基于任务驱动的高中化学实验教学——以“用制氢废液制备硫酸锌晶体”为例

 基于任务驱动的高中化学实验教学——以“用制氢废液制备硫酸锌晶体”为例

蔡平

温岭市第二中学，浙江台州，317500

摘要：以“用制氢废液制备硫酸锌晶体”一课为例，通过任务驱动的教学模式，学生根据所给任务进行方案设计、评价、完善、再完善等过程，构建属于自己的知识能力体系，实现知识的内化，能力的提升。通过讨论探究、动手实验等环节，渗透了证据推理与模型认知、科学探究与创新意识、科学精神与社会责任等化学科学素养。

关键词：任务驱动  化学实验教学  学科核心素养

化学学科的核心素养包括：“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度。传统的化学实验教学往往是以教师为中心的 “灌输式”教学方法，通常由教师完成相关演示实验，学生缺乏实际操作过程，最终导致学生实验探究能力的缺失，面临实验动手能力不佳、知识迁移和应用能力差、没有分析和解决实际问题的能力等困境。基于此，笔者尝试采用任务驱动型的教学模式，在化学实验教学过程中对学生进行分组，引导学生通过小组合作，根据实验目的进行实验方案的设计、评价和优化；通过动手操作并对实验结果进行分析选择最佳实验方案。整个过程以发展学生“科学探究与创新意识”、“科学精神与社会责任”等学科素养为目的。

一、任务驱动型教学的含义和意义

    任务驱动教学法是一种建立在建构主义学习理论基础上的教学方法，它改变了以往以传授知识为主的传统教学理念，是一种更注重以解决问题、完成任务为目标的多维互动式的教学理念，是一种将再现式教学转变为探究式学习的教学方法[1]。它强调以学生为主体，使学生在教师的帮助下，对教师给出的总任务或多个子任务通过小组合作等方式进行自主探究学习。在学习过程中教师为学生创设真实情境，学生围绕任务展开学习。期间学生不断地思考、探究获得成就感，而这又进一步激发了他们的求知欲，因此整个过程学生始终处于一种积极主动的状态，最终将形成一个感知心智活动的良性循环，建构真正属于他们自己的知识、技能和综合素质[2]。

由此可以看出，任务驱动教学法注重培养学生的实验探究能力、动手操作能力、知识迁移和应用能力以及分析和解决问题能力。并且任务驱动教学法往往会使课堂更加民主自由，学生能充分发挥，进行自己的思维展示，课堂充满个性和人情味，课堂氛围也会更加活跃融洽。

二、基于任务驱动的课堂教学模式的构建

    通过对任务驱动教学法的认识分析，笔者设计了基于任务驱动的高中化学实验课堂教学模式，如图1所示。

图1  基于任务驱动的高中化学实验课堂教学模式构建

（一）创设情境，明确任务。从图中我们可以看出，整个模式的构建，第一步应当是教师根据学生的学情，结合教材创设出一个吸引学生的情境。通过这个情境抛出任务，这个任务往往是整节课的总任务。所以精心设计情境显得尤为重要。往往通过这个情境，我们不仅希望学生明确这节课我们的任务是什么？还要让学生体会到我们完成这项任务的意义。

（二）分析任务，细化任务。学生在明确任务之后，可以进行分组讨论和交流，对所给任务进行深入分析。可以先提出解决的总体思路，再进一步对任务进行细化，产生多个相关的子任务。在完成子任务的基础上再去解决总任务，这样就可以把任务难度适当降低，增加学生的学习兴趣。在完成子任务的过程中，由于每个学生对知识的理解和掌握程度情况不同，所以他们会按照自己的思维进行初步的设想，往往得到的答案是多样化的。接下来学生可以通过与组内同学交流，也可以每组选派代表给出方案，组与组之间进行交流。通过这个交流讨论过程，学生会对自己的方案进行可行性分析，能够让学生自己发现原方案中存在的问题或缺陷并加以改进。这样最后得到的任务方案往往比较统一。如若不统一，可在下一过程继续改进。

