游戲升級促學(xué)習(xí)初中化學(xué)用語啟蒙課例研究

摘要：開發(fā)了包含九年級需要學(xué)習(xí)的17種元素、6種根（原子團(tuán)）與4大類化合物（酸、堿、鹽及氧化物36種）的“520化學(xué)桌游”的價式卡牌游戲教具，運用“3×N”問題解決教學(xué)設(shè)計范式，進(jìn)行游戲化教學(xué)設(shè)計并實施教學(xué)。研究結(jié)果表明：通過“520化學(xué)桌游”價式卡牌的課堂學(xué)習(xí)，初學(xué)者能夠體會到化學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣，感受到合作與競爭的愉悅，并在游戲升級的過程中深化“物質(zhì)由元素組成”的學(xué)習(xí)。關(guān)鍵詞：初中化學(xué)；游戲化教學(xué)；化學(xué)用語；520化學(xué)桌游；價式卡牌1問題提出初中化學(xué)用語知識主要包括元素符號、化學(xué)式、化學(xué)方程式等各類化學(xué)圖式，作為化學(xué)學(xué)習(xí)的重要工具，用以表示物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)和化學(xué)變化等。在人教版、魯科版、滬教版的初中化學(xué)教材中，化學(xué)用語的內(nèi)容具有一致性，均包含三個方面［1］：（1）化學(xué)式的含義、寫讀規(guī)范；（2）化合價的識記與計算；（3）相對分子質(zhì)量的計算與應(yīng)用。在實際教學(xué)中，該主題內(nèi)容往往通過編成順口溜、類比、對比記憶材料的共性與個性等方法，幫助學(xué)生記憶元素符號、化學(xué)式、化合價等，但由于缺少即時的反饋、互動性較弱等原因，識記的訓(xùn)練往往需要貫穿一個學(xué)期反復(fù)鞏固，效率較低。卡牌類游戲便于攜帶、容易上手，在國內(nèi)外將卡牌的游戲形式融入化學(xué)教學(xué)的案例較為常見［2］，如利用卡牌進(jìn)行4人對抗游戲?qū)W習(xí)陰陽離子組成離子化合物［3］、多人接龍學(xué)習(xí)“元素符號原子序數(shù)化合價”之間的關(guān)系［4］、小組卡牌交易識記常見元素名稱與符號［5］等。學(xué)生通過卡牌游戲?qū)W習(xí)相應(yīng)化學(xué)用語的效果良好，有利于激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、發(fā)展合作溝通的能力，符合義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中“注重啟發(fā)式、互動式、探究式教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)”“倡導(dǎo)‘做中學(xué)‘用中學(xué)‘創(chuàng)中學(xué)”等課程理念［6］。但現(xiàn)有的卡牌教育游戲案例一方面僅聚焦于零散化學(xué)用語的學(xué)習(xí)，知識的連貫性與進(jìn)階性較差，另一方面也僅提供了游戲案例，并未闡述如何將游戲與課堂結(jié)合實施。綜上所述，本研究主要解決兩個問題：（1）如何開發(fā)一款具有連貫性、可升級的初中化學(xué)用語啟蒙教育游戲（包括教具及游戲規(guī)則），幫助學(xué)生認(rèn)識常見元素、根（原子團(tuán)）與不同類別的化合物？（2）如何基于此游戲，設(shè)計并實施初中化學(xué)用語的啟蒙游戲化教學(xué)？2游戲設(shè)計本研究面向的對象為本省汕尾市某初中的八年級學(xué)生，共97名（男生31名，女生66名），均未曾接受化學(xué)學(xué)科的系統(tǒng)教學(xué)，尚未建立微粒觀。