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【摘 要】在化学教学中,引导学生建立“物质的微粒观”和物质变化的“动态平衡观”是非常重要的,尤其是在化学教学的启蒙阶段,就应该引导学生初步完成这两种化学观念的建立,这将为整个中学化学的学习奠定基础。
【关键词】化学教学;两种化学观念;建立
开放式化学教学是新课程提出的一个基本理念,教师要在教学过程中不断探索与思考,使开放式化学教学成为学生自主学习的一种新型的课堂学习模式,从而培养学生终身学习的能力。
1. “物质的微粒观”是化学教学中的核心观念 “物质的微粒观”主要包括:物质是由肉眼看不见的微粒构成的;微粒总是在不断运动的;微粒间有一定的间隔;微粒间存在着相互作用。其核心是微粒作用观,即不同层次的微粒本身是有结构的,微粒结构就是内部微粒间作用的结果;物质变化也是微粒间相互作用的结果。形成“物质的微粒观”对于学生理解和解释宏观的事实和现象,理解化学反应的实质,了解化学符号的意义等方面具有重要的意义。
(1)“物质的微粒观”在物质变化中的应用。物质的固、液、气三态变化就会很自觉地应用物质是由微观粒子构成的,微粒总是在不断运动的,微粒间有一定的间隔来分析和理解。初中学生对于物质的溶解,电解质在熔融状态或在水溶液中的电离等这些抽象概念不易理解。但如果建立了“物质的微粒观”,学生很容易从微粒的角度来分析构成电解质的微粒在加热或在水溶液中离解为离子的行为。
(2)“物质的微粒观”是学生学习物质的量及元素周期律的基础。高一同学感到高中化学难学其重要原因之一就是没有很好地建立起“物质的微粒观”,缺乏对微观粒子的想象力。物质的量及其单位摩尔的教学历来是高中化学中最难攻克的堡垒,关于这部分教学内容教材经过几次修改,但最终仍然是教学的重点和难点。原因就是“物质的微粒观”的建立不到位,学生难以把宏观的物质与微观粒子结合起来,难以从微观粒子的角度来解释宏观的现象。因此教学中教师要设计多种教学方法,如:向学生展示微观粒子的图片、模型、资料等引导学生突破“物质的微粒观”这个瓶颈问题,为物质的量的学习奠定基础,使学生更好地理解摩尔质量、气体摩尔体积、物质的量浓度等相关概念。
(3)“物质的微粒观”在氧化还原反应中的应用。氧化还原反应概念的形成建立在电子转移和微粒变化的基础上,而不能只停留在得氧失氧或化合价的升降;对于原电池和电解池工作原理要引导学生分析正负极或阴阳极的电极反应和电子的定向移动,使学生进一步明白氧化还原反应的实质及其在生产、生活中的应用。有机化合物的学习中对分子结构的分析是关键,同分异构体和同系物是有机化学中的两个重要概念,这两个概念的学习必须从分子结构开始。
(4)“物质的微粒观”的建立在教学中的几点策略。在教学中可以借助微观粒子的图片如:中科院利用超真空扫描隧道显微镜用探针在硅晶体表面“写”下的“中国”两个字以及用超真空扫描隧道显微镜拍摄到的原子或分子的照片等。也可以创设适宜的学习情景来增加学生对微观粒子的感性认识如:上课前在教室里洒下一些香水,给学生于嗅觉的刺激,淡淡的幽香使学生心旷神怡也可以使学生真实地感受物质的微粒性和微粒的运动性。让学生将一只充气的气球通过压缩使体积变小;让学生分别量取10毫升水和10毫升酒精,再把两种液体混合,观察混合后的液体的体积是多少。使学生在动手操作中感悟分子间是有间隙的。引导学生发挥想象力编写化学小论文对微观粒子的大小、结构、运动等进行想象,也可以举行有关微观粒子的想象力作品比赛,通过教学实践证明学生对这样的教学活动非常感兴趣,参与的积极性很高。
关键词:概念图;物质的量教学;知识迁移能力
文章编号:1005-6629(2010)01-0021-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
1 传统“物质的量”教学中存在的问题
物质的量是高中化学理论的一个知识点,是整个高中化学教学的重点和难点之一。普通高中课程标准实验教科书《化学1》(江苏教育出版社)中该单元教材是以“物质的分类及转化”、“物质的量”、“物质的聚集状态”、“物质的量的浓度”、“用物质的量进行计算”为主线编写的。在传统教学中,学生表现的具体问题有:
1.1概念的内涵混淆不清
对物质的量、物质的质量、物质的量浓度、摩尔质量和气体摩尔体积的概念混淆不清,对应的单位也搞不清。如物质的量浓度的单位为mol・L-1,气体摩尔体积的单位为L・mol-1;摩尔质量是指单位物质的量的物质所具有的质量,单位为g・mol-1;相对原子质量的指原子的质量与0.012 kg C-12的1/12的比值,没有单位。但两者在数值上是相等的。
1.2外延把握不准
物质的量表示含有一定数量粒子的集体。是计量原子、分子、电子、中子或离子等微观粒子的一种基本物理量。但初学者往往会把宏观物质用物质的量来表示:如1摩尔大米,5摩尔大肥猪等错误概念;22.4 L・mol-1是特指在标准状况下的气体的摩尔体积。气体摩尔体积的定义是单位物质的量的气体所占的体积,只能应用于气体。学生常认为标准状况下1 mol水的体积为22.4 L,这种说法是不正确的。
1.3在概念之间无法建立有意义的联系
阿伏加德罗常数指的是1 mol任何粒子的微粒数,符号为NA。即指0.012 kg C-12中所含有的碳原子数,近似值为6.02×1023。不能把相对原子的质量、阿伏加德罗常数和物质的量的概念相联系。
1.4在问题解决中不能调用相关概念
在有关方程式和一些基本计算中,运用物质的量进行计算,既方便又快捷。许多高一学生尽管对有关物质的量的公式早已滚瓜烂熟,但是在很长一段时间内,却不能正确应用相应的公式和原理来解题。例如,先把物质的量转化为质量,再换算成物质的量或气体的体积的同学也大有人在。
在物质的量的教学过程中,对知识的横向联系和综合程度的要求提高,在能力上要求从形象思维向抽象思维飞跃。 多年的教学实践表明,由于接触化学时间不长,学生很难将化学中的概念、事实、理论进行有机结合,他们头脑中的化学知识往往是彼此孤立的、零散的,不易形成较完整的化学知识网络结构。这就要求教师在物质的量的教学中,采取一定的教学策略帮助学生形成较为完整的认知结构,实现意义学习。
2 概念图在物质的量教学中的优势
心理学表明,理论知识的学习过程是学生通过积极的思维活动,对各种各样的具体事例进行分析、概括,从而把握同类事物的共同关键特征的过程[1]。 物质的量的概念贯穿于整个高中化学教学的始终,特别是在化学计算中它更处于核心的地位。概念图作为一种能够有效促进概念间知识联系、加强概念间理解的教学工具,能够在很大程度上帮助学生发展一种理解化学概念和现象的整体性知识框架。可以避免学生对知识的死记硬背,实现知识点之间的贯通理解和转换, 有利于认识事件的本质和规律,构建知识网络结构, 提高学生的知识迁移能力。概念图在支持物质的量的教学方面具有以下优势:
(1)形象性:概念图能够以简洁明了的图形形式,表现物质的量理论复杂的知识结构,从而形象地呈现物质的量、阿伏加德罗常数、摩尔质量、物质的量浓度、气体摩尔体积等各概念知识点之间的联系。
(2)整体性:物质的量的教学是抽象的,对高一的初学者来说是易混淆、难理解的。利用概念图能将该知识以整体的、一目了然的方式呈现出来,有利于学生全面理解相关的概念。
(3)综合性:“物质的量”的知识理论性较强,抽象程度高,经常有很多学生面对综合性问题束手无策,即使经过大量训练,效果仍然不理想。历来被认为是造成学生成绩分化、学习困难的重点知识之一。在教学过程中,概念图作为围绕主要概念来组织综合信息的工具,进行知识拓展,有独特的优点。
(4)层次性:概念图可以通过确定物质的量与其他各概念之间的因果联系,区分物质的量、阿伏加德罗常数、摩尔质量、物质的量浓度和气体摩尔体积,形成概念的层级次序,建立各概念之间的关系,提高对各概念的理解。
(5)经济性:由于在人的信息加工系统中,短时记忆容量有限,因此,人们必须具备表征知识的各种各样的经济方式,以适应这一系统结构的有限性需求。
3概念图的制作步骤和教学分析
以限定型概念图制作为例,概念图的制作一般有以下几个步骤:
第一步,确定关键概念和概念等级。
选定某一知识领域后,找出该主题的关键概念以及与之相关的其他概念,并一一列出。然后,对这些概念进行排序,从最一般、最概括的概念到最特殊、最具体的概念依次排列。
第二步,初步拟定概念图的分层和分支。
把所有的概念写在活动卡片上,移动卡片讨论概念可能的连接, 按照概念的纵向分层和横向分支, 在工作平台上排列卡片,初步拟定概念图分布。
第三步,建立相关概念的连接。
把每一对相关的概念用短线连接,并在连线上用适当的连接词标明两者的关系。这样,同一领域及不同领域中的知识通过某一相关概念相连接,再经过修改后各概念及其关系就清晰可见,所绘的概念图就基本确定了。此外,还可把说明概念的具体事例写在节点旁。
第四步,反思完善概念图。
