學(xué)科核心素養(yǎng)視域下體現(xiàn)知識多重教育價值的教學(xué)設(shè)計

【摘要】知識的教育價值是指知識對個體的個性、素質(zhì)發(fā)展所起到的積極作用。九年級化學(xué)“金屬的腐蝕與保護”這一知識則具有多重教育價值。通過對“金屬的腐蝕與保護”這一知識多重教育價值的挖掘和應(yīng)用，編寫出教學(xué)方案，并進行課堂實踐，不僅有利于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，還促進了教師的專業(yè)成長?！娟P(guān)鍵詞】九年級化學(xué)；知識多重教育價值；“金屬的腐蝕與保護”一、“金屬的腐蝕與保護”的多重教育價值（一）科學(xué)知識學(xué)習(xí)價值學(xué)習(xí)“金屬的腐蝕與保護”相關(guān)知識，有助于學(xué)生了解金屬腐蝕的原理，對緩慢氧化、元素守恒等科學(xué)概念有更深入的理解。這是學(xué)生認(rèn)知發(fā)展的基礎(chǔ)和探索未知世界的前提。（二）科學(xué)思維訓(xùn)練價值學(xué)生通過對比、分析、歸納、綜合等方法基于實驗事實進行證據(jù)推理，探究出鐵制品銹蝕的條件，掌握運用控制變量思想設(shè)計對比實驗方案的學(xué)科方法，有助于自身科學(xué)思維能力的發(fā)展。（三）科學(xué)探究與創(chuàng)新實踐價值通過學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解科學(xué)探究的基本過程包括觀察、提出問題、設(shè)計實驗、收集和分析數(shù)據(jù)、得出結(jié)論等。科學(xué)探究能力的培養(yǎng)對學(xué)生未來的學(xué)習(xí)和工作具有重要意義。查閱資料、改進和優(yōu)化實驗方案，積極探索現(xiàn)代信息技術(shù)與化學(xué)實驗的深度融合途徑，使用數(shù)字化傳感器等展示鐵制品銹蝕中的化學(xué)反應(yīng)，有助于學(xué)生鍛煉實踐能力，并在實踐中培養(yǎng)創(chuàng)新思維和解決問題的能力。（四）科學(xué)態(tài)度與責(zé)任研討價值金屬腐蝕是一個全球性的問題。世界上每年因腐蝕而報廢的金屬設(shè)備和材料占年產(chǎn)量的比例較大。金屬腐蝕可能導(dǎo)致設(shè)備損壞或存在安全隱患等。通過學(xué)習(xí)金屬保護的方法，學(xué)生能夠形成節(jié)約資源、減少浪費、回收利用的意識。通過學(xué)習(xí)金屬腐蝕的原理和防護措施，學(xué)生能夠增強安全意識，避免在實際生活中因金屬腐蝕而引發(fā)安全事故，同時學(xué)會多角度看待事物發(fā)展過程。（五）跨學(xué)科學(xué)習(xí)價值“金屬的腐蝕與保護”涉及化學(xué)、物理、信息技術(shù)、道德與法治等多門學(xué)科，在教學(xué)這一知識時進行學(xué)科整合，可以引導(dǎo)學(xué)生在更寬廣的視野下綜合運用化學(xué)和其他學(xué)科的知識分析、解決實際問題，例如：與物理學(xué)科結(jié)合，通過鐵制品銹蝕過程中壓強的變化探究鐵制品銹蝕的條件；與信息技術(shù)學(xué)科結(jié)合，幫助學(xué)生運用數(shù)字資源查閱資料、獲取知識，采用數(shù)字化實驗儀器探究鐵制品銹蝕過程中的熱量變化、氧氣濃度變化；和道德與法治學(xué)科結(jié)合，收集有關(guān)鋼鐵銹蝕造成的經(jīng)濟損失等資料［1］。