教學(xué)時，需要納入元素分類與物質(zhì)分類的教學(xué)內(nèi)容，同時進(jìn)一步降低化學(xué)式與化合價內(nèi)容的廣度與難度，由此歸納相對應(yīng)的課程標(biāo)準(zhǔn)要求與教學(xué)目標(biāo)如表1所示。根據(jù)錢揚義團(tuán)隊提出的“520CRL”模型（圖1）［7］提出如下設(shè)計思路：（1）根據(jù)教育游戲教具開發(fā)的四原則（知識性、科學(xué)性、趣味性、美觀化），將“化合價”“元素”“物質(zhì)”等化學(xué)概念（concept）融入到游戲教具的設(shè)計與開發(fā)中；（2）根據(jù)“物質(zhì)由元素組成”“組成物質(zhì)的各元素化合價代數(shù)和為0”等化學(xué)規(guī)則（rule）以及“復(fù)分解反應(yīng)”的化學(xué)規(guī)律（law）生成游戲規(guī)則，以心流理論與建構(gòu)主義平衡游戲規(guī)則的游戲性與教育性，設(shè)計“520化學(xué)桌游”的價式卡牌教育游戲；（3）根據(jù)“3×N”問題解決教學(xué)設(shè)計范式進(jìn)行游戲化教學(xué)設(shè)計，在游戲化教學(xué)課堂的實踐應(yīng)用過程中，評價并改進(jìn)教育游戲與課堂教學(xué)。2.1教具設(shè)計梳理人教版九年級《化學(xué)》上冊教材中“一些常見元素和根的化合價”表格后，根據(jù)初高中常見元素及其化合物出現(xiàn)的頻率，最終確定了卡牌教具呈現(xiàn)的17種元素、6種根（原子團(tuán)）與4大類化合物（酸、堿、鹽及氧化物36種）如表2、表3所示，卡牌的數(shù)量可根據(jù)實際需要來確定［8］。“520化學(xué)桌游”的價式卡牌游戲的含義為：520取“我愛你”的諧音，代表在游戲中學(xué)習(xí)化學(xué)、愛上化學(xué)；化學(xué)桌游指的是以化學(xué)知識學(xué)習(xí)為主題的桌上游戲；價式卡牌則以學(xué)習(xí)內(nèi)容與教具形式命名。卡牌教具分為2副，分別為價態(tài)牌與化學(xué)式牌，如圖2所示。其中，

價態(tài)牌包括常見元素的中文名稱、英文名稱、元素符號、常見價態(tài)、核外電子狀態(tài)圖、原子結(jié)構(gòu)示意圖以及元素常見原子團(tuán)和物質(zhì)應(yīng)用的科普知識，每張價態(tài)牌都采用不同的顏色系列進(jìn)行搭配。化學(xué)式牌主要涉及初中需要掌握的酸、堿、鹽、氧化物四類物質(zhì)，包括其中文名稱、化學(xué)式、物理性質(zhì)、游戲中可以進(jìn)行的反應(yīng)表達(dá)式，以及生活應(yīng)用科普知識，每張化學(xué)式牌的漸變顏色，由對應(yīng)的各價態(tài)牌顏色組合而成，強(qiáng)調(diào)“物質(zhì)由元素組成”。2.2規(guī)則設(shè)計為體現(xiàn)從“物質(zhì)由元素組成”到“組成物質(zhì)的各元素化合價代數(shù)和為0”的學(xué)習(xí)進(jìn)階，游戲設(shè)置了以基礎(chǔ)規(guī)則（圖3）為核心的“化學(xué)火車”游戲規(guī)則，只需要價態(tài)牌的顏色與化學(xué)式牌的顏色一一對應(yīng)；以進(jìn)階規(guī)則（圖4）為核心的“物質(zhì)碰撞”游戲規(guī)則，價態(tài)牌所有元素的化合價相加代數(shù)和為0。2.2.1“化學(xué)火車”規(guī)則設(shè)計流程示意如圖5所示。（1）分類與準(zhǔn)備：價態(tài)牌堆背面朝上以備抽牌使用，化學(xué)式牌正面朝上按照酸、堿、鹽、金屬氧化物、非金屬氧化物分類擺放，以便組成化學(xué)式后取用。（2）發(fā)牌與順序：每位玩家抽取4張元素牌，由石頭剪刀布決出先手與后手的出牌順序。