情境活動(dòng)“鏈接”下化學(xué)知識(shí)與核心素養(yǎng)的有機(jī)融合
——以“分子的手性”教學(xué)為例

新疆喀什澤普縣第二中學(xué)（844800） 李志新 王祝偉

新疆喀什第二中學(xué)（844800） 張 亮

化學(xué)課堂是動(dòng)態(tài)的課堂，是生成性的課堂，是不斷滿足學(xué)生發(fā)展需求的課堂。化學(xué)課堂教學(xué)只有以素養(yǎng)為本，選擇性地設(shè)計(jì)和重構(gòu)教學(xué)內(nèi)容，合理運(yùn)用教學(xué)方法，才能轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。化學(xué)課堂教學(xué)應(yīng)以學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平為基礎(chǔ)，不僅要向?qū)W生傳授知識(shí)，更要讓學(xué)生通過對(duì)背景知識(shí)、課程知識(shí)和實(shí)踐知識(shí)的學(xué)習(xí)和理解，形成學(xué)科觀念，提高分析問題和解決問題的能力，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)。只有這樣，化學(xué)課堂教學(xué)的育人價(jià)值才能得到充分體現(xiàn)，學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)才能落地生根。

“分子的手性”是筆者的一節(jié)示范課，本課嘗試從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)出發(fā)，以相關(guān)教學(xué)主題為引領(lǐng)創(chuàng)設(shè)情境，建立化學(xué)教學(xué)、知識(shí)學(xué)習(xí)、情境育人之間的聯(lián)系，讓學(xué)生通過知識(shí)學(xué)習(xí)，達(dá)到運(yùn)用知識(shí)科學(xué)闡釋和解決問題的目的，實(shí)現(xiàn)化學(xué)知識(shí)與核心素養(yǎng)的有機(jī)融合。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路和模式

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)思路

本課教學(xué)設(shè)計(jì)應(yīng)確立好知識(shí)、情境和學(xué)科觀念之間的關(guān)系。情境中蘊(yùn)含的真實(shí)問題是課堂教學(xué)設(shè)計(jì)的根本所在［1］，知識(shí)只有置于一定的情境中才能充分激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，才能讓學(xué)生體會(huì)到其與生產(chǎn)生活的聯(lián)系，才能把相關(guān)學(xué)科觀念滲透到教學(xué)中。化學(xué)學(xué)科觀念是學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)化學(xué)課程的基礎(chǔ)上所形成的對(duì)化學(xué)學(xué)科的概括性認(rèn)識(shí)和具有化學(xué)學(xué)科特色的思維方式［2］。“分子的手性”的教學(xué)設(shè)計(jì)思路如圖1 所示，其展示了知識(shí)、情境和學(xué)科觀念之間的關(guān)系。

圖1 “分子的手性”的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

（二）教學(xué)環(huán)節(jié)和模式

美國教育心理學(xué)家巴特勒提出了教學(xué)的七要素，并提出“七段”教學(xué)論，將教學(xué)分為七個(gè)環(huán)節(jié)：創(chuàng)設(shè)情境—激發(fā)動(dòng)機(jī)—組織教學(xué)—應(yīng)用新知—檢測(cè)評(píng)價(jià)—鞏固練習(xí)—拓展與遷移。為了使學(xué)生從知識(shí)的生成角度認(rèn)識(shí)分子的手性，發(fā)揮學(xué)生元認(rèn)知的調(diào)節(jié)作用，筆者在教學(xué)中充分考慮教學(xué)七要素，同時(shí)根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的特點(diǎn)，采用如下教學(xué)模式（如圖2），重點(diǎn)讓學(xué)生通過實(shí)物觀察與探究得出結(jié)論，生成學(xué)習(xí)結(jié)果，提升學(xué)科核心素養(yǎng)。

圖2 “分子的手性”課堂教學(xué)模式

在課堂上創(chuàng)設(shè)情境，可以提高學(xué)生的思維關(guān)注度，有助于學(xué)生深度思考，更好地分析分子的手性的形成原因和結(jié)果，進(jìn)而理解手性藥物的應(yīng)用，形成良好的社會(huì)責(zé)任感。

二、教學(xué)目標(biāo)及評(píng)價(jià)目標(biāo)

（一）教學(xué)目標(biāo)

化學(xué)課堂教學(xué)是落實(shí)課程目標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生提升學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。教師在設(shè)計(jì)探究活動(dòng)、組織課堂教學(xué)時(shí)，要凸顯“發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”的主旨。為了使化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)能有效落實(shí)，筆者根據(jù)本節(jié)課的內(nèi)容制訂了如下教學(xué)目標(biāo)：（1）通過旋光儀觀察分子的旋光現(xiàn)象，初步認(rèn)識(shí)分子的旋光性；（2）理解“分子的手性”概念，建立分子與其鏡像之間的相互關(guān)系；（3）科學(xué)探究分子的手性成因，建立分子呈現(xiàn)手性及手性碳原子的模型分析法；（4）閱讀有關(guān)手性藥物的應(yīng)用、手性分子的選擇、諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)等的資料，感受手性分子在生產(chǎn)生活和科學(xué)技術(shù)中的應(yīng)用價(jià)值，樹立正確的科學(xué)觀，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

