基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提升的進階式課堂教學(xué)
——以“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”單元教學(xué)為例

歐陽鋒 張賢金 吳新建

（1.福州第三中學(xué)，福建 福州 350003；2.福建教育學(xué)院化學(xué)教育研究所，福建 福州 350025）

學(xué)科知識和學(xué)科活動是學(xué)科核心素養(yǎng)形成的主要載體和主要路徑，［1］通過課堂教學(xué)讓中學(xué)生在掌握知識技能的同時建構(gòu)化學(xué)學(xué)科概念體系，伴隨學(xué)習(xí)階段的延伸，逐步提升學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)水平。課程內(nèi)容要以學(xué)習(xí)認知規(guī)律和學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律為基礎(chǔ)，在具體教學(xué)實踐活動中將“學(xué)”與“做”融為一體，并結(jié)合學(xué)習(xí)進階的特點進行教學(xué)設(shè)計以適應(yīng)不同階段學(xué)生的認知發(fā)展。筆者以蘇教版選修教材《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1第一單元“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”單元教學(xué)為例，結(jié)合物質(zhì)化學(xué)變化、能量守恒等學(xué)科觀念，針對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的素養(yǎng)發(fā)展的四個水平［2］，闡述在課堂教學(xué)中采用“分步構(gòu)建逐級完善”進階式培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的嘗試。

一、基于中學(xué)化學(xué)課程設(shè)置特點，明確進階式課堂教學(xué)的必要性

學(xué)習(xí)進階是學(xué)生在一個時間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時，依次進階、逐級深化的思維方式的描述，在具體教學(xué)實踐中已得到廣泛應(yīng)用。［3］現(xiàn)階段中學(xué)生化學(xué)課程的主要三個階段為：初中義務(wù)教育課程、高中必修課程以及高中選擇性必修課程，每個階段的教學(xué)要求有所不同，教學(xué)中要指導(dǎo)學(xué)生在中學(xué)化學(xué)各個階段教學(xué)活動中自我發(fā)展核心能力，促進化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的水平得以逐步提升。從概念的進階看，“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”涉及多個層次的要求，從宏觀現(xiàn)象的理解到微觀結(jié)構(gòu)的辨析，進而形成能量守恒觀。“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”在不同階段的課程標準要求如表1所示。

表1 不同階段課程標準要求

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”和“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”。從表1可以得出，以“變化觀念與平衡思想”四個水平為例，義務(wù)教育階段要求學(xué)生能從宏觀角度認識化學(xué)變化伴隨著能量變化，高中必修課程要求能夠通過微觀視角探析宏觀現(xiàn)象，從原子、分子水平理解化學(xué)變化的本質(zhì)，并能用熱化學(xué)方程式定量表示化學(xué)變化和伴隨的能量轉(zhuǎn)化，高中選擇性必修課程要求能從不同視角認識化學(xué)變化的多樣性，分析說明生產(chǎn)、生活實際中的化學(xué)變化，形成能量守恒觀。三個階段不同的教學(xué)要求，通過“分步構(gòu)建逐級完善”的模型建構(gòu)組織策略，應(yīng)能有效實現(xiàn)了“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”主題知識的認識發(fā)展。

二、基于學(xué)生認識發(fā)展規(guī)律，整體設(shè)計以提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平

學(xué)生對科學(xué)概念理解有經(jīng)驗—映射—關(guān)聯(lián)—系統(tǒng)—整合等不同的發(fā)展層級，［3］教學(xué)設(shè)計要有符合學(xué)生認知水平的結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)框架。基于“分步構(gòu)建逐級完善”認識模型構(gòu)建及應(yīng)用，將蘇教版選修《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1第一單元“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”設(shè)計成2課時的單元課堂教學(xué)，探討如何逐步提升學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。第1課時側(cè)重于達到化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)能力水平一和水平二，素材選取初中化學(xué)教材和高中必修教材中熟悉的化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)等，探查及鞏固學(xué)生關(guān)于“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”已有知識水平，通過設(shè)置問題引導(dǎo)學(xué)生初步自主構(gòu)建和應(yīng)用認識模型。第2課時側(cè)重于達到化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平三和水平四，素材選取綜合素材及高考試題，完善認識模型并用于新場景實踐。

第1課時通過化學(xué)實例情境初步建立的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”認識模型并通過實踐應(yīng)用分析進行鞏固。（見表 2）

表2 第1課時教學(xué)設(shè)計

第2課時通過獲取新知識提升學(xué)生能力水平來進一步完善認識模型，并能夠自主運用到新的實踐探究任務(wù)中。（見表3）

表3 第2課時教學(xué)設(shè)計

三、基于教學(xué)實證研究，認識模型建構(gòu)的有效策略

1.教學(xué)從知識的記憶轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯靠茖W(xué)思維的建構(gòu)

如何通過化學(xué)學(xué)科知識學(xué)習(xí)過程逐步提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)水平？僅通過基礎(chǔ)知識的簡單記憶和理解是不能形成高水平的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的，把學(xué)科知識作為形成學(xué)科核心素養(yǎng)的載體，讓學(xué)生在化學(xué)實踐活動過程中主動思考，通過現(xiàn)象歸納出本質(zhì)和規(guī)律，建構(gòu)化學(xué)概念，同時提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。基于“分步構(gòu)建逐級完善”認識模型建構(gòu)的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”的單元教學(xué)實證研究，可以認為體現(xiàn)學(xué)科性質(zhì)和特點的教學(xué)實踐能促進學(xué)生對核心知識的認識發(fā)展及學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，證明了基于模型構(gòu)建的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”教學(xué)的有效性。

