在初中化學深度學習中發展學生的化學核心素養

鄧衍民

摘要：化學核心素養的發展是初中化學深度學習的目標指向，而初中化學深度學習則是學生發展化學核心素養的現實路徑。文章以《認識兩種抗酸胃藥》為例，重點闡述了如何在深度學習中發展學生化學核心素養的設計模型，提出如下策略：學習目標要深層，體現出前瞻性、整合性、發展性，實現素養化;學習情境要深遠，體現出真實性、連貫性、體驗性，實現遷移化;學習活動要深究，體現出挑戰性、實踐性、多樣性，實現結構化;學習評價要深刻，體現出一致性、即時性、激勵性，實現生本化。

關鍵詞：初中化學，深度學習，核心素養，抗酸胃藥

文章編號：1008-0546（2020）05-0033-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.05.009

一、問題提出

1.初中化學深度學習與發展化學核心素養的內在邏輯

在教師的精心設計和適度引領下，初中學生圍繞富有一定挑戰性的學習主題，開展以化學實驗為主的多種探究活動，從宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想的視角，運用證據推理與模型認知的思維方式，自主或協作解決復雜情境中蘊含的化學問題，習得化學核心知識，注重認識思路的結構化和顯性化，有助于學生在后續學習中進行情境關聯、問題歸類，從而實現自主遷移，同時培養科學探究與創新意識、科學態度與社會責任，促進化學學科核心素養的發展。

化學學科核心素養包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”5個方面。它是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力。雖然本次課改從高中開始，但是對學科核心素養的研制和提煉，義務教育階段和高中階段應是保持一脈相承。所以，初中教師要有超前意識，主動參照高中化學核心素養，結合具體學情，讓學科核心素養在課堂中逐步落地生根，真正做到初高銜接。

深度學習聚焦過程與結果，它是以學習者高階思維形成、創新能力提升和精神影響為旨歸，突出參與、體驗和生成，并促進學習者核心素養培育的一種學習方式。初中化學深度學習與化學核心素養的內在邏輯主要體現在兩個方面。第一，化學核心素養的發展是初中化學深度學習的目標指向。深度學習的目標不僅是讓學生獲得化學核心知識，更要讓學生獲得化學核心素養的發展。而化學核心知識是有育人功能的，但如果只是淺層式、碎片化地機械傳授，就無法培養化學核心素養。因此化學知識只有蘊藏在復雜的情境中，讓學生自主解決問題，深入獲取知識，才能發揮化學知識的教育價值，才能真正從知識轉化為素養。第二，初中化學深度學習是學生發展化學核心素養的現實路徑。深度學習改變了學生的學習方式，它是以內在學習需求為動力，以理解性學習為基礎，讓學生在真實且富有價值的問題情境中通過多種實驗探究活動來親歷問題解決的過程。在一次次疑問中設計實驗方案、尋求真偽證據、展開邏輯推理和獲得正確結論，大大提升了學生解決綜合復雜問題的能力，形成了正確的情感態度價值觀，培養了學生的化學核心素養。

2.初中化學深度學習與發展化學核心素養的設計模型

課堂是學生在深度學習中發展化學核心素養的主陣地，其設計模型如圖1所示。本文以《認識兩種抗酸胃藥》為例來重點闡述這種教學模型，筆者現場上課榮獲2019年南京市初中化學優質課比賽一等獎。

二、教學設計

1.學習目標

（1）通過對抗酸胃藥成分的初步判斷和原理學習，鞏固與拓展鹽酸與堿、碳酸鹽（碳酸氫鹽）反應等相關知識，重點發展“宏觀辨識與微觀探析”素養。

（2）通過模擬兩種抗酸胃藥（碳酸氫鈉片和鋁碳酸鎂片）與“胃酸”反應的實驗，初步學會設計定量對比實驗，體會科學探究的一般方法，重點發展“科學探究與創新意識”素養。

（3）通過查閱資料、實驗探究等形式收集證據，基于證據判斷某些物質能否作為抗酸胃藥成分，并模擬兩種抗酸胃藥的療效對比，重點發展“證據推理與模型認知”素養。

2.教學重點

鞏固與拓展鹽酸與堿、碳酸鹽（碳酸氫鹽）反應等相關知識。

3.教學難點

初步學會設計定量對比實驗，體會科學探究的一般方法。

4.教學過程

環節一：中考回放實驗重現

[引入]今天學習的主題是從化學的角度來認識兩種抗酸胃藥。在此之前首先通過實驗來重現2017年南京市中考最后一題的部分內容，判斷碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉溶液的堿性強弱。

