基于化學學科理解的“換個角度看世界”教學設計

李俊紅

摘要： 以“換個角度看世界”復習課教學為例，基于化學學科理解，抽提出元素和原子、分子的認識視角，將物質的組成、結構、分類和變化等具體化學知識與“宏微辨析”、“模型認知”等化學學科核心素養相聯系，建構基于元素和原子、分子的物質組成、結構、分類和變化的認識思路，促進化學學科核心素養落地于化學復習課的課堂教學。

關鍵詞： 化學學科理解; 化學學科核心素養; 換個角度看世界; 教學設計

文章編號： 10056629（2020）05004605

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

“換個角度看世界”是學生上完人教版（2011年）九年級《化學》上冊的一節復習課，復習內容主要涉及義務教育化學課程標準[1]一級主題“物質構成的奧秘”和“物質的化學變化”中的9個基本概念： 元素、原子、分子、純凈物、混合物、單質、化合物、物理變化和化學變化。這些概念是初中化學的核心知識，承載著“通過具體化學知識和概念的學習，促進學生化學學科思想和基本觀念的形成”[2]的素養發展功能。查閱現有的“換個角度看世界”和“物質構成的奧秘”復習課文獻，多數是基于化學觀念建構視角的概念或主題復習，如張彩玲[3]通過宏觀概念辨析、微觀模型探究和符號表征變化，幫助學生構建微粒觀;沈芳[4]則以二氧化碳為例復習物質的組成、結構、分類、變化和性質，促進學生掌握“見著知微、見微知著”的學習方法;吳良根[5]從構成物質的微粒、原子的結構、微粒的性質、微粒的變化四方面巧用模擬圖像，化解物質結構學習困難;詹發云[6]提出化學概念復習三策略： 通過實驗導入樹立微粒觀、直觀展示建立變化觀、概念圖表樹立物質觀。然而很少有人基于化學學科理解，利用化學認識視角把9個概念串聯起來，形成認識視角和認識對象關聯的結構化，實現化學概念（知識）向學科核心素養的轉化。為此，本（復習）課試圖進行基于化學學科理解的教學設計，提供課堂教學案例參考，與同行共同探討。

1 化學學科理解

為開展基于學生化學學科核心素養發展的課堂教學，要求教師須進一步增進化學學科理解。化學學科理解是指教師對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結構化的認識[7]。化學學科理解的本原性方式，要求教師對化學知識進行本原性思考，抽提出學科本原性問題;化學學科理解的結構化方式，要求教師能將化學知識關聯起來，形成有機的整體[8]。據此，基于化學學科理解的本課教學內容歸納如圖1所示。

2 設計思路

本課通過復習元素、原子、分子、混合物、純凈物、單質、化合物、物理變化和化學變化等9個基本概念，旨在幫助學生建構物質組成、結構（微觀構成）、分類和變化（性質）與元素和原子、分子的認識視角的關聯，形成“結構決定性質”的學科觀念，培養宏微結合、模型認知的學科思維，樹立“見著知微”的學科思想。基于化學學科理解的化學教學，要求教師在化學課堂教學中重視學科本原性問題的凝練，重視認識視角和認識思路的建構[9]。

2.1 學科本原性問題的凝練

本課以學生熟悉的化學反應（過氧化氫制氧氣）創設“大象牙膏”和水的對比實驗情境，通過學生對實驗現象產生的視覺震撼差異，凝練出3個學科本原性問題： 什么物質發生了什么變化、物質為什么會發生變化和怎樣看待物質及其變化，由此產生本課要解決的3個學科問題。教學情境、學科本原性問題和學科問題的關系見圖2。

