科技议题在跨学科实践中的应用图景与价值意蕴——以“电解硝酸盐制备氨”为例.pdf
《科技议题在跨学科实践中的应用图景与价值意蕴——以“电解硝酸盐制备氨”为例.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《科技议题在跨学科实践中的应用图景与价值意蕴——以“电解硝酸盐制备氨”为例.pdf(6页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、2024年第3期总第92期【课堂研究】科技议题在跨学科实践中的应用图景与价值意蕴以“电解硝酸盐制备氨”为例邢力丹,丁伟(华东师范大学 教师教育学院,上海200062)【摘要】本文以电解硝酸盐制备氨的科技议题为研究背景设计跨学科实践,采用电化学手段实现氮元素不同价态的转化,引入日常水质检测试剂对电解产物进行定性测定,创新性地使用智能手机比色法对电解产物NO-2进行定量表征。借助氮元素“价-类”二维图谱分析电解过程,能促进学生理解不同价态含氮物质间转化的科学本质,发展数据分析论证等学科关键能力,养成跨学科思维和协作能力,提高科学探究和问题解决能力。【关键词】科技议题;跨学科实践;电解【作者简介】邢
2、力丹,在读硕士研究生;丁伟,副教授,硕士研究生导师,普通高中化学课程标准修订专家组核心成员,主要研究方向为化学教育。【基金项目】华东师范大学教育学部第八届大学生科研基金项目“以大概念为核心的美国K-12跨学科教育实践案例研究”(ECNUFOE2023KY181)一、问题提出随着科技的发展,如何将硝酸盐污染物转化为可利用的氨成为可持续发展的核心科技议题。据此科技议题设计探究氮元素物质转化的跨学科实践,能培养学生的跨学科思维和协作能力,培养学生的社会责任感和可持续发展理念,具有重要教育价值。跨学科教育能够整合多个学科的知识和思维方法,突破学科壁垒,帮助学生形成全新的知识框架与思维模式,提高学生解决
3、实际问题的能力。在化学学科氮元素的教学中,本文引入融合跨学科情境的创新实验,设计以电解硝酸盐制备氨为主题的跨学科实践,学生从化学、物理、工程、生态、社会等多个角度进行探究,深入理解氮元素的性质和变化规律,体验跨学科情境下的问题解决过程和创新思维方式。二、跨学科实践活动设计(一)跨学科实践模型跨学科实践主要是指基于学生的素养发展需求,围绕某一研究主题,以本学科课程内容为主干,运用并整合其他学科的知识与方法开展综合学习的一种活动方式。跨学科实践作为一种综合性学习活动,需要以学生为中心,围绕某个学习主题展开,将各学科内容进行重整,使其成为一个新的复杂的学习内容结构整体,让学生整体感受和理解知识的意义
4、。1杜威认为,学科知识在组织过程中就已被方法化,方法并非游离于知识之外,在教学中要使学习活动本身作为一个直接的并且能被意识到的目的2。因此,在设计跨学科活动时,应将各学科方法融入其中,选择与特定知识相契合的主题类型,并创设学生相对熟悉、便于实践的具体情境。在实际情境中开展活162024年第3期总第92期动,学习或运用学科知识,也是一种学习,因此在实践活动中要实现知识和方法、理论与实践的有机结合。科技议题是指与科学、技术密切相关,在领域中存在技术难点,需要寻找新方法取代原方法以解决真实问题的社会性议题。科技议题源自前沿科学,具有实用性、复杂性,需整合多学科知识与各学科方法才能解决某一实际问题。科
5、技议题能够搭建起学科知识与现实情境的桥梁3,而跨学科实践的出发点恰好为解决综合性问题,因此科技议题适合作为跨学科实践的主题。将科技议题作为真实情境引出问题链,并围绕问题链开展跨学科实践活动,能使学生在实践中获得对知识的丰富体验和深刻感悟,进而实现跨学科知识的构建与整合。图1跨学科实践模型本研究构建的跨学科实践模型如图1所示。首 先,将“硝 酸 盐 制氨”这一大科技议题作为真实情境,确定跨学科实践活动主题为“氮元素物质转化”,通过真实情境引入课堂内容,激发学生的学习兴趣。其次,对科技议题内容进行剖析,梳理出化学、物理、生物学等各学科涉及的知识及方法,将科技议题的情境问题拆分为多个子问题,按照由浅
