摘要: 結(jié)合案例，分別從教學(xué)資源的開放措施、問題情境的開放措施、學(xué)生活動的開放措施三方面進行了論述，提出了幾點在創(chuàng)建開放學(xué)習(xí)環(huán)境與提高化學(xué)課堂教學(xué)實效性的策略。
關(guān)鍵詞 : 中學(xué)化學(xué) 開放性 學(xué)習(xí)環(huán)境 教學(xué)實效性
當(dāng)前，學(xué)習(xí)環(huán)境被定為動態(tài)的、開放的、影響學(xué)生學(xué)習(xí)的外界狀況和條件的總和。其要素不僅僅是支撐學(xué)習(xí)過程的物質(zhì)條件、還包括教學(xué)模式、教學(xué)策略、學(xué)習(xí)氛圍、人際關(guān)系等非物質(zhì)條件。“開放學(xué)習(xí)環(huán)境”的內(nèi)涵是要給學(xué)生創(chuàng)造一種“回歸生活、陶冶心靈、注重體驗”的學(xué)習(xí)環(huán)境。[1]化學(xué)教學(xué)有著顯著的活動性特征，更有利于教師創(chuàng)設(shè)開放的性學(xué)習(xí)環(huán)境來提高化學(xué)課堂教學(xué)的實效性。
下面本人結(jié)合案例談?wù)勗趧?chuàng)建開放的化學(xué)學(xué)習(xí)環(huán)境的幾點方法和策略。
1．實驗資源的開放措施
教學(xué)資源的開放措施非常多，比如充分利用網(wǎng)絡(luò)資源、突出理論的實際應(yīng)用價值、聯(lián)系生活現(xiàn)象、整合不同版本教材內(nèi)容、挖掘化學(xué)史實等。筆者認為，化學(xué)實驗作為化學(xué)教學(xué)中的一個重要組成部分，以其直觀性、形象性及趣味性等特點對學(xué)習(xí)者有著巨大的吸引力，是培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神、提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)、鍛煉學(xué)生的思維能力、開拓學(xué)生創(chuàng)新思維的重要載體，在全面提高學(xué)生的綜合素質(zhì)中占有重要的地位；瘜W(xué)教學(xué)質(zhì)量的高低，在很大程度上取決于是否能充分發(fā)揮化學(xué)實驗的作用。因此，實驗資源的開放顯得尤為重要，這就要求教師積極引導(dǎo)學(xué)生走出課本，拓展問題空間，增強實驗內(nèi)容的開放性。
1.1 實驗儀器微型化、綠色化
長期以來，涉及到濃硫酸、濃硝酸等危險實驗和污染實驗時，教師只能讓學(xué)生看錄像，但無形中又浪費了非常好的探究資源，這一直是化學(xué)老師非常棘手的問題。如果能創(chuàng)造條件將這些實驗安全化、微型化、綠色化，讓學(xué)生動手做這些現(xiàn)象鮮明、富有挑戰(zhàn)性實驗，必然能加強他們的感性認識，發(fā)揮實驗的學(xué)科功能。“陶冶心靈”是要培養(yǎng)學(xué)生積極的情感和態(tài)度，這樣做還讓學(xué)生排除了對危險藥品的恐懼感，體驗實驗探究的過程，獲得成功的喜悅。
[案例1] 在學(xué)習(xí)“硝酸硫酸”時，筆者設(shè)計了一套適合學(xué)生實驗探究硝酸、硫酸與銅反應(yīng)的裝置（如右圖所示），很巧妙地解決了危險和污染的問題。經(jīng)過上百次實驗，筆者摸索出實驗藥品的最小用量和實驗技巧。
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實驗內(nèi)容
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濃硝酸與銅
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稀硝酸與銅
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濃硫酸與銅