2.2 化學認識視角的抽提

所謂化學認識視角是指對物質及其變化的特征及規律進行認識的側面、角度或切入點[9]。化學認識視角能夠引發與拓展深入思考并能進行廣泛遷移，化學認識視角的抽提，直接決定著化學學科核心素養能否在化學課堂上有效落地[10]。本課要復習的9個基本概念的認識視角要求，分布在義務教育教科書人教版（2011年）九年級《化學》上冊的第一至第六單元，認識對象（基本概念）在不同單元有不同層級的認識視角要求，呈現螺旋式上升的發展趨勢。例如，對“物理變化、化學變化”的認識，教材第一單元是從宏觀物質的角度，第三單元上升到微觀分子、原子的角度，第四單元為驗證水的組成的實驗，第五單元則是質量守恒定律及書寫化學方程式，對化學變化的認識從物質改變、元素不變的定性水平發展到分子改變、原子不變的定量水平。關于物質的分類，對“純凈物、混合物”的認識，教材第二單元是基于物質組成的種類，第三單元是基于構成物質的分子種類，第四單元上升到基于構成物質的分子種類的模型認知，第六單元進一步發展到同種元素可以組成混合物（碳單質的多樣性）、同種原子排列方式不同可以形成同素異形體（金剛石、石墨和C60）的認知層級;對“單質、化合物”的認識，教材第四單元是從元素的角度到分子、原子的模型認知再上升至元素化合價的角度。

認識視角之間也并非孤立的，從宏觀上，元素組成物質，從微觀上，分子、原子構成物質，而物質及其變化是化學研究的對象，由此抽提出本課認識物質組成、結構（微觀構成）、分類和變化（性質）的認識視角——元素和原子、分子。“換個角度看世界”即是從元素和原子、分子的角度認識物質的組成、結構（微觀構成）、分類和變化（性質），認識角度和認識對象的關聯就是本課要解決的問題。

2.3 化學認識思路的建構

所謂化學認識思路是指對物質及其變化的特征及規律進行認識的程序、路徑或框架。化學認識視角解決了“從哪兒想”的問題，化學認識思路解決的是“怎么想”的問題。化學認識思路一旦形成，就會啟發和指導學生化學思維的路徑，幫助學生形成解決陌生情境下復雜化學問題的分析框架[11]。例如，本課中認識視角（元素和原子、分子）和認識對象[物質的組成、結構（微觀構成）、分類和變化]的關聯即為認識思路，本課要建構的認識思路見圖3。有了認識思路，學生就有了解決問題的基本途徑，從而進行遷移和應用。

3 板塊功能

“素養為本”化學課堂的教學設計，應注重基于化學課堂教學板塊和化學學習任務的具體設計[12]，構成一節化學課的一個個“小的整體”稱為“化學課堂教學板塊”，簡稱“板塊”。化學課堂教學板塊的設計應明確每個板塊及板塊連接的素養功能定位[13]。本課設計的教學板塊、板塊間連接的素養功能及其定位見圖4。

4 教學過程

本課通過創設分別在30%過氧化氫溶液和水中加發泡劑和碘化鉀的對比實驗（師生共同完成），利用帶火星的木條檢驗生成的氣體，引發3個問題的探討： 如何從分子、原子的角度區分物理變化和化學變化;如何基于模型認知從元素守恒、物質分類的角度解釋過氧化氫能分解生成氧氣，并能從物質微觀結構的角度解釋過氧化氫和水的化學性質不同的原因;如何建構基于元素和原子、分子的視角認識物質組成、結構（微觀構成）、分類和變化的認識思路。最后，運用建構的認識思路解決問題，測評素養的達成水平。本課設計的教學過程主要分為4個教學板塊，每個教學板塊由若干學習任務組成。教學板塊、學習任務和教學目標的關系見圖5。

