基于學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學(xué)課堂教學(xué)

黃清輝 張賢金 吳新建

[摘 要] 當(dāng)前，高中化學(xué)課堂教學(xué)偏重知識的傳授而輕核心素養(yǎng)的培養(yǎng)的現(xiàn)象還比較常見。學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是全面深化課程改革，落實立德樹人目標(biāo)的基礎(chǔ)。以魯科版《必修1》“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)為例，從“變化觀念與平衡思想”“宏觀辨識與微觀探析”“實驗探究與創(chuàng)新意識”三個維度，探討如何培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。最后，從學(xué)習(xí)素養(yǎng)的角度，提出了化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)培養(yǎng)的建議。

[關(guān)鍵詞] 核心素養(yǎng)；學(xué)科觀念；實驗探究；問題串

目前，核心素養(yǎng)是世界教育界普遍關(guān)注的焦點，也是世界性的研究課題。重視學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，已經(jīng)成為許多國家和地區(qū)教育改革和發(fā)展的共同趨勢。教育部在2014年3月印發(fā)的《關(guān)于全面深化改革落實立德樹人根本任務(wù)的意見》中明確指出：核心素養(yǎng)是課程改革、落實立德樹人目標(biāo)的基礎(chǔ)。學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，必將引領(lǐng)新一輪高中課程改革，實現(xiàn)三維目標(biāo)的培養(yǎng)轉(zhuǎn)變成核心素養(yǎng)的形成過程。核心素養(yǎng)是學(xué)生在接受相應(yīng)學(xué)段的教育過程中，逐步形成的適應(yīng)個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格與關(guān)鍵能力[1]。

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是人們必備的科學(xué)素養(yǎng)，是學(xué)生終身發(fā)展的基礎(chǔ)?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)反映化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)及思想，是學(xué)生在長期的化學(xué)學(xué)習(xí)中形成的，而化學(xué)課程作為化學(xué)知識的載體，對學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展發(fā)揮著相當(dāng)重要的作用。教師在日常課堂教學(xué)中，要將傳統(tǒng)的“以知識技能為核心”的教學(xué)，轉(zhuǎn)變成“以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向”的教學(xué)，這樣化學(xué)課程的育人功能才能達(dá)到最優(yōu)化。

一、化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（征求意見稿）》指出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是由“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)識”“實驗探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神和社會責(zé)任”五個維度素養(yǎng)構(gòu)成[2]。這五個維度素養(yǎng)相輔相成，將知識與技能的掌握、思想觀念的形成、科學(xué)探究與解決問題能力的發(fā)展、創(chuàng)新品質(zhì)和社會責(zé)任感的形成等方面的要求融為一體，構(gòu)建一個較為完整的學(xué)科核心素養(yǎng)體系。

二、基于學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)案例剖析

“氧化還原反應(yīng)”是魯科版高中化學(xué)《必修1》第二章第三節(jié)第一課時的教學(xué)內(nèi)容。下面以“氧化還原反應(yīng)”教學(xué)為例，從“變化觀念與平衡思想”“宏觀辨識與微觀探析”“實驗探究與創(chuàng)新意識”三個維度，探討高中化學(xué)課堂教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的若干做法。

（一）“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)的培育

德國著名物理學(xué)家馮·勞厄曾說過，教育所給予人們的無非是當(dāng)一切已學(xué)過的東西都忘記后所剩下來的東西。學(xué)生或許很快忘記具體的化學(xué)學(xué)科知識，但是化學(xué)學(xué)科特有的學(xué)科觀念及思想方法，會深深烙刻在學(xué)生腦海里進(jìn)而形成學(xué)科素養(yǎng)。

[環(huán)節(jié)1]層層引導(dǎo)，構(gòu)建化學(xué)觀念

[問題1]初中，我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了化學(xué)反應(yīng)的四種基本反應(yīng)類型，請同學(xué)們判斷下面四個反應(yīng)分別是屬于哪種基本反應(yīng)類型？并說出這些反應(yīng)的分類依據(jù)。

