新课标理念下高中化学探究式实验教学研究——以“原电池的工作原理”为例.pdf

年 月云南化工 第 卷第 期 ，：新课标理念下高中化学探究式实验教学研究 以“原电池的工作原理”为例段超，迟捷，付甜，尚永辉 ，王宏社 （宝鸡文理学院 化学化工学院，陕西宝鸡 ；咸阳师范学院 化学与化工学院，陕西咸阳 ）摘要：探究式实验教学是高中化学实验的一种重要教学方式，研究新课标理念下实验探究活动对中学化学实验教学具有重要的意义。在新课标要求的大背景下，基于建构主义学习理论、布鲁纳认知 发现理论的指导作用，对人教版（版）“原电池的工作原理”进行了探究式实验教学研究，以期对中学化学实验教学提供一些建议。关键词：新课标；高中化学；探究式实验教学中图分类号：文献标识码：文章编号：（）“”，（，；，）：，“”（），：；化学是一门以实验为基础的自然科学 。化学实验以其有趣的内容和丰富的内涵在培养学生学习兴趣的同时，也指导着教师对实验教学不断的探索。随着新课标理念下化学学科核心素养“科学探究与创新意识”的提出，化学实验教学由传统的“一块黑板，一根粉笔”的口头实验实现了教师指导学生动手实际操作的过渡，这无疑是一个很大的进步。但仅是简单的根据现象 结论的推理，对学生实验探究能力的培养效果甚微。探究式实验是指通过学生自己实验、分析、研究得出结论，从而形成科学概念的一种认知活动，能开发学生的创造性思维能力，激发学生的探索热情。因此研究探究式实验教学在一定意义上对中学化学的学习具有指导作用。普通高中化学课程标准（年版）首次提出培养全体学生的化学学科核心素养 ，而开展学生探究式实验活动是落实核心素养的重要途径。从新课标标准中不难看出，单纯的教学生通过现象得结论的时代已经过去了，我们更需要鼓励学生对化学进行不断探索与反思。新课标最大的特色在于每一部分实验都鼓励学生自主探究，激发学生思维并让学生围绕实验课题自拟方案动手操作，带着问题追溯根源，在实践中合作交流探索新知，从而掌握正确的科学探究方法，培养良好的科学思维模式，汲取失败的经验，体验成功的愉悦，以化学学科核心素养贯穿整个高中化学学科实验教学。因此，新课标理念下，重视实验探究活动不仅可以提高学生的核心素养，也培养了学生的自主探究学习能力。探究式实验教学理论 建构主义学习理论建构主义者由于受到不同理论的影响，提出问题的视角也大为不同。从知识观来看，知识不是一成不变的，它不过是人们对客观世界的一种解释和假设，会随着人类历史的发展而不断的革新。知识并不能一劳永逸的使用，需要在特定的情境中根据特定的问题，对固有的知识进行不断的改组、重组甚至创造才能解决问题。不同的人由于原有的经验不同，对待问题会有不同的看法，学生学习知识需要通过自己主动建构才能完成。从学生观来看，学生并不是空着脑袋进教室的 ，他们在日常生活中、学习中已经有大量的经验，而教学就是要帮助学生从现有的知识经验中不断的“生长”出新的知识经验。从学习观来看，建构主义强调学习的主动建构性、社会互动性和情境性。建构主义认为，学习是学习者主动赋予信息的意义，建构起对新知识的理解，即需要通过新知识与原有知识之间的相互作用，来不断丰富、充实改造自己对新知识的理解。在教学观上，教师要为学生创造真实的情境，激发学生推理、分析等高级思维活动，做学生学习的促进者。新课标理念指出，要关注学生学习的过程，创设与生活有关联的真实情境，促进学生合作、自主、探究学习。伴随新课改的不断推进，传统的实验教学理论已经不能适应新课标的要求。可见，将建构主义学 年 月云南化工 第 卷第 期 ，习理论应用于探究式实验教学中具有重大意义。布鲁纳的认知 发现学习理论布鲁纳的认知 发现说包括认知学习观、结构教学观、发现学习。认知学习观认为学习的过程要经过新知识的获得、转化与评价，强调学生不是被动的知识接受者，而是积极主动的信息加工者。结构教学观认为教学的目的在于掌握知识的结构，主张在适当的机会下向学生提供富有挑战性的任务，以促进其智慧的发展。布鲁纳认为发现是教育儿童的主要手段，发现学习的步骤包括提出问题 做出假设 检验假设 形成结论，学生能在发现过程获得较大的求知欲和满足感。不论从哪个方面来看，布鲁纳的认知 发现说与探究式实验教学的理念不谋而合，其对于中学化学探究式实验教学的应用具有良好的指导作用。