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實驗步驟
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1．小藥瓶中事先裝有0.5mL濃硝酸。
2．加入一段長3mm的銅絲，迅速蓋緊瓶蓋，立刻用注射器抽盡瓶內(nèi)空氣。
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1．小藥瓶中事先裝有0.5mL稀硝酸。
2．加入一段長3mm的銅絲，迅速蓋緊瓶蓋，立刻用注射器抽盡瓶內(nèi)空氣。
3．待反應(yīng)一段時間后用注射器注入瓶內(nèi)少量空氣，觀察氣體顏色變化。
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1．小藥瓶中事先裝有0.5mL稀硝酸。
2．將一約0.5cm2的銅片在酒精燈上灼燒半分鐘后立刻伸入小藥瓶，迅速蓋緊瓶蓋。
3．待反應(yīng)一段時間后用注射器抽取瓶內(nèi)氣體，注入裝有品紅的小藥瓶，振蕩。
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為了最大限度地保護學(xué)生，筆者采取了一系列防御措施，如：強腐蝕性藥品都是事先裝在藥瓶中，學(xué)生實驗過程中佩戴護目鏡、一次性手套等。整個實驗過程中，都體現(xiàn)出了環(huán)保和人文的思想，在實驗儀器開發(fā)上體現(xiàn)了微型化、綠色化、安全化。同時讓學(xué)生在短時間內(nèi)同步完成3個實驗，能充分對比和類比硝酸、硫酸的性質(zhì)，提高了課堂的實效性。
1.2 實驗藥品安全化
在現(xiàn)行教材中有一些實驗需用到禁用藥品，但這些實驗可能在教學(xué)設(shè)計中起著舉足輕重的作用。作為化學(xué)教師就要發(fā)揮聰明才智，創(chuàng)造條件尋找替代品。
[案例2] 在“質(zhì)量守恒定律”一課時，筆者就遇到了這樣的挑戰(zhàn)。設(shè)計實驗驗證質(zhì)量守恒定律時要用到白磷燃燒。這個反應(yīng)具有典型意義：有氣體參加反應(yīng)、反應(yīng)過程中有明顯能量變化、容易引發(fā)等。如果放棄這個賦有研究色彩的實驗，整堂課將會顯得暗淡無味。經(jīng)過無數(shù)次嘗試，筆者尋找到硝化棉作替代品，這個棘手的問題就迎刃而解了。
1.3 實驗內(nèi)容生活化
新課程的理念非常強調(diào)“化學(xué)是從生活中來，到生活中去的”。“回歸生活”的最高境界是讓學(xué)生主動參與，而不是形式上的或教師控制的回歸生活。對于教學(xué)而言，這不單單是舉幾個實際應(yīng)用的例子而已，而是要充分挖掘這些素材的內(nèi)涵,從中創(chuàng)設(shè)出問題情境，激發(fā)學(xué)生的好奇心,提高學(xué)生思考的驅(qū)動性。[2]
[案例3] 在學(xué)習(xí)“氧化劑還原劑”時，課堂引入部分是這樣的：
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教師活動
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學(xué)生活動
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師：英語中有一句俗語“one apple a day, keep the doctor away.”請一位同學(xué)來說說這句話的含義。
師：可見蘋果中含有很多對人體健康有益的成分，請同學(xué)們結(jié)合自己已學(xué)過的知識，從化學(xué)的角度談一談蘋果中都含有哪些對人體有益的物質(zhì)？
師：在生活中，我們還有一個常識，瓜果蔬菜應(yīng)該吃新鮮的，請同學(xué)們預(yù)測一下在長期放置的過程中，果蔬中的這些營養(yǎng)成分可能發(fā)生哪些變化呢？