①2H2+O22H2O ②CaCO3CaO+CO2 ③H2+CuOCu+H2O

④CaO+H2OCa（OH）2

[設(shè)計意圖]通過復(fù)習(xí)鞏固四種基本反應(yīng)類型相關(guān)知識，明確四種基本反應(yīng)可依據(jù)反應(yīng)物和生成物的種類及反應(yīng)前后物質(zhì)種類的多少的角度進(jìn)行分類，同時也為化學(xué)反應(yīng)的另一種分類方式做好鋪墊。

[問題2]高爐煉鐵的主要原理：⑤Fe2O3+3CO2Fe+3CO2，該反應(yīng)屬于哪種基本反應(yīng)類型？若從得氧失氧角度分析該反應(yīng)是屬于什么反應(yīng)？若從得氧失氧的角度，該如何定義氧化還原反應(yīng)？被氧化、被還原的物質(zhì)是什么？氧化反應(yīng)及還原反應(yīng)的關(guān)系是什么？氧化還原反應(yīng)在工農(nóng)業(yè)、科學(xué)技術(shù)、日常生活生產(chǎn)中有哪些應(yīng)用？

[設(shè)計意圖]通過對反應(yīng)⑤的分析，讓學(xué)生意識到應(yīng)用四種基本反應(yīng)對化學(xué)反應(yīng)進(jìn)行分類存在局限性，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)學(xué)生的分類意識，喚醒學(xué)生求知欲望，引入本課的學(xué)習(xí)任務(wù)；同時，通過氧化還原反應(yīng)概念學(xué)習(xí)，明確氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)之間是一個對立統(tǒng)一的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生對立統(tǒng)一的辯證唯物主義觀念；通過列舉金屬冶煉、合成氨等化工產(chǎn)品制造、植物的光合作用，等等，讓學(xué)生感受到化學(xué)與我們息息相關(guān)，培養(yǎng)學(xué)生樂學(xué)、善學(xué)、勤于反思核心素養(yǎng)。

[問題3]利用得氧失氧的角度來判斷⑥2Mg+O22MgO及⑦2Na+Cl22NaCl是否為氧化還原反應(yīng)？反應(yīng)③和反應(yīng)⑤中物質(zhì)得氧或失氧后，元素化合價是否變化？能否從元素化合價變化角度定義反應(yīng)⑤氧化還原反應(yīng)（結(jié)合得氧失氧后元素化合價變化分析）？反應(yīng)⑥和⑦發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的物質(zhì)分別是什么？反應(yīng)⑤中物質(zhì)元素化合價升高總數(shù)和降低的總數(shù)有何特點？氧化還原反應(yīng)與四種基本反應(yīng)類型的關(guān)系？

[設(shè)計意圖]通過分析⑥和⑦兩個反應(yīng)，讓學(xué)生意識到從得氧失氧角度作為氧化還原反應(yīng)判斷依據(jù)存在著局限性，引導(dǎo)學(xué)生通過觀察反應(yīng)③和⑤中元素化合價前后變化，突破原有的得失氧的局限，得出氧化還原反應(yīng)的另一種分類法，充分體現(xiàn)出概念的提升。在認(rèn)知進(jìn)階過程中，培養(yǎng)學(xué)生分析、對比、歸納、構(gòu)建氧化還原反應(yīng)與非氧化還原反應(yīng)及四種基本反應(yīng)知識間的聯(lián)系；提高了學(xué)生拆解氧化還原反應(yīng)的能力，建立了氧化還原反應(yīng)中元素化合價升降相等的平衡思想。

（二）“宏觀辨識與微觀探析”素養(yǎng)的培育

化學(xué)是一門在分子、原子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)及變化規(guī)律的自然學(xué)科?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)和研究至少從三個層面上去進(jìn)行：一是要從宏觀現(xiàn)象上去認(rèn)識物質(zhì)性質(zhì)和變化規(guī)律，二是要從微觀結(jié)構(gòu)上去理解事物的本質(zhì)和規(guī)律，三是要應(yīng)用化學(xué)特有的符號對事物性質(zhì)進(jìn)行表達(dá)和呈現(xiàn)，這就是化學(xué)學(xué)科不同于其他學(xué)科的最具顯著特征的思維方式。

[環(huán)節(jié)2]巧設(shè)情景，深挖問題本質(zhì)

