培養學生化學核心素養的小專題教學案例分析

楊志杰 杭偉華

關鍵詞：單元教學;大情境;小問題;核心素養

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出：普通高中化學課程是提升學生核心素養的重要載體，化學學科核心素養是化學學科育人價值的集中體現，是學生通過科學學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力，是學生終身學習和發展的重要基礎。

目前，化學教學中落實化學學科核心素養還存在一定的缺憾：以一課時為單位單獨設計教學而造成知識不連貫、結構不完整;單元設計中每一個知識點的落實都各自為政從而失去了單元整體設計的意義等，這些問題的存在都不利于我們培養學生的化學核心素養。因此基于教學的“啟發性原則”和“循序漸進原則”，我們可以先運用“大情境”將整個單元的知識聯系起來，形成啟發學生學習和探究的整體框架，再將“大情境”分解為若干“小問題”，學生以“任務”的形式，逐步解決這些“小問題”。這樣的設計不僅注重知識之間的內部聯系與邏輯關系，突出知識的生成性與整體性，而且能使學生在思考和解決任務的實踐中學科核心素養得到培育與提升，突出學生的主體性。

基于此，筆者以“氧化還原反應”這一單元的設計為例，通過“大情境、小問題、重任務、育素養”的設計理念進行設計與實踐。

一、“大情境”與教學目標的確立

1.“大情境”的確立

普通高中化學課程標準必修課程“主題2：常見的無機物及其應用”中的“2.2氧化還原反應”的內容標準是：認識有化合價變化的反應是氧化還原反應，了解氧化還原反應的本質是電子的轉移，知道常見的氧化劑和還原劑。

本單元依次從“得失氧”“化合價變化”和“電子轉移”角度分析“氧化還原反應”的原理，使知識呈螺旋式上升趨勢。在此基礎上理清楚5對概念的關系：氧化劑與還原劑、氧化產物與還原產物、氧化反應和還原反應、被氧化和被還原、氧化性和還原性，以及它們與化合價、電子轉移的對應關系，學會用雙線橋（單線橋）表示，并探尋氧化還原反應的基本規律：電子守恒規律和反應先后規律，并以氧化還原反應的配平和氧化性、還原性強弱比較為例，進行規律應用。

高中學生的思維能力已經接近成年人，辯證思維也迅速發展，處于具體思維向抽象思維發展的前期，這為理解和掌握“氧化還原反應”的系統知識以及內部關系奠定認知基礎。

由以上分析可以看出，氧化還原知識較為抽象，而學生的抽象思維能力處于發展的前期，因此，教學中需要引入與生活密切相關的“大情境”，基于這一考慮，本文確立以學生熟悉的生活情境“水果榨汁”為單元教學的“大情境”。

2.單元教學目標

建構主義教學理論強調學生的主體地位，重視教學過程中的互動與體驗，強調知識體系的構建。建構主義運用學生已有的知識與經驗，在此基礎上實現對知識體系的意義建構，使學生實現對新知識的客觀認知。教學是建立在一定的情境中的，教師可以根據教學目標與教學內容，創設相關的教學情境，學生在真實的情境中接觸與體驗到化學現象與本質，可以幫助他們更好地理解化學反應過程的原理，并鼓勵學生主體參與到情境中，使其主動探索與感受知識形成的過程，發展學生的學科核心素養。

基于以上“建構主義”理論及相關思考，確定如下教學目標：

【課時1教學目標】能從“蘋果汁變色”等生活現象人手，進行氧化還原反應知識的科學探究，通過證據推理，逐步將氧化還原反應的概念從“特征”推向“本質”，以此來發展學生“科學探究”“證據推理”和“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養能力。

【課時2教學目標】能從“蘋果與檸檬混榨不易變色”入手，分析“氧化劑與還原劑、氧化產物與還原產物、氧化反應和還原反應、被氧化和被還原、氧化性和還原性”等概念的關系，并能用“雙線橋”表達相應關系，以此來發展學生“辯證唯物主義思想”以及“證據推理”和“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養能力。

【課時3教學目標】能從“蘋果與檸檬混榨久置顏色變深”入手，分析得出氧化還原反應的先后規律，并且通過設計實驗驗證規律;利用“單線橋”分析氧化還原反應中“微觀電子”的去向，分析得出“電子守恒”規律，并能將其應用于氧化還原反應方程式的配平，以此來發展學生的“證據推理”“科學探究與創新意識”和“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養能力。