師：很好，那老師就用實驗來驗證一下同學(xué)的想法。
[演示實驗：分別在新鮮和久置的果蔬汁中滴加硫氰化鉀試劑，請同學(xué)們觀察溶液顏色的變化。（實驗前給信息：硫氰化鉀溶液遇到Fe3+變?yōu)檠t色，遇到 Fe2+不變色。）
師：這個實驗現(xiàn)象說明什么問題呢？
師：我們經(jīng)常聽電視里說維生素C可以延緩衰老，是什么原理呢？請看老師下面的實驗。
[演示實驗：在變紅了的果蔬汁溶液中加入維生素C粉末。學(xué)生觀察溶液顏色的變化，學(xué)生驚奇地感嘆溶液又恢復(fù)了原來的顏色。]
師：這說明同學(xué)的預(yù)測是正確的。
師：在剛才整個實驗過程中哪些物質(zhì)具有氧化性，充當(dāng)氧化劑；哪些物質(zhì)具有還原性，充當(dāng)還原劑？
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[學(xué)生紛紛討論、翻譯]
生1：一天一蘋果，醫(yī)生遠離我。
生：維生素C、水、糖類、無機物礦物質(zhì)、亞鐵離子等[多位學(xué)生完成]
生2：可能會發(fā)生氧化還原反應(yīng)。例如蘋果中的二價鐵離子具有還原性，它在空氣中與氧氣發(fā)生氧化還原反應(yīng)，被氧化為三價鐵離子。
生3：還會失水、維生素C可能會減少。
[學(xué)生觀察，發(fā)現(xiàn)久置的果蔬汁滴加硫氰化鉀試劑之后溶液變紅]
生：證明其中的二價鐵離子確實在氧氣和水的作用下轉(zhuǎn)化為了三價鐵離子。[大部分學(xué)生脫口而答]
[學(xué)生四人為一小組，展開討論、分析]
生4：回答：在氧氣將二價鐵轉(zhuǎn)化為三價鐵的過程中，O2是氧化劑，Fe2+是還原劑；在維生素C與 Fe3+的反應(yīng)中， Fe3+是氧化劑，維生素C是還原劑。[在周圍同學(xué)的提醒下完成]
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該實驗選取生活中常見的物質(zhì)及其變化作為課堂的引入，既體現(xiàn)了化學(xué)與STS的聯(lián)系，又創(chuàng)設(shè)了一個很好的問題情景，初步從氧化還原反應(yīng)的視角研究物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)。
2 問題情境的開放性措施
設(shè)計問題要考慮問題的層次和類型，適當(dāng)?shù)貏?chuàng)設(shè)一些適合于學(xué)生、有一定思維容量的問題，使學(xué)生感到這是對他們智慧的挑戰(zhàn)。
[案例4] 在“硝酸硫酸”一課中筆者采用的是問題連續(xù)啟發(fā)、實驗探究的教學(xué)形式。
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問題
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設(shè)計目的及作用
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① 你覺得硫酸和硝酸會氧化哪些物質(zhì)？
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引導(dǎo)學(xué)生從氧化還原觀和分類觀來預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)。為實驗探究的進行打下物質(zhì)基礎(chǔ)和提供思路。
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②今天我們用銅來驗證硫酸和硝酸的強氧化性，請討論實驗方案。注意思考：
a.如果反應(yīng)會有何現(xiàn)象?
b.如何證明反應(yīng)發(fā)生，如何檢驗產(chǎn)物？
c.注射器在實驗中有什么特殊的用途?