[情景1]目前市場上月餅中使用的脫氧劑一般為鐵系脫氧劑，“脫氧劑”外包裝標(biāo)注的成分為鐵粉、活性炭和氯化鈉，打開發(fā)現(xiàn)灰黑色的固體中還夾雜著少量紅棕色粉末。鐵系“脫氧劑”的作用原理是利用鐵能被氧氣氧化，最終產(chǎn)物為紅棕色的Fe2O3，從而達(dá)到除氧保鮮的目的。請同學(xué)們指出哪些物質(zhì)的元素化合價發(fā)生變化？發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的分別是什么物質(zhì)？

[設(shè)計意圖]創(chuàng)設(shè)真實的情境能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，能打開思維的閘門，能使學(xué)生進(jìn)入自主學(xué)習(xí)的境界。結(jié)合生活中實際存在的素材，很容易讓學(xué)生從宏觀上意識到物質(zhì)鐵的作用，感受到化學(xué)學(xué)習(xí)是一個“從生活走進(jìn)化學(xué)、從化學(xué)走向社會”的過程，體驗氧化還原反應(yīng)在現(xiàn)實生活中有著廣泛運用，進(jìn)而真正領(lǐng)略到化學(xué)知識的實用價值。

[問題4]設(shè)計問題串

①氧化還原反應(yīng)中物質(zhì)元素的化合價為什么會變化？

②鈉與氯氣生成氯化鈉過程中，元素化合價如何變化？為什么會有這樣的變化？

③構(gòu)成金屬鈉和氯氣的微粒分別是什么？

④鈉原子與氯原子的原子結(jié)構(gòu)特點是什么，它們是怎樣形成氯化鈉的？

⑤氫氣與氯氣又是怎樣生成氯化氫的呢？

[設(shè)計意圖]通過分析鈉原子、氫原子及氯原子的原子結(jié)構(gòu)的特點，讓學(xué)生意識到電子得失或偏移會使元素化合價發(fā)生變化。培養(yǎng)學(xué)生學(xué)會用微粒的存在形式、微粒結(jié)構(gòu)的特點、微粒間的反應(yīng)以及粒子的變化來分析宏觀物質(zhì)間反應(yīng)的實質(zhì)，進(jìn)而形成微粒觀，這是化學(xué)基本觀念中最基礎(chǔ)的組成部分。

[情景2]圖1這幅卡通畫形象地展現(xiàn)了鈉與氯氣反應(yīng)形成氯化鈉的微觀過程，在此過程中，鈉原子變成了鈉離子，氯原子變成了氯離子，氯化鈉溶于水形成了大量自由移動的鈉離子和氯離子，故氯化鈉溶液能導(dǎo)電。請同學(xué)們寫出鈉與氯氣反應(yīng)的化學(xué)方程式，并嘗試畫出電子轉(zhuǎn)移的方向與數(shù)目。

[設(shè)計意圖]卡通畫形象地展現(xiàn)了鈉與氯氣反應(yīng)形成氯化鈉的微觀過程，屬于微觀表征；讓學(xué)生書寫該反應(yīng)的化學(xué)方程式，并引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用“雙線橋法”表示該反應(yīng)的本質(zhì)，屬于符號表征。教學(xué)過程中要強調(diào)化學(xué)學(xué)科本原，引導(dǎo)學(xué)生將研究事物的視角從“物質(zhì)”到“元素”、從“元素”到“電子”、從“宏觀”到“微觀”提升。

（三）“實驗探究與創(chuàng)新意識”素養(yǎng)的培育

[環(huán)節(jié)3]設(shè)計化學(xué)實驗，提升探究能力

化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)指出：通過以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，使學(xué)生體驗科學(xué)研究的過程，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，強化科學(xué)探究的意識，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實踐能力[3]。從近幾年的全國高考試題的選材來看，多為教材實驗的組合和改進(jìn)，實驗現(xiàn)象的探究，實驗與工業(yè)流程題有機結(jié)合，實驗題綜合度高，能夠很好地考查學(xué)生的創(chuàng)新意識，這與目前所倡導(dǎo)的核心素養(yǎng)教育是一致的。