[分組實驗]向等體積、等濃度的碳酸氫鈉、碳酸鈉、氫氧化鈉溶液中，分別加入幾滴紫甘藍汁液，振蕩試管并記錄現象。

[交流匯報]

根據資料，三種溶液的堿性強弱為：氫氧化鈉溶液>碳酸鈉溶液>碳酸氫鈉溶液。

[提問]在下冊課本61頁講到：胃酸過多，可以遵醫囑服用某些含有堿性物質的藥物，以中和過多的胃酸。上述三種物質都呈堿性，都能用于抗酸胃藥嗎？哪種物質大家可以確認？

[實物展示]下冊課本73頁提到：在醫療上，碳酸氫鈉是治療胃酸過多癥的一種藥劑。老師今天帶來了一瓶碳酸氫鈉片，首先請大家看一下這種藥片的說明書。碳酸氫鈉片可以治療胃酸過多，請在學案上寫出其和鹽酸反應的化學方程式。

環節二：定性探究成分判斷

[提問]碳酸氫鹽能和鹽酸反應，本質是氫離子和碳酸氫根離子的反應，同理，碳酸鹽也可以和鹽酸反應，下面請同學們首先寫出兩種碳酸鹽Na₂CO₃、MgCO₃和鹽酸反應的化學方程式，然后判斷能否用于治療胃酸過多。請同學們獨立思考，然后小組討論。

[書寫方程式]

[交流匯報]一般不選用碳酸鈉治療胃酸過多，因為通過第一組實驗可知碳酸鈉的堿性相對較強。碳酸鎂可以，因為它堿性較弱，微溶于水，反應慢，能有持久的藥效，而且鎂離子能幫助排泄。

[追問引導]能否從教材中找到間接證據來證實選用碳酸氫鈉而不用碳酸鈉的理由？請同學們回憶一個內容，濃硫酸不慎碰到皮膚的處理方法。

[回憶作答]先用大量水沖洗，然后涂上3-5%的碳酸氫鈉溶液。

[追問引導]既然碳酸氫鈉和碳酸鈉都可以和酸反應，那為什么不涂碳酸鈉溶液呢？因為碳酸鈉的堿性相對較強，裸露的皮膚都尚且不用，如果服用后在胃中的局部濃度過大，會造成對小面積胃的傷害。

[提問]那么CaCO₃、Cu₂（OH）₂CO₃

[看作CuCO₃·Cu（OH）₂]能用于抗酸藥嗎？

[回答]CaCO₃能用于抗酸藥，而堿式碳酸銅不行，因為其中的銅元素過量會引起重金屬中毒。

[總結]所以也常選擇使用碳酸鎂、碳酸鈣作為治療胃酸過多的藥物成分。

[提問]同學們，能和鹽酸反應的常見物質還有堿。那么先請同學們寫出兩種常見堿Al（OH）₃、Cu（OH）₂和鹽酸反應的化學方程式，然后判斷是否能用于治療胃酸過多。

[交流匯報]服用含有氫氧化鋁的藥物可以治療胃酸過多癥。而氫氧化銅不行，因為反應產生的銅離子過量會引起重金屬中毒。

[提問]那么NaOH、Mg（OH）₂能用于抗酸藥嗎？

[交流匯報]氫氧化鎂是難溶性物質，堿性較弱，可以治療胃酸過多。而氫氧化鈉不行，因為它的堿性太強。

[總結]所以也常選用氫氧化鋁、氫氧化鎂作為治療胃酸過多的藥物。

[提問]由此，請同學們結合上述問題，總結出一般能用作抗酸藥物應該至少具備的特點。

[交流匯報]①堿性物質，能和胃酸發生反應;②堿性不能太強，防止局部濃度過大，對小面積胃造成傷害;③本身及生成物對身體無毒。

環節三：類比學習原理書寫

[實物展示]事實上，人體胃液成分非常復雜，胃酸過多有很多原因，現在實際使用的抗酸類藥物中，有一種藥物的使用率要高于碳酸氫鈉片，老師今天也帶來了。首先請大家看一下鋁碳酸鎂片的說明書。