5 評價與反思

本課例為我校承辦的福建省義務教育教改示范性建設項目“基于核心素養構建陽光課程體系實踐研究”的區級教改匯報課，有幸得到廈門市教育科學研究院正高級教師傅興春院長的聆聽與點評： 本課復習教學沒有局限于常規的概念辨析、知識點落實和題海戰術，教師能看到教學內容的學科價值，教給學生重要的化學思維方式即微觀視角看宏觀物質及其變化，通過認識視角巧妙地將本課要復習的9個基本概念串起來，形成一個有機整體;教師通過創設“大象牙膏”和水的對比實驗，在視覺震撼的差異中引發學生認知沖突，設計的問題有一定的思辨性，通過建構認識視角和認識對象之間的關聯，從知識教學走向觀念和素養的培育。例如，基于模型認知對過氧化氫、氧氣和過氧化氫溶液進行分類，分析過氧化氫能生成氧氣的原因，建構了物質分類觀和元素守恒觀，基于模型認知區分過氧化氫和氧氣中氧元素的化合價，拓展了物質分類的認識視角，同時為高中價類二維認識物質及其變化做了相應儲備;本課教師適時利用希沃同屏技術展示學生課堂生成，注重“教、學、評”一體化的實施，設計的課堂練習注重學生觀念和素養的測評。例如，通過比較汽油中兩種物質的分子結構模型書寫對應物質的化學式，得出化學式相同可以是不同物質，物質結構不同則性質不同，暴露了學生的前認知障礙和結構觀的認知水平;認識思路結構化的教學難點有所突破，教師采用搭建框架、提供示例、小組討論等方法，引導學生形成認識物質世界的化學視角和思路，獲得解決問題的知識，形成在陌生情境中遷移和應用這些知識的關鍵能力。

此外，本課通過對授課學生前測和后測（均為53人）的數據對比： 能區分物理變化和化學變化的準確率由86.8%上升至98.1%，其中能從分子、原子視角區分的準確率由26.4%上升至39.6%;用微觀模型圖示物理變化和化學變化的準確率由15.1%上升至62.3%;能畫出混合物的微觀構成的準確率由35.8%上升至81.1%;能運用“反應前后元素不變”的觀點分析物質化學性質的準確率由32.1%上升至35.8%;能運用“結構決定性質”的觀點解釋物質性質的準確率由7.5%上升至39.6%。需要說明的是，數據的可靠性可能會因前后測試題目的難易程度無法做到完全對等而略受影響。分析數據結合課后訪談，發現學生在微觀圖示物理變化和化學變化方面較前有良好的表現，可見2人小組用卡紙模型拼擺過氧化氫分解和分離液態空氣制氧氣的微觀變化過程，以及獨立畫出氧氣、過氧化氫及其溶液微觀構成的學習方式，讓學生印象深刻、留存持久，正如學生所言“擺變化過程，我對物理變化和化學變化中什么變了、什么沒變有了清晰的認識;畫分子模型，是一種相當直觀且十分有趣的方法，像是讓化學式‘活了起來”。同時也發現，通過此課學生并沒有完全形成判斷物質變化的微觀視角，自覺自發地運用元素守恒觀和結構觀解釋物質的化學性質方面也沒有突飛猛進的變化，可見微觀視角看宏觀物質變化的思維方式以及化學觀念的形成并非一節復習課可以達成，觀念和素養的培育應貫穿整個教學過程，任重而道遠。

參考文獻：

[1][2]中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2011版）[S]. 北京： 北京師范大學出版社， 2012.

[3]張彩玲. 基于微粒觀構建“換個角度看世界”主題復習教學設計[J]. 化學教學， 2013， （6）： 28～32.

[4]沈芳. 促進初中生建構物質微粒觀的教學設計——以“見著知微、見微知著”復習課為例[J]. 云南化工， 2018， 45（12）： 29～31.

[5]吳良根. 巧用模擬圖像， 化解物質結構學習困難——以“物質構成的奧秘”復習課教學為例[J]. 教育研究與評論， 2016， （8）： 41～45.

[6]詹發云. 基于學科素養的化學概念復習教學策略設計——以《物質構成的奧秘》主題復習為例[J]. 中小學教學研究， 2018， （7）： 73～77.

[7]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[8][10]鄭長龍. 化學學科理解與“素養為本”的化學課堂教學[J]. 課程·教材·教法， 2019， 39（9）： 120～125.

[9][11][12][13]鄭長龍， 孫佳林. “素養為本”的化學課堂教學的設計與實施[J]. 課程·教材·教法， 2018， 38（4）： 71～78.