（六）生活實踐應(yīng)用價值“金屬的腐蝕與保護”與生產(chǎn)生活息息相關(guān)。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生可以了解防止金屬腐蝕的方法包括保持金屬表面清潔干燥、添加保護膜等。這不僅能提高學(xué)生的生活技能，還能使學(xué)生將所學(xué)的化學(xué)知識遷移到生產(chǎn)生活的實踐中，體會化學(xué)的應(yīng)用價值。二、體現(xiàn)知識多重教育價值的教學(xué)設(shè)計及實施（一）教學(xué)內(nèi)容及學(xué)情分析人教版九年級下冊第八單元“金屬和金屬材料”課題3“金屬資源的利用和保護”第2課時“金屬資源保護”，是一節(jié)新授課。本課主要內(nèi)容包括：1.探究鐵制品銹蝕的條件；2.討論防止鐵制品銹蝕的簡單方法；3.了解廢舊金屬對環(huán)境的污染，認(rèn)識回收利用廢舊金屬、保護金屬資源的重要性［2］。九年級學(xué)生大多對金屬資源的現(xiàn)狀有一定的認(rèn)識，對于鐵制品容易生銹的事實較為熟悉，對防止金屬生銹的措施也有所了解，知道金屬生銹是一個緩慢氧化的過程，在九年級上冊第七單元的學(xué)習(xí)中探究了“燃燒的條件”和“滅火的原理和方法”，對收集資料、設(shè)計對比實驗方案已有一定的基礎(chǔ)。探究鐵制品銹蝕的條件需要運用控制變量法，可以體現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維、創(chuàng)新實踐能力的價值。學(xué)生受到自身心理發(fā)展特點的影響，認(rèn)識事物的角度還比較單一，需要教師引導(dǎo)學(xué)生多角度分析和解決簡單的開放性問題。（二）教學(xué)目標(biāo)設(shè)定1.讓學(xué)生通過設(shè)計創(chuàng)新實驗并進行實踐探究，分析鐵制品銹蝕的條件，發(fā)展創(chuàng)新實踐能力，認(rèn)識到控制變量法和對比實驗法是常用的科學(xué)思維方法。2.讓學(xué)生通過觀察日常生活中的鐵制品，結(jié)合鐵制品銹蝕的條件，進一步了解防止金屬腐蝕的方法，并解釋相關(guān)生活現(xiàn)象和解決實際問題。3.讓學(xué)生通過課前分組調(diào)研，了解廢舊金屬回收利用的意義，并歸納出保護金屬資源的主要途徑，形成保護環(huán)境、節(jié)約資源的意識。4.借助視頻和圖片資料，展示鐵銹的用途和利用金屬腐蝕的原理服務(wù)生產(chǎn)生活的實例，發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新思維能力，培養(yǎng)學(xué)生的唯物史觀。（三）主要的教學(xué)過程實錄課前，教師提前一周（教材中給出的實驗探究方案大約需要一周的時間，這樣才能看到鐵釘銹蝕的實驗現(xiàn)象）布置以下任務(wù)讓學(xué)習(xí)小組完成：（1）開展鐵釘生銹的實驗；（2）收集鋼鐵銹蝕造成的經(jīng)濟損失和帶來的危害等相關(guān)資料；（3）調(diào)查自己生活的社區(qū)內(nèi)金屬廢棄物的主要品種、回收情況和回收價值等；（4）收集利用鐵生銹等金屬腐蝕的原理進行生產(chǎn)生活的實例。1.環(huán)節(jié)一—探究鐵制品銹蝕的條件課上，教師展示圖片（圖片內(nèi)容為：與干燥空氣接觸的鐵鍋漆黑光亮，有水漬的鐵鍋表面有少許鐵銹，帶有菜汁的鐵鍋銹跡斑斑），提出問題：“已知鐵銹的主要成分是Fe2O3·xH2O。