化學(xué)思想引領(lǐng)課程教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)

摘要：化學(xué)素養(yǎng)所包含的中學(xué)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的學(xué)科知識(shí)、學(xué)科能力、學(xué)科思想，是學(xué)科體系三個(gè)基本要素。文章探討了化學(xué)思想的內(nèi)涵、功能，指明化學(xué)思想對(duì)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)具有“方向標(biāo)”的引領(lǐng)作用，并以人教版選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》“第四章電化學(xué)基礎(chǔ)”為例，揭示隱含在教材中的化學(xué)思想的內(nèi)容、方法和層次，探討教師如何將所揭示的化學(xué)思想轉(zhuǎn)化為對(duì)課程教學(xué)的引領(lǐng)，推進(jìn)教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：化學(xué)思想；化學(xué)素養(yǎng)；科學(xué)探究

文章編號(hào)：1008-0546（2016）08-0058-03 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.020

一、化學(xué)思想引領(lǐng)課程教學(xué)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實(shí)驗(yàn)）》指出“高中化學(xué)課程在九年義務(wù)教育的基礎(chǔ)上，以進(jìn)一步提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)為宗旨”。化學(xué)思想是教師引導(dǎo)學(xué)生對(duì)化學(xué)基本事實(shí)進(jìn)行化學(xué)思維的基本認(rèn)知角度、出發(fā)點(diǎn)，所依據(jù)原則或檢驗(yàn)標(biāo)度；體現(xiàn)教學(xué)主體對(duì)化學(xué)規(guī)律的本質(zhì)認(rèn)識(shí)和認(rèn)知結(jié)構(gòu)形成的一種總的看法和觀點(diǎn)。化學(xué)思想包含化學(xué)觀、認(rèn)識(shí)論、方法論以及滲透在化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)（概念、判斷、推理等）各個(gè)層面的物質(zhì)觀、元素觀、微粒觀、物質(zhì)變化觀、物質(zhì)分類觀、物質(zhì)結(jié)構(gòu)和化學(xué)價(jià)值觀[1]。這些思想觀念客觀地蘊(yùn)含于化學(xué)知識(shí)與技能之中，教師的任務(wù)在于從教學(xué)材料中充分挖掘隱含的思想觀念，合理的開發(fā)運(yùn)用，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)相關(guān)知識(shí)與技能進(jìn)行啟發(fā)、探究，著眼于使學(xué)生獲得深刻理解知識(shí)和技能的化學(xué)思維方式，在頭腦里建立相關(guān)的化學(xué)觀念，然后運(yùn)用這些思想、觀念在具體情境中的遷移應(yīng)用，主動(dòng)建構(gòu)新知識(shí)、新技能，求解新問題。這正如美國杰出科學(xué)教育專家拜比（Rodgr W. Bybee）對(duì)科學(xué)素養(yǎng)的解釋[2]：學(xué)習(xí)者能夠恰當(dāng)運(yùn)用科學(xué)和技術(shù)術(shù)語，依據(jù)科學(xué)思想、方法、原理，采取科學(xué)的思維方式，最終做到不僅能夠理解科學(xué)中各主要學(xué)術(shù)領(lǐng)域的歷史以及科學(xué)與技術(shù)的性質(zhì)，而且能夠運(yùn)用科學(xué)知識(shí)和技能解決個(gè)人生活和社會(huì)生活中的問題、做出明智判斷與抉擇。可見，化學(xué)思想在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)中具有“方向標(biāo)”的引領(lǐng)作用，應(yīng)成為科學(xué)素養(yǎng)的重要組成部分，也是課程目標(biāo)實(shí)施和達(dá)成的最高追求。

教師在教學(xué)中充分發(fā)掘教學(xué)內(nèi)容所蘊(yùn)含的化學(xué)思想，引領(lǐng)課程教學(xué)，不僅能有效而深層次地認(rèn)識(shí)化學(xué)事實(shí)的本質(zhì)和規(guī)律，而且賦予教學(xué)以化學(xué)知識(shí)為載體，發(fā)展思維能力，開發(fā)學(xué)生的潛能的有效動(dòng)力，其育人的潛在價(jià)值是不言而喻的。因此，化學(xué)思想應(yīng)成為教師有效教學(xué)的“點(diǎn)金之術(shù)”。要求化學(xué)教師在課程教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)，著力對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行科學(xué)思維，對(duì)蘊(yùn)含于教學(xué)內(nèi)容中的過程、觀念、方法提煉出來，自然地將化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)融合到相關(guān)的生活、化學(xué)現(xiàn)象和解決具體問題的教與學(xué)的全過程。讓化學(xué)思想在自己的教學(xué)實(shí)踐中開花、結(jié)果[3]。這正如德國著名物理學(xué)家、諾貝爾獎(jiǎng)獲得者馮·勞厄（M.vonlaue）所說：“教育給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下來的東西。”我們認(rèn)為：當(dāng)今化學(xué)課堂教學(xué)的發(fā)展，用化學(xué)思想引領(lǐng)，教會(huì)學(xué)生通過化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)，學(xué)會(huì)從化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)事物和探究問題的科學(xué)過程、方法、觀點(diǎn)、思維方式，應(yīng)成為評(píng)價(jià)教師的有效教學(xué)和學(xué)生學(xué)業(yè)成就的出發(fā)點(diǎn)和歸宿。