对各人绘制的概念图初稿分组进行讨论及补充,构建小组图;然后全班再讨论,综合成一个概念图。随着学习的深入,学习者对原有知识的理解会加深和拓宽,所以要对概念图不断修改和完善,使概念图真正成为知识建构的有力工具。
以“物质的聚集状态”作为教学案例。物质的聚集状态的变化实质是分子等微观粒子间相互作用的变化所致。以固体、液体和气体三种情况的微观和宏观性质的比较以及分子间距离的变化,很自然能引出了“气体摩尔体积”的基本概念。
对全班学生教学前后制作的概念图进行统计和分析,得出以下结论。
由上表可以看出:
(1)从节点情况看,学生在教学前制作的概念图中的正确节点(即概念),大多数都列出了三种聚集状态的微粒特征、宏观性质、以及影响体积的因素等,同时,还将影响体积的三种因素列了出来。还有一些同学列出了固体和液体相对应的例子,说明大部分学生已基本掌握了概念图的制作要点。由于教材的内容容易让学生接受,通过自学,学生已基本掌握了教学内容。
统计表明,对影响不同聚集状态的粒子数目、粒子大小、粒子间的距离的节点,尤其是气体摩尔体积这一节点有相当一部分同学缺失,甚至出现了错误,其中能举出正确例子的同学很少。说明这一部分内容,学生自学后的掌握情况不好,对影响气体体积的因素没有完全理解,而气体摩尔体积的概念和公式的应用是教学需解决的重点和难点。
(2)从教学前概念图中的命题来看,大多数学生能从物质的微粒特征的结构和运动方式以及宏观性质的形状和能否被压缩的角度进行分析,并用合适的连接词连接,构成正确的命题。正确命题数目的差异主要在影响气体的气体以及气体摩尔体积的公式。
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分析一些学生的错误命题,发现在粒子数目、粒子大小、粒子间的距离节点上出现了错误连接。由此可以看出,少数同学在自学过程中没有理解这三种影响因素对不同聚集状态物质体积的影响。
本案例让学生自学、展开讨论,并分析其他同学制作的概念图,学生就易发现自己制作的概念图中的层级结构是否合理;节点和命题是否正确的;所举例子是否正确,还有哪些知识没有理解。教学后学生制作的概念图的正确节点和命题明显增多。主要增加了影响气体体积的外界条件―温度和压强,而且能举出正确的例子。尤其突出的是,许多同学不同程度地标出了三种不同聚集状态影响体积的关系,还有约18.6 %的学生标出了阿伏加德罗定律和气体摩尔体积的关系,这些都是创新性命题。这说明一方面教师的概念图教学策略是有效的;另一方面说明这些学生在尝试着建构自己的认知结构。但有少数学生未能从这方面作出出尝试,原因可能是学生在画概念图时也许更关注的是不同层交或同一层次内部节点和节点之间的命题,而对于交叉层次间存在的命题缺乏思考;还有可能是学生缺乏将概念体系进行整合的意识和能力。
4 研究结论
(1)在学习中使用概念图的学生,所识记的概念数量多,知识点数量大,知识面明显拓宽,使学生既重视基本概念的学习、深刻地掌握知识的内涵,又扩大知识的外延,将概念内涵与外延及分散的概念组成了有机的概念体系,对概念的把握更为准确和深刻。
(2)采用概念图教学策略,学生对知识的保持和提取更为有效,提取的途径增多,在问题情境中能够对知识产生积极、有效的迁移,能够熟练地运用所学的知识去解决实际问题,对学生整体学习能力起到较好的促进作用,知识的迁移应用能力显著增强。
(3)概念图使师生的思路更开阔和清晰,能激发学生的学习兴趣,使学生在课堂上更积极活跃地参与学习;教师的教案更加灵活而篇幅大大减少;学生的笔记更加简明、清晰,更利于学习。
总之,概念图不论是对学生的学习还是对教师的教学,都有着不可低估的教学意义,对提高教学质量、减轻学习负担也有着重要的意义。
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关键词:溶液的配制与分析;教学设计;教学反思
文章编号:1008-0546(2016)10-0069-04 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.10.024
一、对教学内容的认识
1. 课程标准的要求和教材的编排
对于《化学1》中“溶液的配制与分析”,《普通高中化学课程标准(实验)》的要求是“体会定量研究的方法对研究和学习化学的重要作用”,初步认识实验、比较等科学方法以及“实验方案设计、实验条件控制、数据处理等方法在化学学习和科学研究中的应用”[1]。
苏教版教材将“溶液的配制与分析”安排在《化学1》专题1“化学家眼中的物质世界”的第二单元“研究物质的实验方法”之中,并编排在“物质的分离与提纯”和“常见物质的检验”等主题之后。可见,教材是要让学生了解溶液的配制与分析是研究物质的一种实验方法,并引导学生对研究物质实验方法的认识能从定性研究提高到定量研究的层面,以培养学生的定量意识和定量思维。
另外,从“化学家眼中的物质世界”专题所涉及的内容来看,“溶液的配制与分析”还能从“化学”和“科学”的视角,引导学生观察生活、生产中的溶液与溶液配制,让他们在认识“溶液的配制与分析”在生活生产应用的同时,“认识并欣赏化学科学对提高人类生活质量和促进社会发展的重要作用”[2]。
2. 学情基础分析
学生在九年级化学学习中,已经学习了质量分数的概念以及一定质量分数溶液配制的方法,而且在与学生的交流中了解到他们对这部分知识掌握得比较牢固,几乎所有的学生都能熟记质量分数的概念以及一定质量分数溶液配制方案中的实验步骤、实验仪器和操作要点。物质的量浓度与质量分数虽在表达溶液浓度时涉及的物理量不同,但在配制溶液实验方案中实验步骤、实验仪器、实验操作等方面有较大的相似度。引导学生从已有的质量分数概念和一定质量分数溶液的配制方案入手,通过比较、迁移,可以有效降低学生学习的难度,激发学生学习的兴趣。
另外,初中化学实验主要侧重于定性实验、验证性实验,虽然学生已掌握一定质量分数溶液的配制方法,但更多的是对实验方案的识记、操作规范的训练,学生未能真正理解概念与实验方案间的密切关系,也就不能很好地将实验方案的设计思路举一反三。所以,本节内容的学习中,教学目标不能仅定位于对新实验方案的识记,而应引导学生紧扣物质的量浓度的概念,设计实验方案、细化实验操作、分析实验误差,最终形成实验设计的基本思路。
基于以上两点,笔者将“溶液的配制与分析” 教学目标定位为:(1)从生活的视角感知溶液――多角度联系实际,引导学生从生活的视角去观察和关注生活中溶液浓度大小、溶液浓度的表达方式、溶液的配制等,体会溶液浓度与科学知识的关系,溶液的配制对生活生产的重要性以及科学研究方法对改变生活的重要作用,增强学生学习本节内容的兴趣与热情,学会感受和欣赏化学的社会价值。(2)从科学的视角研究溶液――引导学生运用“实验”“比较”的科学方法,通过小组讨论、自主迁移、自主建构和自我反思进行新知识的学习,让学生在理解物质的量浓度概念、初步掌握配制一定物质的量浓度溶液方法的同时,增强定量意识,并初步建构实验设计的基本思路。
二、教学流程
学习任务一:从不同的视角,认识溶液的“浓”和“稀”与生产、生活及科技的关系。
学习活动1:结合苏轼《饮湖上初晴后雨》中的“欲把西湖比西子,淡妆浓抹总相宜”,体会诗人眼中“浓”和“稀”的寓意。
学生活动2:体会美食家、艺术家等对溶液“浓”和“稀”的看法。
学习活动3:以NaCl溶液为例,体会溶液“浓”和“稀”的含义,并思考鉴别浓食盐水和稀食盐水的方法。
学生活动4:结合下列材料,了解在科学家眼中溶液“浓”和“稀”蕴含的科学知识。
材料1:1916年,英国高性能军用飞机发动机上首次使用乙二醇作为防冻液,而乙二醇的浓度与防冻液的凝固点密切相关。
材料2:世界上最大的运用反渗透原理进行水质纯化的工厂位于沙特阿拉伯的朱拜勒,其中的有关技术参数与盐水的浓度密不可分。
设计意图:
(1)学习活动1、2将“溶液”放入诗的意境和生活情境中,引导学生从不同人的视角来理解溶液浓度大小与生活方方面面的密切关系。
(2)学习活动3一方面是引导学生运用初中所学的物理、化学、生物知识解决问题,如用物理学中的溶液浓度与密度的关系,化学中溶液浓度与溶解能力的关系,生物学中溶液浓度与细胞失水能力的关系;另一方面是揭示溶液浓度与科学知识的关系,引导学生从科学的视角认识溶液。
(3)学习活动4引导学生从科学家的视角更全面的认识溶液中蕴含的科学知识,使他们对溶液的认识从定性转向定量,体会溶液浓度准确表达的重要性,同时自然过渡到认识溶液浓度定量表达方式的学习环节。
学习任务二:结合生活情境,认识溶液浓度的多种定量表达方式,初步认识溶质的物质的量浓度概念。
学习活动1:结合生活情境中的有关图片,理解各种不同浓度表达方式的含义。
图片:标有5%、52%vol、每100mL 3.0g、5.2×10-4 mol/L等浓度的葡萄糖注射液、白酒、牛奶的包装盒及血检报告单。
学习活动2:科学研究中常需要知道一定体积的溶液中所含溶质的物质的量,思考哪种溶液浓度的表达方式更合适。
