(转载)让学生的化学思维之花盛开——提升高三化学习题教学有效性的实践研究

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让学生的化学思维之花盛开——提升高三化学习题教学有效性的实践研究
浙江省萧山中学
一、总体框架设计
笔者结合近几年的高三教学实践与反思,粗浅地探索出了一种提升高三化学习题教学有效性的模式。它的主要途径是指教师首先精心选择母题,并对母题做一定的预设拓展,但同时不机械地按原先确定的某种思路进行习题教学,而根据学生学习和做题的情况,由教师灵活地调整,生成新的超出原计划的教学流程,使学生的“做题”和教师“讲题”处在动态和不断生成的过程中,题目随着学生的掌握程度、学生的思维开放程度的变化而变化,以满足学生自主学习和发展能力的要求。总体设计如下:
二、具体操作程序及实践
1.课前——自主学习阶段
(1)编题
①编题的依据之一——“题”出问路
作为母题,要具备课前预习的功能。能够让学生明白下节课知识的重、难点,找到自己的困惑,自己独立地由已知向未知进军。有效地启动学生进一步求知的内因,从而使学生在以后的学习过程中,学得更积极、更主动、更有效,真正发挥学生的主体作用,这对培养学生自学能力无疑有着决定性的意义。
②编题的依据之二——“题”藏玄机
作为母题,要具有貌似简单,实则藏有“陷阱”的特点。这里所指的“陷阱”,并不是指学生容易做错的、或者不会做的、或者在能力要求上尚未达到的那些化学教学内容和题目,而是指那些看上去并不难,做起来也感觉容易,但是在知道答案后却后悔不迭的那些题目。当然,设计“陷阱”的目的不是仅仅为了让学生误入其中,而是要充分调动学生的学习积极性,使学生在事后能够自觉反思,加深印象,深化对相关知识的理解,并达到培养学生能力、促进学生思维发展的目的。
③编题的依据之三——“题”包万象
作为母题,要具备一定的开放性。“题”包万象就是使母题成为多个知识点的汇聚处或多种思维方法的集合点。这样的题具备知识容量大、解题方法多、凸显化学思想方法的运用以及要求考生具有一定的创新意识和创新能力等特点。学生在做题后往往可以巩固和领悟各部分知识体系,提高分析和解决问题的能力。
(2)抛题
抛题举例:
已知HClO的Ka=3.2×10-8,H2CO3的Ka1=4.2×10-7
,Ka2=5.6×10-11,少量CO2通入NaClO溶液中的离子方程式:
抛出此题,就是抛出了高三复习弱电解质的电离平衡中电离平衡常数的应用这一重点知识应用,充分地启动了学生进一步求知的内因。
抛出此题,也就抛给了学生利用电离平衡常数的大小分析,讨论出酸碱性的强弱,再利用较强酸制较弱酸的原理分析出产物,进而写出离子方程式。此题有两大陷阱,其一是根据提供的常数,学生误认为本题需要的结果仅是HClO是弱酸,得出NaClO溶液呈碱性,进而误认为此题是考察CO2通入碱性溶液的情况;再其二是“少量CO2”学生会联想到少量CO2通入氢氧化钠溶液中的产物是Na2CO3,进而误认为此题的产物也是Na2CO3,而写出错误的离子方程式。
抛出此题,也就很好地渗透了结合数字、转化与化归、分析讨论等化学思想,是一道很典型的例题。
(3)做题
将设计好的母题以作业的形式布置给学生,要求学生写出详细的解题思路,并由课代表收齐后上交。
做题举例:


(4)析题
学生作业上交后,教师针对学生的答题状态进行批改分析。分析时应关注:①学生存在的问题有哪些?②将存在问题归类。③共性问题有吗?是什么?④这些不同类别的问题的根结在哪里?为了详细全面了解这些情况,教师也可以挑选班中化学水平能力不同的几个学生进行面批,细致全面的了解学生由母题暴露出的知识水平能力方面的漏洞和缺憾。
2.课中——合作探究阶段
具体流程如下:
(1)
由于老师掌握了丰富翔实的反馈信息,教师在课堂上就可以针对学生现状进行“点题”。对学生的学习行为进行有效地“干预”,帮助学生恍然大悟,掌握方法、启迪思维。那么,“点题”点什么呢?