二、挖掘教材中蘊(yùn)含的化學(xué)思想

基于上述認(rèn)識(shí)，以《化學(xué)反應(yīng)原理》（人教版）第四章電化學(xué)基礎(chǔ)為例，分析揭示“電化學(xué)基礎(chǔ)”知識(shí)體系所蘊(yùn)含的化學(xué)思想，用以指導(dǎo)科學(xué)構(gòu)建化學(xué)思想引領(lǐng)的課程教學(xué)。《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出，立足于學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代生活和未來發(fā)展的需要，著眼于提高21世紀(jì)公民的科學(xué)素養(yǎng)，構(gòu)建“知識(shí)與技能”、“過程與方法”、“情感態(tài)度與價(jià)值觀”相融合的化學(xué)課程目標(biāo)體系。知識(shí)不再是教學(xué)的唯一追求，更重要的是著眼于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)等，并且可以通過學(xué)生所形成的學(xué)科思想、學(xué)科能力和方法，促進(jìn)對(duì)化學(xué)知識(shí)的獲取。

“電化學(xué)基礎(chǔ)”是在必修教材內(nèi)容和選修《化學(xué)反應(yīng)原理》前三章（化學(xué)反應(yīng)與能量、化學(xué)反應(yīng)速率和化學(xué)平衡、水溶液中的離子平衡）的基礎(chǔ)上展開的討論。它運(yùn)用物質(zhì)、能量在一定條件下相互轉(zhuǎn)化的思想，用實(shí)驗(yàn)和歸納推理的方法，介紹了化學(xué)能與電能之間的相互轉(zhuǎn)化的條件、裝置、電極反應(yīng)、電解質(zhì)溶液中離子的移動(dòng)方向。

結(jié)合宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和微觀粒子的運(yùn)動(dòng)方式，進(jìn)行分析、推斷、歸納提煉，形成化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能的條件、裝置特征、電極反應(yīng)的表征，自然地提升并得到相關(guān)原電池概念、原理的本質(zhì)性認(rèn)識(shí)。在這個(gè)過程中，培養(yǎng)學(xué)生的變化觀、微粒觀、實(shí)驗(yàn)觀、元素觀和化學(xué)價(jià)值觀。

而電能和化學(xué)能的相互轉(zhuǎn)化，則是貫穿整個(gè)電化學(xué)的又一大主線。一方面，從化學(xué)能到電能的轉(zhuǎn)化，揭示原電池的工作原理，認(rèn)識(shí)該原理應(yīng)用于化學(xué)電源，以及金屬腐蝕的原理和防護(hù)。另一方面，從電能到化學(xué)能的轉(zhuǎn)化，認(rèn)識(shí)電解精煉和電鍍，以及在金屬防護(hù)中的應(yīng)用。能量轉(zhuǎn)化是以物質(zhì)轉(zhuǎn)化為基礎(chǔ)的，可以結(jié)合能量、物質(zhì)轉(zhuǎn)化來培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

按照以上思路，設(shè)計(jì)、落實(shí)“培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)”的課程理念，充分挖掘教學(xué)素材中蘊(yùn)含的化學(xué)思想。踐行用化學(xué)科學(xué)思想觀念，引領(lǐng)并整體把握知識(shí)與技能、過程與方法、情感態(tài)度與價(jià)值觀的教學(xué)體系，主導(dǎo)課堂教學(xué)過程，使教學(xué)更為有效的基本思路。如圖1：

三、教學(xué)設(shè)計(jì)過程

在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，以“培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)”作為教學(xué)的追求，根據(jù)課程目標(biāo)，充分挖掘課程標(biāo)準(zhǔn)中所包涵的學(xué)科思想。并將通過具體的教學(xué)設(shè)計(jì)，轉(zhuǎn)化為學(xué)生的學(xué)科能力、方法。下面，將以“原電池”為例，設(shè)計(jì)教學(xué)過程（教學(xué)流程見圖2）：

環(huán)節(jié)一：播放水果電池視頻，視頻中主人公在為橙子的酸性糾結(jié)時(shí)聯(lián)想到原電池中以酸作為電解質(zhì)溶液，組成原電池的實(shí)驗(yàn)，決定用約2380個(gè)橙子瓣組成原電池，給手機(jī)充電。視頻中橙子給手機(jī)充電應(yīng)用的是什么原理？

