朱青

（福州第七中學(xué)，福建 福州 350011）

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的模型認(rèn)知素養(yǎng)提出了要求。模型認(rèn)知主要包含建模和用模兩部分，即建立認(rèn)知模型，并能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律［1］。模型認(rèn)知是運(yùn)用模型思想（模型方法）認(rèn)識(shí)事物和解決問(wèn)題的思想方法。化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)是發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知素養(yǎng)的最佳載體［2］。

本次研究以“二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法”教學(xué)為例，嘗試在化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)中引入翻轉(zhuǎn)課堂的教學(xué)模式，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)實(shí)驗(yàn)認(rèn)知模型，深化理解物質(zhì)制備的思維范式，提高學(xué)生科學(xué)探究的欲望與解決問(wèn)題的能力，不斷發(fā)展學(xué)生的模型認(rèn)知素養(yǎng)。

翻轉(zhuǎn)課堂是對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程進(jìn)行重構(gòu)，學(xué)生在課前自主學(xué)習(xí)，課堂則成為師生和生生之間答疑解惑、合作探究的互動(dòng)場(chǎng)所，以達(dá)到良好的教育效果［3］。翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式具有結(jié)構(gòu)化特點(diǎn)，課前任務(wù)驅(qū)動(dòng)是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的微課學(xué)習(xí)，完成教師設(shè)置的基本任務(wù)或?qū)W習(xí)效果測(cè)試，學(xué)生思考提出疑惑；課堂知識(shí)內(nèi)化是教師為學(xué)生創(chuàng)造解決問(wèn)題的課堂環(huán)境，通過(guò)小組互助研討及評(píng)價(jià)反思，培養(yǎng)學(xué)生解決問(wèn)題及分析評(píng)價(jià)的能力；課后應(yīng)用拓展則是把學(xué)生的創(chuàng)新能力和創(chuàng)新思維的培養(yǎng)作為主要目標(biāo)，基于翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式的化學(xué)探究實(shí)驗(yàn)課型具體流程見(jiàn)圖1。利用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，從課前、課中、課后三階段，使學(xué)生的思維由低階至高階不斷發(fā)展。

圖1 探究實(shí)驗(yàn)翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

“二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制法”是建構(gòu)實(shí)驗(yàn)原理選擇、實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)步驟制定等實(shí)驗(yàn)室制取氣體研究思路及實(shí)驗(yàn)評(píng)價(jià)反思和改進(jìn)的最佳素材。在教材內(nèi)容基礎(chǔ)上，本節(jié)課重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)，采用翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)模式，設(shè)計(jì)課前、課中、課后三階段任務(wù)，構(gòu)建“初建模型、完善模型、應(yīng)用模型”的課堂主線。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，通過(guò)探究活動(dòng)，合作討論，師生互助，證據(jù)推理，逐步釋疑，使學(xué)生體驗(yàn)一種化學(xué)的學(xué)習(xí)方法——模型建構(gòu)法，利用模型再去解決同類(lèi)問(wèn)題，培育學(xué)生“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”化學(xué)核心素養(yǎng)，發(fā)展學(xué)生高階思維能力［4］。

基于模型素養(yǎng)的“二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取”翻轉(zhuǎn)課堂教學(xué)思路如圖2。

圖2 “二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取”教學(xué)思路

二、課前任務(wù)驅(qū)動(dòng)

（一）微視頻

制作微視頻“實(shí)驗(yàn)室制取氧氣”和“實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳”，上傳至教師的個(gè)人微信公眾號(hào)。前者幫助學(xué)生溫故，后者在設(shè)計(jì)時(shí)，以反應(yīng)原理的確定、實(shí)驗(yàn)裝置的選擇、實(shí)驗(yàn)操作為主線，在展現(xiàn)反應(yīng)物和實(shí)驗(yàn)裝置的選擇時(shí)，從多種藥品中選取石灰石和稀鹽酸，多種儀器中挑選試管、單孔塞、導(dǎo)管、鐵架臺(tái)、集氣瓶等組裝為簡(jiǎn)易制取裝置，意圖引發(fā)學(xué)生思考和提問(wèn)。

（二）學(xué)習(xí)任務(wù)單

設(shè)計(jì)的任務(wù)包含“溫故”“知新”“拓展”。課前，學(xué)生在微視頻學(xué)習(xí)后，完成“實(shí)驗(yàn)室制取氧氣”的基礎(chǔ)知識(shí)溫故任務(wù)，初步建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室氣體制取的認(rèn)知模型?！爸隆薄巴卣埂比蝿?wù)則分別對(duì)應(yīng)課中、課后學(xué)習(xí)，逐步完善應(yīng)用認(rèn)知模型。