[問題5]設(shè)計問題串

①氧化還原反應(yīng)進(jìn)行的過程中真的存在電子的轉(zhuǎn)移嗎？怎么樣才能觀察到呢？

②鋅與稀硫酸反應(yīng)的離子方程式？反應(yīng)產(chǎn)生氣泡能直接說明有電子轉(zhuǎn)移嗎？

③通過觀察元素化合價的變化，預(yù)測電子怎樣傳遞，即元素之間有何關(guān)系呢？

④硫酸溶液中的H+不斷得到鋅失去電子，電子是否能通過導(dǎo)體如銅絲從一端轉(zhuǎn)移到另一端呢？會有什么現(xiàn)象呢？

⑤能否借助化學(xué)儀器來證明鋅失去的電子可以沿著銅絲發(fā)生定向轉(zhuǎn)移呢？

[設(shè)計意圖]通過設(shè)計問題串，引導(dǎo)學(xué)生將觀察的視角從關(guān)注元素化合價前后的變化，轉(zhuǎn)換到發(fā)生氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)的元素之間的聯(lián)系。同時，引導(dǎo)學(xué)生大膽假設(shè)鋅失去電子可以通過銅絲進(jìn)行定向移動，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和科學(xué)創(chuàng)新精神。

[情景3]設(shè)計實驗

①將彎曲的銅絲的兩端直接插入盛有稀硫酸的表面皿中，觀察實驗現(xiàn)象并做好記錄。

②將鋅粒置于表面皿上，將彎曲的銅絲一端接觸鋅粒，另一端置于表面皿中，向表面皿中加入少量的稀硫酸并沒過銅絲的兩端[4]，觀察實驗現(xiàn)象并做好記錄。

③將鋅片和銅片用導(dǎo)線連接，平行插入盛有稀硫酸的燒杯中，并用電流計接在導(dǎo)線之間，觀察實驗現(xiàn)象并做好記錄。

[設(shè)計意圖]實驗①讓學(xué)生意識銅絲直接插入稀硫酸沒有明顯的現(xiàn)象；實驗②讓學(xué)生知道電子由鋅粒提供，并通過銅絲定向轉(zhuǎn)移到銅絲的另一端，溶液中的H+在其表面得到電子后產(chǎn)生氣泡；實驗③讓學(xué)生再次從宏觀上體會到鋅與稀硫酸反應(yīng)確實存在電子的轉(zhuǎn)移；通過邊實驗邊探究，讓學(xué)生充分體驗并理解知識的形成過程，培養(yǎng)學(xué)生的思維能力、探索能力、創(chuàng)新意識及創(chuàng)新能力，進(jìn)而提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、基于學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)建議

高中化學(xué)課堂教學(xué)需從“知識與技能”的低層次目標(biāo)的培養(yǎng)，轉(zhuǎn)變?yōu)椤八仞B(yǎng)和能力”的高層次目標(biāo)的培養(yǎng)，處理好隱性與顯性，短期與長期，具體與抽象，明線與暗線等關(guān)系，最終實現(xiàn)全面發(fā)展人的培養(yǎng)目標(biāo)。

（一）培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)觀念和化學(xué)思想的學(xué)習(xí)素養(yǎng)

化學(xué)觀念是學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中充分理解化學(xué)學(xué)科特征的基礎(chǔ)上所獲得的對化學(xué)的總觀性認(rèn)識[5]?；瘜W(xué)思想是學(xué)生對化學(xué)本質(zhì)、特征、價值的基本認(rèn)識，是應(yīng)用科學(xué)方法的一種意識?；瘜W(xué)觀念和化學(xué)思想是建立在對具體的化學(xué)知識的理解和掌握的基礎(chǔ)上形成的，它的培養(yǎng)不是一朝一夕就能完成的，而是需要學(xué)生在不斷地學(xué)習(xí)中慢慢地體會和感悟。上文中，筆者引導(dǎo)學(xué)生從得氧失氧、化合價變化及電子轉(zhuǎn)移角度分析反應(yīng)，幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)分類觀、辯證觀、電子守恒觀等學(xué)科觀念。教師要不斷地研究課程標(biāo)準(zhǔn)，研究教材，研究學(xué)生特點，感悟課程理念，探討教育教學(xué)方法，才能更好地將化學(xué)觀念和思想的培養(yǎng)融合于化學(xué)知識體系當(dāng)中?；瘜W(xué)觀念和思想的建立，有利于提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，有助于學(xué)生用化學(xué)觀念和化學(xué)思想去認(rèn)識事物，去分析處理生產(chǎn)、生活中的問題，成為具備化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的合格的公民，為學(xué)生的終身學(xué)習(xí)打下堅實的化學(xué)基礎(chǔ)。

