探究学习即从学科领域或现实社会生活中选择和确定研究主题,在教学中创设一种类似于学术(或科学)研究的情境,学生通过自主、独立地发现问题、实验、操作、调查、信息搜集与处理、表达与交流等探索活动,获得知识与技能、发展情感与态度,特别是探索精神和创新能力的学习方式和学习过程。经历探究过程以获得理智和情感体验、建构知识、掌握解决问题的方法,是探究学习要达到的三个目标。开展探究学习十分有利于学生的思维发展,学生作为学习者主动地参与课堂活动,积极性更容易被激发,也能很有效的掌握所学的知识。探究活动的主题很多,模型便是其中一个方面。
一、分子模型探究模式
事物的模型是对事物的简化模拟,人类认识知识可以借助模型加深对事物的理解。布鲁纳认为,在人类认知过程中,有三种表征系统在起作用,那就是“动作表征、肖像或映象表征和符号表征??即通过动作或行动、肖像或映象,以及各种符号来认识事物。这三种表征系统的相互作用,是认识生长或智慧生长的核心”(Bruner,1973)。这三种表征,具有抽象程度之别,一般由行动?形象?符号表征这样一个认知过程发展,但并不是无严格意义上的先后顺序之分。它们是相互作用的,科学合理的抽象符号表征,可以更真实形象地表征事物的特征,使动作表征的方向更明确,动作更符合实际而有成效。比如我们探讨分子模型,它是认识化学宏观物质组成与微观构成的中介,人们可以通过情景创设,观察宏观物质组成的具体模型,运用一定方法,展开心理运作表征,关注其某种外观特征入手,提出“为什么具有这种特征?”探究的问题,在探究者已有知识基础上,展开从宏观物质到微观构成的分析推演运作,形成科学猜想或假设,然后,在目标明确、方案具体情境下,进行实证性的操作表征,这种宏观与微观相结合的思考,可以更本质的探究和理解知识,建构物质概念和原理。
二、探究活动过程
以C60分子结构模型为例说明图1分子模型的探究过程模式。
1探究情景创设
向学生展示富勒烯C60分子结构模型,引导学生仔细观察模型表观特征,用言语来描述感知现象,并自主联系已有相关知识,如C的同素异形体??金刚石、石墨等的联系。比较异同。
2以分子模型切入,寻找相关信息
以C60分子结构模型为基点,辅以一个实物??足球作参照物,引导学生通过各种手段(如教材、科普读物、教育电视节目、网络资源等)寻找相关的信息。让学生交流感受,在原有知识基础上提出自己的疑问、想法或问题。
3对模型的探究
(1)观察模型:引导学生从“整体?部分?整体”的方式来观察模型有那些特点,首先认识事物整体结构框架,形似足球,但又不是足球的替代物,有哪些直接信息,是否有隐藏信息?其次分析模型的组成结构,从方法上引导学生,将C60分子结构分解为各个小单元来认识,如点、线、面的认识,它们之间是如何联结的?了解这些单元,然后整合回归到分子模型整体,以理解C60等原子团簇分子,何以具有特有的物理和化学性质。
(2)提出问题:通过观察、分析C60分子结构模型,引导学生探讨分子模型的变量参数,如碳原子最外层有四个电子,它是如何成键的?,模型中顶点意味着什么?有多少个面?多少单键和双键?C60分子何以稳定?等相关问题。
(3)分析推论:引导学生联系原有知识,分析①碳原子是如何成键的?②每个碳原子拥有多少条C?C单键和多少条C=C双键才能满足碳原子的成键方式?画出碳原子的成键方式图。③每个碳C?C单键为几个原子所拥有?计算C60分子中共有多少条C?C单键?同理计算每个碳C=C双键为几个原子所拥有?计算C60分子中共有多少条C=C双键?④基于C60分子中只含有五边形、六边形的事实,依据多面体的顶点数、面数、和棱边数的关系遵循欧拉定理:顶点数+面数-棱边数=2;则C60分子中有多少个五边形、六边形?
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