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通過前面知識與方法的準備，讓學(xué)生自行思考總結(jié)出實驗探究的方案。為讓學(xué)生進一步優(yōu)化設(shè)計思路，提示學(xué)生的三個問題將復(fù)雜的問題拆分，將難點逐個擊破。
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③試對以上實驗進行對比和類比，結(jié)合金屬與酸的反應(yīng)，就稀、濃硫酸，稀濃硝酸的氧化性得出一些規(guī)律和結(jié)論。
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通過比較歸納法對金屬與酸的反應(yīng)形成更全面的認識。
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④觀察蔗糖中加入濃硫酸的反應(yīng)，實驗現(xiàn)象體現(xiàn)了濃硫酸的哪些性質(zhì)？
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培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用已知化學(xué)知識綜合解決實際化學(xué)問題的能力。
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⑤向硝酸鈉溶液中加入銅片，無明顯現(xiàn)象，但再加入稀鹽酸后產(chǎn)生紅棕色氣體，為什么？請談?wù)剬ρ趸瘎、還原劑的新的認識。
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利用所學(xué)的知識進行遷移和提升，并運用于解決實際問題，深化對氧化還原反應(yīng)的認識。
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在探究型的課堂上，教師要提出一些要求進行更高層次的思維活動，諸如澄清、擴展、歸納和進行推理（Corey，1940；Haynes，1935），從而使學(xué)生能進行認知層次更高的分析、綜合和評價（Glover & Corkill，1990；Risner，Skeel & Nicholson，1992）[3]。尤其是開放性問題，它沒有唯一正確的答案，學(xué)生可以從多個角度分析回答。幾個連環(huán)相扣的問題，層層深入，螺旋上升，使學(xué)生綜合應(yīng)用分類觀、氧化還原觀認識物質(zhì)的性質(zhì)及其反應(yīng)規(guī)律。恰當(dāng)?shù)貞?yīng)用認知復(fù)雜性不同的問題，使整堂課在幾個問題驅(qū)動下貫穿而成的，更能提高課堂的實效性。
3 學(xué)生活動的開放性措施
3.1 抽象理論形象化
根據(jù)建構(gòu)主義理論，創(chuàng)設(shè)的情境下，借助已有的知識和經(jīng)驗，主動探索，積極交流，從而建立新的認知結(jié)構(gòu)的過程，它強調(diào)學(xué)習(xí)的主動性、實踐性和創(chuàng)造性，即注重體驗。
[案例5] 在設(shè)計“質(zhì)量守恒定律”一課時，考慮到學(xué)生剛學(xué)習(xí)過分子、原子的知識，自己已經(jīng)能從微觀的角度解釋一些問題。于是筆者大膽地顛覆傳統(tǒng)，設(shè)計的小品能承前啟后，讓學(xué)生找出化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，自己提出要去研究在化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)的質(zhì)量是否真的不變。這樣的形式生動、形象，要探究的問題顯得水到渠成。這段教學(xué)實錄如下：
師：請同學(xué)們6人為一小組，表演小品：電解水的微觀過程，規(guī)定男同學(xué)代表氧原子，女同學(xué)代表氫原子。[學(xué)生立刻興奮起來，討論表演方案]
師：哪一組來給大家表演一下。
生組1：我們來[表演：一位男生分別和兩位女生拉著，之后兩個女生拉手，男生單獨站著。馬上有同學(xué)議論，表示不同意]
師：不錯，但其他同學(xué)好像有不同意見。
生組2：我們來表演！[表演：六位同學(xué)分兩組，每組一位男生分別和兩位女生拉著，之后兩個男生拉手，四個女生分兩組，分別拉手]
