氧化硫,再根据氧化还原反应和元素守恒,推断可能有二氧化碳和水的产生。如何设计实验检验猜测的产物?他们的检验顺序又是什么?讨论与表达:第一步:检验水,因为其他溶液会干扰水的检验。第二步:检验二氧化硫,因为它可以与澄清石灰水反应生成亚硫酸钙白色沉淀,影响二氧化碳的检验。第三步:检验二氧化碳(并且要先将二氧化硫除尽,用酸性高锰酸钾溶液除去,再用品红溶液检验是否除尽)设计实验:C 与浓硫酸的反应,如图 5 所示。图 5 C 与浓硫酸的反应Fig.5 Reaction of carbon with concentrated sulfuric acid实验现象分析:将浓硫酸滴加到活性炭中,加热,一段时间后,无水硫酸铜逐渐变蓝,说明有水的生成,酸性高锰酸钾溶液和第二个试管中的品红没有明显现象,说明二氧化硫已除尽,澄清石灰水变浑浊,说明有二氧化碳生成,第一个试管中的品红溶液逐渐褪色,说明有二氧化硫生成。结论:浓硫酸可以将不活泼的非金属单质 C 氧化,说明它具有非常强的氧化性。3.3.5 环节 5:浓硫酸与金属单质反应,继续深入认识其强氧化性第四幕移情铜小姐:多情的浓硫酸看腻了那张黑黢黢的炭脸,又被红扑扑的铜小姐美丽的外表吸引了,我们一起看看浓硫酸和铜小姐又会发生什么样的故事呢?实验 5:Cu 与浓硫酸反应:如图 6 所示,在试管中加入2 mL 浓硫酸,塞好橡胶塞,使铜丝与浓硫酸接触。加热,将产生的气体先后通入品红溶液和石蕊溶液中,向外拉铜丝,终止反应,冷却后,将试管里的物质慢慢倒入盛有少量水的另一支试管里。图 6 Cu 与浓硫酸反应实验装置图Fig.6 Experimental device for reaction of copper andconcentrated sulfuric acid实验现象分析:加热时产生的气体能使品红溶液褪色,能使紫色石蕊溶液变红,说明有二氧化硫产生;试管冷却后稀释反应液呈蓝色,说明产生了 Cu2+。引导分析:装置的优点:可抽动的铜丝可使反应随控随停,节约原料。产生的尾气可由碱液吸收,避免污染环境。3.3.6 环节 6:认识浓硫酸的特殊反应:钝化过渡:工业上常用铁罐车和铝罐车来运输浓硫酸,大家知道,铁和铝都能与稀硫酸反应生成氢气,却能用来盛放浓硫酸,这是为什么呢?让我们通过浓硫酸与铝的反应来一探究竟吧!实验 6:钝化反应在盛放有少量浓硫酸和稀硫酸的试管中分别放入铝片,观察现象。实验现象:无明显现象设疑:为什么活泼的金属铝放入浓硫酸中无明显的现象呢?指导阅读:常温下,它可以使某些金属如铁、铝等表面发生“钝化”。并解释“钝化”现象。4 结 语经过教学实践发现:学生对充满探究氛围的课堂十分感兴趣,尤其喜欢趣味实验以及试验方案的讨论与表达环节,学生在这样的课堂中愿意自主思考、愿意聆听他人想法,大部分同(下转第 274 页)274 广 州 化 工2023 年 2 月手操作能力及培养团队合作精神。培养学生科研思想和创新思维,为以后读研究生奠基良好的基础。得到表征结果和实验数据后,学习如何运用化学软件处理相关结果和数据,并通过大量的文献学习如何书写科研论文并掌握方法和技巧。用 Origin 等软件绘制 XRD、XPS 等结果的图表,并对 XRD、XPS 等图表以小组的形式,通过查阅相关文献资料进行准确的分析,得出与实验数据相吻合的结论,根据实验结论,探索其反应机理。在实验结束的分析讨论环节,可以锻炼学生的团队协作、查阅文献、凝练总结和文字准备表述等能力,让学生初步了解世界前沿热点的研究发展以及国内相关领域与国际的相关领域技术的发展差距,增强学生的专业使命感和民族责任感。3 结 语新时代背景下,高校发展的重要目标是发展和改革工科专业,在“碳达峰,碳中和”的战略思想上,结合世界能源催化行业的问题。将科研和教学相互融合,本教学方法将一步法制备硼簇纳米铂并用于甲烷的低温转化制乙醇的研究成果引入到应该化学专业的本科教学中。教学课题培养学生科研思想和创新思维,让学生初步了解世界前沿热点的研究发展以及国内相关领域与国际的相关领域技术的发展差距,增强学生的专业使命感和民族责任感。参考文献1 周智,罗伟,周南.探索化学专业本科生科研意识与科研能力的培养模式J.化工时刊,2019,33(5):53-54.2 李新生.众创时代地方高校创新创业教育效果评价体系构建J.创新与创业教育,2019,10(2):94-98.3 杨奇,陈三平,谢钢,等.基础课培养学生科研意识有效教学策略探讨J.中国大学教学,2016(4):31-35.4 李清,邵志芳,庞欢.浅议应用型本科院校无机化学教学评价现状及反思J.