常永俠 鄧偉

【內(nèi)容摘要】學(xué)生參加科技實(shí)踐活動本身就是深度學(xué)習(xí)的一種方式，在活動中把人文知識與化學(xué)知識結(jié)合在一起，使學(xué)生從一個(gè)更完整的角度去理解化學(xué)、 學(xué)習(xí)化學(xué)，在掌握知識的同時(shí)促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

【關(guān)鍵詞】深度學(xué)習(xí) 化學(xué) 核心素養(yǎng)

“深度學(xué)習(xí)”就是指在教師引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞著具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，全身心積極參與、體驗(yàn)成功、獲得發(fā)展的有意義的學(xué)習(xí)過程。學(xué)生在教師的指導(dǎo)下根據(jù)實(shí)際情況運(yùn)用所學(xué)知識挑戰(zhàn)化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)，圍繞學(xué)習(xí)主題，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動，從宏微結(jié)合、變化守恒的視角，運(yùn)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知的思維方式，解決綜合復(fù)雜問題，獲得結(jié)構(gòu)化的化學(xué)核心知識，建立運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思想解決問題的思路方法，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展[1，2]。在建設(shè)發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)學(xué)習(xí)社區(qū)組織了一次“守護(hù)文化遺產(chǎn)，科技與傳承”的實(shí)踐活動。

一、實(shí)踐活動的過程

開展以“守護(hù)文化遺產(chǎn)，科技與傳承”為主題的科技實(shí)踐活動，在學(xué)生中開展富有特色的科技實(shí)踐活動，有計(jì)劃、有步驟、分階段逐步開展實(shí)施：

實(shí)踐活動一：舉辦文物知識講座及主題宣傳。

實(shí)踐活動二：讓學(xué)生分組進(jìn)行文獻(xiàn)檢索，收集不同類型文物的保護(hù)方法。

實(shí)踐活動三：讓學(xué)生實(shí)地探訪花戲樓。

實(shí)踐活動四：讓學(xué)生對文物保護(hù)方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。

二、深度學(xué)習(xí)的過程

學(xué)生走進(jìn)花戲樓看到了花戲樓三絕之一：鐵旗桿，目睹了無頭鶴。銹跡斑斑的景象就在眼前，學(xué)生感慨萬千，產(chǎn)生了強(qiáng)烈地保護(hù)文物的念頭，萌發(fā)了一探究竟的種子。為了探究金屬器文物的除銹方法，教師按這樣的步驟引導(dǎo)學(xué)生：首先，學(xué)生閱讀相關(guān)文獻(xiàn)，并記錄閱讀筆記;其次，把學(xué)生分組，每組分別完成自己的實(shí)驗(yàn)方案;再次，走進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，完成相關(guān)化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動，完善實(shí)驗(yàn)報(bào)告;最后，匯總各組的實(shí)驗(yàn)報(bào)告，得出金屬器文物銹蝕原因和除銹方法。把活動成員分成五個(gè)小組，每個(gè)小組都分別完成四個(gè)探究實(shí)驗(yàn)：機(jī)械剝離法除金屬器表面銹、用化學(xué)方法除金屬器表面銹、探究用電化學(xué)原理保護(hù)金屬器的方法、探究銅器銹蝕的原因。針對這四個(gè)實(shí)驗(yàn)每組同學(xué)共同完成實(shí)驗(yàn)，交流討論完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，組內(nèi)分好任務(wù)每人執(zhí)筆完成一個(gè)實(shí)驗(yàn)報(bào)告。學(xué)生部分實(shí)驗(yàn)報(bào)告如下：

探究活動一

實(shí)驗(yàn)名稱：機(jī)械剝離法除金屬器表面銹的實(shí)驗(yàn)探究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏褂梦锢淼姆椒ǔヨF器上的銹

實(shí)驗(yàn)原理：借助小刀或者毛刷利用外力清除銅器文物表面的銹跡，達(dá)到探究恢復(fù)和保護(hù)金屬器文物的目的。

實(shí)驗(yàn)用品：小刀（1把）、軟毛刷（1把）、砂紙（1張）、鑷子（2只）、棉花團(tuán)（1包）、手套（1雙）、紙張（若干）、鐵器（1件）

實(shí)驗(yàn)操作步驟：

（1）根據(jù)需要擺好實(shí)驗(yàn)器材;

