指向化學(xué)核心素養(yǎng)養(yǎng)成的深度學(xué)習(xí)課堂教學(xué)

張建海

摘要：以“活潑的金屬單質(zhì)--鈉”的教學(xué)為例，首先構(gòu)建研究物質(zhì)性質(zhì)的簡易模型并進(jìn)行簡單運(yùn)用，培養(yǎng)學(xué)生的模型建構(gòu)意識和模型應(yīng)用意識;進(jìn)而基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行證據(jù)推理并將各種分析要素顯性化，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理能力和分析要素顯性化意識;最后通過預(yù)測和真實(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象之間的矛盾引導(dǎo)學(xué)生由宏觀辨識走向微觀探析、由“誰強(qiáng)誰先”的一般認(rèn)識到“遇誰誰先”的辯證認(rèn)識的深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng);模型建構(gòu);證據(jù)推理;顯性化;深度學(xué)習(xí)

文章編號：1008-0546（2022）10-0076-03中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

一、課題設(shè)計思想和理念

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》指出元素及物質(zhì)的教與學(xué)“要結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究”，更要“從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理，預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化過程，并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象”[1]。

所以，教師們必須盡力創(chuàng)造現(xiàn)實(shí)情景和實(shí)踐活動，特別是對于某些易被忽視、想當(dāng)然甚至產(chǎn)生爭議的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生從微觀層面進(jìn)行探析，能深入認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力。

二、教學(xué)設(shè)計過程

1.課程標(biāo)準(zhǔn)分析

元素及物質(zhì)的基礎(chǔ)知識是學(xué)生化學(xué)類比遷移能力的重要基石，是提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和訓(xùn)練學(xué)生創(chuàng)新能力的主要載體;基于元素及物質(zhì)的基礎(chǔ)知識的學(xué)習(xí)，是學(xué)生由描述性認(rèn)識向?qū)W科能力和學(xué)科素養(yǎng)轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵過程。

學(xué)生在“通過情境和實(shí)驗(yàn)認(rèn)識金屬單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)，覺察化學(xué)變化能實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化，認(rèn)識物質(zhì)轉(zhuǎn)化在資源整體運(yùn)用和保護(hù)中的重大社會價值”[2]的過程中，把知識和認(rèn)知方式轉(zhuǎn)化成發(fā)現(xiàn)問題和對問題處理的能力，從而建立基于元素及物質(zhì)基礎(chǔ)知識的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.教材分析

本節(jié)課選自人教版《化學(xué)1（必修）》第二章“海水中的重要元素——鈉和氯”第一節(jié)“鈉及其化合物”第1課時“活潑的金屬單質(zhì)——鈉”。

鈉是一個很典型的金屬單質(zhì)，也是學(xué)生在高中階段應(yīng)該掌握的第一個金屬單質(zhì)。它作為對無機(jī)金屬物質(zhì)認(rèn)識學(xué)習(xí)的起始，是絢麗多彩的物質(zhì)世界的開門之物，起著承上啟下的重要作用。

鈉及其化合物的基礎(chǔ)知識既能夠?yàn)榈谝徽挛镔|(zhì)分類與轉(zhuǎn)化、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等基本概念與理論的掌握補(bǔ)充感性材料，其學(xué)習(xí)的過程、方法及思維方式對于后面的其他金屬單質(zhì)和金屬元素化合物的學(xué)習(xí)也有著很大的指導(dǎo)意義。

3.學(xué)情分析

學(xué)生們在初中階段曾經(jīng)學(xué)習(xí)了幾個常見金屬單質(zhì)的物理性質(zhì)，并學(xué)會了金屬活動性順序表及其簡單應(yīng)用：如金屬單質(zhì)與酸的反應(yīng)，金屬單質(zhì)與鹽溶液的反應(yīng)等;知道了原子結(jié)構(gòu)與物質(zhì)性質(zhì)之間的簡單關(guān)聯(lián)。上一章又學(xué)習(xí)了物質(zhì)分類與轉(zhuǎn)化、離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等基本概念和理論，同時也掌握了必要的實(shí)驗(yàn)技能，但設(shè)計實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究的能力不足，對未知物質(zhì)可能具有的性質(zhì)的預(yù)測尚缺乏合理的分析思路和方法，對于元素化合物知識的學(xué)習(xí)主要還是以記憶性、機(jī)械性的方式，沿著性質(zhì)、制備、保存、檢驗(yàn)、用途這樣的傳統(tǒng)路線來學(xué)習(xí)，不利于學(xué)科體系和學(xué)科思維的形成。

4.教學(xué)過程

首先，通過情景創(chuàng)設(shè)，環(huán)節(jié)設(shè)置，依托金屬鈉與氧氣的反應(yīng)幫助學(xué)生構(gòu)建學(xué)習(xí)元素化學(xué)的一般模式，使學(xué)生能對元素化學(xué)的學(xué)習(xí)過程及方法有整體認(rèn)識。