（二）評(píng)價(jià)目標(biāo)

教學(xué)目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)離不開學(xué)生的參與，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)時(shí)要時(shí)刻以學(xué)生為中心，“教、學(xué)、評(píng)”要有機(jī)結(jié)合，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。本節(jié)課的評(píng)價(jià)目標(biāo)主要有如下幾點(diǎn)：（1）通過對(duì)“分子的手性”概念的講解，促進(jìn)學(xué)生對(duì)微觀物質(zhì)的結(jié)構(gòu)的認(rèn)知，提升學(xué)生的認(rèn)知水平；（2）通過手性分子的模型探究，讓學(xué)生進(jìn)行交流、模擬并得出結(jié)論，提高學(xué)生的探究水平和能力；（3）通過對(duì)科學(xué)家的事跡及諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)的介紹，讓學(xué)生開展討論，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)觀，使其樹立正確的科學(xué)認(rèn)知，增強(qiáng)服務(wù)社會(huì)的責(zé)任感。

三、教學(xué)過程

為了有效實(shí)施課堂教學(xué)，教師圍繞核心知識(shí)設(shè)計(jì)教學(xué)流程，引導(dǎo)學(xué)生在真實(shí)的情境中探索，幫助學(xué)生從事實(shí)、原理和應(yīng)用等方面進(jìn)行系統(tǒng)學(xué)習(xí)，讓學(xué)生進(jìn)行深度思考，最終達(dá)到能夠運(yùn)用化學(xué)知識(shí)闡釋化學(xué)現(xiàn)象的教學(xué)目標(biāo)。

（一）情境再現(xiàn)——科學(xué)巨匠巴斯德及其貢獻(xiàn)

【情境材料】巴斯德（1822—1895），近代微生物學(xué)奠基人,發(fā)明了巴氏滅菌法，成功地研制出雞霍亂疫苗、狂犬病疫苗等多種疫苗，在戰(zhàn)勝炭疽病、蠶病等方面也取得了很高的成就。2003 年，巴斯德在光學(xué)顯微鏡下徒手把酒石酸的左旋型和右旋型分子（如圖3）分開的實(shí)驗(yàn)被評(píng)為化學(xué)史上十大最美實(shí)驗(yàn)之首。

圖3 左旋型和右旋型酒石酸結(jié)構(gòu)

【過渡問題】左旋型和右旋型的酒石酸分子就像我們的左手和右手，請(qǐng)問二者能否重合在一起呢？

【學(xué)生活動(dòng)】觀察、討論左右手能否重合，并得出結(jié)論：不能重合。

設(shè)計(jì)意圖：以科學(xué)巨匠巴斯德作為本節(jié)課的情境引入點(diǎn)，希望達(dá)到如下目的：（1）讓學(xué)生意識(shí)到分子有左旋和右旋之分，并初步引發(fā)思考；（2）讓學(xué)生看到知識(shí)的價(jià)值，看到化學(xué)對(duì)人類文明的偉大貢獻(xiàn)，進(jìn)而樹立崇尚科學(xué)的理念，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”核心素養(yǎng)。

（二）科學(xué)探究——宏微結(jié)合，建立模型

【實(shí)驗(yàn)探究】用旋光儀檢測(cè)乳酸溶液，發(fā)現(xiàn)該溶液會(huì)使入射光線出現(xiàn)一定的偏轉(zhuǎn)，這種現(xiàn)象稱為旋光現(xiàn)象，而丙二酸溶液卻沒有旋光現(xiàn)象。

【學(xué)生活動(dòng)】動(dòng)手實(shí)驗(yàn)操作，并思考乳酸溶液具有旋光性的原因。

【活動(dòng)探究1】學(xué)生根據(jù)提供的乳酸分子結(jié)構(gòu)，搭出乳酸分子及其鏡像分子的球棍模型（如圖4 中的A、B），并對(duì)二者進(jìn)行比較。

圖4 乳酸分子及其鏡像結(jié)構(gòu)對(duì)比

教師：乳酸分子（如圖4A）及其鏡像分子（如圖4B）能否重合呢？

學(xué)生：不能。判斷圖4 中的A 分子和B 分子是否能完全重合，可將B 分子繞豎軸旋轉(zhuǎn)120°（如圖4C）后進(jìn)行觀察。通過比較A 分子和C 分子，可以看出兩個(gè)分子在結(jié)構(gòu)上不能重合。