   （三）动手操作，实施任务。学生动手实践进行实验操作是高中化学实验教学中尤为关键的环节。目前由于条件的受限或者有些教师较为“功利”，更多地指向应试考点，导致学生缺乏实验技能、知识迁移应用和分析解决实际问题等能力。所以在“任务驱动”的化学实验教学中，我们注重学生的实践活动。在前面学生已经完成了对任务的分析，所以这个过程，教师只需要对一些实验操作进行规范，提醒注意事项，便可以放手让学生去操作了。这样的实践体验，能让学生更好的融入任务。让现象或数据说话，让实验证明自己的设想，能充分调动学生学习积极性，活跃课堂气氛。当然，教师在学生实验过程中通过观察可以纠正学生错误操作，提高学生对仪器的认识和操作能力，加深印象。这都有利于学生的能力和素质的培养。

（四）评价任务，课堂总结。在完成任务实施阶段后，学生需要根据自己所学、所想、所做、所见对自己的解决方案进行评价，进行课堂总结。通过对比不同方案的优缺点，可以选出最佳方案。这是学生通过自己实践得出的结论，往往比教师直接告知的结论来的更深刻更有意义，这样构建的知识和能力体系也是真正属于学生自己的。

三、基于任务驱动的高中化学实验课堂教学模式实施

在构建了基于任务驱动的高中化学实验课堂教学模式后，笔者选择以“用制氢废液制备硫酸锌晶体”一课为例，进行课堂教学实践。

（一）创设情境，导入主题，明确任务

【引入】展示硫酸锌晶体在我们日常生活、生产中的应用图片

【教师】硫酸锌晶体在我们日常生活、生产中有着广泛的应用。前面我们已经学习了硫酸亚铁铵的制备，大家已经熟悉了制备实验的基本流程和操作方法，那今天就请大家扮演一名化学家的角色，利用你们的智慧来尝试制备一种物质——硫酸锌晶体。平常我们实验室通常采用粗锌和稀硫酸反应来制取氢气，因此制氢废液中含有大量的硫酸锌，那今天我们就来变废为宝，用制氢废液来制备硫酸锌。

（设计意图）通过观看硫酸锌晶体的应用图片，让学生感受到我们今天制备硫酸锌晶体是具有一定意义的，并且明确了课堂任务：用制氢废液来制备硫酸锌晶体。将“变废为宝”的社会责任意识无形中植入课堂教学。

（二）深入分析，小组讨论，细化任务

【教师】（展示装有制氢废液的试剂瓶）这就是我们等下要用到的制氢废液，里面含有一些杂质。首先请大家思考：我们用制氢废液中来制备硫酸锌晶体的关键操作有哪些？

在这个过程大部分学生很快能答出除杂，然后慢慢补充完善得出总的思路：除杂    分离    提纯。有了总思路后，就可以细分任务了。具体细分情况如表1。

表1  《用制氢废液制备硫酸锌晶体》任务内容设置

    比如除杂阶段，学生要先分析出我们的主要杂质是什么？然后设置子任务1：这些不同的杂质我们怎么用不同的方法除去？这一阶段学生根据自己已有的知识经验进行思考，不同层次的学生思维严谨性不同，所以答案是多样化的。如下图2展示为部分学生的作答情况。

图2  针对子任务1部分学生完成的设计方案

接下来，学生之间分析交流设计理由并且相互间进行评价，由此对各自的方案进行不断修正完善，最后得到较为合理、完善的方案。以下为围绕子任务1开展的课堂教学实录片段：

【教师】现在我们已经明确我们的第一个任务需要对制氢废液进行除杂。已知粗锌的主要成分是锌，还含有少量Cu、Fe、Pb等杂质，请分析制氢废液中有哪些杂质？

【生A】Cu与硫酸不反应，Fe会反应生成硫酸亚铁，Pb会与硫酸反应形成难溶的硫酸铅，所以制氢废液中的主要杂质应该是硫酸亚铁，还有硫酸铅和一些不溶性杂质。

【教师】非常好，下面请大家根据刚才同学的分析，在学案上写出你认为合理的除杂方案。设计时需要的知识可以在学案中找。（等学生差不多完成方案设计后，用希沃助手软件拍摄，投屏展示部分具有代表性的学生方案）