（3）輪次與回合：玩家按照先后順序，每個輪次先抽取1張價態(tài)牌，并可以選擇在己方放置1張或不放置價態(tài)牌，每個輪次放置的價態(tài)牌必須接龍上一輪次的元素牌，直到組合成一個化學(xué)式，此時視為完成己方的一個回合。（4）合成與收集：組合化學(xué)式時，僅需考慮價態(tài)牌的顏色與化學(xué)式牌的顏色一一對應(yīng)（物質(zhì)由相應(yīng)的元素組成）。而后玩家應(yīng)當(dāng)讀出與化學(xué)式對應(yīng)的物質(zhì)名稱，確認(rèn)無誤后，方可從物質(zhì)牌中收集相應(yīng)的化學(xué)式牌。（5）得分與勝利：每一張化學(xué)式卡牌的右上角星形圖標(biāo)中都標(biāo)明了分值，收集到化學(xué)式牌能夠獲得相應(yīng)的分值，最先達(dá)到15分的玩家獲勝。2.2.2“物質(zhì)碰撞”規(guī)則設(shè)計流程示意如圖6所示。（1）分類與準(zhǔn)備：價態(tài)牌堆背面朝上以備抽牌使用，化學(xué)式牌正面朝上按照酸、堿、鹽、金屬氧化物、非金屬氧化物等分類擺放以便組成化學(xué)式后取用。（2）發(fā)牌與順序：每位玩家抽取6張價態(tài)牌，分別說出自己手上元素的最大序號，決出第一出牌人，而后按順時針順序出牌。（3）輪次與操作：輪到玩家出牌時，總共有兩個操作階段。①“階段1——元素收集”中，可以進(jìn)行以下任一個操作：A.抽牌：在價態(tài)牌堆無條件抽一張牌。要保證自己手上的價態(tài)牌至少有3張，即：如果只有1張牌，那就抽2張；如果一張牌都沒有就抽3張；B.換牌：把手上的價態(tài)牌全部棄置后，從價態(tài)牌堆中抽3張新的價態(tài)牌；C.賣牌：把一張鹽類的化學(xué)式牌放回化學(xué)式牌堆后，抽取3張價態(tài)牌；D.攻擊（視學(xué)情決定是否增加本規(guī)則）：化學(xué)式牌綠色框內(nèi)寫明可進(jìn)行的反應(yīng)，出牌攻擊別人已有的化學(xué)式牌后，把出的牌放回化學(xué)式牌堆，重新抽3張價態(tài)牌。對手獲得反應(yīng)后產(chǎn)物的化學(xué)式牌。每回合玩家只能攻擊一次。②“階段2——物質(zhì)合成”中，根據(jù)兩條基本準(zhǔn)則獲得化學(xué)式牌：A.價態(tài)牌的顏色與化學(xué)式牌的顏色一一對應(yīng)（物質(zhì)由相應(yīng)的元素組成）;B.價態(tài)牌所有元素的化合價相加，代數(shù)和為0（組成物質(zhì)的各元素化合價代數(shù)和為0）。若無法合成物質(zhì)，則輪空，到下一位玩家進(jìn)行操作。當(dāng)完成兩個階段的操作后，輪次結(jié)束，按順序由下一位玩家進(jìn)行操作。（4）得分與勝利：每一張化學(xué)式牌右上角的星形圖標(biāo)中都標(biāo)明了分值，收集到化學(xué)式牌就能夠獲得相應(yīng)的分值，分值先達(dá)到15分的玩家獲得勝利。3教學(xué)設(shè)計與實施3.1教學(xué)流程基于“520化學(xué)桌游”的價式卡牌游戲教具與游戲規(guī)則，進(jìn)行“520化學(xué)造物工廠”游戲化教學(xué)設(shè)計，采用“設(shè)置情境，提出問題”—“游戲活動，解決問題”—“課堂應(yīng)用，評價問題”的“3×5”教學(xué)流程［9］，如圖7所示。本研究在大學(xué)生暑期社會實踐項目的科普課堂中展開實踐，共用3課時（120分鐘）。在教學(xué)實施前，以問卷的形式調(diào)查學(xué)生是否接觸過化學(xué)教育游戲（表4），其中大部分學(xué)生從來沒有玩過化學(xué)主題的游戲。因此為了提升其學(xué)習(xí)體驗，在課前分組時確保每個小組中都有1～2名曾經(jīng)玩過化學(xué)主題游戲的學(xué)生，在課堂介紹游戲規(guī)則時關(guān)注學(xué)生的疑惑，及時解答與演示。