①点在新旧知识交汇之处
一道题的成功求解可能要运用多个知识点和思想方法,每个新的知识点或新的思想方法必然有与它相关的旧知识、旧规律。联结处就是新与旧的结合处,在新旧结合处点拨,便于引导学生由旧到新的过渡,促进知识的迁移。
②点在新知关键之处
知识内容的关键处是学生学习、理解、掌握知识的最重要之处,是教材内容的重点、难点。在这些关键处适时进行点拨,有益于重、难点问题的突破,使学生对所学知识理解得深,理解得透,掌握得牢。
③点在学生疑惑之处
在分析问题、解决问题的过程中,学生的思维有时会“拐弯”,有时会“分岔”,有时会“堵塞”,从而感到疑惑不解,厌倦困顿,这时就要求教师进行点拨引导,设计合适的坡度,架设过渡的桥梁,帮助学生寻找思维的突破口,排除疑难,解决困惑。
点题举例:
(1)此题错因有二:其一是运用电离平衡常数大小解决问题时,学生只看了前面两个常数而不重视H2CO3的Ka2,从而造成平衡常数应用不当;其二是确定产物时忽视了产物必须能稳定存在这一原则,理所当然认为HClO和CO32-可以共同存在。
(2)此题方法有二:其一是用三个常数大小确定酸性H2CO3〉HClO〉HCO3-,直接确定产物是HClO和HCO3-,然后再配平离子方程式;其二是利用HClO 常数大小得出NaClO溶液呈碱性,再根据少量CO2通入碱性溶液中的产物是CO32-,再根据酸性H2CO3〉HClO〉HCO3-,得出HClO与CO32-会进一步反应,进而再确定此反应最终的产物是HClO和HCO3-,然后再配平离子方程式。
(3)此题反思有二:其一是利用常数大小来确定方程式产物时要充分利用所有常数来确定所有酸的酸性强弱,二是常数应用到方程式中一定要判断产物是否能稳定存在。
(2)变题
一题多变,意在挖掘习题的深度和广度,扩大习题的辐射面。
①新瓶装旧酒——提高思维层次
经过“点题”,原来茫然无措的学生会有所感觉,原来不知甚解的学生会感叹“原来如此”,原来学生有所感觉但却“误入歧途”也终于“迷途知返”。但是,多化学生此时充其量还是处于“听懂”的程度,只是初步领会了题中所含的思维方法。如果就此省略了让学生继续思考和运用的过程,那么学生很容易陷入“上课一听就懂,下课一做就错”的怪圈。所以,要让学生既听懂、又学会,就必须为学生创造和安排“学以致用”的机会,“趁热打铁”设计一些思维方法不变、而若干条件情景有异的变式题。这样就把主动权交给学生,使学生在分析问题、解决问题的探索过程中,回顾所学的“方法”并作出相应的选择判断,进一步打开思路,从而轻松愉快地实现知识复习与能力提高,提高思维层次。
变题举例:
已知H2CO3的第二级电离常数Ka2=5.6×10-11,HClO的Ka=3.2×10-8,写出下列条件下所发生反应的离子方程式:
①少量Cl2通入到过量的Na2CO3溶液中:
②Cl2与Na2CO3按物质的量之比1:1恰好反应:
说明:变题①要先得出少量Cl2通入到溶液中先生成的是HCl和HClO,再根据过量的Na2CO3溶液,确定HCl与CO32-的产物是HCO3-,HClO与CO32-的问题又回到前面抛题中。
变题②把 Cl2量增加使得HCl、HClO和CO32-等量反应,来继续讨论产物,通过前者的分析,学生不难得出这里的产物。
②旧瓶装新酒——拓宽思维广度
为了锻炼学生的发散思维能力,让学生知道“路的旁边还是路”,可以将母题题设情景做一些变动,将一些新的知识点和新思路融入其中,创造一种新的知识接收途径和气氛,打破学生的固定思维方式。这样可以一次复习多种化学题型和知识点,而且有利于学生在同一问题背景下纵横类比这些概念、思想方法,通过剖析,得出题型的同与不同,思路的变与不变,从而拓宽学生的思维宽度。