（二）提升學(xué)生“宏觀—微觀—符號”表征相結(jié)合的學(xué)習(xí)素養(yǎng)

物質(zhì)的性質(zhì)體現(xiàn)在事物宏觀的現(xiàn)象上，而宏觀的現(xiàn)象又都和微粒間的作用相關(guān)聯(lián)，物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)等微觀知識則是理解物質(zhì)性質(zhì)、把握化學(xué)變化本質(zhì)的基礎(chǔ)，化學(xué)符號則從微觀視角上表達(dá)了宏觀物質(zhì)的性質(zhì)及其變化規(guī)律，成為了聯(lián)系宏觀物質(zhì)世界和微觀粒子世界的紐帶。但是由于學(xué)生自身的認(rèn)知水平、教師沒有有效引導(dǎo)等原因，而使學(xué)生不能很好地理解“宏觀—微觀—符號”三重表征思想，所以教學(xué)過程中要利用化學(xué)實驗來增強感性認(rèn)識，通過分析微觀粒子重組過程，挖掘化學(xué)知識內(nèi)涵，創(chuàng)設(shè)問題情境，提升認(rèn)知水平等方式，促使學(xué)生更好地了解化學(xué)，明白生活中化學(xué)現(xiàn)象、理解化學(xué)變化的本質(zhì)，運用化學(xué)知識解決實際問題的能力。上文中，筆者通過讓學(xué)生觀察化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)元素的化合價變化的宏觀表現(xiàn)，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度理解氧化還原反應(yīng)的微觀概念，指導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用“雙線橋法”及“單線橋法”分析氧化還原化學(xué)反應(yīng)中電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目，形成“宏觀辨識與微觀探析”學(xué)科素養(yǎng)。

（三）促使學(xué)生形成化學(xué)實驗探究的學(xué)習(xí)素養(yǎng)

學(xué)生的思維發(fā)展扎根在課堂，教師改變教學(xué)方式方法，才能轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。實驗探究可以促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)反應(yīng)實質(zhì)的理解，可以引導(dǎo)學(xué)生從科學(xué)方法論出發(fā)，掌握科學(xué)研究的一般方法。實施以學(xué)生實驗探究為核心的化學(xué)教學(xué)，可讓學(xué)生有更多的機會主動地體驗探究，是一個不斷地去發(fā)現(xiàn)問題、提出問題、分析問題和解決問題的探索過程，充分體現(xiàn)學(xué)生的主體地位。實驗探究在培養(yǎng)學(xué)生動手實踐，觀察分析能力的同時，還能夠幫助學(xué)生更好地建立和鞏固化學(xué)基本概念，有助于培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)和科學(xué)探究的能力。上文中，筆者通過探究鋅與稀硫酸反應(yīng)的電子轉(zhuǎn)移，揭示反應(yīng)的實質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維、發(fā)散思維、遷移思維等各方面的能力，促使學(xué)生養(yǎng)成科學(xué)探究和科學(xué)創(chuàng)新的學(xué)科素養(yǎng)。

總之，高中化學(xué)課堂仍然是高中化學(xué)課程實施與改革的主陣地，基于學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)，必定要實現(xiàn)“以傳授為中心”向“以學(xué)習(xí)為中心”的轉(zhuǎn)型，進(jìn)而實現(xiàn)“以知識為中心”向“以素養(yǎng)為中心”的轉(zhuǎn)變，最終實現(xiàn)全面提升學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]林崇德.21世紀(jì)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)研究[M].北京師范大學(xué)出版社，2016.

[2]朱鵬飛.學(xué)科核心素養(yǎng)的研究進(jìn)展及其對中學(xué)化學(xué)教師的啟示[J].化學(xué)教學(xué)，2017（1）.

[3]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（實驗）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[4]江敏.在體驗中學(xué)習(xí)——“氧化還原反應(yīng)”的教學(xué)設(shè)計與思考[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2012（6）.

[5]畢華林，盧巍.化學(xué)基本觀念的內(nèi)涵及教學(xué)價值[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2011（6）.

（責(zé)任編輯：張華偉）