（三）互動(dòng)研討

教師在公眾號(hào)微視頻“實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳”下方插入“留言板”小程序，引導(dǎo)學(xué)生將微視頻中無(wú)法理解的問(wèn)題發(fā)至“留言板”。學(xué)生的提問(wèn)和討論非常熱烈，提出有關(guān)反應(yīng)物、原理，裝置改進(jìn)，操作過(guò)程的一系列問(wèn)題。個(gè)別學(xué)生查找資料后，在留言區(qū)與大家分享了自己對(duì)一些問(wèn)題的思考。通過(guò)微信公眾號(hào)和小程序，實(shí)現(xiàn)課下的師生、生生互動(dòng)，學(xué)生在提問(wèn)、釋疑的過(guò)程中深思與交流。教師對(duì)問(wèn)題進(jìn)行歸類(lèi)總結(jié)，針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行二次備課。

三、課中知識(shí)內(nèi)化

（一）課前銜接，溫故知新

學(xué)生展示課前學(xué)習(xí)成果，初步自主建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的認(rèn)知模型，即：實(shí)驗(yàn)原理→實(shí)驗(yàn)裝置→實(shí)驗(yàn)操作。通過(guò)課前微視頻學(xué)習(xí)，學(xué)生已了解實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的流程，但也存在學(xué)習(xí)中無(wú)法解決的疑惑。課堂展示學(xué)生在課前學(xué)習(xí)中存在的問(wèn)題，并將問(wèn)題按照氣體制備認(rèn)知模型中的實(shí)驗(yàn)原理、裝置、操作劃分為三類(lèi)。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)初步建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的認(rèn)知模型。通過(guò)溫故任務(wù)和知新任務(wù)，評(píng)估學(xué)生的現(xiàn)有水平，通過(guò)學(xué)生自主發(fā)問(wèn)，促進(jìn)開(kāi)發(fā)學(xué)生的潛能，激發(fā)探究熱情，使學(xué)生進(jìn)入最近發(fā)展區(qū)。

2.合作探究，討論釋疑

活動(dòng)一：討論互助

各小組選擇問(wèn)題進(jìn)行互助解答。對(duì)于小組互助無(wú)法解答的問(wèn)題，如“可否使用碳酸鈣或碳酸鈉與稀鹽酸或稀硫酸發(fā)生反應(yīng)？”等，教師引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)親身實(shí)驗(yàn)解決問(wèn)題。

活動(dòng)二：原理探究

學(xué)生討論制定實(shí)驗(yàn)探究方案：進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，注意控制變量，觀察反應(yīng)速率及氣體產(chǎn)生量，實(shí)驗(yàn)后對(duì)方案作出評(píng)價(jià)。

圖3 二氧化碳制備原理探究實(shí)驗(yàn)方案

定性分析得出實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的理想原料后，教師演示三組藥品反應(yīng)的手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，用相對(duì)壓強(qiáng)傳感器測(cè)定反應(yīng)過(guò)程中的相對(duì)壓強(qiáng)值隨時(shí)間的變化情況。學(xué)生從定量的角度分析實(shí)驗(yàn)藥品的選擇。教師提出思考問(wèn)題：為什么曲線一驟升后驟降？學(xué)生討論后，得出是由于碳酸鈣和稀鹽酸反應(yīng)時(shí)產(chǎn)生大量氣體，導(dǎo)致Y 型試管內(nèi)壓強(qiáng)迅速增大，造成沖塞，氣體泄漏。此時(shí)，教師適時(shí)提示在進(jìn)行氣體實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先需要檢查裝置的氣密性。

圖4 原理探究數(shù)字化實(shí)驗(yàn)方案和成果

通過(guò)以上分析，結(jié)合原料價(jià)格信息、環(huán)境保護(hù)等情況，確定實(shí)驗(yàn)藥品，總結(jié)實(shí)驗(yàn)原理選擇的依據(jù)。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的原理認(rèn)知模型。引導(dǎo)學(xué)生依據(jù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)獲取相關(guān)證據(jù)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和推理，得到合理的結(jié)論。學(xué)生通過(guò)合作探究，解決了關(guān)于實(shí)驗(yàn)原理的一系列問(wèn)題。通過(guò)思考與交流、實(shí)驗(yàn)與反饋等多種方式強(qiáng)化學(xué)生的證據(jù)收集意識(shí)，提升學(xué)生的證據(jù)推理能力。運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)作為傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的升級(jí)和補(bǔ)充，從定性與定量相結(jié)合的角度收集實(shí)驗(yàn)證據(jù)，創(chuàng)新化學(xué)教學(xué)［5］。