根據(jù)圖片信息，你猜測鐵制品銹蝕的條件是什么？你推理的依據(jù)是什么？請在小組內(nèi)討論實驗方案，畫出實驗裝置圖。”對于教師一周前布置的任務(wù)（1），小組1按照教材給出的方案進行實驗，實驗結(jié)束后觀察到的現(xiàn)象是：第三天，與空氣、水同時接觸的鐵釘生銹，水面上漂浮著棕黃色的雜質(zhì)；第六天，放入水中的鐵釘表面變黑；只有與干燥空氣接觸的鐵釘沒有生銹。小組1由此認(rèn)為鐵釘生銹需要與氧氣、水同時接觸。該組代表與教師的互動過程如下。師：你們組觀察得很仔細(xì)。請你說說為什么放入水中的鐵釘表面會變成黑色？生：氧氣不易溶于水，而實驗可能受到了水中溶解的少量氧氣的干擾，這部分氧氣將鐵釘氧化了。師：為什么教材給出的方案需要用到經(jīng)煮沸迅速冷卻的蒸餾水，并且要在水的表面滴一層植物油？生：將水煮沸能排出溶解在水中的氧氣，迅速冷卻可以防止氧氣再次溶解在水中，植物油可以隔絕氧氣，這樣就形成了一個無氧氣的環(huán)境。小組2根據(jù)“化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變”“鐵銹中含有鐵元素、氧元素和氫元素”的知識，結(jié)合教師展示的帶有菜汁的鐵鍋銹跡斑斑的圖片，通過查閱資料知道了鐵制品生銹需要氧氣和水，并采用控制變量法設(shè)計了4個對比實驗：第1個實驗需要用到鐵制品、水、空氣，第2個實驗需要用到鐵制品、水，第3個實驗需要用到鐵制品、空氣，第4個實驗需要用到鐵制品、食鹽水、空氣。在實驗時，小組2對教材給出的方案做了幾處改進：為增大接觸面積，將鐵釘換成幾根細(xì)鐵絲（使它們呈螺旋狀）；第4個實驗使用密閉裝置進行（鐵絲生銹消耗氧氣后，裝置內(nèi)的壓強會變小，試管內(nèi)的液面會上升），同時在試管中滴入紅墨水，以便觀察液面上升的情況［3］。經(jīng)過實驗，小組2觀察到：一天后，第1個實驗中的鐵絲生銹；第2個和第3個實驗中的鐵絲沒有生銹；而實驗開始的15分鐘后，第4個實驗中紅墨水的液面就逐漸升高。由此，小組2得出結(jié)論：鐵絲生銹需要與氧氣、水同時接觸；食鹽能讓鐵絲更快生銹。小組3采用鐵粉及加熱墊（將溫度調(diào)成45℃），進行了4個對比實驗：第1個實驗需要用到鐵粉、炭粉、4滴水、植物油，第2個實驗需要用到鐵粉、炭粉、空氣，第3個實驗需要用到鐵粉、炭粉、4滴水，第4個實驗需要用到鐵粉、炭粉、4滴食鹽水、空氣。實驗開始后，對于第4個實驗，小組3在第8分鐘觀察到鐵粉中開始出現(xiàn)紅棕色的鐵銹，在第15分鐘觀察到紅棕色的鐵銹變得很多；對于其他3個實驗，未觀察到明顯現(xiàn)象。小組3由此認(rèn)為食鹽能讓鐵粉更快生銹。在各小組匯報展示完之后，教師追問：“通過實驗探究，我們知道了鐵制品銹蝕與氧氣、水有關(guān)，食鹽能加快鐵制品的生銹速度。化學(xué)變化不僅會生成新物質(zhì)，還伴隨著能量的變化。那么鐵制品生銹的過程是會放出熱量還是會吸收熱量呢？同學(xué)們能否嘗試對實驗裝置進行創(chuàng)新，探究鐵制品生銹過程中熱量的變化呢？”學(xué)生們與教師一起分析、交流，決定使用手提電腦、溫度傳感器、塑料飲料杯等儀器和鐵粉、炭粉、食鹽水等藥品。確定的實驗步驟如下：（1）連接好裝置后，打開朗威V8.0軟件的數(shù)據(jù)采集器；（2）將5g鐵粉和1g炭粉進行混合并放在塑料杯中，滴入10滴食鹽水，將溫度傳感器插入塑料杯中；（3）調(diào)節(jié)參數(shù)后觀察數(shù)據(jù)采集器上的讀數(shù)及塑料杯中的變化。在實驗中，師生觀察到數(shù)據(jù)采集器上的讀數(shù)升高，塑料杯內(nèi)壁有水珠產(chǎn)生。