设计意图:引导学生认识溶液浓度表达方式的多样性,在不同的领域或因不同的目的可以用不同的表达方式,而且这些浓度的表达方式都能体现溶质、溶剂、溶液三者之间的量的关系。帮助学生突破原有的溶质质量分数的认知框架,真正理解溶液浓度的含义,同时学习“物质的量浓度”的概念,并对“物质的量浓度”概念形成初步的认识。
学习任务三:初步学习配制一定物质的量浓度的溶液,并在实验的设计中再次认识溶质的物质的量浓度的概念。
学生活动1:回忆初中学过的“配制一定质量分数溶液”的操作步骤和实验用品。
学生活动2:以“配制一定质量分数溶液”的实验操作为依据,设计“准确配制100 mL 0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液”的实验方案。
学生活动3:小组间互相评价、讨论,在教师的指导下突破难点形成最终方案。
设计意图:
(1)从学生的已有知识出发,引导学生运用迁移、比较的方法,设计配制一定物质的量浓度溶液的方案,以降低学生实验设计的难度,激发学生实验设计的兴趣。
(2)让学生在方案的设计中发现两个实验操作的主要差别,即“粗略配制”与“准确配制”、“溶液质量”与“溶液体积”的差别,从而再次认识和理解“物质的量浓度”的概念,并明确该实验成功的关键点是确保溶质质量的准确性和溶液体积的准确性,从而引出准确控制溶液体积的量器――容量瓶的结构和使用方法。
(3)在实验方案的设计过程中,始终引导学生将物质的量浓度的概念与实验操作紧密结合起来,让学生体会概念与实验间的密切关系,逐步养成理论与实际相结合的思维方法。
学习任务四:初步学习实验误差分析的方法,并在反思中完善对实验方案的设计。
学生实验1:配制100 mL 0.1 mol・L-1 Na2CO3溶液。
学生实验2:测定所配溶液的电导率值,并与标准溶液的电导率值进行比较。
学生活动:分析导致所配溶液误差的原因,完善细化溶液配制的实验方案。
设计意图:
(1)通过实验,让学生感受到理论上的实验设计和实际操作之间的“距离”。只有在真实的实践过程中,才能发现实验设计中未尽的细节之处,如溶解固体时所用水的量的控制,玻璃棒引流时操作的要点,溶液体积最终控制时胶头滴管的使用等等,从而进一步认识到定量实验的设计需要不断地完善和修正。
(2)让学生从所配溶液电导率数值的误差入手,回顾并反思实验的各环节,分析造成所配溶液浓度误差的原因。并引导学生归纳总结出误差分析的依据是物质的量浓度的概念,从而让学生进一步认识理论与实际相结合的意义。
学习任务五:梳理提炼,初步形成定量实验设计的一般思路。
学生活动:在教师的引导下,建构定量实验设计的一般思路(如图1)。
设计意图:结构化的知识,有利于学生的迁移和应用。
学习任务六:从生活的角度,认识溶液配制在生活中的应用。
图片:溶液配制在农药稀释、消毒液配制、镀银工艺、水再生处理中的应用。
设计意图:从更广阔的视野认识溶液的配制,再次体会科学技术对生活、生产的影响。
学习任务七:归纳总结,布置作业。
学习活动:谈谈现在眼中溶液“浓”和“稀”的变化。
作业布置:在生活中寻找与溶液浓度、溶液配制有关的素材,从科学的视角分析其中的知识和方法。
设计意图:再次回到“眼中的世界”,意在让学生从生活、化学的角度重新审视自己对溶液浓度及溶液配制的认识,体会在学科知识、学科方法和学科观念等方面的收获。
三、教学反思
1. 注重教学内容的“大风范”
“溶液的配制与分析”的常规教学一般是将其定位于实验教学,教学内容上侧重物质的量浓度溶液的配制,多采用教师讲解演示与学生模仿演练相结合的教学方法。笔者在设计该课时,将“溶液”作为主角,以“眼中的物质世界”为主线,让学生尝试从不同的角度对“溶液”进行新的认识,并在学习过程中不断丰富、拓展,旨在让学生从生活、科学的角度更深入认识和了解溶液浓度大小对性质的影响,认识溶液浓度表示方法的多样性和必要性,以及理解学习不同浓度溶液配制方法的实际意义。也就是说,本节课教学内容的设计重点并不在概念的计算应用、溶液配制方案的识记、实验操作的规范、实验数据的分析等方面,而是着眼于化学概念、化学实验方案设计、实验操作要点、数据分析方法等要素间的相关性,让学生在设计、测量、分析、反思、归纳的过程中掌握定量实验设计与分析的一般方法(如图2)。唯有将学习置于这样“大”的情境和“大”的目标追求之中,学生才能有更大的胸襟和情怀,在掌握化学学习和科学实践方法的同时,更好地体会化学的价值与意义,并获得自身更好的长远的发展。
2. 注重教学过程的“强逻辑”
“溶液的配制与分析”的常规教学过程一般是按物质的量浓度的概念、物质的量浓度的有关计算、一定物质的量浓度溶液的配制、误差分析等为主线顺势展开的。笔者在教学中设计了三条主线:(1)以溶液浓度为主线,从浓度大小对物质性质的影响到生活中溶液浓度的不同表示方式及含义,再到溶液的配制方法,最后回到生活中溶液配制的意义。(2)以溶液的配制方法为主线,从熟知的配制一定质量分数的溶液到探究如何准确配制一定物质的量浓度的溶液。(3)以物质的量浓度概念为主线,将溶液配制、误差分析紧密融合起来。三条主线相互融合渗透,相互补充。其中第三条主线的设计如图3。
从图3可以看出,学生对“物质的量浓度”概念的理解并不是一步到位的,而是让学生在实验设计中通过“质量分数”和“物质的量浓度”的概念的分析比较,“一定质量分数溶液配制方案”的迁移运用,深化了对物质的量浓度概念的理解。在溶液的配制过程中,本节课也并未采用传统的教师讲解示范、学生模仿演练的学习方法,而是大胆放手让学生在实践中体会学习,在误差分析中反思提高,从而不断完善细化实验方案,并再一次归纳总结出物质的量浓度的概念是误差分析的重要依据,再一次地认识概念并运用概念。整节课学生的认知过程体现了从已有的质量分数迁移到物质的量浓度,从茫然迁移应用配制一定质量分数溶液的方案到理性思考,最终形成“认识―应用―再认识―再应用”的认知方式,让学生深刻体会到概念在实验设计和误差分析中的主导作用,更有利于学生在学习过程中逐步形成理论与实际相结合的思维方式。
3. 注重学生活动的“多层次”
本节课的设计始终以学生活动为主,外显的活动有让学生体会溶液浓度大小对生活、科技的影响,生活中不同浓度表达方式的含义,实验方案的设计,配制溶液的方案,测量所配溶液的导电率等。内隐的活动主要包括两条线,一是思维活动,迁移已有知识设计实验方案、反思实验设计的缺陷、完善实验方案、进行误差分析;二是情感体验活动,感受溶液浓度大小与配制在生活、科技发展中的意义,感受实验设计的严谨,感受科学实验的不易,感受化学概念与实验间的密切关系。只有充分调动学生多层次的活动,才能真正让学生认识化学,理解化学,掌握化学学习的方法。
笔者认为,化学核心概念是处于化学学科中心的知识,是化学学科的主要内容,并具有能有效地联系其他概念的属性。例如,定量研究是化学研究的重要方法,其知识贯穿于整个中学化学内容中。通过定量研究中量的思想,有助于将质量和物质的量这两个重要的物理量联系起来(质量是宏观上量的积累,物质的量是微观粒子数目的积累),所以定量研究可以看做是中学化学阶段的一个核心概念。
一、核心概念在教学中的作用
根据化学知识的特点,可将化学知识分为三类:理论知识、事实性知识和操作性知识。理论知识可以包括化学概念(如物质的量)和化学理论(如物质的结构理论),是中学化学的骨架。事实性知识主要指的是元素化合物知识,是理论知识的承载,也是中学化学的重要组成部分。操作性知识主要是实验操作、实验技能等。本文认为核心概念能有意义的组织和引领理论知识和事实性知识。
奥苏伯尔在有意义的学习中提出了下位学习法(如图1)。下位学习法是指在上位概念1的引领下,联系已有的知识,通过同化的方法学习新的知识的过程。本文认为在下位学习法中,概念1即是核心概念,它的作用是引领和组织零散的知识。
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图1 下位学习
同样,在化学教学中,也应为新知识寻找理论归属即核心概念,在核心概念的引领下,将新知识的学习与已有知识的建立联系,使新知识的学习成为一个同化的过程,构建以核心概念为中心的知识网络。
二、核心概念引领作用在化学教学中的应用
新版化学教材涉及两个必修、六个选修模块,每个模块中又包含3~7个专题不等。将如此多的专题有意义的联系起来的关键,就是核心概念。
(一)核心概念与事实性知识教学
元素化合物知识在学生头脑中一直是以内容繁多、杂乱的形象存在,被普遍看作是学习的负担。事实上,学习元素化合物知识的意义不是识记化学反应方程式,而是充实、丰富学生化学理论。因此在教学中,教师应为其找到理论归属,即围绕核心概念展开教学。
例如,化合反应是学生学到的第一个反应类型,之后教师会以化合反应的教学模式为范例,讲授置换反应、分解反应、复分解反应。因此学生对化合反应这个概念一般都能掌握。高中阶段,化合反应等基本反应类型还会成为氧化还原反应的教学切入口,可见它们在中学化学中占有一定地位。因此可将它们看做是化学核心概念,并在教学中应充分发挥它们的引领作用。
