基于化學(xué)學(xué)科“素養(yǎng)為本”的教學(xué)實(shí)踐

沈偉藝

[摘 要]

以“質(zhì)量守恒定律”為例，闡述了“素養(yǎng)為本”的教學(xué)應(yīng)以發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)為目標(biāo)，以情景、知識、問題為載體，通過活動(dòng)與評價(jià)方式，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識的全面發(fā)展。

[關(guān)鍵詞]

素養(yǎng)為本；教學(xué)實(shí)踐；質(zhì)量守恒定律

中學(xué)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)全面展現(xiàn)了通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)形成的關(guān)鍵能力和必備品格，包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)維度。基于化學(xué)學(xué)科“素養(yǎng)為本”的教學(xué)是指教學(xué)目標(biāo)的確定、教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施、教學(xué)效果的評價(jià)等一系列教學(xué)環(huán)節(jié)均以發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)為基準(zhǔn)。具體來說，教學(xué)目標(biāo)的確定對接于核心素養(yǎng)、教學(xué)內(nèi)容的組織利于發(fā)展核心素養(yǎng)、教學(xué)活動(dòng)的實(shí)施利于落實(shí)核心素養(yǎng)、教學(xué)效果的評價(jià)利于診斷核心素養(yǎng)，做到“教、學(xué)、評”一體化，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提升。下面，以質(zhì)量守恒定律為例，談?wù)劵凇八仞B(yǎng)為本”的教學(xué)實(shí)踐。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)分析

（一）教學(xué)內(nèi)容分析

本案例涉及的教學(xué)內(nèi)容為“義務(wù)教育教科書人教版上冊第五單元課題1質(zhì)量守恒定律”。其中，化學(xué)知識包括質(zhì)量守恒定律和微觀實(shí)質(zhì)，過程方法有預(yù)測、觀察、解釋等，STS內(nèi)容有化學(xué)史實(shí)。從核心概念的功能價(jià)值上看，質(zhì)量守恒定律是物質(zhì)發(fā)生化學(xué)變化所遵循的、也是自然界最重要的基本定律之一。它是化學(xué)家進(jìn)行定量研究的過程中總結(jié)出來的，為研究化學(xué)變化提供依據(jù)。學(xué)生的認(rèn)識發(fā)展進(jìn)階包括基于化學(xué)變化的定性分析→基于化學(xué)變化宏觀質(zhì)量關(guān)系分析→基于化學(xué)變化粒子數(shù)目關(guān)系分析→建立從定量角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的思路和方法。在教學(xué)中，以質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)史實(shí)為情景素材，通過學(xué)生主動(dòng)參與探究活動(dòng)形成科學(xué)的定量認(rèn)識角度，通過宏觀質(zhì)量和粒子數(shù)目相關(guān)聯(lián)的定量認(rèn)識形成基本推理和認(rèn)識思路，通過應(yīng)用質(zhì)量守恒定律解決實(shí)際問題初步建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)定量認(rèn)識的思維模型。

（二）教學(xué)目標(biāo)分析

（1）通過實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量守恒定律，培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)——證據(jù)推理、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、變化觀。

（2）通過質(zhì)量守恒定律本質(zhì)的認(rèn)識過程，培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)——宏觀辨識與微觀探析、模型認(rèn)知。

（3）通過化學(xué)史實(shí)以及應(yīng)用質(zhì)量守恒定律解決實(shí)際問題，培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)——科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。

（三）評價(jià)目標(biāo)分析

（1）通過“化學(xué)史實(shí)”和“白磷燃燒”探究實(shí)驗(yàn)的交流和點(diǎn)評，診斷并發(fā)展學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識的定性水平（物質(zhì)、條件、現(xiàn)象、能量變化、反應(yīng)類型）和定量思路；

（2）通過“鐵與硫酸銅溶液反應(yīng)”和“鹽酸和碳酸鈉反應(yīng)”探究實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，診斷并發(fā)展學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究水平；

（3）通過對粒子數(shù)目和宏觀質(zhì)量的分析和判斷，診斷并發(fā)展學(xué)生對質(zhì)量守恒定律本質(zhì)的認(rèn)識進(jìn)階；

（4）通過對“鎂條燃燒”等問題的討論和點(diǎn)評，診斷并發(fā)展學(xué)生認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化水平以及對化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識水平。

