核心素養導向的真實情境下5E教學模式理解與實踐

《普通高中化學課程標準》（2017年版2020年修訂）明確提出要重視學生化學學科核心素養的發展，要創設真實問題情境，要對教學內容進行結構化設計[1]。目前情境教學已經普遍得到廣大教育工作者的認同，難點在于如何系統化設計融入課堂教學。課堂教學時教學目標相同，但教學模式可以不同，教學設計差異很大。我們以《水體中含氮物質的轉化》為例，基于元素化合物知識的結構性，將碎片化、煩瑣化、表面化的知識關聯，形成符合學生邏輯性的認知框架。幫助他們理解并構建知識網絡，厘清知識點，優化知識，進一步運用遷移知識。

一、教學內容主體與目標分析

本節課為高三一輪復習課，研讀化學課程標準并分析梳理了教材內容，確定了本節課目標為：1.能從物質類別、氮的化合價變化理解氮及其化合物的轉化關系。2.能從含氮物質的性質和轉化的視角解釋生產、生活中的相關現象。3.通過含氮物質的用途、組成與結構的關系，初步建構結構、性質和用途三位一體的關系。含氮廢水的處理是環境保護中的一個重要方面，近年來以含氮廢水為背景的題目在高考中屢見不鮮。這類題目普遍具有的特點是：題目緊貼科技生產、社會生活，具有一定的現實意義，屬于熱點、重點問題。高三復習選擇恰當的教學情境素材很關鍵，并且情境要貫穿一節課，這樣對學生接受知識、理解知識很有幫助。

本教學設計以真實情境為載體、以知識線為主導，滲透素養線展開課堂教學，旨在培養學生化學學科核心素養，建立構建一分析一應用氮價類二維圖思維模型。在引導學生解決這個問題時，首先是要明確氮元素在污水中的存在形式，即明確微粒，進而根據元素化合物的認識角度（類別、化合價），選擇合適的化學反應，明確反應物、生成物和反應條件，對反應進行優化。產率、速率和綠色，是優化的角度，此環節中能發展學生運用化學原理來解決實際問題的能力，同時依據文獻圖表數據進行分析，能發展學生的接受、吸收和整合化學信息的能力，形成解決實際問題的一般思路。

二、教學模式創新點

5E教學模式分五個環節，環環相扣，能夠提高學生參與度，培養學生化學學科理解能力并能夠遷移應用，提升學生解決真實問題的能力。

（一）吸引（Engagement）環節

吸引環節的目的在于能夠激發學生的學習興趣，為接下來的探究活動做好準備，甚至貫穿一節課。要基于真實情境下進行教學思路設計，在設計問題情境時有幾個要點要考慮：1.組織教學內容結構或教學順序，使其圍繞真實情境下的教學設計展開，讓學生能夠將課堂所學與實際情境下的應用緊密聯系。2.在設計時要以實際生產生活為背景，具備價值導向，讓學生感受化學與生產生活的緊密聯系，符合綠色化學思想，選的課題要有積極向上的意義。3.設計的任務要能夠有效銜接學生的已有先備知識和即將新授的教學內容，環節要一環扣一環，由易到難，由點到面，穩步推進，防止出現學生因知識脫節或跨度過大而感到困惑或沮喪的情況。

（二）探究（Exploration）環節

探究環節是5E教學模式的核心環節。學生以小組為單位，分工合作搜集、整理資料，將廢水中含氮物質的轉化具體探究任務進行項目化，在探究過程中能主動地探索、發現和解決問題，使學生自主學習能力和創新思維得到鍛煉和提升。在這個過程中，教師密切關注學生課堂中的合作情況、問題解決策略以及他們對學習過程的反思和總結，同時對學生的表現進行恰當的評價，并提供及時的反饋。學生通過積極體驗自主進行意義建構[2]，不僅能掌握新知識和技能，還可以內化知識，有效補齊傳統教學中實踐能力培養不足的短板。

在探究過程中要以情境線為載體、知識線為主導、滲透素養線展開，有助于學生建立構建一分析一應用氮價類二維圖思維模型。在探究過程中讓學生運用所學知識分析問題解決問題，培養學生知識遷移能力，能應用變價元素的價類二維圖解決實際問題，有效地提高學生證據推理與模型認知素養。

（三）解釋（Explanation）環節

解釋環節的目的是促進實現知識內化，指向學科理解的本原性思考。應從本原性問題出發引導學生深入思考問題的本質。如果問題有一定難度，課堂教學時可先讓學生通過小組討論，讓學生小組的代表分別向全班展示他們的探究成果，在討論過程中可能會產生認知沖突，教師在其中適當引導，最后形成結論。

