在選修課教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的實踐

于海強(qiáng)++林肅浩

培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)已成為當(dāng)下和今后學(xué)校教育的熱門主題，成為推進(jìn)素質(zhì)教育新的著陸點、著力點和生長點。就一門學(xué)科而言，核心素養(yǎng)的內(nèi)涵包括核心知識、核心能力、核心品質(zhì)。那么就化學(xué)學(xué)科而言，就是要掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識，形成化學(xué)的基本觀念，了解化學(xué)研究基本方法，認(rèn)識化學(xué)思維基本特點，提高化學(xué)學(xué)習(xí)與探究能力等。據(jù)教育部專家討論稿，提出高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為：宏微結(jié)合，分類表征，變化守恒，模型認(rèn)可，實驗探究，綠色運用。基于學(xué)科核心素養(yǎng)，為彰顯化學(xué)學(xué)科魅力，要用大概念統(tǒng)整化學(xué)學(xué)科課程內(nèi)容，在化學(xué)選修課程實施中大展身手。現(xiàn)筆者結(jié)合自己在化學(xué)選修課教學(xué)中的實踐案例，談?wù)勅绾闻囵B(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，以供同行參考。

一、宏微結(jié)合，分類表征，以課本教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化為例

化學(xué)思維的基本特點是觀察、了解宏觀的物質(zhì)及其變化現(xiàn)象，從原子、分子的微觀分析物質(zhì)及其變化；運用化學(xué)符號系統(tǒng)描述物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和規(guī)律。化學(xué)研究的基本方法是運用化學(xué)實驗、化學(xué)計算等科學(xué)方法定性、定量地分析、解決有關(guān)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、變化與合成的過程。化學(xué)是一門以實驗為基礎(chǔ)的中心科學(xué)，學(xué)生通過化學(xué)實驗?zāi)荏w會到化學(xué)的引人入勝和深邃精妙，學(xué)習(xí)從實驗中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。反之，沒有大量宏觀化學(xué)實驗現(xiàn)象以及化學(xué)反應(yīng)事實的支持，對化學(xué)缺乏豐富的感性體驗，學(xué)生就很難牢固建立微觀粒子及其結(jié)構(gòu)的觀念，很難體會化學(xué)符號系統(tǒng)豐富深厚的含義。化學(xué)中所謂的“四重表征”常指：宏觀（如藥品、裝置、操作、現(xiàn)象）；微觀（如溶質(zhì)、離子的變化）；符號（如化學(xué)方程式或離子方程式）；數(shù)據(jù)圖表曲線（起點、拐點、終點、走向趨勢等）。

教學(xué)實例1筆者在講授蘇教版選修課“化學(xué)反應(yīng)原理”的“強(qiáng)弱電解質(zhì)”一節(jié)內(nèi)容時，從學(xué)生運動后喝水選擇的生活實際引入，讓學(xué)生了解電解質(zhì)對生命活動的重要作用，并引出電解質(zhì)的概念，引導(dǎo)學(xué)生依次設(shè)計四組對比實驗探究：一為常見電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力對比實驗——視頻實驗；二為同濃度醋酸和鹽酸電離程度比較氣球?qū)嶒灐菔緦嶒灒蝗秊椴煌瑵舛却姿岷望}酸pH測定實驗——自主實驗，四為用傳感器精確測定不同濃度醋酸和鹽酸pH——數(shù)字實驗。并通過用直觀現(xiàn)象，燈泡的亮暗、氣球的大小判斷電離程度，用粗略的廣泛pH試紙和精確的pH傳感器測定不同濃度醋酸和鹽酸pH，用科學(xué)測定的數(shù)據(jù)畫出圖表圖像變化，認(rèn)識強(qiáng)弱電解質(zhì)電離程度的差別，并引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，為下節(jié)弱電離平衡的學(xué)習(xí)提供鋪墊。實驗設(shè)計和分析中，注重滲透實驗設(shè)計控制變量思想，注重化學(xué)宏觀（實驗現(xiàn)象）——微觀（微觀電離）——符號（電離方程式）——數(shù)據(jù)（pH測定）四重表征思想，注意培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、探究分析問題和解決問題的能力。