設(shè)計(jì)意圖：一方面通過震撼的情景吸引學(xué)生注意，激活對(duì)原電池的記憶，導(dǎo)入課堂。另一方面啟示學(xué)生，化學(xué)存在于平常的生活中，可以將化學(xué)應(yīng)用于生活中解決我們的難題。

環(huán)節(jié)二：（演示實(shí)驗(yàn)）以銅、鋅和稀硫酸組成單液原電池。

問題1：形成原電池的條件有哪些？

問題2：哪種材料作負(fù)極、發(fā)生什么反應(yīng)？電極方程式如何書寫？

問題3：電子的移動(dòng)方向？溶液中陽離子、陰離子的移動(dòng)方向？

問題4：該反應(yīng)過程中是否伴隨著能量的變化？是從什么能轉(zhuǎn)化為什么能？

設(shè)計(jì)意圖：以必修Ⅱ的單液原電池作為切入點(diǎn)，幫助學(xué)生回憶原電池的工作原理，以物質(zhì)的轉(zhuǎn)化作為載體，引導(dǎo)學(xué)生從微觀、宏觀、符號(hào)等方面認(rèn)識(shí)原電池。從實(shí)驗(yàn)出發(fā)，形成直觀感受。

環(huán)節(jié)三：單液原電池的缺陷。

問題1：從宏觀上看，電流是否穩(wěn)定？原電池的負(fù)極有什么現(xiàn)象？

問題2：從微觀的角度來看，為什么負(fù)極上也有氣泡產(chǎn)生？

問題3： 從能量的角度來看，能量的轉(zhuǎn)換效率高嗎？

問題4：如果需要設(shè)計(jì)一個(gè)高效的原電池，最起碼需要避免哪些問題？

設(shè)計(jì)意圖：從宏觀、微觀的角度觀察認(rèn)識(shí)單液原電池的不足，并從能量的角度認(rèn)識(shí)到，單液原電池的轉(zhuǎn)化效率不高，為后續(xù)改進(jìn)原電池明確改進(jìn)的方向。

環(huán)節(jié)四：（演示實(shí)驗(yàn)）分析雙液原電池。

問題1：鋅片與稀硫酸是否直接接觸？當(dāng)閉合開關(guān)時(shí)，導(dǎo)線上是否會(huì)有電流通過？

問題2：鹽橋的作用是什么？（信息材料——鹽橋的作用）

問題3：該裝置是否滿足形成原電池的條件？正極、負(fù)極材料分別是什么？電子的流動(dòng)方向？電極方程式如何書寫？溶液中離子的移動(dòng)方向？電流的流動(dòng)方向？

問題4：觀察、比較單液電池和雙液電池上的電流計(jì)指針偏轉(zhuǎn)情況，有什么異同？

問題5：如果斷開開關(guān)，鋅片是否仍會(huì)溶解？你從中得到什么啟示？試從能量轉(zhuǎn)化的角度比較單液和雙液電池的優(yōu)缺點(diǎn)。

設(shè)計(jì)意圖：由于雙液原電池的設(shè)計(jì)需要建立在學(xué)生對(duì)原電池工作原理非常熟悉的基礎(chǔ)之上，因此，在課堂教學(xué)中需降低難度。演示雙液原電池的實(shí)驗(yàn)，通過引導(dǎo)學(xué)生從宏觀角度去觀察雙液原電池裝置，讓學(xué)生直觀認(rèn)識(shí)到雙液原電池的可行性，再通過設(shè)計(jì)關(guān)鍵問題，引導(dǎo)學(xué)生從微觀和符號(hào)角度分析原電池工作原理，幫助學(xué)生建構(gòu)相關(guān)表征。同時(shí)，經(jīng)過單液、雙液原電池的實(shí)驗(yàn)演示，不僅讓學(xué)生在頭腦中的理解和認(rèn)識(shí)得到確認(rèn)，還可以在一定程度上培養(yǎng)學(xué)生“進(jìn)行假設(shè)并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證分析”的科學(xué)探究意識(shí)。

環(huán)節(jié)五：設(shè)計(jì)雙液原電池。

設(shè)計(jì)意圖：為強(qiáng)化學(xué)生對(duì)原電池工作原理的理解和記憶，設(shè)計(jì)課堂活動(dòng)，讓學(xué)生學(xué)以致用。考慮到不同層次的學(xué)生的接受能力，筆者設(shè)計(jì)了兩個(gè)不同的反應(yīng)，供學(xué)生選擇。

四、結(jié)論

課程教學(xué)需要先進(jìn)的課程理念，需要體會(huì)課程內(nèi)容中蘊(yùn)含的化學(xué)思想，并以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)作為教學(xué)的首要目標(biāo)。教師在教學(xué)過程中首先要挖掘教材內(nèi)容中蘊(yùn)含的化學(xué)思想，圍繞三維教學(xué)目標(biāo)精心設(shè)計(jì)教學(xué)過程。

參考文獻(xiàn)

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