高中化学探究式实验教学案例以人教版（版）必修第二册第六章“化学反应与能量”第二节“化学反应与电能”中“原电池的工作原理”教学片段为例，为了让学生更好的了解原电池的基本原理，体验化学能与电能相互转化的乐趣，教师可基于证据推理和模型认知的思想，采用探究式实验教学，将这一概念性知识渗透于学生学习中。教学环节一：原电池模型建构教师：同学们，大家都知道现在路面上行驶的汽车都是以燃油或者充电的方式供能，那么老师手里这个小车就很神奇，既不需要燃油，也不需要充电，只需要加入盐水小车就能够跑动。教师以一杯水、一袋盐演示原电池小车模型（盐水动力车：以碳片、镁片、导线、食盐水组成碳镁盐水电池）跑动的真实情境，激发学生探索欲望。为什么小车添加盐水之后小车就能跑动？这个小车内部是什么结构？学生 ：小车能够跑动肯定有电能的产生。学生 ：这个小车内部是由两极组成，加入盐水之后小车就能跑动教师引导学生认识小车中原电池模型装置，在小车跑动的真实情境中设置悬念，鼓励学生讨论质疑，提出探究性问题：那么这部分装置是如何产生电能的呢？原电池的工作原理又是什么呢？教学环节二：宏微结合探究原电池原理教师利用小组合作学习的教学方式，将学生分成组，确保各小组的综合能力均衡，引导各小组以铜片、锌片、稀硫酸模拟小车内部的结构，并鼓励小组同学自主搭建实验装置，培养学生实际动手操作的能力，探究原电池的工作原理。实验（见图 ）：将铜片和锌片分别插入稀硫酸溶液中。实验（见图 ）：将铜片和锌片用导线相连插入稀硫酸溶液中。实验（见图 ）：将铜片和锌片串联电流表并用导线相连插入稀硫酸溶液中。图 实验 图 实验 图 实验 步骤 ：我们组观察到锌片上有气泡产生，而铜片上无明显现象。因为根据金属活动性，锌可以与稀硫酸反应置换出氢气。步骤：我们组观察到将锌片和铜片用导线连接后，铜片上竟然出现了气泡，而锌片上却无明显现象。步骤 ：我们组观察到的现象和第二组同学一样，连接电流表之后电流表的指针向铜片偏转。学生通过自主实验探究，从宏观上观察实验现象。教师激疑：“铜与稀硫酸不反应，为什么连接了导线之后铜片上会产生气泡了呢？这是不是和我们之前所学的相互矛盾了呢？”建立学生认知矛盾冲突，引导学生从微观上分析原电池的工作原理，提出探究性问题。教师：铜片上为什么会产生气泡呢？这个气泡是什么？学生：实验中只发生了锌和稀硫酸反应生成氢气这样一个反应，因此确定气泡就是氢气。学生：这是一个氧化还原反应，所以是氢离子得到电子生成氢气。教师：在铜片上所得的电子从何而来？学生：因为连接了导线，所以电子是通过导线流入铜极。教师：为什么电子会沿着导线流入铜极？学生：电流表的指针发生了偏转，说明有电子的定向移动。学生：在这个反应中只能是锌失去电子。教师对原电池外电路中电子、电流的方向进行总结，引导学生确定原电池的正负极。并再次利用小车模型，指出未加盐水之前小车不能开动，加入盐水小车就能开动，说明盐水是小车中不可缺少的一部分，引导学生认识铜锌原电池中电解液稀硫酸必不可少，从电解质电离的角度提出：溶液中氢离子、硫酸根离子如何移动呢？学生：铜片上产生氢气，所以氢离子要在铜片上得到电子，溶液中的氢离子要移向正极。学生：负极上锌失去电子变成锌离子，带正电。异种电荷相互吸引，溶液中的硫酸根离子要移向负极。学生：我认为也可以从正负电性的角度来考虑，负极锌失去电子，正电性要强；正极要消耗阳离子，负电性强，整个溶液显电中性，为了平衡电性，溶液中的阴离子移向负极，阳离子移向正极。通过对一连串问题的启发，在学生实验探究的基 年 月云南化工 第 卷第 期 ，础上，教师利用多媒体设备动画效果直观模拟电子转移和离子运动方向，师生共同归纳总结，形成学生活动主线，采用宏微结合的思想总结原电池的工作原理。教学环节三：原电池原理拓展延伸教师揭开小车跑动（碳镁盐水电池）的工作原理，由于加入的盐水有导电的作用，小车中的镁片做负极失去电子，碳片上附着的氧气得到电子，使整个闭合回路中产生电流，小车能够发动。以此来拓展原电池知识，为后续所学原电池的设计、化学电源做铺垫。教师介绍原电池的工作原理在实际生活中的应用，并升华凝练到原电池在航空事业中做出的巨大贡献。