教學(xué)實例2筆者在講授蘇教版選修課“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”的“有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究”一節(jié)內(nèi)容時，首先演示了甲烷與氯氣在光照條件下的鹵代反應(yīng)實驗，總結(jié)歸納了該反應(yīng)的實驗宏觀現(xiàn)象。該取代反應(yīng)微觀結(jié)構(gòu)主要是碳原子的雜化類型不變，鍵角基本不變，變的是碳原子連接的原子或原子團(tuán)。然后用球棍模型演示甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的過程，模型就是放大了的“微觀表征”。將甲烷球棍模型的一個氫原子取下，將兩個氯原子拉開，其中一個氯原子和碳原子相連，另一個氯原子和取下的氫原子相連，該取代反應(yīng)的（第一步）反應(yīng)方程式（符號）就活了。宏觀表征，符號表征，微觀表征相通相融，實現(xiàn)了一次三重表征的靈活轉(zhuǎn)換。接著用微觀和符號解釋該反應(yīng)的自由基鏈反應(yīng)機(jī)理（鏈引發(fā)、鏈增殖、鏈終止）。最后給出一道試題，遷移運用，用科學(xué)的數(shù)據(jù)來定量的分析表征自由基鏈反應(yīng)機(jī)理。

試題：氯分子的解離是一個吸熱過程，ΔH=243.6 kJ/mol，光可以引起氯的解離。可能引起氯解離的光照射Cl2和H2的混合物時，將生成HCl。設(shè)混合氣體受到汞紫外燈（λ=253.6 nm）照射，燈的輸入功率為10 W，其中2%的能量被裝在10 L容器中的混合氣體吸收。在照射2.5 s期間生成了0.065 mol的HCl氣體。

試回答：（1）預(yù)期引起氯解離的光波長多大？

（2）比計算的臨界值長或短的光也能引起氯解離嗎？

（3）量子產(chǎn)額多大？（量子產(chǎn)額=吸收每一個光子得到產(chǎn)物的分子數(shù)）

（4）解釋如何得到上題數(shù)值，并描述反應(yīng)歷程。

二、變化守恒，模型認(rèn)可，以化學(xué)競賽建模輔導(dǎo)為例

化學(xué)基本思想是在一定的化學(xué)知識和方法基礎(chǔ)上形成的，化學(xué)思想對理解、掌握、運用化學(xué)知識和化學(xué)方法，解決化學(xué)問題起到促進(jìn)和深化的作用。透徹理解化學(xué)守恒思想的內(nèi)涵，如利用“質(zhì)量守恒、能量守恒、電子守恒”等諸多守恒思想會為解決化學(xué)問題帶來了不盡的便利。化學(xué)模型可分為物質(zhì)模型和思想模型（也稱思考模型、觀念模型）兩大類。運用模型是化學(xué)常用的教學(xué)方法和手段，善于運用模型能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識。參加化學(xué)競賽的學(xué)生僅僅具有一定的化學(xué)基礎(chǔ)還是不夠的，還需要具有一定程度的綜合能力，這些能力包括觀察力、思維力、想象力和創(chuàng)造力等。化學(xué)競賽的試題強(qiáng)調(diào)考察學(xué)生具有的對化學(xué)學(xué)科特有的分子三維立體結(jié)構(gòu)的空間想象能力或者說空間感受能力。利用變化守恒思想，科學(xué)建模是解決該類問題的重要途徑和方法。