以化合反应为例,首先根据反应物的特征,将化合反应分为三类:(1)两种单质的化合反应;(2)一种单质和一种化合物的化合反应;(3)两种化合物的化合反应。其次建立初步的分类架。根据学生高中阶段学到的化学反应知识,又可以具体的将单质分为金属和非金属,建立如表一的框架。继而考量苏教版必修一中出现的化学反应发现:硅的化合物与硫、钠、氮等单质的化学反应一般都是化合反应,并可将它们补充到以化合反应为核心概念建立的框架中。同时发现,教材中出现的4Fe(OH)2+O2+2H2O=4Fe(OH)3这种由三种反应物反应生成一种生成物的反应,和SO2+O2 ■ SO3这种可逆反应,也可以归属为特殊的化合反应。因此就建立起一个完善的化合反应概念框架(如表一)。
通过如此的归纳发现,苏教版必修一中很多化学反应都可以归纳到表一中。结合化合反应概念特点,无疑减轻了学生的记忆负担。对于置换、复分解、分解反应也同样如此。
教师在讲解事实性知识时,要联系核心概念,在其引领下扩大学生原有认知结构,使新知识变成可以被核心概念同化的分支,以此来建立整体的化学观。
(二)核心概念与理论知识性知识教学
与元素化合物知识不同,理论性知识的特点是较强的抽象性、逻辑性、概括性。在教学中发挥核心概念的引领作用,在已有知识的基础上展开教学,能减少新概念的陌生感。
以物质的量的概念教学为例。现有的教学设计,多是从物质的量的概念入手创设情境,使抽象概念形象化。其中比较典型的是快速数出募捐的零钱、快速数出大米的情境创设。笔者认为在物质的量的概念教学中,除了上述教学策略之外,发挥核心概念作用的教学,也会有积极的效果。
物质的量是中学化学的重要概念之一,是表示微观粒子数目的集合体。由于学生在生活中不常接触到这个物理量,并且从概念的描述上并不能建立形象的模型,所以学生存在一定的学习困难。但是从定量研究的角度来看,质量和物质的量都是定量研究中的重要物理量,质量是表示物体所含物质的多少的物理量,物质的量是表示微观粒子数目的物理量。微粒也是一种物质,因此可以说物质的量和质量就是在微观和宏观上相对的两个物理量,它们可以通过摩尔质量建立有如图二的概念关系,也可以说物质的量是质量的微观表述。建立这样的联系后,就可以将陌生的物质的量转嫁到学生熟悉的质量身上。在核心概念的引领下,联系已有知识,在理解中突破了物质的量的概念教学。
四、结论
中学化学教给学生的不应该是化学概念和化学方程式的集合,而应是一个整体的学科思维。在知识呈现爆炸式的增长的今天,不能期望学校教育穷尽学生一生所需的知识。根据化学的特点,在中学教育中应肩负起培养学生解决问题的能力和深层次思考的责任。教师在教学内容的处理上,对于学过的知识不应弃之不理,应在核心概念的引领下,将其与新知识建立联系,并结合学生的认知特点,有序的传授知识,使学生构建整体的学科观。这样学生学习便有如上台阶一般可以有序、可持续发展。这便是以核心概念为中心的教学的主要思想。
[参 考 文 献]
[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[S].北京:人民教育出版,2003.
[2]普莱顿・D・费德恩.等.教学方法――应用认知科学 促进学生学习[M].王锦.等.译.上海:华东师范大学出版社,2006.
[3]H・林恩・艾里克森.概念为本的课程与教学[M].兰英译.北京:中国轻工出版社,2003.
[4]M・P・德里斯科尔.学习心理学――面向教学的取向[M].王小明,等译.上海:华东师范大学出版社,2008.
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2014.11.007
最近一段时间读了日本东京大学佐藤学教授的代表作三部曲之一《学习的快乐――走向对话》一书,本书重点论述了“学习”作为一种对话性实践,不仅引导我们从独白的世界走向对话的世界,而且借助这种对话性的、合作性的实践,为人们提供了构筑起“学习共同体”的可能性[1]。在佐藤学教授看来学习是人对客观世界的对话(认知性实践,即创造世界),是与自身的对话(伦理性实践,即自我探索),是与他人的对话(社会性实践,即形成伙伴)。在课堂教学中,我们往往只简单地看到了教师向学生传递知识这一单维的活动。“时间”、 “空间”、“人”、“知识”、“环境”等等在效率的压缩下,变得客观而失去了其原本丰富的内涵,机械而僵硬。课堂里同时发生着他与客体世界、与他人、与自我三位一体的实践,而且这种实践的发生是一次性的、特有的、瞬间的。
我读着佐藤学的书,内心不时充满着对教育无限的遐想,勾起美好的向往。掩卷沉思,在脑海里究竟留下哪些痕迹?如何在化学教学中通过“对话”实现观念建构与转变的教学?下面以“配制一定物质的量浓度的溶液”的教学为例作一阐述。
一、在问题驱动下走向“对话”,形成对浓度概念有效建构与浓度意义的深入思考
物质之间发生化学反应的本质是构成物质微粒之间的相互转化。我们在科学实验和实际应用中有必要搞清楚溶液中含有溶质微粒数有多少,也就是说,原来的质量分数已经不能满足实际需要了,有必要提出一种新的衡量溶液组成的表示方法。“物质的量浓度”这部分内容位于 《化学1》的第一章[2],在学生初中已经学过了溶质的质量分数、溶解度,本章又学习了物质的量、摩尔质量和气体摩尔体积的基础上,本内容要使学生对于溶液浓度表示方法的认识上升到一个新的高度,学会一种使用更为方便、广泛的表示方法,使学生对化学的认识更进一步。同时,本内容承前启后,既是对初中溶液知识的继续和延伸,又是对新学物质的量等化学基本概念的巩固和应用。为便于学生理解抽象概念,可采用“类比式对话”的方法,通过常见的口服液、消毒液、眼药水、酒、矿泉水等标签中表示组成的数据意义的理解,并根据自己手中的标签归纳表示溶液组成的多种方法:V/V 、m/V 、n/V、m/m,能够提高溶液的组成中溶质的质量与溶液的质量,溶质的体积与溶液的体积,与原有的“物质的量”、“溶液的质量”、“溶液的体积”的兼容性,有利于对“物质的量浓度”这个陌生概念内涵的深刻理解和掌握,并将建构这样的基本观念:混合物的组成表示方法总是某种成分占总体的多少;表示溶质和溶液多少的物理量可以一致也可以不一致;相同物理量时单位可以一致也可以不一致。
将某些物质配成溶液是日常生活和科学实验常用的方法,人们首先要搞清标记溶液定量组成的方式有哪些,故通过学生熟悉的生活中的事例与之形成对话:(1)矿泉水中各元素的组成常用质量体积浓度来表达,其单位为mg/L。其中钙的含量为≥4.0,它表达什么含义?(2)天之蓝酒的酒精度为45%,它表示体积百分含量,说出它的含义?(3)表示溶液组成的共性是什么?(溶质的量?溶液的量)
为了实现从用“质量分数定量”表示溶液的组成向用“物质的量浓度”定量表示溶液的组成的转化,也为了让学生真正理解和掌握物质的量浓度的本质意义,初步建立物质的量、摩尔质量、质量分数、密度与物质的量浓度之间的关系。师生之间围绕浓度的本质意义开展对话,为学生体会物质的量浓度的价值意义进行铺垫,引导学生切身体验物质的量浓度概念的获得过程和方法,促进学生内生主动参与教学活动的强烈愿望,对有关知识进行深入研读和深刻思考把握其本质属性。
问题解决总是跟思维联系在一起的,人们为解决问题而思维。作为思维产物的观念跟问题和问题解决自然有着密切的联系。通过设计相互关联的问题引发的对话,激发学生的思维,进行从定义、符号、单位、表达式等方面对物质的量浓度的意义进行深入的理解,进而引导学生建立物质的量浓度的核心:就是单位体积溶液中含溶质的物质的量的观念;由问题的提出而引发的对话,一是实现了对几种浓度表示方法的对比和表达的探究实践,理清物质的量浓度与溶解度和质量分数概念的本质认识。二是巩固对溶液均一性的深刻理解,有利于溶液浓度本质意义的暴露,形成合理知识结构,并由此及彼,触类旁通,防止知识的混淆;三是引起学生认知冲突,将知识内化,形成自己的对知识的理解,从而使学生深入体验到物质的量浓度的核心价值,逐步形成一定的自主学习、自主探究问题并自主解决问题的习惯。
二、在真实的情境中引发“对话”,建构不同浓度溶液配制的方法和思路
配制一定物质的量浓度的溶液是学生掌握的第一个定量研究实验,对培养学生用定量的思想解决化学问题的能力有重要的作用,对整个高中化学的学习乃至今后继续学习起着重要的奠基作用。在课堂上,从浓度的意义出发,创设真实而有意义的情境,利用更多的课程资源、制造更多的机会来充盈丰富学生的感知,引发学生与教师、与同学、与自己的三位一体的对话,形成学生注意、好奇、质疑、愤悱等急于解决问题的心理状态,促进学生更具体、更丰富地与生活、生产、科研进行更为亲密的接触,诠释了佐藤学的教学价值重建的意义。