（2）戴上手套，一手拿起鐵器，一手拿起小刀，用小刀在鐵器表面輕刮以除去其表面的粉狀鐵銹或其他雜物，并使刮下的銹粉落在平鋪于桌面的紙上;

（3）用軟毛刷刷去未脫落的銹（根據(jù)所用鐵器的不同決定擦拭多少遍，通常2～3遍即可擦凈）;

（4）用鑷子夾住棉花擦去未脫落的銹（根據(jù)所用鐵器的不同決定擦拭多少遍，通常2～3遍即可擦凈）。

思考與討論：

（1）在進(jìn)行物理除銹法過程中要?jiǎng)幼魇炀?、輕巧，不能損壞金屬器文物的表面結(jié)構(gòu);

（2）有的金屬器形狀特殊，用小刀刮銹的力度可能不容易控制;

（3）有的金屬器是螺旋狀的，所以有些地方小刀無法刮到，只能用刷子和棉花簡單擦拭;

（4）實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)即使是小刀刮過的金屬器還是銹跡斑斑，很難使金屬器恢復(fù)原貌。

探究活動二

實(shí)驗(yàn)名稱：用化學(xué)方法除金屬器表面銹的實(shí)驗(yàn)探究

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（1）探究用化學(xué)方法去除金屬器表面銹的方法;

（2）對比物理除銹法和化學(xué)除銹法的效果差異。

實(shí)驗(yàn)原理：

Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O;

Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O

實(shí)驗(yàn)用品：脫脂棉、玻璃片（1片）、小燒杯（2個(gè)）、蒸餾水（適量）、鑷子（1把）、金屬器（1件）、H2SO4溶液（3%～5%）、飽和Na2CO3溶液。

實(shí)驗(yàn)操作步驟：

（1）把用物理除銹法沒有除干凈的鐵器放到玻璃片上（避免稀硫酸腐蝕試驗(yàn)臺）;

（2）用鑷子夾住脫脂棉蘸取稀硫酸涂抹鐵器，發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)：

Fe2O3+3H2SO4==Fe2（SO4）3+3H2O;

（3）等把鐵器表面的銹清除干凈后，用干凈的脫脂棉蘸取飽和Na2CO3溶液涂抹鐵器，以除去殘留的H2SO4溶液：

Na2CO3+H2SO4==Na2SO4+CO2↑+H2O;

（4）用蒸餾水將處理后的鐵器沖洗數(shù)次;

（5）與用物理方法除銹的鐵器對比，比較哪種方法的除銹效果更好。

思考與討論：

（1）用稀硫酸擦拭過后，發(fā)現(xiàn)鐵器表面有氣泡，應(yīng)該是硫酸與鐵器反應(yīng)生成了氫氣。所以用化學(xué)除銹法應(yīng)該嚴(yán)格控制酸的濃度和用量，避免對金屬器造成二次腐蝕;

（2）使用化學(xué)方法有上述不利因素，該法應(yīng)該用于對除銹要求不高的物品上;

（3）實(shí)驗(yàn)過程中用到大量的酸性溶液和堿性溶液，本著“綠色化學(xué)”的實(shí)驗(yàn)態(tài)度，應(yīng)對廢液做無害化處理，防止污染環(huán)境;

（4）對比物理除銹法，化學(xué)除銹法雖然操作嚴(yán)格，但是效果更好，實(shí)際運(yùn)用中應(yīng)根據(jù)需要綜合考慮除銹方法;

（5）本實(shí)驗(yàn)為什么不用鹽酸和NaOH溶液？因?yàn)辂}酸具有揮發(fā)性，而NaOH溶液具有強(qiáng)烈的腐蝕性，不符合“綠色化學(xué)”理念。