【教师】XX同学，请你来说说你的方案设计思路。

【生B】首先制氢废液中的不溶性杂质我们可以通过过滤除去，这样溶液中的主要杂质就变成了硫酸亚铁，然后我们用氢氧化钠把它沉淀掉，再过滤就可以了。

【教师】大家觉得他的方案如何？

【生C】我觉得不好，因为氢氧化钠在沉淀硫酸亚铁的时候硫酸锌也会被沉淀掉。所以要先氧化硫酸亚铁。

【教师】恩，很好，考虑到了加入试剂对我们所需物质的影响。那你的方案是怎么样的呢？（希沃投屏展示）大家认为他的方案又如何呢？

【生D】我认为不能用氯水去氧化。因为这样亚铁离子被氧化的同时氯水会被还原成氯离子，那就会形成氯化锌，引入了新杂质。（希沃投屏呈现学生D的设计方案 ）

【教师】非常好！刚才两位同学都考虑到了在除杂的时候要让亚铁离子沉淀而锌离子不要沉淀，所以根据沉淀pH范围，选择了先将亚铁离子氧化成三价铁离子。这一点非常重要，能考虑到很不错！不同的是学生C选择了用氯水氧化，而学生D为了不引入杂质选择了双氧水氧化。学生D考虑的更周全了，就是在除杂过程中我们要避免引入新杂质。接下来他们都用了NaOH去调节pH以沉淀三价铁离子，现在他们的方案还有什么问题吗？

【生E】我认为不能用氢氧化钠来调节pH，因为这样的话还是会引入杂质硫酸钠。所以我认为应该用ZnO更合适。因为三价铁离子水解产生氢氧化铁和氢离子，氧化锌可以跟氢离子反应使氢离子浓度减小，从而使平衡正移，同时也不会引入杂质离子。

【教师】xx同学的思维真的是非常严谨，而且原理也解释得很透彻，我们给他鼓掌！当然我还看到了一些同学用氢氧化锌或者碳酸锌来代替氧化锌来调节pH，也是非常好的！那这样我们的方案完善好了吗？（学生几乎没有异议，于是提示）：我们刚才加入双氧水氧化，那加入的双氧水肯定是过量的，过量的双氧水不也是新杂质吗？要怎么去除？

【学生】在加入双氧水之后，充分搅拌然后加热煮沸除去多余的双氧水。……

我们可以看到，在整个对子任务1的完成过程中，教师仅充当主持人的角色，主要由学生自己进行思考探索。这样不仅提高了学生的团队合作能力，还使学生构建起属于自己的除杂知识体系，形成意识：今后在遇到除杂问题时应注意什么问题？

完成了子任务1也就是除杂任务，结合总思路，下面要完成的就是子任务2：如何对杂质和所需物质进行分离？子任务2的具体开展过程同子任务1类似。在这个过程中学生可以对常见的分离方式作出总结并得出对不同物质进行分离时最佳分离方式的选择依据。子任务3则是对所得粗硫酸锌溶液进行结晶并提纯。学生通过合作交流在知识维度巩固了常见结晶方式，洗涤剂的选择等核心知识；在能力维度培养了其分析表达能力、综合运用能力等。

值得一提的是，在子任务3中学生在选取何种结晶方式时遇到困难：是采取冷却结晶还是加入乙醇进行结晶？这两种方式哪种更好？学生无法得出结论。这个时候我们就可以告诉他们：当理论无法直接帮助他们选择的时候，我们可以选择进行实验，让实验来告诉我们真相，使学生充分体会到实验是我们化学学习的一种重要手段。