广州化工,2020,48(4):153-154,162.5 ERIC MCFARLAND.Unconventional Chemistry for UnconventionalNatural GasJ.Science,2012,338(Oct.19 TN.6105):340-342.6 R G Bergman.C-H actionJ.Nature,2007,446:391-393.7 Lunsford J H.Catalytic conversion of methane to more useful chemicalsand fuels:a challenge for the 21st centuryJ.Catalysis Today,2000,63(2-4):165-174.8 Periana R A,Taube D J,Evitt E R,et al.A mercury-catalyzed,high-yield system for the oxidation of methane to methanol J.Science,1993,259(5093):340-343.9 Periana,Roy,A,et al.Platinum catalysts for the high-yield oxidation ofmethane to a methanol derivativeJ.Science,1998,280(5363):560-564.10 Sushkevich V L,Palagin D,Ranocchiari M,et al.Selective anaerobicoxidation of methane enables direct synthesis of methanolJ.Science,2017,356(6337):523-527.11 Qi G,Davies T E,Nasrallah A,et al.Au-ZSM-5 catalyses the selectiveoxidation of CH4to CH3OH and CH3COOH using O-2J.NatureCatalysis,2022(1):45-54.12 Ceri Hammond Michael M,Forde Mohd Hasbi Ab Rahim.DirectCatalytic Conversion of Methane to Methanol in an Aqueous Medium byusing Copper-Promoted Fe-ZSM-5J.Angewandte Chemie,2012,51(21):5129-5133.13 Mohd Hasbi Ab RahimMichael M,FordeRobert L Jenkins.Oxidation ofMethane to Methanol with Hydrogen Peroxide Using Supported Gold-Palladium Alloy NanoparticlesJ.Angewandte Chemie,2013,52(4):1280-1284.14 Agarwa N,Freakle S J,Mcvicke R U,et al.Aqueous Au-Pd colloidscatalyze selective CH4oxidation to CH3OH with O2under mildconditionsJ.Science,2017,358:223-227.15 Jin Z,Wang L,Zuidema E,et al.Hydrophobic zeolite modification for insitu peroxide formation in methane oxidation to methanolJ.Science,2020,367:193-197.16 Okolie,Belhseine,Lyu,et al.Conversion of methane into methanol andethanol over nickel oxide on ceria-zironia catalysts in a single reactorJ.Angewandte Chemie,2017,56(44):13876-13881.(上接第 271 页)学都能认真积极地参与到课堂讨论中;通过对作业地批改,基本上都能完成自己地任务,可见,这样的教学达到了应有的效果。参考文献1 贾音,王立刚.“双减”政策后学校教育提质对策研究J.教师教育论坛,2021,34(10):17-20.2 叶子帆.落实“双减”,在“增”“减”之间求突破N.江苏教育报,2021-11-19(002).3 黄翠.基于化学高阶思维能力培养的教学设计研究D.南宁:南宁师范大学,2020.4 罗超,李思盛,宁顺德.基于“三阶四环”高阶思维的化学实验技能与教学方法J.教育科学论坛,2021(23):48-50.5 王一平.巧设问题链,建构化学品质课堂J.中学生数理化(教与学),2021(3):24.