教學(xué)實例1請學(xué)生畫出C4H4的所有可能的結(jié)構(gòu)式。這個問題的知識水平還是高中水平，但能力要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過高中生已有的水平，需要高度空間想象力，發(fā)散思維能力和創(chuàng)造力。通過討論，需滿足3個不飽和度（守恒思想），思考如何滿足3個不飽和度，雙鍵，三鍵和環(huán)的綜合運用（變化思想），思路打開后，學(xué)生畫出如圖1所示結(jié)構(gòu)。

教學(xué)實例2寫出白磷在氧氣中燃燒生成的P4O6、P4O10的結(jié)構(gòu)簡式。此題源于教材，但又高于教材，雖然P4O6、P4O10在中學(xué)教材中是沒有的，但學(xué)生對教材中P4的正四面體結(jié)構(gòu)還是熟悉的。通過分析結(jié)構(gòu)、價態(tài)，可以推斷出它們的結(jié)構(gòu)式如圖2所示。

再進(jìn)一步，要求學(xué)生寫出As4O6S4，C6N4H12的結(jié)構(gòu)式。雖然上述分子對學(xué)生來說是極其陌生的，但將上題學(xué)到的知識進(jìn)行遷移，再根據(jù)P、As與N，O與S同族，同時抽象出CH2相當(dāng)于“O”，就可以解決，寫出正確的結(jié)構(gòu)式如圖3所示。

化學(xué)競賽中分子結(jié)構(gòu)、配合物結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)方面的問題都需要學(xué)生具有豐富的空間想像力才能解決。人類研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過程中，形成了一種很有效的科學(xué)方法，那就是建立模型（簡稱建模）如配合物的八面體、四面體等結(jié)構(gòu)、分子的立體結(jié)構(gòu)、晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)等都建立了模型，平時學(xué)習(xí)中要能很好的理解這些模型，在解決問題時就能得心應(yīng)手。

三、實驗探究，綠色運用，以化學(xué)課外活動開展為例

化學(xué)要形成的基本觀念為理解并認(rèn)同看待化學(xué)與化學(xué)品的基本觀點，如物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)；物質(zhì)在變化中，物質(zhì)變化決定于它的本性，外界條件可以影響物質(zhì)的變化；物質(zhì)對于人類和環(huán)境都有客觀性與兩面性；人們利用化學(xué)原理進(jìn)行實踐活動，要考慮“能不能做”，更應(yīng)考慮“該不該做”等。化學(xué)教學(xué)要提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)與探究能力，在課堂教學(xué)中，教師和學(xué)生經(jīng)常可發(fā)現(xiàn)值得研究的問題。通過研討、探究、辯駁，最終實現(xiàn)問題解決并達(dá)到對知識的理解升華。學(xué)生在探究學(xué)習(xí)過程中，會激活自己化學(xué)學(xué)習(xí)中的知識儲存，在解決實際問題的探索性活動，提高化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。化學(xué)的綠色運用是化學(xué)學(xué)科的終極目的，化學(xué)在保證和提高人類生活質(zhì)量、保護(hù)自然環(huán)境以及增強(qiáng)化學(xué)工業(yè)的競爭力方面均起著關(guān)鍵作用。我們必須為化學(xué)正名，提高全民的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。

教學(xué)實例1銀鏡反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中較為重要的實驗之一，也是中學(xué)教師在上課時必做的演示實驗。教學(xué)中每次做到乙醛的銀鏡反應(yīng)這個實驗，若按照課本的試劑和條件做，由于三聚乙醛等原因效果一般都不太理想。為了保證上課時能取得好的效果，實驗員都會建議在乙醛中加入葡萄糖。這似乎成了做乙醛銀鏡反應(yīng)時的“潛規(guī)則”。另外，在實驗注意事項里，有兩條也是一定會和學(xué)生強(qiáng)調(diào)的：（1）銀鏡反應(yīng)需要加熱，而且須在水浴中加熱；（2）銀鏡反應(yīng)過程中，不要振動試管。雖然，這可以讓學(xué)生體驗到實驗成功的喜悅，但嚴(yán)重地違背了實事求是的科學(xué)精神。為此，查閱資料，在學(xué)生的化學(xué)課外實踐活動中做了如下改進(jìn)實驗：取1個潔凈的試管，加入3 mL 5% AgNO3溶液，滴加0.5 mL 10% NaOH溶液，繼續(xù)滴加10%氨水至沉淀剛好消失，再加入乙醛（或葡萄糖），在常溫下充分振蕩。實驗現(xiàn)象在試管壁上直接產(chǎn)生光亮的銀鏡，效果很是震撼。