[提問]達喜（鋁碳酸鎂片）中有效成分的化學式為Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃，4H₂O，仿照Cu₂（OH）₂CO₃[看作CuCO₃·Cu（OH）₂]，Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃·4H₂O可看作什么形式？

[書寫回答]2Al（OH）₃·5Mg（OH）₂·MgCO₃·4H₂O

[提問]鋁碳酸鎂片治療胃酸過多的生成物是什么呢？

[回答]生成物是AlCl₃、MgCl₂、CO₂和H₂O。

[展示方程式]Al₂Mg₆（OH）₁₆CO₃·4H₂O+18HCl==2A1Cl₃+6MgCl₂+CO₂↑+21H₂O

環節四：定量探究效果對比

[提問]同學們已經了解了碳酸氫鈉片和鋁碳酸鎂片的有效成分及抗酸原理，那么對照這兩種抗酸原理的方程式，大家認為可以從哪些共性方面來對比它們的抗酸療效呢？

[交流總結]相同條件下：1.產生二氧化碳的量;

2.一定程度下降低“胃酸”酸度的效果。

[提問]同學們可以設計什么樣的方法來比較兩種胃藥與“胃酸”反應產生二氧化碳的量呢？

[探究1]交流匯報，形成方案。

實驗儀器：膠頭滴管、量筒、藥匙、滴瓶、氣球等。

實驗藥品：研磨后的碳酸氫鈉片和鋁碳酸鎂片、pH=1的稀鹽酸等。

實驗內容：取大小相同的兩個滴瓶，瓶內分別盛有等體積的稀鹽酸（模擬胃酸），兩個滴瓶上都套有一樣的氣球（模擬胃），氣球內分別放有等質量的鋁碳酸鎂片和碳酸氫鈉片，同時將藥品放人滴瓶，觀察現象并記錄，思考獲得相關結論。

[現象]碳酸氫鈉片與“胃酸”反應，氣球很快膨脹;鋁碳酸鎂片與“胃酸”反應，氣球變化不大。

[結論]碳酸氫鈉片產生二氧化碳氣體的量更多。

[提問]下面同學們再來設計實驗探究兩種胃藥降低“胃酸”酸度的效果。

[探究2]匯報交流，形成方案。

實驗儀器：pH傳感器、磁力攪拌器、250mL燒杯等。

實驗藥品：研磨后的碳酸氫鈉片和鋁碳酸鎂片、pH=1的稀鹽酸等。

實驗內容：取一只250mL燒杯，加入約100mL稀鹽酸，插入pH傳感器，先用磁力攪拌器攪拌，連接好電腦，測定出起始pH值;然后分別投入含等質量有效成分的鋁碳酸鎂片和碳酸氫鈉片，用轉子攪拌，觀察反應過程中的“pH-時間”曲線變化。

[現象]依據如圖3“pH-時間”曲線，隨時間變化，鋁碳酸鎂片與“胃酸”反應pH升高較快，pH變化相對較大。

[結論]鋁碳酸鎂片降低“胃酸”酸度的效果更好。

環節五：反思評價回歸生活

[歸納]對照上述兩個定量實驗，請同學們在學案表格上歸納出兩種胃藥的療效對比。

[展示]對比兩種藥物的說明書，從部分適應癥和不良反應來對比今天的實驗，結果是吻合的。

[提問]但鋁碳酸鎂片療效更加綜合。為什么呢？請對照鋁碳酸鎂的化學式及變換形式思考。

[回答]它可以理解為氫氧化鋁、氫氧化鎂、碳酸鎂等物質的復合。就如學過的復合肥、復合材料一樣，將幾種元素或物質復合，就會有更豐富的性質和更多元化的功能和作用。

[小結]所以在合成藥物時，會依據人體的實際情況，有時也會把幾種抗酸物質按一定比例復合，一般情況下比單一成分的抗酸藥物效果要更好。比如鋁碳酸鎂片中的鋁鎂元素就能形成絡合物，保護胃黏膜。

[展示]生活中常見的幾種胃藥。今天對這兩種“抗酸”胃藥的認識主要是從化學角度，其中所含成分還蘊含更多的藥用機理，同時醫療上根據不同情況也會使用“抑酸”胃藥、促胃動力藥、護胃黏膜藥等等，所以在生活中遵照醫囑或按說明書使用藥物十分必要。