師：非常好！你們覺得哪一組更能表現(xiàn)反應(yīng)的本質(zhì)呢？
生1：第二組，因為第一組沒能表現(xiàn)出氧氣的構(gòu)成。
師：老師用動畫簡單地表示了反應(yīng)的過程，能更清楚地理解其中的變化。思考：化學(xué)變化前后哪些沒改變？試找出化學(xué)反應(yīng)前后的一些規(guī)律。[教師演示Flash，學(xué)生觀看、思考]
生2：在化學(xué)反應(yīng)中參加反應(yīng)的物質(zhì)的分子被拆分，其原子重新組合形成新物質(zhì)的分子。
生3：原子的個數(shù)和元素的種類。
師：很好！宏觀上元素的種類不變，也就對應(yīng)微觀上原子的種類不變。還有沒有別的想法？
生4：原子的質(zhì)量也不變。[板書：化學(xué)反應(yīng)前后，原子的種類、數(shù)目和質(zhì)量都沒有改變]
師：對！我們已經(jīng)從微觀的角度認識到了化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)。物質(zhì)都是由原子或分子構(gòu)成的，既然反應(yīng)前后原子的種類和個數(shù)均不變，那反應(yīng)前后對應(yīng)物質(zhì)的質(zhì)量會不會改變呢？
生：也不改變。[多數(shù)學(xué)生回答]
師：這就是我們這節(jié)課要來研究的問題：化學(xué)反應(yīng)前后，物質(zhì)的質(zhì)量是否改變？
3.2 思維過程系統(tǒng)化
V形啟發(fā)圖是一種幫助學(xué)生理解知識結(jié)構(gòu)及人類形成知識過程的方法，它能使學(xué)生的思維過程系統(tǒng)化。簡單地說就是針對關(guān)鍵問題，要做概念的準備，體現(xiàn)在科學(xué)探究活動中就是要查閱書刊及其他信息源以便弄清楚什么是已經(jīng)為人所知的東西。再次，科學(xué)探究活動中要設(shè)計調(diào)研方案，根據(jù)實驗證據(jù)來檢驗已經(jīng)為人所知的東西。最后要對記錄進行更改形成知識，實際的科學(xué)探究活動就是要運用各種手段來搜集、分析和解讀數(shù)據(jù)，并提出答案解釋和預(yù)測。V形啟發(fā)圖能鼓勵學(xué)生有意義地學(xué)習(xí)，盡最大努力思維[4]。
[案例6] 在學(xué)習(xí)“氧化劑還原劑”一課時，筆者先引導(dǎo)學(xué)生在理論上多角度地去尋找判斷氧化劑、還原劑的依據(jù)，體會運用化合價來判斷的便捷。
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教師活動
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學(xué)生活動
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【提問】請同學(xué)們結(jié)合所學(xué)的知識和生活中的現(xiàn)象，想一想還有哪些物質(zhì)具有氧化性，哪些物質(zhì)具有還原性？盡可能多地列舉出來，并說明你的理論依據(jù)。
【板書】板書總結(jié)，將學(xué)生提到的具有氧化性和還原性的物質(zhì)分類寫在黑板上。
【小結(jié)】我們可以從化合價、原子結(jié)構(gòu)、已知的化學(xué)性質(zhì)和反應(yīng)三個維度來考慮物質(zhì)可能具有的氧化還原性。
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思考和小組討論、回答。學(xué)生1：Cl2具有氧化性，可以作氧化劑。其理論依據(jù)有：第一、從化學(xué)反應(yīng)的角度來說，Cl2能與還原劑金屬鈉反應(yīng)生成氯化鈉，說明Cl2具有氧化性。第二、從化合價的角度來說，氯元素從零價降低到一1價，所以具有氧化性。第三、從原子結(jié)構(gòu)的角度來說，氯原子的最外層電子數(shù)為7，很容易得到1個電子達到8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以Cl2具有氧化性。
學(xué)生2：金屬具有還原性，可以作還原劑。在置換反應(yīng)中一些金屬陽離子和酸中的H+作氧化劑，體現(xiàn)氧化性。
學(xué)生3：一些分解反應(yīng)，如KMnO4、KClO3、H2O2分解制O2，說明它們具有氧化性，可作氧化劑。