活動(dòng)三：裝置探究

引導(dǎo)學(xué)生歸納氣體制取裝置選擇的依據(jù)，創(chuàng)設(shè)小組合作改進(jìn)裝置的課堂活動(dòng)。各小組利用EISClass 智慧教室學(xué)生端平板電腦中seewo 課件所給儀器，對(duì)二氧化碳制取的發(fā)生裝置進(jìn)行設(shè)計(jì)，并將作品分享至教師端，進(jìn)行小組展示。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的發(fā)生裝置和收集裝置選擇認(rèn)知模型。學(xué)生將已有知識(shí)融會(huì)貫通，思考二氧化碳的制取原理、氣體的性質(zhì)，進(jìn)而選擇合適的發(fā)生、收集裝置。

活動(dòng)四：實(shí)驗(yàn)操作

學(xué)生通過(guò)對(duì)制取二氧化碳裝置進(jìn)一步認(rèn)識(shí)，自由選擇教師提供的實(shí)驗(yàn)裝置，制取一瓶二氧化碳，并進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)滿。實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，學(xué)生對(duì)使用的裝置進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，分析其優(yōu)缺點(diǎn)。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的操作認(rèn)知模型。學(xué)生使用所設(shè)計(jì)的裝置進(jìn)行實(shí)際操作，在操作過(guò)程中發(fā)現(xiàn)并糾正問(wèn)題，使教師由主導(dǎo)者變成幫助者和指導(dǎo)者。學(xué)生在操作中，對(duì)儀器的功能和實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的價(jià)值有了更深的體會(huì)，基于真實(shí)體驗(yàn)后的學(xué)生評(píng)價(jià)活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和客觀求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。

活動(dòng)五：總結(jié)建模，評(píng)價(jià)反思

歸納實(shí)驗(yàn)室制取氣體的認(rèn)知模型（如圖5）。

圖5 實(shí)驗(yàn)室制取氣體的認(rèn)知模型

小組交流實(shí)驗(yàn)過(guò)程中的反思和評(píng)價(jià)。以下呈現(xiàn)課堂精彩反思實(shí)錄：“在藥品選擇時(shí)，如果用碳酸鈣粉末和稀鹽酸，可以選擇分液漏斗滴加稀鹽酸，起到控制反應(yīng)速率的作用”；“在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，觀察到氣體產(chǎn)生速率快，雖然二氧化碳可溶于水，但若產(chǎn)氣速率快于溶解速率，是否可以采用排水法收集二氧化碳？”“用燃著的木條放置于集氣瓶口熄滅，此時(shí)的二氧化碳真的滿了嗎？”等。教師針對(duì)學(xué)生的提問(wèn)，設(shè)計(jì)課外探究活動(dòng)。借助手持技術(shù)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，幫助學(xué)生解決問(wèn)題。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)學(xué)生借助認(rèn)知模型，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，完成最近發(fā)展區(qū)的跨越，同時(shí)向更高階水平邁進(jìn)。

四、課后應(yīng)用拓展

課后學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)室氣體制備模型完成任務(wù)單中“實(shí)驗(yàn)室制取氫氣的研究”。

【設(shè)計(jì)意圖】本環(huán)節(jié)深化應(yīng)用實(shí)驗(yàn)室制取氣體的認(rèn)知模型，解決同類(lèi)實(shí)驗(yàn)問(wèn)題，提高了學(xué)生學(xué)以致用的能力，著力培育了學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。

本節(jié)課是以實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的科學(xué)探究活動(dòng)作為明線，以培養(yǎng)證據(jù)推理和模型認(rèn)知素養(yǎng)作為暗線，明暗線相互交織，互相促進(jìn)。學(xué)生在觀察、質(zhì)疑、探究的過(guò)程中，不斷深化對(duì)知識(shí)的理解，加深對(duì)證據(jù)的判斷、獲取和推理，逐步建構(gòu)認(rèn)知模型，并利用模型解決同類(lèi)問(wèn)題，這也符合化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中對(duì)證據(jù)推理和模型認(rèn)知的要求，是學(xué)生高階思維能力培養(yǎng)的有效載體。