初中化學遞進式實驗作業設計與研究

曹彤 張書振

“探究鐵釘生銹的條件”是魯教版初中化學教材中的重要實驗，《義務教育化學課程標準（2022年版）》要求學生能“基于真實問題情境，依據常見金屬的性質，初步分析和解決相關的綜合問題，如金屬腐蝕與防腐蝕的問題”。如何將“影響鋼鐵銹蝕的因素”這一內容與工業生產和生活情境相聯系，完善學生對“鋼鐵銹蝕的因素”概念的認知模型并應用于真實問題情境，是教師必須關注的問題。本文以“實踐作業”的形式開展“鋼鐵的銹蝕與防護”這一主題的教學，以化學實驗為載體，設計了以探究為主的遞進式實驗探究活動，通過項目式學習引導學生在化學實踐活動中應用所學解決實際問題，在真實問題情境中積累重要的基本經驗，形成對科學探究的基本感悟，發展學生的學科核心素養。

一、學科核心素養在作業中的體現和落實

“科學思維”是義務教育化學新課標規定的學生在初中化學學習中必須發展和落實的四大核心素養之一，要求學生“基于實驗事實進行證據推理、建構模型并推測物質及其變化的思維能力，在解決與化學相關的真實問題中形成的質疑能力、批判能力和創新意識”。本實踐作業在基于“科學思維”學科核心素養中的“證據推理”“模型認識”兩個核心素養點，通過創新實驗活動和研究性實驗活動發展學生的“創新素養”。在《鋼鐵的銹蝕與防護》一節課的作業中結合魯教版初中化學九年級教材已有的“影響鋼鐵銹蝕的因素”這一基礎性實驗探究活動，依據證據鏈使學生形成“鐵銹蝕因素”的認知模型，通過創新性實驗進一步發展認知模型，最后通過研究性實驗正確認識“鐵生銹”這一化學反應機理在生活中的應用，形成辯證思維和發展的化學觀念。學生學習過程如圖1所示。

二、學生作業實例

1.基礎性實驗作業

實驗用具：鐵釘，煮沸過的涼白開，洗過的酸奶杯。

實驗過程：取塑料瓶洗凈、裁開，倒入一半的涼白開。取三根鐵釘，一根半浸入水中、一根完全浸入水中、一根保持干燥。靜置，每隔一段時間觀察。

實驗報告：見表1。

實驗結論：鐵生銹需要鐵與空氣、水同時接觸。

教學反思：引導學生深度探究鋼鐵銹蝕的因素，讓學生對本節難點“控制變量法”進行二次應用；突破教材內容的定勢，拓寬學生的思維，鼓勵學生自己提出問題并設計化學實驗，培養學生的創新精神和教學知識遷移運用能力。

2.創新性實驗案例

探究因素：鋼是否生銹。

實驗用具：三根大小相同的鋼釘，三個紙杯，保鮮膜，普通自來水、加了白醋的自來水、加了食鹽的自來水

實驗方案：用砂紙打磨鋼釘，放入紙杯中。分別向三個紙杯中加入等量的普通自來水、加了白醋的自來水、加了食鹽的自來水，鐵釘均一半浸沒、一半在空氣中。每天觀察記錄。

實驗報告：見表2。

實驗結論：鋼在普通自來水和空氣環境下不易生銹，在鹽、酸環境下更易生銹。鹽、酸環境對鋼具有明顯的腐蝕作用。鋼能生銹，菜刀、剪子等鋼制品使用后要及時擦干凈。

教學反思：引導學生深度探究鋼鐵銹蝕的因素，讓學生對本節難點“控制變量法”進行二次應用；突破教材內容的定勢，拓寬學生的思維，鼓勵學生自己提出問題并設計化學實驗，培養學生的創新精神和教學知識遷移運用能力。

3.研究性實驗案例

“暖寶寶的奧秘”的項目式學習報告。

任務（1）：暖寶寶的主要成分是什么？如何證明？

【學生】閱讀暖寶寶說明書可知是鐵粉、水、活性炭、蛭石、吸水性樹脂、鹽，其中主要成分是鐵粉。

將暖寶寶中物質取出，觀察發現呈黑色。對黑色物質進行探究。

實驗報告：見表3。

任務（2）：為什么暖寶寶揭開才能發熱？發熱原理是什么？

【學生】經過“探究鐵生銹的因素”實驗，鐵只與水接觸不反應。當揭開暖寶寶時，鐵粉與水、空氣同時接觸，滿足鐵生銹的條件發生化學反應，而鐵生銹是放熱反應。經過查閱資料發現，暖寶寶中的活性炭、鹽能加速反應發生，蛭石起到保溫作用。

任務（3）：為什么不宜將暖寶寶直接貼在皮膚上？

【學生】將暖寶寶和溫度計放在羽絨服中，每隔30分鐘讀取溫度計讀數，記錄曲線如圖2。

實驗發現：暖寶寶升溫迅速，半小時即可達到50.2℃，最高溫度在2.5小時達到55.4℃，50℃以上的溫度可持續4個小時。

暖寶寶說明書中：“低溫燙傷是指當皮膚與高于體溫的發熱體長時間接觸后，所引發的紅斑、水泡等癥狀，請隨時注意”。因此，暖寶寶不能直接貼在皮膚上，且不能在同一位置長時間使用。

此外，該品牌暖寶寶發熱溫度達不到宣傳的 60℃以上，持續時間達不到宣傳的10小時。

任務（4）：鐵生銹原理還有哪些應用？

【學生】可用于食品包裝中的防潮防腐。

任務（5）：暖寶寶使用完后的成分是什么？如何證明？

【學生】推測可能是Fe2O3?？梢詫⑹褂煤笈瘜殞氈械姆勰┤芙?、過濾，取濾渣加入適量鹽酸，溶液變成黃色，再加入過量NaOH溶液，若產生紅褐色沉淀，則證明是Fe2O3。

教學反思：暖寶寶中有效成分是鐵粉，為引導學生利用作業實踐本節主題提供了很好的素材，能有效激發學生的探究欲；利用項目式學習，學生利用本單元所學知識解決真實問題，促進知識的遷移，利于學生核心素養的生成。

三、教學反思

本案例以“實驗探究與創新意識”“證據推理與模型認知”兩個學科核心素養點，在做到作業分層基礎上，設計了由基礎性實驗、探究性實驗和研究性實驗組成的遞進式系列實驗任務?；A性操作實驗是本節作業的基礎，實驗簡單，主要考查學生的基本知識和基本技能。創新性實驗是教師帶領學生猜想假設，培養學生的問題意識，通過化學實驗驗證猜想、得出結論的過程，主要培養學生的探究性思維和創新意識。研究性實驗是綜合性實驗，以微項目化的形式由學生自主學習，教師只起到設計驅動任務的作用，學生在真實問題的驅動下綜合運用所學收集證據、得出結論，建立解決復雜問題的思維框架。不同的情境問題推動層層遞進的化學實驗，實現對學生層層遞進的能力培養。學生在遞進式系列實驗任務中根據自身情況漸次提升地完成不同實驗作業，逐步落實學科核心素養的培養，并通過實驗遞進發展創新素養，糾正認知偏差。

（作者單位：山東省濟南第三十中學 山東省泰安市徂徠一中）