二、單元設計構想

本單元教學的知識進階為：氧化還原反應的概念形成（對應課時1）→概念關系與表示方法（對應課時2）→基本規律及應用（對應課時3）。

本單元教學的方法進階為：演示實驗與推理求證（對應課時1）→宏微結合與唯物辯證（對應課時2）→設計實驗與歸納遷移（對應課時3）。

本單元教學的素養進階為：科學探究一宏觀辨識一微觀探析—證據推理—創新意識。

本單元分解為3個課時，整體構思如下（圖1）：

1.氧化還原反應概念形成

大情境——鮮榨蘋果汁為什么會變色？

課堂上，利用榨汁機現場榨蘋果汁，并將剛榨出來的蘋果汁用若干小燒杯盛裝，分給學生，讓學生進行觀察。蘋果汁很快顏色變深，引發學生思考：鮮榨蘋果汁為什么會變色？

信息提示：發生色變反應主要是這些植物體內存在著酚類化合物。例如：多元酚類、兒茶酚等。酚類化合物易被氧化成醌類化合物，即發生變色反應變成黃色，隨著反應的量的增加顏色就逐漸加深，最后變成深褐色。

結合信息提示，學生得出結論：蘋果汁的某些成分被氧氣氧化了，形成了顏色更深的新物質。從而引出本節課的主題：氧化還原反應。

著名化學家拉瓦錫在他的著作《化學基礎論》中有這樣一段描述：與氧化合的反應稱為氧化反應，含氧化合物失氧的反應稱為還原反應。以此來進一步引發學生的思考，并質疑：氧化還原反應一定要有氧參與嗎？通過反例推翻拉瓦錫的定義，并總結得出：有化合價升降的反應稱為氧化還原反應。

著名化學家凱庫勒1867年提出“化合價”的概念，此“化合價”只有數值沒有正負之分，因此讓學生探討凱庫勒“化合價”的優缺點，思考并得出化合價升降的原因是電子的轉移。

這樣，氧化還原反應概念的形成經歷了：“得失氧——化合價升降——電子轉移”這一過程，從宏觀辨識到微觀探析，從科學探究到證據推理。具體教學流程如下（圖2）：

設計意圖：教學以“鮮榨果汁為什么會變色？”為問題大情境，通過4個小關聯問題引導學生從“生活現象”逐步深入，探究“氧化還原反應”的特征與實質，整堂課設計“由淺入深”“由宏觀到微觀”“由生活到科學”，步步推理、層層遞進，既能激發學生興趣，又能便于學生發現知識、理解知識，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理”和“科學精神”等相關學科素養。

2.概念關系與表示方法

大情境——蘋果與檸檬混榨為什么不易變色？

課堂上，利用榨汁機，將蘋果與檸檬混榨，并將混合果汁用若干小燒杯盛裝，分給學生，讓學生進行觀察。果汁顏色短時間內沒有明顯變化，引發學生思考：蘋果與檸檬混榨為什么會變色？

信息提示：檸檬汁中富含維生素C，維生素C很容易被氧化。

結合信息提示，學生得出結論：空氣中的氧氣與維生素C發生了氧化還原反應，從而蘋果汁被暫時保護起來了。

進一步分析得出：氧氣在反應中把維生素C氧化，充當氧化劑，體現氧化性，被維生素C還原，發生還原反應;維生素C在反應中把氧氣還原，充當還原劑，體現還原性，被氧氣氧化，發生氧化反應。

究其本質得出，氧氣在反應中化合價降低，得到電子;維生素C在反應中化合價升高，失去電子。并用雙線橋表示電子轉移及氧化還原反應關系。

這樣，學生通過宏微結合與證據推理，最終構建了：氧化劑一降、得、還;還原劑一升、失、氧，這一氧化還原反應關系圖。具體教學流程如下（圖3）：

設計意圖：教學以“蘋果與檸檬混榨為什么不易變色？”為大情境，這是第一課時“蘋果榨汁”的延續與深化。進一步引導學生探討氧化還原反應概念關系，并從“角色一變化一表達”這樣的“宏一微一符”順序展開教學。課堂結構完整，思維嚴密，邏輯嚴謹，有利于發展學生“宏觀辨識與微觀探析”和“證據推理”等相關學科核心素養。

3.基本規律及應用

大情境——蘋果與檸檬混榨，久置后為什么顏色變深？

承接上節課，將久置的蘋果與檸檬混合汁展示給學生，讓學生進行觀察。引發學生思考：蘋果與檸檬混榨，久置后為什么顏色變深？

結合前兩節課所學知識，學生得出：可能是氧氣氧化了維生素C之后，繼續氧化蘋果汁中的酚類化合物，結果造成顏色變深。

進一步分析得出：維生素C和酚類化合物均具有還原性，氧氣之所以先氧化維生素C是因為維生素C的還原性強于酚類化合物，從而引出氧化還原反應的先后規律，并設計實驗驗證氧化還原反應的先后規律。