6、到深、由表及里、由具体到抽象的顺序形成问题链,环环相扣,逐步深入,以问题为驱动,引导学生主动探究。再次,借助问题链设计跨学科实践活动,针对问题中的假设提出猜想并进行跨学科实践。如以手机比色法和水质检测盒两个便捷快速的创新实验为支撑,让学生在解决问题的过程中逐步掌握知识和技能,形成自己的见解和态度,从而培养学生的批判性思维和合作意识,实现深度学习。最后,以跨学科知识整合为模型核心,对跨学科实践中涉及的学科知识本质进行总结,引导学生对所学知识进行整合,并将其创新运用至其他情境中。(二)跨学科实践内容分析电解硝酸盐制备氨是一种新型制氨方法,是未来经济、环保和可持续的制氨方法之一。它利用电解池中的电流
7、,将硝酸盐溶液中的硝酸根离子还原为氨,无须高温高压及催化剂条件,较目前工业生产中的哈勃-博斯合成法更为绿色。本文将电解硝酸盐制备氨的科技议题研究转化为跨学科实践。跨学科实践并不是简单地将各门课程的内容结合起来,而是将教学活动中的学习任务和各种学科知识内容进行有效整合,基于真实问题驱动,建构系统的知识体系。本文以科技议题驱动化学、物理、生物学、数学等学科知识的整合应用,基于电解硝酸盐中物质转化、能量转化以及工程转化等内容设计“不同价态含氮物质转化”跨学科实践,跨学科情境内容结构如图2所示,学科知识如表1所示。图2不同价态含氮物质转化的跨学科实践内容结构172024年第3期总第92期表1不同价态含
8、氮物质转化的跨学科实践学科知识学科生物学物理化学数学工程技术内容自然界氮循环化学能与电能实验装置自然界氮循环定性鉴定、定量测定化学能与电能实验装置条件选择合成氨的发展定量测定条件选择定量测定实验装置条件选择硝酸盐制氨学科知识自然界中含氮物质的转化过程(固氮过程、氨化作用、硝化作用、反硝化作用及同化过程)电解过程中的能量转化为电能转变为化学能、热能等电极、导线、电压等的选择自然界氮循环转化过程中氮元素价态的变化过程硝酸盐、亚硝酸盐及氨的常见测定方法及原理;质量守恒定律电解是将电能转变为化学能,涉及氧化还原反应、电极反应等不同类型的化学反应及现象电极的种类最适电压的确定,电解液种类、浓度的选择人工
9、合成氨外界条件的选择利用测得的数据进行线性拟合;误差分析根据参比电极及电路电压计算实际电压RGB读色,紫外分光光度技术电解装置的选择及搭建实际电解电压、温度、溶液浓度等的选择目前新兴的硝酸盐制氨研究(三)跨学科实践核心素养培养目标(1)认识自然界氮循环过程,从跨学科视角掌握氮元素及其化合物性质,构建氮元素“价-类”二维知识图谱。(2)设计电解硝酸盐的实验装置,从工程技术及化学学科角度了解电解池装置的组成,认识电极材料、电解溶液等对电解的影响,发展实验探究能力。(3)操作电解硝酸钠溶液实验,认识电解过程中的能量转化;用“价-类”二维图谱预测硝酸盐的电解产物,从价态变化视角说明含氮化合物在电解过程
10、中的转化,学会将宏观现象与微观本质相联系;从跨学科视角分析电解过程,树立变化观念。(4)运用特征显色反应对产物进行定性检验和定量表征,学会利用技术手段进行定量测定,并对数据进行线性拟合及绘制图像,培养证据意识。(5)体验科学家的科学研究过程,形成科学精神与社会责任;了解新兴的绿色合成氨技术,培养可持续发展理念。(四)跨学科实践活动创新设计本跨学科实践活动为2课时,依据学生核心素养培养目标及教材内容,结合学生的认知水平,以“电解硝酸盐制备氨”科技议题作为跨学科真实问题情境,整合化学、物理、生物学、数学与工程技术等学科,创设类似科学家研究的情境体验,学生从中掌握氮元素价态的转化、氧化还原反应等科学
11、知识,落实了核心素养。跨学科实践活动思路详见表2。表2跨学科实践活动设计课时内容第1课时自然界氮循环电解硝酸盐及其产物的定性检验问题驱动自然界及人类生产生活中不同价态含氮物质的转化如何实现?电解池装置由哪些部分组成?电解池中离子如何变化?实践活动查找文献,从生物学及化学角度认识自然界氮循环过程结合工程技术、化学及物理中与电解池相关的知识,搭建实验装置结合氮元素“价-类”二维图谱,分析可能存在的物质转化路径知识整合借助氮循环,构建氮元素“价-类”二维图谱了解电解池的装置组成,认识电极材料、电解液等条件选择对电解的影响利用氧化还原相关知识,推测电解过程中氮元素的价态变化,发展实验探究能力18202
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 科技 议题 跨学科 实践 中的 应用 图景 价值 意蕴 电解 硝酸盐 制备
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。