教師：那丙二酸分子呢？

學(xué)生：用同樣的方法可以判斷丙二酸分子及其鏡像分子可以重合在一起。

教師：當(dāng)分子與其鏡像分子不能完全重合時(shí)，該分子才具有旋光性，我們稱這種分子為手性分子。

設(shè)計(jì)意圖：差異化的現(xiàn)象能幫助學(xué)生獲取更多的感性材料，學(xué)生在比較中知道有些分子具有手性，有些分子不具有手性，只有手性分子的溶液才會(huì)出現(xiàn)旋光現(xiàn)象。通過本次探究，讓學(xué)生建立宏觀現(xiàn)象與微觀結(jié)構(gòu)之間的聯(lián)系，樹立結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的觀念，能夠從微觀結(jié)構(gòu)的角度去認(rèn)識(shí)宏觀性質(zhì)，從而培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的能力，提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

【過渡問題】如何判斷一個(gè)分子是否具有手性？手性分子在結(jié)構(gòu)上有哪些特征？

【活動(dòng)探究2】搭建分子的球棍模型（如圖5），先從最簡(jiǎn)單的碳原子連接四個(gè)相同的基團(tuán)a（如圖5A）入手，再將其中一個(gè)基團(tuán)a 換成基團(tuán)b（如圖5B），讓學(xué)生觀察B 分子是否具有手性；然后將B 分子中的一個(gè)基團(tuán)a 換成基團(tuán)c（如圖5C），觀察C 分子是否具有手性；最后將C 分子中的一個(gè)基團(tuán)a 換成基團(tuán)d（如圖5D），觀察D 分子是否具有手性，從而讓學(xué)生逐步認(rèn)識(shí)到當(dāng)分子中碳原子上連有四個(gè)不同的基團(tuán)時(shí)，分子具有手性。

圖5 分子的球棍模型

教師：圖5中哪些分子具有手性？

學(xué)生：D 分子具有手性，而A、B、C 分子都不具有手性。當(dāng)一個(gè)碳原子上連有四個(gè)不同的基團(tuán)時(shí)，該分子具有手性。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)碳原子的四面體構(gòu)型進(jìn)行“分子模擬”，讓學(xué)生由表及里地去觀察、分析、判斷分子的結(jié)構(gòu)特征和手性之間的關(guān)系，從模型認(rèn)知的角度去分析問題，尋找證據(jù)鏈，最終結(jié)合分子的結(jié)構(gòu)特征找出手性分子的特征。

（三）信息拓展——材料擴(kuò)充，辯證分析

【信息情境1】（1）雙六螺烯手性材料在3D顯示器中的應(yīng)用，極大地推動(dòng)了顯示器的發(fā)展和研究；（2）上海交通大學(xué)馮傳良教授課題組在仿生手性水凝膠對(duì)細(xì)胞選擇性黏附領(lǐng)域的研究取得重要進(jìn)展；（3）浙江大學(xué)陳紅勝教授等人報(bào)道了以折紙結(jié)構(gòu)為靈感的折紙型可重構(gòu)手性超材料，其電磁響應(yīng)可通過轉(zhuǎn)換Miura-ori（三浦折法）式開口諧振環(huán)的折疊態(tài)進(jìn)行動(dòng)力學(xué)手性調(diào)控。

【思考】你從中有什么收獲？

設(shè)計(jì)意圖：教學(xué)中選取與分子手性密切相關(guān)的幾個(gè)前沿?zé)狳c(diǎn)信息和研究熱點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生對(duì)化學(xué)的好奇心和學(xué)習(xí)熱情，讓學(xué)生看到化學(xué)對(duì)科技發(fā)展和人類文明進(jìn)步做出的巨大貢獻(xiàn)，從而激發(fā)學(xué)生的科研熱情，促使學(xué)生樹立投身科研事業(yè)的志向。

【信息情境2】一種名為沙利度胺的藥物（結(jié)構(gòu)如圖6 所示），能迅速減輕孕婦的妊娠反應(yīng)，稱為“反應(yīng)停”。然而，該藥物投入使用不久后，世界各地出現(xiàn)了畸形兒。隨著對(duì)手性分子性質(zhì)的認(rèn)識(shí)的深入，人們發(fā)現(xiàn)只有其中的右旋分子具有鎮(zhèn)定作用，而左旋分子具有很強(qiáng)的致畸作用，因此需要將左旋分子和右旋分子分開才能應(yīng)用，以保證人們的生命健康安全。

圖6 左旋型和右旋型沙利度胺結(jié)構(gòu)

【思考】我們是否應(yīng)停止使用手性藥物？怎樣才能避免類似的事件發(fā)生？

設(shè)計(jì)意圖：通過探究“反應(yīng)停”事件暴露出的問題，讓學(xué)生意識(shí)到引發(fā)問題的原因不是藥物本身存在問題，而是人們對(duì)藥物的認(rèn)識(shí)不充分，所以我們?cè)谒幬锏倪x擇和使用方面要做更加充分的研究。通過這些討論，可以幫助學(xué)生樹立科學(xué)意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