通過對實驗現(xiàn)象的分析，學(xué)生們得出鐵制品生銹的過程會放出熱量的結(jié)論。2.環(huán)節(jié)二—討論防止鐵制品銹蝕的方法教師展示多張有關(guān)生活中美觀的鐵制品的圖片，之后讓學(xué)生結(jié)合鐵制品銹蝕的原理，嘗試從外部因素和內(nèi)部因素兩個角度討論防止鐵制品銹蝕的方法。學(xué)生經(jīng)過分析，認(rèn)識到：從外部因素來看，只要使鐵制品不滿足生銹的條件之一即可。如給自行車的車架表面刷上油漆、鏈條上涂一層潤滑油、車把表面鍍上一層鉻，將使用完的鐵鍋洗干凈并擦干。從內(nèi)部因素來看，合金的很多性能與組成它們的純金屬不同，在鐵制品中加入某些元素能防止鐵制品生銹。為了拓展學(xué)生的視野，教師通過播放視頻，介紹發(fā)藍處理、搪瓷、電化學(xué)保護法等防止鐵制品銹蝕的有效方法。3.環(huán)節(jié)三—歸納保護金屬資源的措施對于教師提出的“廢舊的金屬能不能直接丟棄呢？如何保護金屬資源？”這一問題，小組1的代表回答道：“不能將廢舊金屬直接丟棄，因為這樣不僅會浪費金屬資源，還可能造成地下水和土壤污染，危害人類健康。另外，有數(shù)據(jù)顯示，一些發(fā)達國家每年因金屬腐蝕而造成的經(jīng)濟損失超過每年重大災(zāi)害損失的總和?！毙〗M2的代表回答道：“保護金屬資源的措施有防止金屬腐蝕、回收利用金屬、合理開采礦物、尋找金屬的代用品等。”小組3的代表則展示了本組調(diào)查的某個社區(qū)內(nèi)的金屬回收站回收的金屬廢棄物的品種，如氧化鐵皮、易拉罐、損壞的刀具等。4.環(huán)節(jié)四—介紹金屬腐蝕的利用價值教師講述的部分內(nèi)容如下：金屬的腐蝕對生產(chǎn)帶來了危害，但人們也會利用金屬腐蝕的原理為生產(chǎn)服務(wù)，如應(yīng)用電化學(xué)刻蝕、等離子體刻蝕等技術(shù)［4］。金屬腐蝕過程中放出的熱量可以用于生活，如“暖寶寶”、蒸汽眼罩就利用了鐵粉銹蝕放熱的原理。鐵制品生銹后生成的氧化鐵在建筑、食品加工等領(lǐng)域也具有重要用途。由此可見，我們在看待事物發(fā)展過程時，要注意從多個角度、抓住事物的主要矛盾去分析。5.環(huán)節(jié)五—布置能力提升型課后作業(yè)教師布置的作業(yè)是：根據(jù)本課學(xué)習(xí)的鐵制品銹蝕的條件，請嘗試設(shè)計實驗方案探究銅生銹的條件（已知銅銹的主要成分是Cu2（OH）2CO3）。（四）教學(xué)實施的注意事項分析實施本課的教學(xué)需要教師做好以下準(zhǔn)備工作：帶領(lǐng)學(xué)習(xí)小組進行教材實驗的探究；引導(dǎo)學(xué)生充分利用數(shù)字資源，如鐵制品銹蝕實驗改進的相關(guān)文獻，與防止金屬腐蝕的工藝、方法相關(guān)的視頻；提前查看各組收集的所有資料，引導(dǎo)學(xué)生進行整理歸納，以此幫助學(xué)生在有限的課堂時間內(nèi)展示探究成果。開展本課的學(xué)習(xí)則需要學(xué)生合理分配每天的學(xué)習(xí)時間，需要小組成員之間分工合理、配合得當(dāng)。（五）教學(xué)實效分析一方面，知識多重教育價值的挖掘和應(yīng)用對學(xué)生具有重要的促進作用。教師通過觀察學(xué)生的課堂表現(xiàn)、課后作業(yè)的完成情況，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在有關(guān)“金屬的腐蝕與保護”的科學(xué)知