學(xué)生4：還可以從化合價上判斷，有些物質(zhì)中含有高價態(tài)元素，例如KMnO4中的錳元素其化合價為+7價，KClO3中的氯元素其化合價為+5價，都有降低的趨勢所以具有氧化性。
學(xué)生5：硫具有多種價態(tài)，硫酸中的硫元素為+6價，應(yīng)該具有氧化性。初中老師提過濃硫酸和硝酸具有氧化性。
學(xué)生6：一些非金屬單質(zhì)據(jù)有還原性，例如氫氣、碳等。初中學(xué)過氫氣還原氧化銅，碳還原氧化銅。
學(xué)生7：還有一些非金屬化合物也具有還原性，例如初中學(xué)過的CO，它也能在高溫下還原CuO，工業(yè)煉鐵也是用它還原Fe2O3的。
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[案例7] 學(xué)生在實驗探究完畢后有一個重要環(huán)節(jié)經(jīng)常被教師忽略了。那就是如何由實驗的現(xiàn)象上升到形成結(jié)論的過程。V形啟發(fā)圖能使學(xué)生既認識到形成知識是一個復(fù)雜的活動，又認識到他們能掌握這種形成知識的過程。下面是一段筆者在實施“質(zhì)量守恒定律”的相關(guān)片斷：
師：下面老師就讓你結(jié)合自己做的實驗分析，你稱量的總質(zhì)量分別包括哪幾部分？到底是誰的質(zhì)量與誰的質(zhì)量相等？用自己的話概括出質(zhì)量守恒定律來。討論過程中，可以參考投影上的兩幅圖。
[投影：電解水反應(yīng)前后的兩幅微觀圖。學(xué)生積極討論]
師：請一位同學(xué)來談?wù)勀銈兘M的想法。
生：剛開始稱量的質(zhì)量包括裝置的質(zhì)量、硫酸銅溶液的質(zhì)量和鐵釘?shù)馁|(zhì)量。稱量的第二個質(zhì)量包括裝置的質(zhì)量、生成的硫酸亞鐵溶液的質(zhì)量和生成銅的質(zhì)量。[有的同學(xué)提出異議]
師：對，有同學(xué)說了溶液仍然呈藍色，說明還包括沒有反應(yīng)的硫酸銅溶液的質(zhì)量。細心的同學(xué)還用鑷子撥開生成的銅，發(fā)現(xiàn)里面還有未反應(yīng)的鐵，也應(yīng)該包括在其中。從投影上我們也能清楚地看到，有的分子并沒有參加化學(xué)反應(yīng)。[教師一邊講解一邊板書]
師：我們將一開始的硫酸銅溶液和鐵釘質(zhì)量分為兩部分，一部分是參加反應(yīng)的，另一部分是剩余的。比較兩個式子。我們把相同的部分——裝置質(zhì)量、未反應(yīng)硫酸銅質(zhì)量、未反應(yīng)的鐵釘質(zhì)量抵消掉，真正相等的是參加反應(yīng)的硫酸銅和鐵的總質(zhì)量等于生成的硫酸亞鐵和銅的總質(zhì)量。這就是我們今天要得出的質(zhì)量守恒定律的真諦——參加化學(xué)反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，等于反應(yīng)后生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和。
3.3 探究過程條理化
杜威認為人的思維過程分為五個步驟：感覺到問題；問題的性質(zhì)和特征；設(shè)想可能的解決方法；通過推理，確定哪一個假設(shè)能夠解決問題；通過觀察和實驗，證實結(jié)論是否可信[5]。這與探究性實驗的思路是相一致的。學(xué)生在初中初步感受過實驗探究的基本流程，進入高中后應(yīng)該培養(yǎng)學(xué)生的探究過程條理化，在實施之前一定要有預(yù)設(shè)，實施之后要有反思。
[案例8] 在學(xué)習(xí)“氧化劑還原劑”一課時，筆者設(shè)計了學(xué)生實驗去驗證所給的物質(zhì)氧化性或還原性。提供給學(xué)生探究的物質(zhì)有：FeSO4、氯水、FeCl3溶液、淀粉溶液、KMnO4溶液、KI溶液、硝酸溶液、硫氰化鉀溶液、銅片。學(xué)生的活動主要經(jīng)歷了如下過程：
[案例9] 在學(xué)習(xí)“氯氣”一課時，學(xué)生在探究氯氣與水的反應(yīng)過程如下：
這兩節(jié)課筆者都放手讓學(xué)生自主設(shè)計方案、鼓勵學(xué)生自主地開展探究活動，經(jīng)歷和體驗完整的探究過程。讓學(xué)生在知識的形成、聯(lián)系、應(yīng)用過程中養(yǎng)成科學(xué)的態(tài)度,獲得科學(xué)的方法,在“做科學(xué)”的探究實踐中逐步形成終身學(xué)習(xí)的意識和能力[6]。
參考文獻
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