在教授一定物质的量浓度溶液配制时,应该明确配制的要求与目标,而不应将溶液的配制一味“精确化”,在教学中教师引导学生从物质的性质和浓度要求出发,思考配制方式的选择,使学生理解粗配和精配的价值和方法,根据实际要求,按需配制才是最符合科学研究需要的。一定物质的量浓度溶液配制的教学,围绕物质的量浓度的基本定义,从 c=n/V 的基本意义出发,引导学生理解物质的量浓度概念的核心:是单位体积溶液中溶质的物质的量,配制时确定溶液的体积与溶质的物质的量是确定溶液浓度的关键。
在实际操作中,教师凸显溶液配制的思考方法从浓度的内涵入手,结合浓度的要求或物质的性质,确定是粗略配制或是精确配制,在真实的情境中通过师生对话,一是揭示溶液的精配、粗配与物质的量浓度内涵之间的相互联系;二是将一定浓度溶液的配制核心知识(思路与方法的选择)结构化,形成“不同浓度溶液配制”的意义建构;三是促进学生对浓度配制思路与方法的理解和反思,从而引导学生按照一定线索,进行归类、整理,创设将仪器、试剂的选择与溶液配制要求相结合的真实的情境,选择适当的仪器、步骤进行配制。
通过创设正确与错误、探究与建构,分享与独享、激发与抒发的真实情境,将情绪内容(到底怎么配制一定浓度的溶液啊?)与知识内容(一定物质的量浓度的溶液配制思路与方法)进行深度的融合。这样有利于学生建构化学知识的良好载体;有利于学生产生化学认知兴趣的源泉;有利于帮助学生建立认识世界的化学视角;有利于学生知识迁移能力的形成[4]。
如,教师可以提出是否什么物质都能精确配制、能否精确配制0.400mol/L的NaOH溶液100mL 等问题,引导学生了解NaOH 由于其在空气中易于吸收CO2 和水分等,因而不能精配。与 NaOH 类似不适合用作精确配制的物质还有浓硫酸、 盐酸等,而 NaCl、 Na2CO3等物质由于(1)在空气中稳定:不吸湿、不挥发、不与空气中物质反应、受热不易分 解;(2)纯度较高;(3)实际组成与化学式完全符含;(4) 具有较大的摩尔质量便于减少称量误差而用作精确配制的物质。化学上把这样的物质叫做“基准物质”。像NaOH、硫酸等不能精确配制的物质,即使采用精密的仪器,要配制所谓的 0.100mol/L等精确浓度也是完全达不到的,这些物质一般均采用先粗略配制,再采用基准物进行滴定标定的方法获得其准确浓度。
三、在学习共同体中生成“对话”,建构溶液配制要求源于配制精度的认识观念
佐藤学认为:建设以课堂教学为中心的“学习共同体”,把过去的个人主义转换为共同体的学习,保障每一个学生的以多样性为出发点的活动性学习,以实现多样的学习交流与合作,培养学生成为自立的、活动的、合作的学习者[1]。边讲边实验集教师演示、学生实验于一体,既凸显了化学学科特点,也是创设课堂中“学习共同体 ”的有效方式之一。在由实验操作形成的“学习共同体”中生成的“对话”,能使学生迅速进入有关的思维活动,不仅思维过程合理、有效,而且能使学生增加对一定物质的量浓度的溶液配制思路和方法的理解,丰富有关一定浓度溶液配制意义的认识。
由师生共同实验操作形成的“学习共同体”,顺应了化学教学由教室向实验室转移的改革趋势,它不是一种简单的教学场景和教学形式的变换,它蕴含着教师对步骤源于实践(实验过程),仪器源于步骤,操作和仪器的注意事项源于步骤和仪器的精度等认识观念的正确把握和建构。通过学生在精确配制一定物质的量浓度的溶液操作过程前形成一定的认知冲突情境,引发学生“心动”;通过一定物质的量浓度的溶液精确配制实验探究,引领学生“手动”; 通过在精确配制中可能产生的误差对比分析、质疑、辩论,激发学生“脑动”;通过学生充分的表达交流,引导学生“口动”;这样在学生有效参与课堂教学的前提下,促进知识的正迁移,形成对溶液配制意义的深刻理解。搭建一个自主、合作、探究的学习共同体,学习积极性就会被激发,自主学习的意识被唤醒,在动脑、动手、动眼、动嘴的过程中[5],建构配制过程要求与仪器要求源于配制精度的核心观念。
本节课属于新概念的教学,而长期以来学生对概念都存在难以理解,难以正确表述的困难。为了最大限度地发挥学生的主观能动性,养成勤于思考、勇于创新和实践的品质,一改常规教学中教师直接拿出概念,学生运用概念的方法,通过学生自主探究了解概念,习题运用巩固概念,交流评价定义概念,习题升华强化概念的方法,消除了学生对概念的神秘感和泛味感。
在教材的处理上将顺序进行了调整:先通过练习归纳物质的量浓度的概念,再将物质的量浓度与溶质的质量分数进行对比。在整个教学过程中,我的角色从传统的“独奏者”变为“伴奏者”或者“协奏者”,与学生的关系都是平等、和谐和协作的关系,彼此相互理解、密切合作、共同研究。
二、学情分析
学习有关物质的量浓度的计算前应先对物质的量的有关概念有很好的理解,熟悉基本转化关系,学习过程中注重分析,注重计算规律的总结。而在此之前学生已用两周的时间学习了“物质的量”这一概念的相关知识,对本节课的学习奠定了基础。但学生从初中到高中的衔接过程中,学生对初中接触的某些概念如“溶液体积”与“溶剂体积”存在一定程度的混淆,高中自主学习方法的运用、抽象思维能力的形成尚有一定程度的欠缺。所以在本节课的概念学习中,我力求引导学生自主探究、合作学习,消除学生对概念的神秘感和泛味感。
三、教材分析
1.教材的地位及其作用
本节课选自人民教育出版社出版的全日制普通高级中学教科书(必修)《化学》第一册第三章《物质的量浓度》第三节《物质的量浓度》。本节教材是在学生学习了质量分数和物质的量的概念的基础上,使学生掌握另一种表示溶液组成的方法。《考试说明》对本节内容的要求是掌握物质的量浓度的含义,掌握有关计算,了解利用容量瓶配制一定物质的量浓度溶液的方法,并能对实验结果进行分析。物质的量浓度的概念相关计算是中学化学计算的重要组成部分,也是高考命题的热点。
2.教学目标分析
依据教改精神、新课程标准及本班学生实际情况确立如下教学目标:
知识与技能:
(1)理解物质的量浓度的概念。
(2)掌握有关物质的量浓度概念的计算
(3)掌握溶质的质量分数与物质的量浓度的区别。
(4)通过对溶质的质量分数与物质的量浓度的对比,提高运用比较归纳、推理的能力。
过程与方法:
(1)通过课前探究,学会获取信息和加工信息的基本方法。
(2)通过对物质的量浓度概念的构建,学会自主探究获取知识、应用知识的方法。
情感态度与价值观:
(1)在相互交流与评价中,养成团结协作的品质。
(2)关注与物质的量浓度有关的生活、生产问题,体验化学科学的发展对当代社会可持续发展的重要意义。
(3)通过溶液组成的不同表示方法之间的关系,渗透“事物之间是相互联系的”辩证唯物主义观点。
四、教学重点的确立
物质的量浓度在高中化学中具有极其广泛的应用,因此将理解并能初步运用物质的量浓度的概念确定为教学重点。
五、教学重点的突破
采用主体探究式学习,学生不再把“物质的量浓度”的概念从课本搬到记忆中,而是以原有的“物质的量”、“溶液的质量”、“溶液的体积”等基础通过生生间、师生间的相互协作来获取新的概念。
六、教学难点的确立
“帮助学生形成终身学习的意识和能力”是课程改革的基本理念,因此将构建“物质的量浓度”概念的同时学会自主探究获取知识、应用知识的方法确定为教学难点。
物质的量浓度的有关计算所涉及的概念较多(如物质的量、质量、摩尔质量、气体的摩尔体积等),类型多,知识范围广,内容灵活多变,也是高考的热点具有一定的难度。
七、教法分析
本节课采用主体探究式教学方法。在教学中力求“学生在教师指导下,以类似科学研究的方式去获取知识、应用知识和解决问题,从而在掌握知识内容的同时,让学生体验、理解和应用科学方法,培养创新精神和实践能力。”
八、学法分析
1.在概念的学习中可以与质量分数进行对比学习,找出其中的区别,加深理解。
2.在物质的量浓度的计算的学习之前应先对前面的物质的量等相关知识加以巩固,熟练相互转化关系,解题时着重从概念的理解上去分析各个量的含义,而不要当成单纯的计算,不要死记公式,同时养成带单位进行计算的习惯,一定程度上可以帮助概念的理解检验计算的准确性。
九、教学用具
多媒体电教设备、投影仪
十、课型及课时安排
新授课 一课时
十一、教学过程
本节课依据主体探究式课堂教学模式进行设计。按照主体探究式学习,我设计本节课的教学环节为:
1.创设情景,引入课题
展示两瓶颜色不同的KMnO4学生会分析出颜色不同的原因是由于浓度不同,而表示溶液浓度的方法很多学生通过学案复习了初中化学有关溶液的知识――溶液组成和溶液中溶质的质量分数的知识,指出这只是表示溶液组成的一种方法,引出新课――另一种常用的表示溶液组成的物理量――物质的量浓度。
2.揭示教学目标
投影:本节课的知识目标让学生感知本节课的学习任务和要求。
3.自主探究
学生自主探究了解概念,习题运用巩固概念,交流评价定义概念,习题升华强化概念的方法,消除了学生对概念的神秘感和泛味感。
探究一,物质的量浓度的概念
学生首先自主阅读课本感受概念,然后教师组织学生讨论:
(1)你认为正确理解物质的量浓度的概念应该注意哪些关键点?