“分步構(gòu)建逐級完善”的模型建構(gòu)組織策略普適性較高，符合大部分學(xué)生逐步建構(gòu)完善并應(yīng)用的思維過程。在進階式課堂教學(xué)采用“分步構(gòu)建逐級完善”的模型建構(gòu)組織策略，通過知識的理解和應(yīng)用過程，把學(xué)生關(guān)注點從化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的性質(zhì)變化逐步引導(dǎo)到能量的轉(zhuǎn)化，通過熱化學(xué)方程式、實驗及綜合實踐試題分析等形式幫助學(xué)生自主建構(gòu)“能量守恒觀”。

本單元教學(xué)基本過程也體現(xiàn)了對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認知”四個水平發(fā)展的實踐：實例引課（從物質(zhì)及其變化的事實中提取證據(jù)）——結(jié)合能量圖和化學(xué)鍵能歸類“反應(yīng)熱”概念（能從宏觀和微觀結(jié)合上收集證據(jù)，依據(jù)證據(jù)從不同視角分析并推出合理的結(jié)論）——初步建構(gòu)和應(yīng)用化學(xué)核心概念（解釋或推測物質(zhì)的組成、變化及原理）——新知識提升融入概念系統(tǒng)（能從定性與定量等多角度理解）——完善化學(xué)核心概念建構(gòu)并實踐應(yīng)用（能對關(guān)于反應(yīng)熱的復(fù)雜化學(xué)問題情境中的關(guān)鍵要素進行分析以建構(gòu)模型）。

2.以核心概念為基點，進階式課堂教學(xué)提升學(xué)生核心素養(yǎng)水平

中學(xué)關(guān)于“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”知識的三個階段課程內(nèi)容是逐步提升知識水平的關(guān)系。有利于核心素養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”四個水平的逐級形成。初中化學(xué)教學(xué)屬于啟蒙性和基礎(chǔ)性，并通過簡單的實驗操作，要求學(xué)生能觀察物質(zhì)及其變化的現(xiàn)象，并做出解釋。高中化學(xué)必修階段應(yīng)明確該階段的基本要求，掌握知識點的深廣度，通過吸熱和放熱反應(yīng)實驗從微觀和宏觀進一步探究化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化，基于實驗事實得出結(jié)論，并為選修課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。高中化學(xué)選擇性必修課程有較為完整和系統(tǒng)的化學(xué)知識，能用數(shù)據(jù)、圖表、符號等處理實驗信息，通過理解掌握化學(xué)與社會生活關(guān)系的大量實例，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)可以通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)和實踐應(yīng)用進行逐步積累而獲得，并綜合反映在能力、意識情感價值觀等各方面，素養(yǎng)水平的提升必須循序漸進，不同階段采用不同的思維技能和策略是十分必要的。例如，在“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”的單元教學(xué)中，初中義務(wù)教育階段的化學(xué)課程，以粵教版九年級《化學(xué)》為例，主要通過認識氧氣的性質(zhì)及燃料的使用，初步認識化學(xué)變化時伴隨能量變化，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)的角度分析有關(guān)的社會現(xiàn)象及自然與環(huán)境的關(guān)系。

高中化學(xué)必修模塊的功能要求是學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)全面提高，為選修模塊奠定基礎(chǔ)。這樣的功能和定位決定了必修的課程內(nèi)容要求面廣而不深挖，了解化學(xué)的核心概念，但不要求理解的程度很深，更深入的認識將在選修模塊的學(xué)習(xí)中達成。以蘇教版高中化學(xué)《必修2》為例，教學(xué)內(nèi)容主要包括建構(gòu)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的概念，分析化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的原因，反應(yīng)歸類并用化學(xué)符號的方式進行表達，在實驗探究的過程中，形成從化學(xué)知識的角度理解分析實際問題的意識。

高中選擇性必修課程不僅要進一步提升化學(xué)新知識理論，還應(yīng)該承擔(dān)建構(gòu)和發(fā)展學(xué)生認識方式以提高化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，以蘇教版高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》為例，主要教學(xué)內(nèi)容包括通過實驗探究、討論分析得出反應(yīng)熱和焓變的概念，通過示例得出熱化學(xué)方程式的表示意義，通過圖表分析理解蓋斯定律，要求通過化學(xué)知識與生活生產(chǎn)實踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生多方面、多角度、多層次去思考問題，逐步形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。形成較強的問題意識，討論并提出探究的問題和假設(shè)，提出實驗方案并完成。基于現(xiàn)象和實驗數(shù)據(jù)和圖表分析并得出結(jié)論，交流探究成果或進一步探究。

3.綜合運用進階式課堂教學(xué)方法促進化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成

培養(yǎng)動手實踐能力有助于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，僅靠化學(xué)試題分析、紙上談兵的化學(xué)實驗，缺乏具體實踐經(jīng)驗是無法使學(xué)生形成高水平的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平的。分步構(gòu)建逐級完善開設(shè)進階式的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”的單元教學(xué)，從簡單的燃燒實驗到多種形式的吸放熱實驗再到“暖手寶”制作實驗等，學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平可以得到逐步提升。

在課堂教學(xué)中，綜合運用多學(xué)科知識有助于進階式培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”，從主動關(guān)心與環(huán)境保護和資源開發(fā)等社會熱點問題，到運用所學(xué)知識分析和探討某些化學(xué)過程，并能依據(jù)實際條件并運用所學(xué)的化學(xué)知識和方法解決生產(chǎn)、生活中簡單的化學(xué)問題。近年來高考化學(xué)試題，常常引入一些新的信息，要求學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)生活實踐進行信息分析處理，進階式課堂教學(xué)中還可以通過針對某些化學(xué)工藝設(shè)計存在的各種問題，要求學(xué)生利用信息工具和信息資源來提出處理或解決問題的具體方案，從而培養(yǎng)提升學(xué)生的化學(xué)信息素養(yǎng)。