四、教學(xué)思考和啟示

本課教學(xué)圍繞相關(guān)教學(xué)主題，以問題、情境、探究等形式呈現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容，把課程知識(shí)學(xué)習(xí)和課外知識(shí)擴(kuò)充有效銜接，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，并注重學(xué)生情感的培養(yǎng)，將培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感作為一個(gè)重要的教學(xué)方向，以增強(qiáng)學(xué)生的使命感和責(zé)任感。

（一）學(xué)科特色讓化學(xué)課堂更有魅力

化學(xué)教學(xué)以物質(zhì)的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和轉(zhuǎn)化為中心引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行探索和研究，緊緊圍繞宏觀和微觀幫助學(xué)生去認(rèn)識(shí)神奇的物質(zhì)世界。教學(xué)在教學(xué)中，不能只關(guān)注事實(shí)性知識(shí)，如沉淀的生成、氣體的產(chǎn)生、顏色的變化等，還應(yīng)該將化學(xué)本質(zhì)、科學(xué)原理、轉(zhuǎn)化思想貫穿始終，幫助學(xué)生養(yǎng)成熱愛探究、勤于思考的良好學(xué)習(xí)習(xí)慣，讓學(xué)生掌握系統(tǒng)的學(xué)習(xí)方式和研究方法。只有這樣，化學(xué)課堂才能體現(xiàn)出化學(xué)的魅力，才能引導(dǎo)學(xué)生在神奇的物質(zhì)變化中找到背后的本質(zhì)和規(guī)律。

（二）科學(xué)探究要符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律

科學(xué)探究是化學(xué)學(xué)習(xí)的一種重要形式，它可以讓學(xué)生最大限度地體驗(yàn)、參與、思考與交流，充分激發(fā)學(xué)生的元認(rèn)知。課堂教學(xué)中要讓科學(xué)探究有實(shí)效，對(duì)學(xué)生認(rèn)知規(guī)律的研究是不可或缺的。學(xué)生的思維模式、探究能力、知識(shí)儲(chǔ)備、方法掌握情況等都需要教師去認(rèn)真研究，只有科學(xué)探究的內(nèi)容處在學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，教學(xué)效果才能達(dá)到期望值。同時(shí)在科學(xué)探究中，目標(biāo)設(shè)定、信息收集、過程評(píng)價(jià)、問題解決、探究總結(jié)、學(xué)習(xí)指導(dǎo)等都應(yīng)成為重點(diǎn)關(guān)注的對(duì)象，這樣的探究才能充分發(fā)揮學(xué)生的能動(dòng)性；才能將靜態(tài)抽象的知識(shí)具體化、形象化、動(dòng)態(tài)化；才能豐富學(xué)生的認(rèn)知體驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生對(duì)問題的思考；才能將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)落到實(shí)處，提升學(xué)生的綜合素質(zhì)。

（三）課堂要關(guān)注“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”

課堂是教學(xué)的主陣地，同時(shí)也是育人的重要場(chǎng)所，課堂上教師不僅要關(guān)注學(xué)科知識(shí)的傳授，讓學(xué)生掌握科學(xué)文化知識(shí)，還要注重對(duì)著名科學(xué)家及經(jīng)典科學(xué)研究方法的介紹，以激發(fā)學(xué)生的探索和求知欲，啟發(fā)學(xué)生的思維，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。化學(xué)與生活的方方面面都有聯(lián)系，化學(xué)教學(xué)素材的來源非常廣泛，這為化學(xué)教師的教學(xué)帶來了許多便利。化學(xué)教師可以將相關(guān)素材深加工，充分挖掘其中的科學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生透過素材看到人類面臨的能源危機(jī)、環(huán)境污染等問題，讓學(xué)生意識(shí)到化學(xué)可以解決許多人類面臨的問題，從而激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)熱情，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和參與意識(shí)。

綜上，化學(xué)課堂要滿足學(xué)生對(duì)科學(xué)和文明的渴求，要基于情境活動(dòng)實(shí)現(xiàn)化學(xué)知識(shí)與學(xué)科核心素養(yǎng)的融合，引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)的眼光去觀察物質(zhì)世界。化學(xué)課堂教學(xué)要以新課程理念為引領(lǐng)，將課程目標(biāo)、教學(xué)過程與核心素養(yǎng)培養(yǎng)有機(jī)結(jié)合起來，幫助學(xué)生建立科學(xué)的思維方式，逐步形成正確的價(jià)值觀。只有這樣，化學(xué)課堂教學(xué)才能為學(xué)生的未來發(fā)展提供重要保障。