然后和學(xué)生一起探討銀鏡反應(yīng)的機(jī)理：首先，醛基先跟OH-發(fā)生加成反應(yīng)得到負(fù)離子，然后，該負(fù)離子在堿性溶液中失去一個質(zhì)子得到雙負(fù)離子，該物質(zhì)不穩(wěn)定，很容易失去一個氫負(fù)離子變成酸根離子，氫負(fù)離子具有較強(qiáng)的還原性，它能夠把+1價的銀還原為單質(zhì)銀，當(dāng)然在該反應(yīng)中是還原銀氨絡(luò)離子中+1價的銀，從反應(yīng)機(jī)理看，保證溶液呈強(qiáng)堿性是反應(yīng)的關(guān)鍵，可見配制銀氨溶液的時候加少量氫氧化鈉，可取得意想不到的效果。

教學(xué)實例22015年發(fā)生過著名的PX低毒還是劇毒的“詞條保衛(wèi)戰(zhàn)”，還有某品牌化妝品推出“我們恨化學(xué)”的廣告，洗腦般的重復(fù)“我們恨化學(xué)”，引發(fā)了很大的爭議。北大教授周公度遞交聲明要狀告相關(guān)部門，理由是，這是一則壞廣告，毫無基本科學(xué)素養(yǎng)，反科學(xué)、破壞化學(xué)教育。周教授的行動提出了一個人們早就關(guān)注的問題：化學(xué)科學(xué)或產(chǎn)品對人類社會和自然社會的雙重效應(yīng)，以及該如何看待化學(xué)及其產(chǎn)品。但對國人而言，恰恰是“喝牛奶知道了三聚氰胺，吃紅心的咸鴨蛋知道了蘇丹紅，喝白酒知道了塑化劑，吃豬肉知道了瘦肉精……”，由此可見，提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)和普及化學(xué)的綠色運用理念已迫在眉睫。綠色化學(xué)是指設(shè)計沒有或者只有盡可能小的環(huán)境負(fù)作用并且在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品和化學(xué)過程。它是實現(xiàn)預(yù)防污染重要科學(xué)手段，包括許多化學(xué)領(lǐng)域，如合成、催化、工藝、分離和分析監(jiān)測等。綠色化學(xué)的最大特點在于它是在始端就采用實現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。綠色化學(xué)主張在通過化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過程中充分利用每個原子，具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，因此它既能夠充分利用資源，又能夠?qū)崿F(xiàn)防止污染。筆者為此專門給學(xué)生做了《綠色化學(xué)》為主題的專題講座，普及綠色化學(xué)運用知識和理念。回答了什么是綠色化學(xué)，綠色化學(xué)應(yīng)用的原則有哪些，綠色化學(xué)研究什么，目前綠色化學(xué)的研究重點是什么等問題。

總之，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)任重道遠(yuǎn)，化學(xué)選修課教學(xué)以人文本，運用靈活，大有可為，以上教學(xué)實例只是點滴實踐，拋磚引玉。美國教育學(xué)家克羅韋爾指出：“教育面臨的最大挑戰(zhàn)，不是技術(shù)，不是資源，不是責(zé)任感，而是……去發(fā)現(xiàn)新的思維方法。”化學(xué)教學(xué)要培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會用事實、實證、邏輯、推理和論證進(jìn)行思維的能力。

（收稿日期：2016-05-15）