变题举例:
化学式 |
电离常数(298K) |
硼酸 |
K=5.7×10-10 |
碳酸 |
K1=4.4×10-7 |
醋酸 |
K=1.75×10-5 |
A.将一滴碳酸钠溶液滴入一硼酸溶液中一定能观察到有气泡产生
B. 将一滴醋酸溶液滴入碳酸钠溶液中一定能观察到有气泡产生
C. 等物质的量浓度的碳酸溶液和硼酸溶液比较,pH:前者>后者
D.等物质的量浓度的碳酸钠溶液和醋酸钠溶液比较,pH:前者>后者
说明:①变题的A、B选项改成反应现象的判断来考察电离平衡常数,思路一仍是利用已知的酸的电离平衡常数大小来判断几种酸的强弱,进而来判断反应的产物,最后来决定反应现象;但要注意量的问题;思路二可从酸与碳酸盐反应“一定能观察到有气泡产生”入手分析AB中涉及的量是否满足。顺逆双向分析,如此一来,学生的思维慢慢拓宽。
②变题的C、D选项将电离平衡常数的运用拓展到判断溶液酸碱性强弱上,拓宽此知识点的广度。
③新瓶装新酒——提升思维深度
继续设计新颖别致的情景或设计较为复杂、综合的问题进行启发提问,有利于深层次地突出主题,强化效果,进而提升学生思维深度。
变题举例: 已知:CH3COO-+H2O CH3COOH+OH-达到水解平衡时,水解平衡常数可以表示为Kh=[c(CH3COOH)·c(OH-) ]/c(CH3COO-) (式中各粒子浓度均为平衡时浓度)
(1)对于弱电解质,其电离平衡常数Ka、对应离子的水解常数Kh以及水的离子积Kw的关系是
(2)已知HF的Ka=3.5×10-4,CH3COOH的Ka=1.8×10-5,HClO的Ka=3.0×10-8,HCN的Ka=4.9×10-10,请根据这几种弱酸的电离常数来比较相同浓度的NaF,CH3COONa,NaClO,NaCN溶液的PH大小
(3)等浓度醋酸、醋酸钠混合溶液的酸碱性,及离子浓度大小比较
(3)磨题
“好题多磨”意味有三:
①题随师动
“变题”是否变到位?一是看老师的调控力。老师要敏锐的调动自身的专业素质和经验,设计好 “变题”。老师首先要揣摩学生的解题思路,重新审视题给予的情境是否充分,问题提出的角度是否自然、有无歧义;其次要准确地估计习题难度。影响习题难度的因素很多,比如解答问题路径的复杂程度、回答问题需要的表达水平、以往解题经验等等。
磨题举例:已知:CH3COO-+H2O CH3COOH+OH-达到水解平衡时,水解平衡常数可以表示为Kh=[c(CH3COOH)·c(OH-) ]/c(CH3COO-) (式中各粒子浓度均为平衡时浓度)
(1)对于弱电解质,其电离平衡常数Ka、对应离子的水解常数Kh以及水的离子积Kw的关系是
(2)已知HF的Ka=3.5×10-4,CH3COOH的Ka=1.8×10-5,HClO的Ka=3.0×10-8,HCN的Ka=4.9×10-10,请根据这几种弱酸的电离常数来比较相同浓度的NaF,CH3COONa,NaClO,NaCN溶液的PH大小
(3)等浓度醋酸、醋酸钠混合溶液的酸碱性,及离子浓度大小比较
一磨:问(1)由题意可轻松解决,预计学生都能自主完成,得Ka×Kh=Kw,弱电解质电离程度越小其离子的水解程度越大。
第(2)问要稍做探讨,在经历了做题、变题的基础上,大多化学生会用电离常数的大小来判断对应酸的酸性强弱(HF>CH3COOH>HClO>HCN),进而根据(1)的结论可以得出这些等浓度盐溶液的碱性强弱,进而排出溶液PH值为NaCN>NaClO>CH3COONa>NaF。