(2)B的含义是什么?
(3)物质的量浓度的概念我们也可以简化成一个代数式,怎样表示?
(4)从上式中你能得出物质的量浓度的单位吗?
通过学生的讨论总结出物质的量浓度及表达式,单位和注意的问题然后给出问题:
判断下列说法是否正确
①1molNaOH固体溶于水,配制成1L的溶液,所得溶液的物质的量浓度为1mol/L。()
②1molNaOH固体溶于1L水,配制成的溶液的物质的量浓度为1mol/L。()
③40克NaOH固体溶于水,配制成体积为1L的溶液,所得溶液的物质的量浓度为40g/L。()
④1molNaOH固体溶于水,配制成体积为1L的溶液的浓度为1mol/L。()
注意事项
(1)体积是指溶液的体积,而非溶剂的体积,单位用L。
(2)溶质要用物质的量来表示,不能用固体的质量或气体的体积来表示。
(3)“物质的量浓度”是一个完整的物理名词,不能任意删改。
整个过程中,他们不仅仅用自己的脑子去想,而且用耳朵去听,用嘴巴去说,用彼此的心灵去相互碰撞。直到他们达成共识,共享成功后,我再给出练习(常温常压下22.4LHCl气体溶于水配制成1L的溶液其浓度为1mol/L)进行巩固。
探究二,物质的量浓度的概念简单计算
学生通过对公式的变形完成下列计算:
(1)1LNaOH溶液里有O.5molNaOH,则氢氧化钠溶液的物质的量浓度为()
(2)2mol/L的NaCl溶液1000ml,含溶质NaCl的物质的量为()
(3)已知某硫酸钠溶液的物质的量浓度为1mol/L,溶液中含硫酸钠的物质的量为3moL,则该溶液的体积为()
学生很快得出答案,但是书写很不规范需要教师讲解:
探究三,物质的量浓度和溶液的质量分数的区别
物质的量浓度与溶质的质量分数都是表示溶液组成的物理量,它们之间有怎样的区别呢?
新课程标准中强调:在学科教学中要培养学生比较、归纳、推理的能力。
4.小结知识
强调本节课的学习重点,容易出错的知识点。
5.课后延伸
利用讨论题:从1L1mol/L的蔗糖溶液中取100mL,所取出的溶液的浓度为多少?你能举出生活中的例子来说明吗?
这其中牵涉到许多计算,这将是我们下节课重点学习的内容――物质的量浓度的相关计算类型。即为后面的学习作好铺垫,又达到了升华概念的目的,使学生的认知结构更为丰富。
6.板书设计
我的板书设计将这节课的重点――物质的量浓度的概念,表达式和单位以及注意的事项书写在主板书上;将书写格式书写在副板书上。
十二、结束语
【关键词】素质教育 化学思想 培养策略
The chemistry idea education should be infiltrated into the junior chemistry teaching
Ye Jianfang
【Abstract】In this article, the author has elucidated the connotation of the chemistry idea in brief and also offered the strategy for cultivating students’ chemistry idea in the junior chemistry teaching, hoping to deliberate with the craft brothers.
【Keywords】Education for all-around development Chemistry idea Culture strategy
基础教育课程改革的根本宗旨是提高学生的学科素养,全面推进素质教育。而人的素质,主要包含思想道德素质、科学文化素质、身体心理素质和劳动技能素质等几个方面。作为基础教育课程之一的化学,同样肩负着这样的重任。在初中化学启蒙教学过程中,学生除主动获取化学基础知识、基本技能等外,还应在科学思想、科学方法、对科学探究过程的体验、态度情感与价值观等方面得到全面的提升。因此,在教学中,教师不仅要重视学生的科学文化素质的培养,同时也要重视对学生化学思想的培养。化学思想的形成,有利于学生深刻认识化学知识结构内部的联系,形成科学观点,掌握科学方法,对学生未来的发展所起的作用更广泛、更深刻、更持久、更有利。为此,笔者在研究前人工作的基础上,简单阐述了初中化学中涉及到的几种化学思想,并就其培养策略提出了一些初步的看法,旨在对素质教育提出自己的见解,与同行们商榷。
1.化学思想的内涵。化学思想是人们对客观物质及其化学变化规律的最根本的认识,是化学家认识世界、解决化学问题的原则、方法的总和,化学思想是科学思想在化学方面的具体体现。化学思想是随着科学技术与社会的发展不断发生变化的。
1.1 结构决定性质的化学思想。从一定意义上说,化学科学发展的历史就是人们探索和揭示物质组成和结构奥秘的历史。中国科学院院士徐光宪先生曾撰文指出,20世纪的化学有三大理论成就,其中之一是量子化学和化学键理论得到很大的发展,人们初步认识了结构和性能关系的规律。20世纪的化学理论研究成果也表明,反应动力学、合成化学等的研究都是从物质的结构入手,是根据物质的结构决定物质的性质的思想进行设计和研究的。化学科学上的许多发现和发明,都是在这一化学思想指导下实现的。例如,人们发现硅具有良好的半导体性能,于是根据结构决定性质的思想合成了性能优异的半导体材料砷化镓;同样根据结构决定性质的思想,人们通过改变金属材料的结构,制造出形形、功能奇特的合金材料。
在人类研究化学过程中,形成结构决定性质的化学思想,学习和研究化学时我们就应当形成“结构相似的物质性质相近,结构不同的物质具有不同的性质”的认识,并以此指导我们去认识和改造自然界。
1.2 物质运动变化的化学思想。化学是研究化学变化的科学。在化学科学发展中,人们已经认识到:世界是由物质构成的,物质不断地运动着、变化着,而物质的运动变化是有条件的,在不同的条件下,物质表现出不同的性质和变化规律。人们在化学研究中形成的这些认识升华为物质运动变化的化学思想,指导着人们认识和改造物质世界。有了物质运动变化的化学思想,我们就不会用僵死的观点看待事物;有了物质运动变化的化学思想,我们就会关注环境对体系的影响,关注外界条件对事物变化的影响。
1.3 实验是检验化学理论唯一标准的思想。在理论化学迅速发展的今天,化学实验仍然是化学科学研究的重要方法。“实验是化学的最高法庭”已成为化学研究者的共识。任何化学理论都必须经过大量的实验检验才能得到认可,在得到认可之前,看似完美的理论都只能是假说。例如,人类对质量守恒定律的发现、玻尔原子模型、元素周期律等化学理论和原理的产生,无一不是建立在大量的实验事实基础之上的。从300多年前,1673年英国化学家波义耳在一只敞口的容器中加热金属,结果发现反应后容器中物质的质量增加了。到1777年,法国化学家拉瓦锡用较精确的定量实验法,在密封容器中研究氧化汞的分解与合成中各物质质量之间的关系,得到的结论是:参加化学反应的物质的质量总和等于反应后生成的各物质的质量总和。再到后来,人们用先进的测量仪器做成了大量精度极高的实验,确认拉瓦锡的结论是正确的。从此,质量守恒定律才被人们所认识。
掌握“实验是检验化学理论唯一标准”的化学思想,我们就能客观地看待物质世界,科学地应用化学理论解决化学问题,我们就能重视实验和对实验现象的观察在化学学习和研究中的重要作用;掌握“实验是检验化学理论唯一标准”的化学思想,我们也就会重视实践对理论的检验作用,坚持实践与理论辩证统一的唯物主义思想。
1.4 化学与社会和谐发展的思想。化学科学的发展历史告诉我们:化学来源于现实生活,化学服务于社会生活,化学科学发展的目的是为人类创造更美好的生活。在化学科学的发展中,化学家们在合成新物质、制备新材料满足人类生活和高新技术发展的需要的同时,十分关注化学科学成果的应用对环境、特别是人类生命的影响,并致力于研究环境友好的化学技术,致力于研究保护和改善人类赖以生存的环境的化学方法。化学科学发展中产生的绿色化学技术、原子经济化技术等都是化学与社会和谐发展的思想的充分体现。