用單線橋表示電子轉移情況，引出氧化還原反應的電子守恒規律，并將電子守恒規律應用于氧化還原反應方程式的配平。

這樣，學生基本形成氧化還原反應的兩大基本規律：反應先后規律和電子守恒規律。具體教學流程如下（圖4）：

設計意圖：教學以“蘋果與檸檬混榨，久置后顏色變深”為大情境，與第二課時一脈相承，繼續從生活實例入手，將學生依次帶進“氧化還原反應先后規律”和“電子守恒規律”。并將其分別應用于設計實驗和氧化還原反應方程式的配平，理論與實踐相結合，宏觀辨識與微觀探析相結合，科學探究與證據推理相結合，從而發展學生的相關學科核心素養。

三、設計意義和優勢

以“大情境、小問題、重任務、育素養”這樣的設計理念為指導，通過“氧化還原反應”這一單元的設計與實踐，總結與提煉出如下優勢：

1.提煉單元主題，指導課時教學

一個單元便是一類知識的聚集，教學中有效提煉單元主題將有利于知識的整合，有利于學習情境的創建，有利于學生認知結構的構建。

本單元教學提煉出的大主題是“水果榨汁”，以此引出“果汁顏色變與不變”的三個大問題，將整個單元分成三個不同的教學階段（氧化還原反應概念形成一概念關系與表示方法一基本規律與應用遷移），相當于三個課時，這樣，三個課時既是一個“大情境”主題下的整體，又是不同若干“小問題”下的個體。每一課時知識進階不同、教學方法不同、素養培育的層次不同，但每個教學階段都有清晰而嚴密的境脈，都為大主題服務。

2.知識結構完整，素養呈現清晰

以單元為設計單位進行教學設計，知識結構完整，知識之間的內部聯系和邏輯關系明確，相應學科核心素養呈現清晰。

本單元依次從得失氧、化合價變化和電子轉移的角度“科學探究”氧化還原反應的原理，使知識從表面特征逐步推向本質。在此基礎上逐步厘清了：“氧化劑與還原劑、氧化產物與還原產物、氧化反應和還原反應、被氧化和被還原、氧化性和還原性”這五對概念的“宏觀辨識”，以及它們與化合價、電子轉移對應關系的“微觀辨析”，學會了用雙線橋（單線橋）表示電子轉移情況，通過“證據推理”氧化還原反應的基本規律：電子守恒規律和反應先后規律，并以氧化還原反應的配平和氧化性、還原性強弱比較為例，進行了規律應用。整個過程完整呈現了氧化還原反應相關知識，在情境與任務的完成過程中，培養學生“創新意識”。

如果推廣到其它單元的設計，也非常容易做到“知識結構完整，素養呈現清晰”，因此這種單元設計的做法容易推廣，也值得推廣。

3.情境貼近生活，激發學習動機

單元教學中選取貼近生活的“大情境”能夠充分吸引學生的注意，提高學生學習的興趣，激發學生的學習動機。

本單元教學圍繞貼近生活的“水果榨汁”這一大情境展開，依次通過“蘋果汁變色”“蘋果與檸檬混榨不易變色”和“蘋果與檸檬混榨久置顏色變深”三個同一情境不同階段呈現的問題逐步展開教學，面對“果汁顏色的變與不變”，學生表現出濃厚的學習興趣，被充分調動的好奇心激發了學生的學習動機，促使學生一直處于思維活躍階段，為啟發式教學的順利開展提供良好基礎。

如果推廣到其它單元的設計，大多數單元也能找到貼近生活的“大情境”，比如“氯及其化合物的性質”可以選用“漂白粉的使用、失效、危害”來分別展開教學等，因此這一做法的推廣的價值顯而易見，并且也較為容易。

4.任務循序漸進，素養教學落地

人們對客觀事物的認識，有一個由簡到繁，由低級到高級，由直觀到抽象的循“序”過程，人們對任何事物都不可能一步就達到對其本質的認識。因此，在教學中應充分尊重學生的認知規律，按照“循序漸進原則”進行教學設計。

本單元從“水果榨汁”的大情境出發，先按不同階段將“大情境”一分為三：“蘋果汁變色”“蘋果與檸檬混榨不易變色”和“蘋果與檸檬混榨久置顏色變深”，然后針對每一階段的果汁顏色變化，分解為四到五個“小問題”，這樣任務情境由大到小，逐層分解，每一層都蘊含不同的知識，都承載培養素養的不同功能，知識逐層展開，循序漸進，素養分層達成，梯次推進。

借助于“大情境、小問題、重任務、育素養”的形式來創新教學設計，探究每個單元的本質特征和內在規律，建構出化學教學模式，能培養學生嚴密的邏輯思維和遷移創新的高階思維，發展學生既有廣度又有深度的學科認識能力，這是化學教學成熟的現實路徑，也將會為提煉學科素養內涵找到一條現實有效的路徑，因此具有較高的推廣價值。