教學(xué)環(huán)節(jié)一：模型建構(gòu)、方法提升

實(shí)施過程如圖1所示。

該教學(xué)環(huán)節(jié)的處理需要注意：①引導(dǎo)學(xué)生能從微觀原子結(jié)構(gòu)和宏觀物質(zhì)類別或類比的角度去預(yù)測金屬鈉的性質(zhì);②結(jié)合鈉與氧氣在常溫下的反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生能從空氣成分以及金屬鈉表面的現(xiàn)象變化分析出是氧氣與鈉發(fā)生了反應(yīng)，強(qiáng)調(diào)實(shí)驗(yàn)過程中的觀察與分析缺一不可，甚至很多時候還得做補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步確證產(chǎn)物;③結(jié)合鈉在空氣中加熱的現(xiàn)象，使學(xué)生認(rèn)識到預(yù)測往往是片面甚至是錯誤的，從而強(qiáng)調(diào)化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，實(shí)驗(yàn)可以幫助我們進(jìn)一步擴(kuò)展與修正理論。另外通過鈉在空氣中加熱的現(xiàn)象的復(fù)雜性，強(qiáng)調(diào)如何能夠更全面地觀察到實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，梳理觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的角度和注意點(diǎn);④最后通過學(xué)生對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的描述和反應(yīng)方程式的書寫，構(gòu)建完整的學(xué)習(xí)元素化學(xué)的一般模式;⑤“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。[1]所以，在教學(xué)過程中不管是知識學(xué)習(xí)還是方法的學(xué)習(xí)，都要注意結(jié)構(gòu)化和顯性化。在具體的教學(xué)中，我們要通過板書把上述模型在黑板上進(jìn)行結(jié)構(gòu)的顯性化。

其次，元素化學(xué)的學(xué)習(xí)，以實(shí)驗(yàn)多、現(xiàn)象多、性質(zhì)和反應(yīng)多為顯著特征，這其中對于現(xiàn)象的觀察并以此為證據(jù)進(jìn)而推理出相關(guān)物質(zhì)的性質(zhì)和反應(yīng)是化學(xué)的核心素養(yǎng)之一。我們在第一節(jié)元素課的教學(xué)中，同樣需要把這種基于證據(jù)的推理和分析要素進(jìn)行顯性化。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：情境再現(xiàn)證據(jù)推理

在本節(jié)課的教學(xué)，可以采用情境再現(xiàn)的方式，在課前教師先把所有的實(shí)驗(yàn)操作一遍，并用錄像的方式記錄下來，然后通過后期處理把實(shí)驗(yàn)過程的重要環(huán)節(jié)和重要實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在課堂上展示出來，這樣可以給學(xué)生提供充足的證據(jù)來進(jìn)行推理和分析。當(dāng)然也可以讓學(xué)生先結(jié)合自己觀察到的現(xiàn)象進(jìn)行推理，然后再進(jìn)一步展示某些可能容易被忽略的實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)，深化學(xué)生對證據(jù)重要性的認(rèn)識。如鈉在空氣中加熱時先熔成小球且表面有白色物質(zhì)生成這一現(xiàn)象往往很容易被同學(xué)們忽視，通過展示相應(yīng)圖片，可以讓學(xué)生認(rèn)識到過氧化鈉的生成可能有兩種途徑：①氧氣與金屬加熱直接生成，②氧化鈉與氧氣加熱生成。事實(shí)上這兩種途徑都是可行的。再比如鈉與水的反應(yīng)，通過視頻慢放可以發(fā)現(xiàn)，當(dāng)鈉塊剛投入水中時，在鈉塊表面會吸附氣泡，而當(dāng)鈉塊熔成小球后反而看不到氣泡了，這時可以引導(dǎo)學(xué)生思考?xì)馀菪纬尚枰鯓拥臈l件，并進(jìn)而讓學(xué)生預(yù)測“水+酚酞+石蠟油+鈉塊”的反應(yīng)現(xiàn)象，然后演示，通過上述的教學(xué)過程，學(xué)生的課堂獲得感十分強(qiáng)烈。

再次，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究的同時，通過總結(jié)物質(zhì)性質(zhì)、構(gòu)建物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系，厘清性質(zhì)與轉(zhuǎn)化之間的認(rèn)識視角與途徑，在實(shí)際問題的解決過程中進(jìn)一步遷移學(xué)科知識、認(rèn)識思維的方式與方法，有助于學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

教學(xué)環(huán)節(jié)三：運(yùn)用模型激發(fā)矛盾深度學(xué)習(xí)