（设计意图）学生一开始拿到任务——用制氢废液制备硫酸锌晶体，他们是惧怕的。因为他们不知道从何下手，这个任务就显得“艰巨”。所以我们引导学生先确定出总体思路框架，然后再进行任务细化。在解决每一个子任务的基础上再来完成总任务，这样的难度就会相应降低。整个过程借助“希沃助手”，由学生相互交流讨论完成。学生根据自己对问题或任务的理解，结合自己已有的知识储备提出解决方案，不断评价、完善得到最终方案，他们会获得满足感和成就感。这样的设计能够让学生充分参与到课堂中，提高了他们的学习兴趣和积极性，并且在学习过程中，他们能够真正构建属于自己的知识体系，这将进一步提升他们的知识迁移和应用能力、解决实际问题等能力。

（三）分工合作，动手操作，实施任务

在这一环节，小组合作的方式既能提高课堂效率，又能使每位学生积极参与课堂，提高学习兴趣。但是要想达到效果，还需对小组成员进行分工，确保每一位成员都“有事可做”，每一位成员都有不可或缺的角色。基于此，笔者根据班级人数，将每四位学生分为一个小组，每组设定一名组长，组长再确定每一位成员的任务：实验操作者、实验观察者、实验记录者、实验汇报者。过程中学生亲自对趁热过滤、冷却结晶、洗涤、抽滤等重要实验操作进行了实践，这对于实验化学学习有着至关重要的作用。通过称量最后所得晶体的质量，结合实验过程，比较不同结晶方式的优缺点，学生有效解决了子任务3遗留的问题。

（设计意图）在化学实验学习过程中，学生亲自进行动手实验的课堂效果和教师演示实验的课堂效果是完全不同的。这样的设计不仅能让课堂氛围活跃，学生印象深刻，提高他们的实验动手能力，还能让学生充分体会化学是一门以实验为基础的学科，实验是化学学习的重要手段，我们可以依靠实验让数据、让事实说话来解决问题。

（四）总结点拨，经验分享，评价任务

选取优秀合作的小组为代表，向班级同学展示他们的成果，分享他们的经验。教师总结、评价各个小组的学习，对一些事项进行补充讲解，最后由大家选出任务的最佳方案。同时留下课后作业： 用废易拉罐（主要成分为Al，含有Fe、Mg等杂质）制备明矾晶体。

（设计意图）学生通过方案设计、优化、实验、评价这一系列过程，加深了对物质制备实验一般过程和思路的理解，掌握了分离、提纯等常见实验手段的选择依据和操作方法，完成了知识的内化过程。最后，让学生华丽转身，自己设计任务，完成“用废易拉罐（主要成分为Al，含有Fe、Mg等杂质）制备明矾晶体”这一课题，对知识进行迁移应用。

四、教学反思

实践案例告诉我们：传统的“灌输式”实验教学只能让学生记住知识点，无法探究、应用和动手实践。“死记硬背”显然不是我们希望的，而任务驱动这种课堂模式，能让学生在交流、讨论、评价、实验等方式中探索发展自己的已有认知，促进学生形成更高水平的认知和素养，培养其善于用化学知识去分析、解决问题的能力，动手实验等能力，落实化学核心素养。这样的学习有着明显的优势。

此外，采用任务驱动教学法，教师只是在其中扮演一种“主持人”的形式，学生用自己的想法影响着课堂走向，一个个任务搭建起了学习的桥梁，使课堂氛围活跃，学习效果不错。通过课程结束学生华丽转身设计任务，使他们对所构建的知识、能力体系有了更加深入的理解。唯一美中不足的是：这样的课堂教学往往需要更多的课时，这给我们的教学带来了一定的难度。

参考文献

[1] 王静.高中化学“任务驱动”教学模式研究[J].中学化学教学参考，2015(12)

[2] 汪兵兵，凡广伟，程瑶琴，等.基于任务驱动的翻转课堂教学研究——以高中化学“金属的电化学腐蚀”为例[J].化学教与学，2018(09)

[3] 李宏春.核心素养观照下的化学实验复习教学研究——以“无机化合物的制备”复习课为例[J].化学教与学，2017(11)

[4] 海自祥.高中化学“任务驱动”实验教学研究[J].新视角，2013(04)

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