二、基于“素養(yǎng)為本”的教學(xué)實(shí)施

（一）注重創(chuàng)設(shè)化學(xué)史實(shí)情境

活動(dòng)主題一：關(guān)于“質(zhì)量守恒”的導(dǎo)入

[資料]（1）三百多年前，英國化學(xué)家波義耳在敞口容器中加熱銀白色金屬汞，發(fā)現(xiàn)它變成紅色氧化汞（HgO），并且反應(yīng)后質(zhì)量增加了。（2）后來俄國化學(xué)家羅蒙諾索夫在密閉容器中重復(fù)了波義耳的煅燒金屬實(shí)驗(yàn)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)并沒有增加。（3）二百多年前，法國化學(xué)家拉瓦錫在前人基礎(chǔ)上，研究了氧化汞（HgO）的生成和分解（加熱條件下）過程，結(jié)果發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)前后質(zhì)量不變。

[問題1]上述資料中，發(fā)生了哪些化學(xué)變化？判斷的依據(jù)是什么？反應(yīng)類型是否相同？請用符號表達(dá)出來。

[學(xué)生]思考、交流、表達(dá)

[問題2]化學(xué)反應(yīng)前后物質(zhì)質(zhì)量間存在什么關(guān)系？

[學(xué)生]猜想、預(yù)測

設(shè)計(jì)說明：通過呈現(xiàn)化學(xué)史料創(chuàng)設(shè)情境，一來診斷學(xué)生對化學(xué)變化定性分析水平，發(fā)展從定量角度研究化學(xué)變化；二來通過“為什么反應(yīng)后質(zhì)量增加了？”“為什么反應(yīng)后質(zhì)量不變？”這些真實(shí)的史實(shí)問題，激發(fā)學(xué)生的探究興趣，同時(shí)對容器的“敞口”“密閉”提出質(zhì)疑，迫切想經(jīng)歷與科學(xué)家一樣的探究過程，并在這一過程中體會(huì)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值；三來讓學(xué)生體驗(yàn)到科學(xué)家進(jìn)行實(shí)驗(yàn)是科學(xué)探究中的求真過程，是科學(xué)精神的追求。

（二）注重“探究活動(dòng)”

探究活動(dòng)是連接核心知識和具體知識點(diǎn)的橋梁和紐帶，是實(shí)現(xiàn)知識結(jié)構(gòu)化的重要環(huán)節(jié)。活動(dòng)主題二設(shè)計(jì)了3個(gè)探究活動(dòng)，強(qiáng)調(diào)“實(shí)驗(yàn)探究質(zhì)量守恒”，體現(xiàn)質(zhì)量守恒的認(rèn)識進(jìn)階，從“質(zhì)量守恒”到“是什么質(zhì)量守恒”，從“密閉體系”到“開放體系”。通過設(shè)置針對學(xué)生認(rèn)知障礙點(diǎn)和發(fā)展點(diǎn)的問題，發(fā)揮學(xué)習(xí)活動(dòng)的診斷評價(jià)水平以及素養(yǎng)導(dǎo)向功能。

活動(dòng)主題二：關(guān)于“質(zhì)量守恒”的探究

[問題1]利用給定裝置，如何設(shè)計(jì)方案探究白磷燃燒前后質(zhì)量關(guān)系？

[學(xué)生]分析討論：稱量反應(yīng)前總質(zhì)量→進(jìn)行反應(yīng)→稱量反應(yīng)后總質(zhì)量→比較得出。

[教師]演示白磷燃燒實(shí)驗(yàn)探究。

[問題2]白磷燃燒時(shí)的現(xiàn)象怎樣？過程中氣球有何變化？變化的原因是什么？白磷燃燒發(fā)生了什么化學(xué)反應(yīng)？請用符號表示。

[問題3]根據(jù)天平仍然平衡可得出什么結(jié)論？請用總質(zhì)量守恒關(guān)系式表示。

[學(xué)生]分析氣球先變大是由于燃燒放熱，后變癟則是氧氣消耗，氣壓變小。

M（參加反應(yīng)P）+M（參加反應(yīng)O2）=M（生成P2O5）。

[問題4]如果白磷足量，燃燒停止并冷卻后，倒扣在水槽中，可能會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？氣球的作用是什么？

[學(xué)生]反思：氣球的作用一是緩沖，二是形成密閉體系，驗(yàn)證質(zhì)量守恒。

[教師]提供儀器和藥品；

提示：Fe+CuSO4→Cu+FeSO4、Na2CO3+HCl→NaCl+H2O+CO2；

提出要求：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案→討論交流→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)→記錄現(xiàn)象→得出結(jié)論→反思。