3.2教學(xué)實施片段3.2.1環(huán)節(jié)一：牌面探索教師：請各小組分發(fā)價態(tài)牌和化學(xué)式牌，觀察牌面，你們能發(fā)現(xiàn)哪些信息？學(xué)生1：價態(tài)牌有2種不同的牌面，一種是只有單個大寫字母的，一種是由多個大寫字母組成的。學(xué)生2：價態(tài)牌牌面還有中文名稱、英文名稱、帶有正負(fù)號的數(shù)字和不帶正負(fù)號的數(shù)字，還有一些生活中用途的信息等等。學(xué)生3：化學(xué)式牌牌面有分值、物質(zhì)的中文名稱和表示它的英文字母組合、該物質(zhì)的生活用途，還有綠色方框內(nèi)有一些很長的式子。教師總結(jié)并展示圖8，引導(dǎo)學(xué)生一同歸納價態(tài)牌與化學(xué)式牌的牌面信息，介紹元素的讀音可以讀半邊并帶領(lǐng)學(xué)生一起朗讀價態(tài)牌的元素名稱。3.2.2環(huán)節(jié)二：卡牌分類教師：你們能夠?qū)r態(tài)牌分為幾類呢？又能夠?qū)⒒瘜W(xué)式牌分為幾類呢？請同學(xué)們在小組內(nèi)分工合作進(jìn)行分類，并討論分類的依據(jù)。學(xué)生1：價態(tài)牌上元素的中文名稱偏旁部首有一定的規(guī)律，比如鈉和鉀都是“钅”旁、氫和氮都是“氣”頭、碳和硫都是“石”旁，可據(jù)此分類。學(xué)生2：化學(xué)式牌上物質(zhì)的中文名稱也有規(guī)律，比如銀鹽和鋁鹽都帶“鹽”字、硝酸和硫酸都帶“酸”字、氧化鐵和氫氧化鐵都帶“氧”字，可據(jù)此分類。教師：歸納能力很強(qiáng)，不過對于物質(zhì)的分類，還有一些細(xì)節(jié)需要大家注意，對于氧化鐵和氫氧化鐵，我們需要根據(jù)“化”字進(jìn)行斷句，所以“化”字前是“氧”“幾氧”的，比如氧化鈣、二氧化錳，都屬于氧化物；而“化”字前是“氫氧”的，比如氫氧化鈉、氫氧化鈣，都屬于堿。教師介紹價態(tài)牌可以根據(jù)偏旁部首分為金屬元素與非金屬元素等，化學(xué)式牌可以根據(jù)物質(zhì)類別分為酸、堿、鹽和氧化物等，補(bǔ)充水、氯化氫、氨氣、一水合氨的化學(xué)式牌分類細(xì)節(jié)（學(xué)生也有可能會提出根據(jù)卡牌的色系、數(shù)字的奇偶、科普的用途等進(jìn)行分類，應(yīng)鼓勵他們細(xì)致觀察和想象能力）。3.2.3環(huán)節(jié)三：化學(xué)火車教師介紹游戲規(guī)則，學(xué)生小組內(nèi)合作進(jìn)行游戲，教師巡堂并解答學(xué)生在游戲過程中產(chǎn)生的疑問。游戲結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)游戲策略與化學(xué)知識。教師：在化學(xué)火車游戲中，同學(xué)們都有什么獲勝的策略呢？學(xué)生1：要先觀察好化學(xué)式牌的元素組成，再思考手上的價態(tài)牌組成哪些化學(xué)式得到的分值會最高，比如都是氫元素、氧元素和鐵元素，組成氫氧化鐵比組成氫氧化亞鐵的分值高。學(xué)生2：如果用元素符號對應(yīng)化學(xué)式比較難，還可以將不同價態(tài)牌的顏色和化學(xué)式牌上面漸變的顏色相匹配，能匹配上，就能夠用價態(tài)牌組成那個化學(xué)式牌。教師：很好，大家已經(jīng)注意到了，在這個游戲里面，我們要學(xué)習(xí)的就是“物質(zhì)由元素組成”，相同的元素可以組成不同的物質(zhì)，而這個“不同”體現(xiàn)在了相應(yīng)元素的原子數(shù)量上，下面我們通過物質(zhì)碰撞游戲進(jìn)一步學(xué)習(xí)。3.2.4環(huán)節(jié)四：物質(zhì)碰撞教師介紹游戲規(guī)則，學(xué)生小組內(nèi)合作進(jìn)行游戲，教師巡堂并解答學(xué)生在游戲過程中產(chǎn)生的疑問。