第(3)问过渡到讨论混合溶液的酸碱性和离子浓度大小的问题。如何分析给学生带来困惑,问题因此开始逐步深入。
②题随生动
“变题”是否变到位?二是要看学生的认同感。课堂活动是一个动态生成的过程,学生在做题的过程中会有许多老师预设不了的“节外生枝”、“不速之客”生成,此时,“题”必须随着学生解题实况的变动而变动。当学生产生疑难“山穷水尽疑无路”时,将题肢解,设置梯度,细化为几个“扶手”式的小问题;当学生思路 狭窄“见山是山见水是水”时,将题拓展,链接类似情景,设计一些可以让学生将感性认识上升到理性思考的问题。这样的“磨题”,使题顺着学生的思路“再生新枝”。有了生成的疑难问题,有了生成的独特想法,有了生成的新鲜见解,老师或表扬鼓励,或组织讨论、或点拨引导,学生或批驳、或吸收、或完美。这样的课堂,风生水起,鸟语花香。
二磨:此时,教师与学生一起探讨:醋酸溶液呈酸性,而醋酸钠溶液呈碱性,两者等浓度混合后溶液究竟是酸性还是碱性呢?醋酸溶液呈酸性是因为醋酸电离出H+,醋酸钠溶液呈碱性是因为CH3COO-水解而呈碱性的,两者不发生反应,因此问题就转到讨论等浓度的CH3COOH的电离和CH3COO-的水解谁的程度大了。此时,同学们跃跃欲试,老师放手交给学生自己动手。
③师生互动
“变题”是否变到位?三是要看师生的共鸣度。在对题目的解答中,师生双方形成了共同的观点,升华提炼。
学生甲板书:CH3COO- 的Kh= Kw/Ka=1.0×10-14/1.8×10-5=5.56×10-10,Ka>Kh 。所以溶液呈酸性。
老师:所以c(H+)>c(OH+),那么c(CH3COO-)和c(Na+)浓度呢?
学生乙:可以根据电荷守恒,判断出c(CH3COO-)>c(Na+)
学生丙:因为醋酸的电离程度大于醋酸根离子的水解程度,所以电离出的CH3COO-比水解掉的CH3COO-要多,因此c(CH3COO-)>c(Na+)
老师:总的离子浓度?
学生(合):c(CH3COO-)>c(Na+) >c(H+)>c(OH+)
引题举例:
若测得25 ℃时CH3COOH的电离平衡常数K=1.8×10-5,由于CH3COOH的电离程度很小,计算时可将CH3COOH的平衡浓度看成是CH3COOH溶液的浓度,则c mol·L-1的CH3COOH溶液中c(H+)= (不为0) ,则该温度下0.18 mol·L-1的CH3COONa溶液的pH= 。
说明:本题也需要充分的利用电离平衡常数和水解平衡常数,利用其表达式来近似的计算溶液中的氢离子浓度,进而算出盐溶液的PH值。
3.课后——反思创新阶段
(1)生题
有了课堂上老师变魔术般地将母题生子题,子题又生新题的示范,有了学生在解决这些题时的从似懂非懂的迷茫到豁然开朗的欣喜的亲身体验,学生自我“生题”的时间已成熟。老师布置课后作业,给学生足够的时间和空间,让学生根据母题,自己设计、收集、整合题目,自己总结方法,促使学生不断消化课堂所掌握和领悟的。通过这种“生题”的训练,让学生在编题内容的迁移中培养对知识的联想和综合应用的能力。老师要对学生进行“生题”方法指导,鼓励学生通过以下几个方面生题。
①适当增加或改变母题的条件、情景,学生真正达到一题多解,多题一解的能力。
学生作业举例:
1.H2CO3和H2S在25℃时的电离常数如下:H2CO3:Ka1=4.3×10-7,,Ka2=5.6×10-11;H2S:Ka1=9.1×10-8,Ka2=1.1×10-15,则下列反应能发生的是
A.
NaHCO3+NaHS=Na2CO3+H2S
C.