解釋環節能深化學生對知識的理解，學生以現有知識為載體，在分析問題討論問題過程中不斷深入思考，逐步深入問題的本質，能用所學化學知識解釋或解決實際問題，過程中能夠有效地培養學生證據推理能力。

（四）遷移（Elaboration）環節

遷移環節的目標是將所學知識擴展到新的真實情境中，實現舉一反三，實現所學知識的有效遷移，將知識轉化為素養。也就是學生要能將已學到的知識和概念應用到新的情境中，能在陌生情境中解決真實化學問題，從而提高對化學知識的理解能力。如本節課我們在分析含氮物質間的轉化時可以將知識遷移到氮氣、一氧化氮、二氧化氮甚至尿素等其他含氮有機物中去。

學習過程是積極主動高效的建構過程，我們要引導學生主動運用科學知識和思維方法去分析、探究要解決的實際問題，并做出科學的判斷、解釋和結論，遷移應用知識并逐漸學會解決真實問題。

（五）評價（Evaluation）環節

如何檢測學生學科知識和關鍵能力等核心素養達成程度？需要有診斷性和發展性的評價環節。評價環節不能只采用傳統的考試和課后作業反饋，應采用多元化的評價機制。下面以“預測一證明一結論”（模型構建—模型應用一模型優化）這種認識模型水平設計評價模式談談對本節課的評價設計[3]。

預測：模型建構，真實情境下廢水中氨氮成分如何產生的？根據含氮廢水的成分及已知信息，推斷含氮廢水的形成原因。學生能通過氮循環示意圖，熟悉氮及其化合物的轉化關系并能分析含氮廢水的產生原理。

證明：模型運用，從氮價態二維圖認識氮的轉化原理，凸顯元素化合物的二維認識角度在物質轉化過程中的指導作用，發展學生分析和書寫陌生氧化還原方程式的能力。鼓勵學生積極運用所學化學知識解決實際問題，引導學生重視和關心環境問題，具有綠色化學理念。

結論：模型優化，通過探究工業生產中常見的含氮廢水治理處理方法，掌握去除含氮廢水中的氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽的方法，總結實際問題解決的一般思路。結合問題中難點的分析，提高學生接收、吸收、整合化學信息的能力和閱讀分析流程圖能力。

三、教學環節設計

本節課采用真實情境下含氮廢水的處理，基于學生認知的思路，結合5E教學模式展開探究活動，設置五個環節如下：

環節一：吸引（Engagement）環節，創設問題情境。

教師展示氮循環的示意圖，學生思考廢水中氨氮、亞硝酸鹽及硝酸鹽是如何產生的？通過分析氮循環的示意圖，吸引學生的思考，拉近學生與含氮廢水的距離，讓學生逐步構建氮元素不同價態物質間轉化模型，進一步去分析含氮廢水的產生原理，進行 STSE教育[4]。導入環節設置的問題1：生產生活中含氮廢水的來源？問題2：如何除去廢水中的N元素？引入問題3：水體中氮元素可能的存在形式是什么？同時展示（資料卡）水體中 NO₃^- 的危害。

設計意圖：本環節創設真實問題情境，提煉需要解決的化學問題，明確廢水中氨氮的存在形式和具體探究任務。

環節二：探究（Exploration）環節，設計方案合作探究。

本環節探究的任務：要求學生設計方案，盡可能采用簡單的化學方法來加快鐵去除水體中 NO₃^- 的速率。

教師安排學生討論下面三個問題。問題1：寫出能降低 NO₃^- 濃度的方法。問題2：預測鐵還原NO₃^- 得到的還原產物，寫出反應的離子方程式。提示：鐵還原水體中的 NO₃^- 時，被氧化為 Fe²⁺ 。問題3：寫出加快鐵去除水體中 NO₃^- 的措施。

設計意圖：寫出所涉及的化學反應，可以發展學生利用氧化還原原理預測、分析和書寫陌生氧化還原方程式的能力，凸顯從氮價類二維圖思維模型在物質轉化過程中的指導作用。過程中滲透“物質變化是有條件的”化學學科思想，體現出情境對化學反應的影響，為下面環節研究實際生產生活中氨氮廢水的處理方法做好前提條件。