游戲結(jié)束后，教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)游戲策略與化學(xué)知識。教師：在物質(zhì)碰撞游戲中，同學(xué)們都有什么獲勝的策略呢？學(xué)生1：當(dāng)我手上的價態(tài)牌都不能組成化學(xué)式的時候，不如全部舍棄，換新的價態(tài)牌，這樣可能出現(xiàn)轉(zhuǎn)機(jī)。學(xué)生2：如果別人快贏了，那我就可以用手上低分值的化學(xué)式牌通過一些反應(yīng)“攻擊”對手高分值的化學(xué)式牌，這樣雖然我失去了一些分值，但是我能夠得到新的價態(tài)牌，可能組成更高分值的化學(xué)式。而對手失去了高分值的化學(xué)式牌，只能得到“0分的水”化學(xué)式牌和“1分的鹽”化學(xué)式牌。學(xué)生3：有的時候即使不用看化學(xué)式牌，我也能用手上的價態(tài)牌組成準(zhǔn)確的化學(xué)式，比如用1張“+4價的碳”和2張“-2價的氧”就能組成“二氧化碳”，這個時候（黑板板書）：+4+2×（-2）=0。教師：看來大家收獲頗豐，在這個游戲里面，我們要學(xué)習(xí)的就是“組成物質(zhì)的各元素化合價代數(shù)和為0”。根據(jù)這個規(guī)則，我們既可以通過已知化合價的元素組成不同的化學(xué)式，又可以通過化學(xué)式中部分已知化合價的元素推算出其他元素的化合價。3.2.5環(huán)節(jié)五：心得分享教師帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)元素分類、物質(zhì)分類、物質(zhì)由元素組成、組成物質(zhì)的各元素化合價代數(shù)和為0、物質(zhì)之間可以相互轉(zhuǎn)化等基礎(chǔ)知識，并為積分較高的小組頒發(fā)游戲獎?wù)隆?教學(xué)效果對學(xué)生實施了“520價式卡牌”的游戲化教學(xué)，而后進(jìn)行學(xué)習(xí)效果、學(xué)習(xí)態(tài)度的調(diào)查研究。4.1學(xué)習(xí)效果參考已有研究［13］，進(jìn)行知識學(xué)習(xí)的前測與后測。測試題的內(nèi)容如表5所示，共6個項目17小題，題型為單選題、多選題以及數(shù)字填空題等，每答對1個空則計1分，不答或錯答則計0分。運用SPSS20.0軟件進(jìn)行測試成績的正態(tài)性檢驗，樣本數(shù)據(jù)滿足正態(tài)分布要求，而后進(jìn)行配對樣本t檢驗，分析結(jié)果如表6所示。在前測時，由于呈現(xiàn)在卷面上的卡牌信息淺顯易懂，學(xué)生憑借常識與簡單的推理也能夠拿到一定的分?jǐn)?shù)。在課堂結(jié)束后，學(xué)生的后測成績總分顯著提高，效應(yīng)量大于0.80，表明通過化學(xué)游戲化教學(xué)，學(xué)生對初中化學(xué)用語的掌握有所提升。此外，后測中第1、2、4、5、6小題的平均分相較于前測有顯著性的提升，效應(yīng)量均大于0.50，說明教學(xué)環(huán)節(jié)一、三、四、五對學(xué)生掌握相應(yīng)化學(xué)知識的程度得到提升；而第3小題的后測成績雖有提高，但不顯著，效應(yīng)量小于0.20，這可能是因為學(xué)生通過中文名稱或化學(xué)式對“氯化氫”“水”等特例物質(zhì)進(jìn)行分類能力稍顯薄弱，在后續(xù)正式教學(xué)時應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)俗稱與命名的教學(xué)。總體而言，運用“520化學(xué)桌游”的價式卡牌進(jìn)行初中化學(xué)用語的啟蒙教學(xué)是有效的，能夠基本達(dá)成“元素分類”“物質(zhì)分類”“物質(zhì)由元素組成”“組成物質(zhì)的各元素化合