三、教學反思

1.學習目標要深層，體現出前瞻性、整合性、發展性，實現素養化

深度學習的學習目標關鍵在于它的深層，它并不是僅僅停留在知識與技能層面的習得，而是要深入并觸及到化學學科的本質。深層首先體現在它的前瞻性。在設計一節課之前要先能夠往遠看、往前看，思考這節課到底要教會學生什么樣的知識，更重要的是以這些知識為載體來發展學生什么樣的學科核心素養。有了科學合理的學習目標就像是龍頭一樣，能引領課堂教學保持正確的方向。深層還體現在它的整合性，深度學習的學習目標是知識、方法、觀念、能力等各維度的整合，就如本課例中明線是選擇和對比抗酸胃藥的成分和療效，實則暗線是建構定性選擇物質成分和利用控制變量法設計定量對比實驗的兩種基本模型。深層更體現在它的發展性，以初中化學核心知識為載體，指向學生對學科思想和方法的理解，指向遷移應用所學知識和方法解決問題的能力。

2.學習情境要深遠，體現出真實性、連貫性、體驗性，實現遷移化

深度學習的學習情境關鍵在于它的深遠。深遠首先體現在它的真實性，本課例中抗酸胃藥的成分選擇與療效對比，就是一個貼近學生認知感受、有內在邏輯的真實情境，能充分調動學生的學習積極性。深遠還體現在它的連貫性，本課例中抗酸胃藥這一情境主題貫穿教學始終，從抗酸胃藥成分的定性判斷再到療效的定量對比，層層遞進，真正體現了真實情境的結構化設計。深遠更體現在它的體驗性，創設的真實情境要易于學生體驗，不僅能引發學生自主感受現實、發現問題、思考交流、解決問題，在這樣的過程中習得新知和鞏固舊知，還要讓學生在研究過程中體驗情感，形成正確的價值觀。好的情境最終一定是可遷移的，學生在一個情境中形成的解決問題的思路及方法一定能幫助他快速熟悉并適應各種新的情境，真正達到舉一反三、觸類旁通。

3.學習活動要深究，體現出挑戰性、實踐性、多樣性，實現結構化

深度學習的學習活動關鍵在于它的深究。深究首先要體現出活動的挑戰性，初中生好奇心強、探究欲強，但沒有思維含量的活動是機械低效且索然無味的，根本無法引起學生的興趣，所以挑戰性是活動有效開展的前提。抗酸胃藥的情境既來源于課本又高于課本，具有挑戰性和適切性，能讓學生深度參與并獲得深刻體驗。深究還要體現出活動的實踐性。實驗探究是一種重要的科學實踐活動，是化學學科核心素養的構成要素之一。本課例中兩種抗酸胃藥療效的對比實驗的設計與操作就是一個很好的范式，學生在對比實驗中注重控制變量，在定量實驗中注重數據對比，通過氣球的膨脹程度和“pH-時間”曲線變化這些證據的收集與推理，證實了鋁碳酸鎂片的療效要優于碳酸氫鈉片。深究更要體現出活動的多樣性，本課例中兩種抗酸胃藥療效的對比都是通過實驗得出的，其實也有同學主動提出可以根據方程式的定量計算。化學課堂的活動不僅僅局限于實驗探究，要設計出多種活動形式盡可能使每個學生各得其所。

4.學習評價要深刻，體現出一致性、即時性、激勵性，實現生本化

深度學習的學習評價關鍵在于它的深刻。深刻首先要體現出評價的一致性，評價的內容和形式要與深度學習目標相契合，落實化學學科核心素養。深刻還要體現出評價的即時性，在課堂的師生、生生互動中，即時的點評與反饋顯得尤為重要，這是課堂生成性資源誕生的催化劑。深刻更要體現出評價的激勵性，教師要善于捕捉學生在課堂表現中的閃光點，不失時機地給不同層次的學生以充分的肯定、激勵和贊揚，這樣學生才能大膽地進行自我表達，也能提升課堂評價的頻次和場域。學習評價的對象是學生，基于學情的評價設計才是尊重學生、尊重課堂的落腳點，生本化的評價是教學的歸宿也是新的起點，周而復始，循而往復。