[學(xué)生]完成Fe與CuSO4、Na2CO3和HCl探究實(shí)驗(yàn)→小組展示裝置、匯報(bào)方案、現(xiàn)象、結(jié)論。學(xué)生自主設(shè)計(jì)的Na2CO3和HCl反應(yīng)裝置如下：①錐形瓶+小試管+棉線+橡皮塞；②錐形瓶+帶膠頭滴管的橡皮塞；③錐形瓶+小試管+氣球；④礦泉水瓶+小試管+棉線等。

[問題5]Fe與CuSO4反應(yīng)，參加反應(yīng)的是哪些物質(zhì)？是什么和什么質(zhì)量相等？

[學(xué)生]根據(jù)現(xiàn)象分析，生成Cu和FeSO4是Fe與CuSO4反應(yīng)的結(jié)果，雖然都有剩余，但反應(yīng)掉的Fe與CuSO4的總質(zhì)量等于生成的Cu和FeSO4的總質(zhì)量。

[問題6]Fe與CuSO4在敞口容器中反應(yīng)總質(zhì)量不變，Na2CO3和HCl反應(yīng)為什么要在密閉容器中進(jìn)行？

[問題7]你能解釋課前資料中波義耳和羅蒙諾索夫的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象嗎？從中獲得什么結(jié)論？

[學(xué)生]解釋在敞口容器中反應(yīng)有氣體生成使總質(zhì)量減輕，有氣體參加使總質(zhì)量增加，并且減輕或增加的質(zhì)量為氣體的質(zhì)量。根據(jù)3個(gè)守恒式得出質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容。

設(shè)計(jì)說明：采用問題指向?qū)W生障礙點(diǎn)和發(fā)展點(diǎn)，驅(qū)動(dòng)探究進(jìn)程，診斷素養(yǎng)達(dá)成水平。問題1幫助學(xué)生建立定量研究化學(xué)反應(yīng)的思路、方法，發(fā)展學(xué)生從分步稱量到整體稱量的實(shí)驗(yàn)思維轉(zhuǎn)換；問題2進(jìn)一步診斷評價(jià)學(xué)生對化學(xué)變化的定性分析水平；問題3培養(yǎng)學(xué)生基于證據(jù)解釋得出結(jié)論的探究能力，同時(shí)建立了認(rèn)識質(zhì)量守恒的關(guān)系式模型；問題4在挖掘探究因素的基礎(chǔ)上，體現(xiàn)了控制實(shí)驗(yàn)條件的探究理念，為后續(xù)學(xué)生探究活動(dòng)提供支撐；問題5針對學(xué)生到底是什么質(zhì)量守恒的認(rèn)知障礙點(diǎn)，幫助學(xué)生認(rèn)識“參加”、“質(zhì)量總和”的含義；問題6幫助學(xué)生建立基于反應(yīng)體系探究質(zhì)量守恒的認(rèn)識角度，通過不同裝置的設(shè)計(jì)，滿足個(gè)性化實(shí)驗(yàn)需求，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新精神；問題7以評價(jià)的方式診斷學(xué)生對質(zhì)量守恒定律的應(yīng)用水平，通過自主建構(gòu)質(zhì)量守恒定律的內(nèi)容，親身經(jīng)歷科學(xué)家的探究過程，發(fā)展了預(yù)測、現(xiàn)象、解釋的科學(xué)探究能力，體會(huì)了嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神。

（三）注重認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化和顯性化

“結(jié)構(gòu)化”是實(shí)現(xiàn)知識向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的有效途徑，“結(jié)構(gòu)化”水平直接決定著素養(yǎng)發(fā)展水平。引導(dǎo)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)從定性到定量分析、粒子數(shù)目到宏觀質(zhì)量兩個(gè)視角進(jìn)行揭示，在此基礎(chǔ)上提煉出質(zhì)量守恒定律的一般認(rèn)識思路，并用框圖的形式對這一認(rèn)識思路顯性化，學(xué)生按此認(rèn)識思路就能夠進(jìn)行遷移判斷。

活動(dòng)主題三：關(guān)于“質(zhì)量守恒”的本質(zhì)

[學(xué)生]以小組為單位，利用球棍模型，拼擺出2H2+O2=2H2O的反應(yīng)模型。

[教師]分析變化前后，你能得到哪些定量關(guān)系？

[學(xué)生]推理1由于H、O原子個(gè)數(shù)、質(zhì)量一定→2個(gè)H2分子質(zhì)量+1個(gè)O2分子質(zhì)量=2個(gè)H2O分子質(zhì)量→參加反應(yīng)H2質(zhì)量+參加反應(yīng)O2質(zhì)量=生成H2O質(zhì)量；推理2 參加反應(yīng)H2和O2以及生成H2O分子間存在固定的個(gè)數(shù)比例關(guān)系為2∶1∶2；推理32個(gè)H2分子、1個(gè)O2分子、2個(gè)H2O分子的相對分子質(zhì)量之比代表著參加反應(yīng)H2和O2以及生成H2O的各物質(zhì)間質(zhì)量比。