Na2S+H2O+CO2=NaHS+NaHCO3
2.已知3.5×10-4、4.6×10-4、4.9×10-10分别是某温度时下列有关三种酸的电离常数,若已知下列反应可以发生:
(1) NaCN+HNO2=HCN+NaNO2
(2) NaCN+HF=HCN+NaF
(3) HNO2+NaF=NaNO2+HF
则Ka(HNO2)=
学生作业举例:
1.已知温度T时水的离子积常数为KW,该温度下,将浓度为a mol·L-1的一元酸HA与b mol·L-1的一元碱BOH等体积混合,可判定该溶液呈中性的依据是( )
A.a=b
B.混合溶液的pH=7
C.混合溶液中,c(H+)=mol·L-1
D.混合溶液中,c(H+)+c(B+)=c(OH-)+c(A-)
2. 下列说法正确的是
醋酸浓度(mol·L-1) |
1 |
0.1 |
0.01 |
pH |
2.50 |
3.00 |
3.50 |
当醋酸浓度为0.1mol·L-1时,通过计算求得该温度下醋酸的电离度约为1%
B. T℃时,测得某NaNO2溶液的pH=8,则溶液中c(Na+)- c(NO2-)=9.9×10-7mol·L-1
C. 已知25℃时,有关弱电解质的电离平衡常数:HCN:Ka=4.9×10-10 ;H2CO3:Ka1=4.3×10-7 ,Ka2=5.6×10-11。则CO2通入NaCN溶液中反应的化学方程式为:2NaCN + H2O + CO2 = 2HCN +Na2CO3
D.
在不同条件下进行的异构化反应 X
Y
的进程如下图,则可以计算得到乙的平衡常数K=1,且比甲的平衡常数要小
③收集、整合历年的高考题,真正达到知识、方法学以致用,产生一种成就感。
学生作业举例:
1.(2013浙江)25℃时,用浓度为0.1000mol•L-1的NaOH溶液滴定20.00mL浓度均为0.1000mol•L-1的三种酸HX、HY、HZ滴定曲线如图所示.下列说法正确的是( )
A.在相同温度下,同浓度的三种酸溶液的导电能力顺序:HZ<HY<HX
B.根据滴定曲线,可得Ka(HY)≈10-5
C.将上述HX、HY溶液等体积混合后,用NaOH溶液滴定至HX恰好完全反应时:c(X-)>c(Y-)>c(OH-)>c(H+)
D.HY与HZ混合,达到平衡时:c(H+)= Ka(HY) c(HY)/ c(Y−) +c(Z-)+c(OH-)
2.(2010浙江) 已知: ①25℃时,弱电解质的电离平衡常数:Ka(CH3COOH)=1.8×10-5,Ka( HSCN)= 0.13;难溶电解质的溶度积常数:Ksp(CaF2) =1.5×10-10。 ②25℃时,2.0×10-3mol/L氢氟酸水溶液中,调节溶液pH(忽略体积变化), 得到c( HF)、c(F-)与溶液pH的变化关系,如下图所示:
(1)25℃时,将20 mL 0.10 mol/L CH3COOH溶液和20 mL 0.10 mol/L HSCN液分别与20 mL 0.10 moI/LNaHCO3溶液混合,实验测得产生的气体体积(v)随时间(t)变化的示意图为:
反应初始阶段,两种溶液产生CO2气体的速率存在明显差异的原因是
(2)25℃时,HF电离平衡常数的数值K≈
(3)4.0×l0-3mol/L HF溶液与4.0×10-4mol/LCaCl2溶液等体积混合,调节混合液pH为4.0(忽略调节时混合液体积的变化),通过列式计算说明是否有沉淀产生。
(2)评题
“生题”看似简单,但如果学生没有很好地把握所学的知识,则很难“生”出好的习题。但反过来,通过“生题”,学生的创新思维和探索精神都被激发出来,也会“生”出一些令人赞赏给人反思的好题。所以,要对学生的“生题”进行评定,评定其正确性,评定其严密性,评定其创新性,评定其反思性。评的方式可以有以下几种:
①学生自评。自评指解答自己出的题,同时说明出题的原因和依据,所用到的知识和方法。通过对自我作业的评价,激发学生的反思能力。
②学生互评。让学生相互评价作业,着重评题的正确性和出题者解题思路的正确性,使学生相互学习,取长补短,共同进步。
③教师质评。教师要针对不同学生的不同情况作出有意义的评价。如对学生的解题步骤进行细致化评价,找出题目设计的漏洞,对有创意反思性强的好题要肯定和赞赏。
(3) 思题
建立“好题集”,将母题,老师“生”的子题,自己“生”的子题,同学“生”的子题整理在册。学习别人的精彩思路,领略多题一解、异形同解的妙趣,在欣赏的同时,启发自己的思维,借他山之石攻己之玉。
①对理解题意的反思
“横看成岭侧成峰”,同一道题,从不同的角度去分析研究,可能会得到不同的启示,从而引出不同的解法。这样做的目的是通过不同的研究侧面,使思维的触角伸向不同的方向,不同的层次。在找到不同的解法时也要对这些解法进行总结,看看其他什么题型也能这样做,做到“一题多解”的同时也要“多题一解”。
三、成效与反思
在本课题运作的过程中,我们不断地进行课题分析,以便随时修正该课题、完善该课题,把课题落实到提高高三化学习题教学质量的实处。课题组经过一年的研究,发现学生在习题课中提升了学习兴趣,提高了学习效率;教师树立了新的习题教学理念,在教学中有法可循、有事可做,并在实践中不断完善习题教学策略,以帮助学生有效地进行高三复习。
1.充分培养了学生的化学思维品质
一题多变是新形势下考试命题的新潮流,一题多解,连通一片。各种各样的变式转化,要求我们必须加强基础知识的学习。要引导学生建立知识系统,防止学生把知识杂乱无章地放在脑海中。要做到书越读越“薄”,同时对课本知识的理解要达到比课本知识更丰富、更充实,将知识具体化和系统化。本文的习题教学模式启示我们要注意探索多种题型转变的一般规律,揭示其本质特征,掌握同类题型的基本解题思路,以不变的办法应付多变的题型,变是为了不变。变的是题的情景、题的形式、题的条件、题的内容,不变的是解题的基本方法、解题的基本思维、解题的基本规律。它从研究习题本体出发,为师生的“教与学”生成了一种科学的思维训练模式,培养了学生良好的化学思维品质。
2.大大提升了教师的教学业务能力
习题教学是否有效、高效,促使教师必须精心预设自己的课堂教学,认真进行教学行为的课前准备,课堂教学过程中如何创建师生互动的教学环境,鼓励学生积极参与习题教学活动等,课后及时进行教学反思,不断总结自己的教学得失。要引导学生学会学习,把教学的重心放到如何开发学生的潜能上,让学生自主地学起来。不能只满足于做个“老老实实”的“教书匠”,还要成为构建课程、开发课程资源的“研究者”等等。这些都有力地促进了教师课堂教学方法技能的提高,促进了教师课堂教学的不断优化,教学效果也随之不断提高。
3.真正提高了化学的课堂复习效率
使用这种习题教学模式后,把学生从知识容器的畸形地位中解放出来,赋予学生知识探索者的角色;把学生从纯粹的被灌输对象中解放出来,赋予其教学活动中的合作者和学业任务承担者的正确定位;把学生从被动学、机械学中解放出来,激发和促进其学习潜能的发挥;把学生从单纯接受知识中解放出来,赋予其知识认知加工者的角色,充分调动了学生学习化学的积极性、主动性。学生学会自主复习相关知识,自主归纳解题规律与总结方法、自主拓展与创新,反过来学生又能运用已培养的各种能力和素质去解决新问题。这样大大简化了复习内容,优化了知识和能力结构,真正提高了高三习题教学的效率。笔者在近几年的高三化学教学中探索的这种习题教学模式,通过实践与研究,取得了不错的效果。
当然,学生的思维活动过程是一种隐蔽性的活动,看不见摸不着。学生思维的深度又对每个学生有着能力上的差异,所以思维的训练并不是一朝一夕能解决的,需要我们反 复研究,反复实践,这也是本人不断追求和努力的方向。