通過金屬鈉與水以及硫酸銅溶液的反應(yīng)探究，不斷地遷移運(yùn)用前面環(huán)節(jié)構(gòu)建的學(xué)習(xí)元素化學(xué)的模型，并且在遷移運(yùn)用的過程中產(chǎn)生預(yù)測與實(shí)際實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象部分相同或完全不同的情況，啟發(fā)學(xué)生思考，使學(xué)生的學(xué)習(xí)向深度進(jìn)行，提高素養(yǎng)養(yǎng)成的水平。如圖2所示。

該環(huán)節(jié)的教學(xué)需要注意：①熔融體系的反應(yīng)作為課堂演示實(shí)驗(yàn)存在一定的安全隱患，故教師可事前做好實(shí)驗(yàn)并錄像，同時需要顯化實(shí)驗(yàn)過程和實(shí)驗(yàn)證據(jù)。筆者通過把金屬鈉置于石棉網(wǎng)上然后蓋上無水硫酸銅粉末（可用烘箱控溫脫水），然后再蓋上一個新的坩堝蓋，接著加熱，可以發(fā)現(xiàn)會劇烈反應(yīng)，同時在鍋蓋上有紅色物質(zhì)析出，放置1-2天后，紅色物質(zhì)部分變綠。通過這些證據(jù)，學(xué)生能很好地認(rèn)同該條件可以置換出銅。②鈉與惰性非水溶劑的反應(yīng)，筆者是用的CuBr2的丙酮飽和溶液滴在剛切開的金屬鈉表面，可以看到金屬鈉表面很快析出黃色物質(zhì)，這里需要注意的是，對于學(xué)生而言，限于所學(xué)知識的階段性，應(yīng)該可以得出結(jié)論是金屬Cu，而且經(jīng)證實(shí)是有Cu的。不過對于教師而言，應(yīng)該還需要考慮到丙酮的烯醇式可與鈉反應(yīng)得到相應(yīng)的鈉鹽，另外丙酮也可能進(jìn)一步縮合。所以該環(huán)節(jié)的教學(xué)不僅可以引發(fā)學(xué)生的深度思考，對真實(shí)反應(yīng)的復(fù)雜性可以有充分的認(rèn)識，對教師而言也同樣是。

三、教學(xué)反思

1.在情境問題中落實(shí)核心素養(yǎng)

帕爾默認(rèn)為：世上唯有一個誠實(shí)的方式能夠用來準(zhǔn)確地評估如此多元化的優(yōu)質(zhì)教學(xué)，就是身臨其境。[3]所以，老師的課堂教學(xué)必須創(chuàng)設(shè)基于真實(shí)感情景的同時也要創(chuàng)設(shè)具有藝術(shù)性和創(chuàng)造性的情境，以此提高課堂教學(xué)的真實(shí)性、懸疑性和趣味性。讓知識有依靠，有落實(shí)，有應(yīng)用，并最終讓學(xué)生有所得。

2.通過構(gòu)建模型落實(shí)核心素養(yǎng)

亞里士多德說：真理的探求比真理的占有更加可貴。元素及其化合物的學(xué)習(xí)，知識本身固然重要，但知識的獲得方式以及在獲得的過程中所構(gòu)建的思維模型和思考方法才是伴隨一生的核心素養(yǎng)。教師在課堂教學(xué)中要關(guān)注模型的建構(gòu)和使用，但又要注意，建模而不拘泥模型。

3.在實(shí)驗(yàn)探究中升華核心素養(yǎng)

化學(xué)是講事實(shí)，重實(shí)驗(yàn)的學(xué)科，課程標(biāo)準(zhǔn)中給定了學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，人教版教材中也設(shè)定了相應(yīng)實(shí)驗(yàn)欄目，教師教學(xué)必須依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、學(xué)業(yè)質(zhì)量要求、教學(xué)目標(biāo)以及實(shí)驗(yàn)的具體內(nèi)容等來確定以怎樣的方式開展實(shí)驗(yàn)，更重要的是要通過實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生體會到實(shí)驗(yàn)背后蘊(yùn)涵的化學(xué)學(xué)科思維、方法、價值觀。

4.在矛盾沖突中觸發(fā)深度學(xué)習(xí)

教師要精心設(shè)置教學(xué)環(huán)節(jié)和問題鏈，基于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)不斷地創(chuàng)設(shè)沖突，培養(yǎng)學(xué)生的理性（宏微結(jié)合）分析能力，推動學(xué)生認(rèn)識能力的不斷發(fā)展，并引導(dǎo)學(xué)生形成深層思維，從而建立“螺旋式上升”的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而獲得高級素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]房喻，徐端鈞.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018：104-107.

[3]帕克·帕爾默.教學(xué)勇氣：漫步教師心靈[M].吳國珍，等譯.上海：華東師范大學(xué)出版社，2005：14.