設(shè)計(jì)說明：通過學(xué)生拼擺反應(yīng)模型展開認(rèn)知過程，使得抽象問題形象化。在老師的引導(dǎo)下，學(xué)生經(jīng)歷了從粒子數(shù)目到宏觀質(zhì)量的邏輯推理，不僅從微觀視角建立了質(zhì)量守恒，還確立了各物質(zhì)間的質(zhì)量關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析以及模型認(rèn)知等化學(xué)核心素養(yǎng)。通過推理過程，診斷、評價(jià)并發(fā)展學(xué)生對質(zhì)量守恒定律本質(zhì)的認(rèn)識思路和水平。

活動(dòng)主題四：關(guān)于“質(zhì)量守恒”的應(yīng)用

[教師]演示鎂帶燃燒實(shí)驗(yàn)。你預(yù)計(jì)這個(gè)反應(yīng)前后的稱量結(jié)果會(huì)有什么變化？如果在燃著的鎂條上方罩上罩，使生成物全部收集起來稱量，天平會(huì)平衡嗎？

[問題]綠色植物光合作用發(fā)生如下反應(yīng)：6CO2+6H2O=葡萄糖+6O2。葡萄糖含有哪些元素？哪些原子？其質(zhì)量比多少？

[學(xué)生]建立從定量角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的思路：宏觀（物質(zhì)、元素）→化學(xué)反應(yīng)←微觀（原子種類、數(shù)目）。

設(shè)計(jì)說明：通過鎂帶燃燒實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)一步診斷學(xué)生對質(zhì)量守恒定律的實(shí)際應(yīng)用水平。問題的解決有助于發(fā)展學(xué)生形成化學(xué)反應(yīng)的研究思路和方法，形成核心知識結(jié)構(gòu)化，建立質(zhì)量定恒定律應(yīng)用的思維模型，實(shí)現(xiàn)知識向素養(yǎng)轉(zhuǎn)化。

三、反思

（一）“素養(yǎng)為本”的教學(xué)要有問題引領(lǐng)

以問題的提出（發(fā)現(xiàn)）與解決展開課堂教學(xué)活動(dòng)。設(shè)置的問題應(yīng)能統(tǒng)領(lǐng)課堂教學(xué)并能針對學(xué)生的發(fā)展點(diǎn)和障礙點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生求知欲望和探究意識，幫助學(xué)生在解決問題過程中建構(gòu)知識，增加認(rèn)識思路和方法，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展。

（二）“素養(yǎng)為本”的教學(xué)要有活動(dòng)支撐

學(xué)生進(jìn)行以實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，是落實(shí)“素養(yǎng)為本”的關(guān)鍵所在。在探究活動(dòng)過程中，運(yùn)用學(xué)科思維（基于證據(jù)建構(gòu)思維模型）進(jìn)行學(xué)科實(shí)踐（科學(xué)探究和創(chuàng)新意識），培養(yǎng)學(xué)科觀念（宏微結(jié)合、變化平衡相統(tǒng)一），體現(xiàn)學(xué)科價(jià)值（科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任），最終實(shí)現(xiàn)學(xué)生素養(yǎng)的全面發(fā)展。

（三）“素養(yǎng)為本”的教學(xué)要有效果評價(jià)

應(yīng)緊緊圍繞發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)這一主旨，注重教學(xué)目標(biāo)與評價(jià)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)與評價(jià)任務(wù)、學(xué)習(xí)方式與評價(jià)方式的一致性設(shè)計(jì)。根據(jù)學(xué)生在開展實(shí)驗(yàn)探究、方案設(shè)計(jì)、小組討論等活動(dòng)中的具體表現(xiàn)，運(yùn)用提問、點(diǎn)評、交流等方式，對學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平給予把握，發(fā)揮化學(xué)日常學(xué)習(xí)評價(jià)的診斷與發(fā)展功能。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）[Z].2016.

[2]王星喬.基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)[J].化學(xué)教學(xué)，2017（5）.

[3]王云生.課堂轉(zhuǎn)型與學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)[M].上海教育出版社，2016（8）.

（責(zé)任編輯：張華偉）