探究活動三

實(shí)驗(yàn)名稱：探究用電化學(xué)原理保護(hù)金屬器的原理

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?/p>

（1）利用原電池原理保護(hù)金屬器;（2）利用電解池原理保護(hù)金屬器。

實(shí)驗(yàn)原理：

（1）原電池的正極不參與化學(xué)反應(yīng)，使被保護(hù)的金屬作原電池的正極以達(dá)到保護(hù)目的;

（2）電解池的正極通常不參與反應(yīng)，使被保護(hù)的金屬作原電池的正極以達(dá)到保護(hù)目的。

實(shí)驗(yàn)用品：大小相同的鋁片（2片）、鐵片（3片）、飽和NaCl溶液（適量）、電源（1個(gè)）、電解槽（1個(gè)）、水槽（2個(gè)）、開關(guān)（2個(gè)）、導(dǎo)線（若干）

實(shí)驗(yàn)操作步驟：

（1）取一塊鋁片和一塊鐵片，適量飽和NaCl溶液和開關(guān)，用導(dǎo)線連接形成原電池;

（2）取另一塊鐵片放入適量飽和NaCl溶液中;

（3）取最后一塊鋁片與鐵片放入適量飽和NaCl溶液中，連接電源和開關(guān)，使鋁片與電源正極相連，鐵片與電源負(fù)極相連，組裝好電解池;

（4）打開開關(guān)，等待24小時(shí)后觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

思考與討論：

（1）通過本次實(shí)驗(yàn)探究我發(fā)現(xiàn)2實(shí)驗(yàn)中鐵片腐蝕最嚴(yán)重的;

負(fù)極：Fe-2e-==Fe2+;正極：O2+4e-+2H2O==4OH-;

（2）實(shí)驗(yàn)1是利用原電池原理使鐵片作原電池的正極以達(dá)到保護(hù)目的，但是實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鐵片還是有一定程度的腐蝕，查閱資料得知原因是此實(shí)驗(yàn)中鐵片與飽和NaCl溶液接觸。為了避免這種情況的再次出現(xiàn)可以把正負(fù)極分開在兩個(gè)溶液中進(jìn)行。其次，這種方法會犧牲原電池的負(fù)極，在實(shí)際操作中盡量使用廉價(jià)易得的材料作負(fù)極;

（3）實(shí)驗(yàn)3中的鐵片最完好，因?yàn)樗桥c電源負(fù)極相連作電解池的陰極被保護(hù)，但是也有輕微的腐蝕，原因也是與飽和NaCl溶液，不能避免被腐蝕。

探究活動四

實(shí)驗(yàn)名稱：探究銅器銹蝕的原因

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄裤~器銹蝕的條件

實(shí)驗(yàn)原理：銅器銹蝕的原因是在外界環(huán)境的影響下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)而被腐蝕

實(shí)驗(yàn)用品：銅片（4片）、玻璃片（4片）、蒸餾水（適量）、植物油（1袋）、棉簽（若干）

實(shí)驗(yàn)操作步驟：

（1）取4片玻璃片依次放在實(shí)驗(yàn)臺上，用鑷子把4片銅片分別放在玻璃片上;

（2）給上述銅片分別標(biāo)上序號;

（3）給1號銅片不做任何處理，2號銅片用棉簽蘸水涂抹，給3號銅片涂抹植物油，4號銅片涂抹植物油后再沾水;

（4）給四片銅片拍照以作后續(xù)對比使用。

思考與討論：

（1）實(shí)驗(yàn)完成后四十分鐘還沒有明顯現(xiàn)象，因?yàn)殂~的活潑性不太活潑，所以短時(shí)間內(nèi)觀察不到明顯的變化;

（2）24小時(shí)后2號沾水的銅片有被腐蝕的跡象，但不是很明顯。因?yàn)殂~被空氣中的氧氣氧化了，2Cu+O2==2CuO，該反應(yīng)比較緩慢，在水分子作用下速度可能適當(dāng)加快。其他三片銅片沒有明顯現(xiàn)象;