2.在教学中进行化学思想教育的策略。基础教育阶段化学教育的目标是提高学生的科学素养,让学生掌握未来发展必备的化学知识、技能、方法和观点。其中,通过化学课程的学习使学生形成化学思想,对于提高学生的科学素养,帮助学生形成辩证唯物主义世界观具有重要的作用。在中学化学教学中,可以通过对学生进行化学史教育、引导学生进行实验探究、注重化学与生活相联系等策略来帮助学生树立化学思想。
2.1 在化学史教育中帮助学生形成化学思想。我国著名化学家傅鹰说过:“化学可以给人以知识,化学史可以给人以智慧。”根据化学教学的内容,选择典型的化学史料进行化学教学,有助于提高学生的化学思想。
化学科学发展史中每一次发现、每一项成果的取得,都是化学家智慧火花的闪烁,都闪烁着化学思想的光辉。例如,元素周期律、等电子原理、相似相溶原理的发现,充分体现了物质结构决定物质性质的化学思想;化学反应速率理论、化学平衡理论的建立,充分体现了物质的运动变化的思想;燃素说的破灭和氧化学说的建立、惰性气体改称稀有气体等,充分体现了实验是检验化学原理的唯一标准的化学思想。在初中化学教学中,有目的、有计划地结合化学课堂教学内容进行化学史教育,就能够让学生从化学发展历程中深刻认识和体会化学思想,认识化学思想在化学科学发展中发挥的作用。
关键词:网络图表; 复课; 建构; 知识体系
复习课是教学的重要组成部分,根据高中化学知识点宽、广、杂、多的特点及学生的遗忘规律,我们必须认真做好复课教学工作。
一、当前化学复课教学中存在三个误区
1、教师一个劲儿地罗列堆砌旧知,复习成了教师的一堂言;2、教师把学习内容从头到尾拎一遍,然后学生做题,搞题海战术;3、教师将复习时间留给学生让他们自由复习,教师成了复习课的“转悠师”或“警察官”。于是乎常常听到化学教师这样感叹:“复习课难上”、“我复习了那么长时间,我讲了那么多,学生练了那么多,考试成绩怎么还那么差呢?”……难道化学复习课就是回忆旧知或搞题海战术吗?
高中化学复课不是对已学化学知识内容的简单重复,它是在学生已有的知识基础上对原先学习过的化学知识进行高层次上的再学习,它更多地是一个加深理解化学知识,扩大化学知识联系,进一步提高化学知识应用能力和技能的过程。关于化学复习教学中如何引导学生纵横联系,点、线、面整合,使知识系统化、结构化,建构属于学生自己的知识体系,本文结合自己的教学实践谈一谈网络图表在高中化学复习教学中的应用。
作为复习课的一个重要环节就是要求我们根据系统论,引导学生对所学的知识进行整合,把分散的知识综合成一个整体,使之形成一个较为完整的知识体系,从而提高学生对知识的掌握水平。化学复习课上充分运用知识网络图表有助于促进学生整体建构知识体系,提高化学复课效果。
二、常见的知识网络图表
化学知识网络图表包括节点、连线、层级和命题四要素。节点就是置于圆圈或方框中的概念;连线表示两个概念之间的意义联系,连接可以没有方向,也可以单向或双向;层级有两个含义:一是同一层面中的层级结构,即同一知识领域中的概念依据其概括性水平不同而分层排布,概括性最强,最一般的概念处于图的最上层,从属的放在其下,而具体的事例列于图的最下层,二是不同层面的层级结构,即不同知识领域的概念图可就某一概念实现超链接;命题是两个知识点之间通过某个连接词而形成的意义联系。常见的网络图表有四种:
1.树形网络图表
树形图是从一个中心主题发散出“主干”、“大枝”、“小枝”、“树叶”的知识网络图表。如复习“元素周期表”时,根据“元素周期表”这一“主干”“揪”出“元素周期表的结构、与原子结构的系”这两个“大枝”,再分解到各自的“小枝”,由小枝再导出小树叶(具体的知识点,如图表1)。先唤醒学生对旧知的“再次访问”,然后引导学生跳出课本看概念,理清知识的主次从属关系,使学生明确什么是主干知识,什么是枝干知识,使已学知识生长为一棵有生命的大树,整个知识在学生心中才能达到融会贯通,整体建构的目标。而且这样的树形网络图表,形象生动,便于学生记忆。树形网络图表适用于需要帮助学生建立知识整体性和发展性的知识领域。
2.圆圈思维图表(韦恩图)
英国逻辑学家发明的圆圈图也就是韦恩图表能恰当表示出集合的范围与元素之间的关系,在化学教学过程中发现有许多化学知识也有类似的关系。如复习“氧化还原反应与四种基本化学反应类型的从属关系”时可以绘制圆圈思维图表。(见图表2)。
图表2
从上图表学生可以非常清楚地理解氧化还原反应与四种基本化学反应的关系。圆圈思维图最显著的优点就是非常形象地表示出各种概念之间包含关系,谁的范围大,谁的范围小,一目了然。这样划地盘,比范围的形象图我的学生非常风趣地称之为“鸭蛋图”。
3.网络思维图表
化学知识讲究系统性,也就是概念的前后顺序性,前概念的理解与掌握对后概念有着至关重要的作用。化学还讲究概念之间的沟通联系,这样化学概念之间就通过一定的关系编织成了一张张网络图表。化学复习课要重视知识网络图在复习中的作用,引导学生自主整理,上下沟通,左右链接,编制属于自己的知识网络图表。如在复习“物质的量”知识体系时,以物质的量为基点,让学生依托概念网络图表,自主复习,主动建构如下网络思维图表。(见图表3)
图表3
强化学生对“物质的量是联系宏观物质质量和微观粒子数目的桥梁”知识的理解。
4.对比表
化学上的许多概念往往是前一个概念是后一个概念的基础,而后一个概念又是前一个概念的发展,我们引导学生弄清概念间的纵向联系,前后沟通。我认为每一个相对独立的化学概念都是整个概念认知结构中的有机组成部分,不但在纵向上有共通性,而且在横向上也有密切联系。如复习“质量分数、物质的量浓度、溶解度三者的异同列对比表。(见图表4)
质量分数 物质的量浓度 溶解度
定义 溶液中溶质的质量与溶液的质量之比 以单位体积溶液里所含溶质的物质的量表示溶液组成的物理量 在一定温度下,达到饱和状态时100g溶剂中所能溶解的溶质的质量
单位 1 mol・L-1 g
符号 c S
相同点 都能从量上反映溶液的组成
转化关系 (饱和溶液)
图表4
运用表格对比分析,很容易找出三者之间的相同和不同之处,提升学生对知识间的内在联系的把握。对比表,侧重于对比分析,让学生在对比中更为深刻地掌握概念的内涵和外延,沟通概念间的联系,突出各自的特点。通过对比加强学生对所学知识的理解和掌握、最终达到触类旁通的学习境界。
三、运用网络图表,促进建构知识体系
在化学复课中,有效利用网络图表,理顺知识的从属、因果、包含等关系,使学生头脑中已学知识清晰地呈现为一张张脉络分明的知识网络,各知识点有自己的确定位置,井然有序,有条不紊,在这样重组知识,建构体系的过程中,收获的不仅仅是知识的有序储存和深刻记忆,还有联系的、发展的、整体的思维能力的提升。如何充分利用网络图表,促进学生主动建构知识体系,发展思维能力呢?我觉得应做好一下“三抓”。
1.抓课前:唤醒旧知,明晰知识点
有效的课堂复习不是学生在课堂上才知道今天要复习什么,而要提前预告。让学生课前自主复习,课的一开始集中回忆,明晰本节课复习内容的全部知识点。明晰知识点,比较分析,才能得出它们本质结构的相同点。唤醒旧知,明晰知识点,为下一环节沟通知识间的联系作好了知识上的准备。例如图表1:复习“元素周期表”前,布置学生课前复习与“元素周期表”相关的知识:元素周期表的有关概念、元素周期表的结构及与原子结构的关系等,理解各知识点的意义,为课上由“元素周期表”为知识主干繁衍生长的知识大树做好准备。
2.抓课中:串点成线,编织知识网
课堂上应重视让学生对自己学过的知识进行整理,并在全班同学面前展示自己构建的知识网络,让学生用自己的语言进行阐述。他们在自主复习中,对知识要点进行先期整理,记录下有疑问的地方,这样促进学生自主建构自己的知识网络,促使学习由外在要求驱动向内需性发展。编制属于学生自己的知识网需分三步来完成:
(1)纵向勾连,形成知识链。化学知识有着严密的逻辑结构,不论是物质的结构还是物质的性质、用途,其纵向发展都是一条有机的知识链,这样每一个知识点都能在知识链上找到相对应的位置。