環節三：解釋（Explanation）環節，小組討論后交流匯報。

本環節任務：要求學生根據已學的含氮廢水處理方法，分析并解釋氨氮去除率升高或降低的原理，并歸納所學內容。解釋問題可進一步提升學生思維能力，促進綜合素質的提高。提出問題：pH越低， NO₃^- 的去除率越高，請分析可能的原因。學生分小組討論后交流匯報。

設計意圖：通過真實情境的問題，深化學生對知識的理解，重新建構氨氮去除原理。通過具體案例，培養學生從化學反應原理角度，收集題目或圖表中信息，逐步領悟化學學科解釋類題目解題模型。

環節四：遷移（Elaboration）環節，應用含氮廢水處理的其他方法。

提出任務：教師通過具體工業生產中常見的幾種方法：吹脫法、折點氯化法、生物硝化、反硝化法和電解法的具體例子讓學生用化學平衡移動原理解釋，幫助學生構建條件與控制等變化觀念，理解去除氨氮時反應控制的原理。

設計意圖：通過問題串，幫助學生提煉化學學科解釋類問題的思維模型。教師引導學生深化理解體現化學反應原理在溯因分析類問題的核心地位，從本原性問題去深入認識化學反應，突出化學學科核心素養的培養。

環節五：評價（Evaluation）環節，總結與評價，引導學生形成解決實際問題的一般思路。

本環節實施時，首先安排學生分別在課前和課后完成自我評價的調查問卷，讓學生在信息提取、化學方程式、解釋角度選擇、分析原因、證實與證偽、規范表述等6個角度進行自評[5]。1分為存在嚴重問題，2分（不足）未達到最低標準，3分（合格）基本達標，仍有改進空間，4分（良好）完全符合要求，5分（卓越）超過預期。教師在課堂教學前要根據課程標準、教學內容和學生學情，合理設計本節課的評價內容。

設計意圖：教師要及時處理分析數據，根據評價結果，為不同層次學生提供個性化的指導方案，指導學生進行深度學習。通過總結評價環節，教師引導學生形成系統化、結構化的認識，形成解決問題的一般思路，構建氨氮廢水去除的思維模型。

四、教學效果與反思

本節課基于“水體中含氮物質的轉化”這一課題，形成真實問題解決的一般思路，在復習重要物質性質和原理的基礎上，使學生將本節課的思路內化為思考問題的方法。從課堂反饋情況來看，基于真實情境的5E教學模式容易激發學生學習探究興趣，學生初步學會收集各種證據，能夠基于證據進行推理分析，提高了學生證據推理意識，有利于化學學科核心素養的培養。

由于學科解釋類問題難度較大，不少學生還沒有掌握方法，學習方式還需要進一步適應和改變。在化學教學時我們必須結合現實生活中的實際問題，引導學生運用化學知識、化學思維方式去分析與解決問題，讓學生體驗到化學知識的價值，促進學生對化學知識的理解，體會化學學科的價值與魅力。

結束語

5E教學模式通過創設真實情境，學生能根據已有知識結構在探究過程中逐步分析并解決問題，交流中認識問題的本質，能夠應用并遷移知識，通過評價完善思維模型，能夠有效地培養學生化學學科核心素養。五個環節相互關聯，逐步提升學生對化學知識的理解，引導學生形成結構化認識，培養學生科學探究、證據推理、模型認知等核心素養。本教學模式在實施中要關注兩個問題，一是創設的情境問題要服務于社會生產生活，具有一定的研究價值，二是提出的學科解釋類問題難度要控制好，難度太大基礎薄弱的學生不能深度參與學習活動。

在當今的化學課堂上教師要引進不同的教學模式，讓學生實現知識到能力再到素養的轉變，創設情境讓學生在合作交流中驗證假設，充分發展學生的創新能力、團隊協作能力，在學科解釋類問題中培養學生思維能力、結論表達能力，在遷移應用中培養學生根據已有證據進行推理能力、問題解決能力。在教學過程中，教師要充分發揮課程育人功能，關注學生全面發展，促進學生科學態度養成，實現化學學科核心素養的發展。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2]余可馨．“6E”教學模式及其在化學教學中的應用[].中學化學，2017（12）：4.

[3]李順發.備課：目標·內容·活動·評價]中學化學教學參考2024（8）11-15.

[4]王祖浩.普通高中教科書.化學必修第二冊[M].南京：江蘇鳳凰教育出版社（2020年版）.39-42.

[5]姚明站，楊硯寧.基于CER理論提高學科解釋能力的教學實踐：以“廢水中氨氮的去除”為例[J].化學教學，2024（2）：34-40.