例如东方红一号卫星在设计上使用银锌电池拉开了中国航空的序幕，嫦娥五号搭载着锂电池探月成功，向学生展示化学世界的神奇之处，并将青年应该努力奋斗，报效祖国的思想在化学教学中渗透，让学生树立崇高理想、伟大抱负。课后鼓励学生根据生活中的材料制作简易电池，探究干电池的构成，激发学生持续探究，勇于创新的精神，培养“科学探究与创新意识”、“科学态度与社会责任”的核心素养。探究式实验教学对中学化学实验教学的启示通过对新课标理念下探究式实验教学的研究并结合实际教学中的案例发现：新课标理念下更加注重学科核心素养的渗透，鼓励化学实验开展探究式教学，力求每一堂课切实融入学科思政，将化学打造成一门充满神奇与趣味的学科。因此，笔者认为中学化学在教学中应该注意以下几点。重视化学实验教学实验是化学学科的基础，实验教学有助于学生形成一定的化学概念。化学实验是一种探究式的活动，对培养学生的科学素养起着不可替代的作用。应试教育下，为了节约时间，不少实验是以书面、口述等形式展开，学生只能通过头脑想象、机械记忆的方式熟记化学实验，很少有机会能够自主设计探究实验。新课标理念认识到化学实验不仅能让学生从宏观上感受物质世界的神奇，也能从微观上分析化学反应的实质，在激发学生学习兴趣的同时，提倡对化学实验的主动探究，让学生体验完整的科学推理过程。因此教师应更新教学理念，充分发挥化学实验的作用，选好课题，为学生进行实验探究提供条件，成为学生学习的引导者、指导者。将化学实验生活化化学与生活息息相关，我们的衣食住行都离不开化学。为了防止化学实验脱离实际，应让学生从生活中探寻化学的足迹，自己设计实验探究其化学本质。例如在学习化学反应与热能后，可以超市中自热小火锅、速热饭盒等发热原理为题布置家庭探究小实验，引导学生宏观分析自热包的成分，微观探究其反应实质；在学习化学反应与电能之后鼓励学生以柠檬、苹果、番茄等制作水果电池，以生活中的化学实验强化学生对原电池的反应原理认知。因此，化学实验教学应尽可能多的取材于生活，为学生营造一个真实的情境教学，使其能感受化学带来的神奇魅力，培养化学学科情怀。将化学实验教学与其他学科相联系化学不是一门独立的学科。在化学实验教学中，我们不能将化学实验从学科之间割裂出来 。在探究式教学实验中，教师要从整体上把控，不断挖掘化学与其他科目之间的联系。如在学习化学反应速率涉及的数量、比例等计算问题时，要鼓励学生采用数学的逻辑思维将复杂问题简单化；在探讨化学反应速率的影响因素时要融合物理中压强等知识引导学生进行探究；在撰写实验报告时更需要学生有一定的语文素养去组织语言。总之，教师要在教学中让学生领会学科之间的联系，加深学习的印象。对实验教学进行反思与评价实验探究活动结束后，教师应对实验时间、方法、效果等实验活动以及学生的体验度、学生实践能力、问题解决情况等学习活动进行全方位的总结、评价与反思 。对实验的反思与评价可以让学生来进行，以便在下次实践时改进，提高学习能力。每一次总结都是对学习的升华，要让实验成为推动教学前进的动力，而不是阻碍教学活动的因素。结论新课标理念下的化学实验教学需要中学教师改变传统的理念与方式，结合实际教学情况以及学生的认知能力选择实验内容，积极开展化学实验探究，为学生提供多元化的学习方式，提升学生的综合素质，进而形成学科力量，培养学科情怀，促使化学学科实验课程在实际教学中取得更大的进步与发展。参考文献：中华人民共和国教育部 普通高中化学课程标准（实验）北京：人民教育出版社，中华人民共和国教育部 普通高中化学课程标准 北京：人民教育出版社，王冰 论基于建构主义的探究性学习与知识创造过程 天津大学学报（社会科学版），（）：梁招裕 中学化学探究式实验教学策略 中学化学教学参考，（）：林琳 课标实验版与新课标中的化学实验比较研究以“物质结构基础”内容为例 化工管理，（）：收稿日期：基 金 项 目：宝 鸡 文 理 学 院 第 十 五 批 教 学 改 革 研 究 项 目（）。作者简介：段超（），女，内蒙古包头人，硕士研究生，主要从事中学化学教学研究。：通讯作者：尚永辉（），男，陕西宝鸡人，博士，教授，研究方向：药物分析与学科教学。：；王宏社（），男，陕西宝鸡人，博士，教授，研究方向为学科教学。：