(2)横向贯通,形成知识面。有些化学知识非常相似,彼此之间有着紧密的联系,但又不尽相同,对这些知识要纵向连线,横向贯通,比较相同或相近的地方,也要比较出不同的地方,从而形成更高层次的知识结构。如图表3,复习“物质的量是化学计算的核心”,学生在分析梳理的过程中,其实是站在整体的高度去审视已学知识,纵横贯通,学生的认知结构有了一个新认识新调整和新提升。
(3)纵横交错,搭建知识体。知识除了要“竖连线,横连片”之外,更重要的是要将所学知识组成一个大系统――搭建知识体系。通过串点、连线、组片、织网,使知识活化,达到提纲挈领,总体把握的目的。例如前文用圆圈思维图表述氧化还原反应与四种基本的反应类型的包含关系,借助平面图形间的关系,连同文字简介,等等用“图形”的知识面搭建了一个“氧化还原反应”的知识体系。
3.抓课后:实践应用,完善知识链
掌握知识不是最终目的,学习的终极目标是发展思维,提高运用知识解决问题的能力。学生解决实际问题的能力还需要在课堂上有目的地进行培养,可以联系实际编制综合题,提高学生综合运用知识的能力;可以编制实践题,开放题,培养学生个性思维能力和创造力。同时可以由课内向课外拓展延伸,给学生布置一些调查作业和实践应用作业,使学生的知识链在应用中得到完善与提升。
教师在化学复习课教学中经常运用知识网络图表,并有意识的引导学生,可帮助学生提高识图,读图的能力及从图中获取信息,图文转换,语言表达的能力,除此以外,应用网络图表教学,还可以帮助提高学生的观察能力、绘图能力。提高学生的想象力和创造力,促进学生形象思维和抽象思维的提高。
总之,知识网络图表以其鲜明的直观性,强烈的系统性,高度的概括性及独特的能力培养作用在化学复课学教学中有无法比拟的优势,是化学复课教学的基本手段之一。在教学中适时合理地运用知识网络图表,可以促进学生建构化学知识体系,提高学生的学习效率,培养学生思维能力和创造能力,进而提高学生的科学素养。在进行新课程教学中,网络图表将在化学教学中发挥更大的作用,应值得广大化学教师的充分重视和运用。
[关键词]图像题;考点;初中化学
[中图分类号]G633.8 [文献标识码]A [文章编号]1674-6058(2017)05-0080-02
图像题是近年来中学化学的考查热点,在各个题型中都有出现。图像题用图像代替部分文字描述,要求学生有一定的读图识图能力和综合分析问题的能力,学生需要自己筛选出有效信息,从图像中找出各化学量之间的函数关系。本文举例说明中学化学中常见的几种化学图像题的考查类型和解题技巧,仅供参考。
一、金属与酸反应图像题
初中化学中金属与酸的反应主要是指铝、镁、铁、锌和稀硫酸、稀盐酸的反应,这类题目在各种考试中经常出现。只要掌握规律,这类问题并不难解,解题的关键在于抓住“题眼”,即金属过量还是酸过量,再根据不同的方法进行分析求解。
[例1](2016・重庆)两个烧杯中装有等质量的金属锌和镁,然后分别逐渐加入同浓度的稀硫酸,产生氢气的质量与加入硫酸的质量关系如图1所示,下列说法正确的是( )。
A.该图反映出镁比锌的金属活动性强
B.a点时,两个烧杯中的酸都恰好完全反应
C.b点时,两个烧杯中产生的氢气的质量相同
D.c点时,两个烧杯中都有金属剩余
解析:由于Mg的相对分子质量比Zn小,相同质量的Mg和Zn与足量的酸反应,M生氢气的质量比Zn多,和金属的活动性强弱无关,因此从图像中不能看出金属活动性顺序,A项错误。a点之后,产生H2的量不再增加,说明在a点时Mg与酸恰好完全反应;Zn在图像的第一个拐点处已经和酸完全反应,B项错误。由图像可以看出,b点M生的氢气比Zn多,C项错误。c点之后,两个烧杯中的氢气质量均增加,说明c点时两金属均没有与酸完全反应,都有金属剩余,故正确答案为D。
点评:本题是一道典型的金属与酸反应的图像题,难度不大。解题时,要掌握规律,如金属活动性的强弱对应的是产生氢气的快慢而不是产生氢气的质量。解答图像题时还要弄清图像中拐点和终点等特殊点的意义。
二、溶解度曲线图像题
溶解度曲线就是描述物质的溶解度随温度变化而不断变化的曲线。溶解度曲线的应用很多,常见的有分离和提纯混合物、计算物质的结晶或溶解、配置溶液等。在解决溶解度曲线问题时,要抓住不同曲线的交点进行分析。
[例2](2016・南昌)图2是甲、乙、丙三种物质的溶解度曲线,下列说法中正确的是( )。
A.P点表示甲、丙两种物质的饱和溶液质量相等
B.t1℃r,乙物质的饱和溶液升温至t2℃时仍是饱和溶液
C.t1℃时,甲物质的饱和溶液中溶质和溶剂的质量比为1:4
D.将三种物质的溶液从t2℃降至t1℃,溶质质量分数最小的一定是丙物质
解析:本题涉及三种物质的溶解度曲线,溶解度曲线的交点的含义是两种物质在对应温度下的溶解度相等。P点表示甲、丙两种物质的饱和溶液的溶质质量分数相等,而不是质量,A项错误。从图像可以看出,乙物质的溶解度随温度的升高而变大,t2℃时,乙的溶解度比t1℃时大,溶液达到饱和所需的溶质质量也就比t1℃时多,因而t2℃时溶质的质量小于溶解度的大小,为不饱和溶液,B项错误。溶解度是指100 g水中最多溶解的溶质的质量,t1℃时,甲物质的饱和溶液中溶质和溶剂的质量比为25:100=1:4,C项正确。t2℃时三种物质溶液是否饱和未知,所以无法比较降温至t1℃后溶质质量分数的大小,D项错误。
点评:本题考查的是固体溶解度的定义和饱和溶液和不饱和溶液相互转变的方法,要求学生能够较好地掌握基本的定义和概念。会读图是解题的关键,解题时要先弄清横纵坐标分别表示的是什么量,再进行分析解答。
三、酸碱中和图像题
酸碱中和滴定是中学化学中经常出现的问题,一般是强酸强碱。解题前要弄清楚是将酸加入碱中还是将碱加入酸中,这可根据起始点的pH值来判断。滴定过程中溶液的pH=7时酸碱恰好完全反应,此时酸和碱的物质的量相同。
[例3](2016・广东)图3表示在9.8 g 100%的稀H2SO4中逐滴滴入100%的Ba(OH)2溶液的变化过程,下列说法正确的是( )。
A.x是时间,y是pH
B.x是水的总质量,y是H2SO4的质量
C.x是加入Ba(OH)2溶液的质量,y是沉淀物质的质量
D.x是加入Ba(OH)2溶液的质量,y是溶液中溶质的质量
解析:本题考查的是中和滴定的知识点。将Ba(OH)2加入H2SO4中,溶液的pH会不断增大,没有先减小的过程,A项错误。随着Ba(OH)2的加入,H2SO4逐渐被消耗,质量一直减少,B项错误。溶液中沉淀的质量应该是从开始增加,直到H2SO4被完全消耗,沉淀质量不再变化,C项错误。开始加入Ba(OH)2时发生反应,溶质质量不断减少,H2SO4被完全消耗后,再加入Ba(OH)2,溶质质量又不断增加,与图像相符,故正确答案为D。
点评:本题考查的方式比较新颖,考查酸碱中和反应,不是直接给出完整的图像,而是要求根据图像分析横纵坐标。本题要求学生有一定的综合分析能力和联想能力。
四、多种反应图像题
当涉及多种反应物的化学反应时,题目往往会把化学反应过程通过图像的形式表示出来,要求学生能够根据其反应过程的图像,通过观察图像、分析计算,再根据各个反应过程的特点,区分各个反应过程,考查学生综合运用知识分析解决问题的能力。
[例4]有一混合溶液是由稀HNP3、K2CO3、稀H2SO4、CuCl2四种溶液中的两种组成,为确定混合溶液的成分,向混合溶液中加入Ba(OH)2溶液,产生沉淀的质量与加入Ba(OH)2溶液的质量关系如图4所示,求该混合物的组成。
解析:首先观察图像,可以看出并不是一加入Ba(OH)2溶液就产生沉淀,由此可以推断出溶液中不含稀H2SO4,而H2CO3与稀HNO3和CuCl2发生反应,不能共存,因而混合物中也不含K2CO3。混合物由稀HN03和CuCl2组成。向混合溶液中刚加入Ba(OH)2溶液时,由于酸碱中和反应优先进行,Ba(OH)2与HNO3反应,不产生沉淀,HNO3完全反应后,Ba(OH)2与CuCl2反应,产生沉淀,待CuCl2完全反应后,沉淀质量不再增加,图像呈水平。