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关注学科交叉知识 开启学生探究之门 浙江大学附属中学 王声榜 一、主题与背景 普通高中化学新课程标准阐述了课程目标,明确要求“帮助学生获得未来发展必需的化学知识、技能和方法,提高学生的科学探究能力”,要求教师应充分调动学生主动参与探究学习的积极性,引导学生通过实验、观察、调查、资料收集、阅读、讨论、辩论等多种方式,在提出问题、猜想与假设、制定计划、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价、表达与交流等活动中,增进对科学探究的理解,发展科学探究能力。而科学探究能力的培养不应仅仅是局限在本学科知识,也可跨学科进行探究。学科间的交叉知识是最易激起学生的探究欲望的内容,也是最易创设探究情境的,有时师生也可同时参与探究。 二、情境描述 一天,三位学生一起来问我这样一个问题,如图所示,(1)该装置能否开成原电池?(2)该装置中的电容能否被充电? 我看了一下电路图,从图中看出,该电路没有形成回路(电容器中间是绝缘体),不符合形成原电池的条件,所以该装置不能形成原电池。既然不能形成原电池,所以就不能给电容器充电。其中一学生很高兴地说:“老师和我分析的一样。”而另两位学生还是有点将信将疑,他们有点不甘心地离开了。 过了几天后的一个下午,我在校园里被这三位学生拦住了去路,他们跟我说:“老师,你跟我们来一下。”我有点莫名其妙,他们把我带到了物理实验室。在那里,他们已经接好了探究原电池能否对电容器充电的电路,如右图所示。他们拉着我过来就是让我看他们的实验探究结果。他们对我说明了实验过程:当单刀双掷开关打到K1时,是原电池对电容器充电的过程。如果能够充电,再把开关打到K2时,灵敏电流计指针会发生偏转,如果不能够充电,灵敏电流计指针不会偏转。学生给我演示了这个实验:当单刀双掷开关打到K1一会儿后,再将开关打到K2时,灵敏电流计明显的偏转了。实验证明,原电池能够对电容器充电。 三、问题讨论 为什么不能形成原电池的装置也能对电容器充电呢?从化学角度分析,铜电极不放在硫酸中也是不能形成原电池,那能否对电容器充电呢?学生后来去做了这个实验,铜电极不放在硫酸中时不能对电容器充电。 下面从物理学角度对此问题进行分析。 首先我们得了解电容器:电容器的基本性能是储存电荷,如果把电容器的两个极板分别与直流电源的两极相接(右图),则在电场力的作用下,电源负极的自由电子将转移到与它相联的B板上,使B板带有负电荷,而另一个极板A上的自由电子则转移到电源正极,使A板出现等量正电荷;总效果是使一定量的正电荷从B板(也叫负极板)转移到A板(也叫正极板)。当两极板的电势差与电源两极的电势差相等时,电荷的移动才停止。通过了解电容器,我们就可清楚地知道,原电池就是一种直流电源,它完全可以给电容器充电,充电过程也会形成瞬时电流。 在此案例中涉及化学学科和物理学科的知识交叉内容,原电池属于化学学科知识,而电容器属于物理学知识内容。在学生刚提出“原电池能否对电容器充电”时,我仅仅用不能形成原电池来判断原电池不能给电容器充电,显然是我错了。设想如果那三位学生没有再去考虑这个问题,也没有探究本实验的欲望,那么在我和学生的心里就永远会有一个错误的信息:原电池不能对电容器充电。 对于学科交叉知识往往被我们所忽略,而这部分内容恰恰最能引起学生探究的兴趣。然而正是因为这是学科知识的交叉内容,学生对此产生了极大的兴趣,又从物理学角度对该问题产生了疑问,也设计了探究原电池能否对电容器充电的实验,最后得出了正确的结论。 四、诠释与研究 由此我想到,当两门学科在一起,的思维被激活学习热情被点燃 第二天,一位学生就来告诉我他已经用数学的等比数列做出了这道题。对甲烷系列来讲,产物均为烷烃,符合CnH2n+2通式,它们分子式分别为CH4、C5H12、C17H36、C53H108…,从中看出氢原子个数成等比数列,即可得出其通式为CH;对乙烷系列来讲,产物均为烷烃,也符合CnH2n+2通式,它们分子式分别为C2H6、C8H18、C26H54、C80H162…,从中看出氢原子个数成等比数列,即可得出其通式为CH。学生根据数列来解决该系列的通式问题,完全正确。 学科和跨学科互补协调发展,已成为推动科技创新和教育改革的时代潮流。 1 A K1 K2 Zn Cu H2SO4 第1项 第n项 …… CH3— CH3 —CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 CH3 C C C C — — — — C—C C—C CH3 CH3 — — CH3 CH3 — — CH3—C—C—CH3 H H — — H H — — H—C—C—H 第

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