（3）48小時(shí)后2號沾水的銅片被腐蝕程度和24小時(shí)后差不多，可能是水分揮發(fā)導(dǎo)致，所以又再次給2號銅片沾水。但是4號涂抹植物油后再沾水的銅片表面發(fā)現(xiàn)有綠色沉淀物生成，因?yàn)橹参镉屠锶芙饬烁嗟腛2和CO2，所以4號被腐蝕速度比2號快，2Cu+O2+CO2+H2O==Cu2（OH）2CO3。1號和3號還是沒有變化;

（4）72小時(shí)后2號沾水的銅片被腐蝕的非常明顯，銹跡斑斑。4號有更多的綠色沉淀物生成，1號和3號沒有變化;

（5）得出結(jié)果：為了保護(hù)銅器要放在干燥少氧的環(huán)境里。

三、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成

1.通過聯(lián)系文物專家進(jìn)行文物知識趣味講座，普及文物保護(hù)的知識，讓學(xué)生了解家鄉(xiāng)的文物古跡，璨爛文化，了解相關(guān)法律法規(guī)。激發(fā)學(xué)生對文物及文物保護(hù)的興趣，提升文化自信、自豪感，增強(qiáng)文物保護(hù)的社會責(zé)任感，培養(yǎng)社會責(zé)任素養(yǎng)。

2.通過網(wǎng)絡(luò)與文獻(xiàn)檢索查閱文物及文物保護(hù)的相關(guān)知識，了解文物的分類，文物保護(hù)的方法。激發(fā)學(xué)生對文物知識學(xué)習(xí)的自覺性和主動性。擴(kuò)展學(xué)生的知識面，掌握文獻(xiàn)檢索的基本方法，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度素養(yǎng)。

3.通過實(shí)地參觀探訪文物古跡——花戲樓，學(xué)會欣賞文物，了解家鄉(xiāng)文化，傳承家鄉(xiāng)文化，了解花戲樓目前的文保措施及危害因素，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)自然科學(xué)知識的興趣，增強(qiáng)對家鄉(xiāng)的認(rèn)知與熱愛，培養(yǎng)變化觀念與平衡思想。

4.通過模擬文物修復(fù)體驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)了同學(xué)們觀察能力、動手能力、寫作能力、合作能力、交際能力，提高了學(xué)生考察、收集、整理資料，搜索、處理和交流信息，提出問題和解決問題的能力，培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識、變化觀念與平衡思想及宏觀辨識與微觀探析等方面的素養(yǎng)[3]。

四、小結(jié)：從深度學(xué)習(xí)走向核心素養(yǎng)

學(xué)生參加科技實(shí)踐活動本身就是深度學(xué)習(xí)的一種方式，在活動中把地方人文知識與化學(xué)知識結(jié)合在一起，使學(xué)生從一個(gè)更完整的角度去理解化學(xué)、學(xué)習(xí)化學(xué)，在掌握知識的同時(shí)促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展[4]。舉行化學(xué)實(shí)踐活動，實(shí)現(xiàn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的改變，讓學(xué)生完成挑戰(zhàn)性任務(wù)，積極參與，產(chǎn)生情感共鳴;其學(xué)習(xí)結(jié)果更強(qiáng)調(diào)化學(xué)學(xué)科思想方法的理解與運(yùn)用。

【參考文獻(xiàn)】

[1]胡尚生，趙玉珍.基于深度學(xué)習(xí)的化學(xué)實(shí)驗(yàn)優(yōu)化實(shí)踐與思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2017（5）：17-19.

[2]王磊，魏銳.學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展導(dǎo)向的高中化學(xué)課程內(nèi)容和學(xué)業(yè)要求——《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》解讀.化學(xué)教育，2018，39（9）：48-53.

[3]葉鵬.化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)下高中生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新能力的培養(yǎng)策略.中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018，（4）：40-42.

[4]孫葉，王偉群.地方文化背景下化學(xué)教學(xué)資源的開發(fā).化學(xué)教與學(xué)，2010，（5）：6-9.

【安徽省省級課題：《基于化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)實(shí)踐研究》（編號：JK19112）】

（作者單位：1.亳州市第三完全中學(xué);2.亳州市第一中學(xué)）