新課標(biāo)視野下高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的探索

樓文暇　趙雷洪

摘要： 以“甲烷”為例設(shè)計(jì)教學(xué)，有效統(tǒng)整情境、活動、知識、評價(jià)和素養(yǎng)五個方面。根據(jù)知識內(nèi)容特點(diǎn)，確定教學(xué)中要側(cè)重發(fā)展的核心素養(yǎng)維度；以此為導(dǎo)向創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，圍繞情境設(shè)計(jì)活動；由活動驅(qū)動廣義知識生成，并進(jìn)行即時評價(jià)以實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、評”一體化。有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展，也由此為新課標(biāo)視野下的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)帶來新思路。

關(guān)鍵詞： 核心素養(yǎng)； 情境教學(xué)； 評價(jià)； 教學(xué)設(shè)計(jì)； 甲烷

文章編號： 10056629（2018）10006005中圖分類號： G633.8文獻(xiàn)標(biāo)識碼： B

2018年1月16日發(fā)布的《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》相比于實(shí)驗(yàn)版課程標(biāo)準(zhǔn)，進(jìn)一步強(qiáng)化學(xué)科的育人功能，凸顯課程教學(xué)與核心素養(yǎng)的內(nèi)在聯(lián)系。其中，就整體內(nèi)容而言，增加“學(xué)科核心素養(yǎng)”模塊；教學(xué)提示方面增加對情境素材的建議；教學(xué)與評價(jià)建議合二為一，倡導(dǎo)“教、學(xué)、評”一體化等。這些變動均為高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)帶來新思考。

1基于新課標(biāo)對高中化學(xué)教學(xué)的思考

1.1依據(jù)教學(xué)內(nèi)容特點(diǎn)，確定側(cè)重發(fā)展的核心素養(yǎng)維度

素養(yǎng)強(qiáng)調(diào)知識、能力與態(tài)度的統(tǒng)整[1]，具有內(nèi)隱性和過程性的特點(diǎn)，無法直接教授。而知識是在價(jià)值旨趣的驅(qū)動下，由人運(yùn)用一定的方法、體現(xiàn)一定的思想與思維的結(jié)果[2]，即知識除其本身外，還蘊(yùn)含有思維方法、能力與態(tài)度。因此，核心素養(yǎng)的培養(yǎng)需以知識為載體。在設(shè)計(jì)教學(xué)時，要考慮教學(xué)知識內(nèi)容特點(diǎn)，確定與之契合的核心素養(yǎng)維度，在教學(xué)中側(cè)重發(fā)展。例如，離子反應(yīng)是體現(xiàn)宏觀辨識與微觀探析非常好的素材，因此基于宏微結(jié)合視角對其進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)[3]。

1.2以素養(yǎng)維度為導(dǎo)向，挖掘素材，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境

素養(yǎng)的形成和發(fā)展與情境密不可分，正是在真實(shí)的情境和真實(shí)的學(xué)習(xí)中，知識得以創(chuàng)造，素養(yǎng)得以發(fā)展[4]。情境教學(xué)不僅有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，獲得情感體驗(yàn)，促進(jìn)態(tài)度的形成，而且有助于學(xué)生找到知識學(xué)習(xí)的意義，自主構(gòu)建知識體系。以教學(xué)中要側(cè)重發(fā)展的核心素養(yǎng)維度為導(dǎo)向，根據(jù)學(xué)生的個人經(jīng)驗(yàn)、生活情境以及知識內(nèi)容特點(diǎn)，挖掘素材，創(chuàng)設(shè)具體教學(xué)情境，設(shè)計(jì)課堂活動。由此促使學(xué)生在活動的參與中習(xí)得知識、能力、態(tài)度等廣義知識，并能夠超越情境，實(shí)現(xiàn)知識的遷移與應(yīng)用。

1.3實(shí)現(xiàn)“教、學(xué)、評”一體化，診斷并發(fā)展學(xué)生素養(yǎng)水平

在傳統(tǒng)教學(xué)中，教師通常借助練習(xí)或考試予以簡單評價(jià)，致使教學(xué)與評價(jià)完全分離。而且評價(jià)的內(nèi)容、方式、主體單一，流于形式。事實(shí)上，評價(jià)是為決策提供有用信息的過程，目的在于改進(jìn)而非證明。所以，評價(jià)應(yīng)在教與學(xué)的過程中展開，以學(xué)生在活動中的表現(xiàn)為依據(jù)，結(jié)合學(xué)生自評、同伴互評和教師評價(jià)的方式，即時診斷學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程與能力發(fā)展情況，旨在評估學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。同時，教師從中反思不足，不斷改進(jìn)教學(xué)。

基于以上思考，形成新課標(biāo)視野下高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的整體構(gòu)思，見圖1。

2新課標(biāo)視野下“甲烷”的教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1背景分析

甲烷是學(xué)生在高中階段學(xué)習(xí)的第一個有機(jī)物。此前，學(xué)生對甲烷的認(rèn)識僅限于來源與用途。而該階段，學(xué)生將重點(diǎn)學(xué)習(xí)甲烷的空間構(gòu)型和取代反應(yīng)，并為后續(xù)乙烯、乙炔等有機(jī)物的學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。值得關(guān)注的是，學(xué)生雖已學(xué)習(xí)元素化合物知識，對物質(zhì)結(jié)構(gòu)有初步認(rèn)識，但僅停留在二維層面，對有機(jī)物的空間立體結(jié)構(gòu)存在認(rèn)知困難，而且對取代反應(yīng)這種反應(yīng)類型非常陌生，這需要教師精心設(shè)計(jì)教學(xué)活動來幫助學(xué)生克服。

2.2設(shè)計(jì)思路

在教學(xué)設(shè)計(jì)中，將情境、活動、知識、評價(jià)、素養(yǎng)五個方面整合統(tǒng)一。根據(jù)知識內(nèi)容特點(diǎn)，確定與之契合并將側(cè)重發(fā)展的素養(yǎng)維度。以此為導(dǎo)向，創(chuàng)設(shè)情境，圍繞情境合理設(shè)計(jì)教學(xué)活動，鼓勵學(xué)生主動參與學(xué)習(xí)過程，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，在活動中習(xí)得廣義知識。根據(jù)活動中的表現(xiàn)，即時評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程和能力發(fā)展情況，評估學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展水平。

基于以上認(rèn)識，根據(jù)“甲烷”一課的知識內(nèi)容特點(diǎn)，確定側(cè)重發(fā)展核心素養(yǎng)的其中三個維度，即“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”、“宏觀辨識與微觀探析”。以此為導(dǎo)向，創(chuàng)設(shè)“可燃冰”情境，通過可燃冰的開采意義，其主要成分甲烷的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與用途，以及開采現(xiàn)狀和面臨挑戰(zhàn)三個具體情境貫穿教學(xué)始終。圍繞教學(xué)情境，設(shè)計(jì)三個學(xué)生活動。一是通過定量計(jì)算深刻認(rèn)識甲烷是一種高效燃料。二是搭建甲烷分子球棍模型，分享交流產(chǎn)生疑惑，在教師引導(dǎo)下，根據(jù)已有知識和經(jīng)驗(yàn)，從鍵角、二氯取代物等多角度論證分析各種可能的合理性，最終根據(jù)史料信息確定甲烷的空間結(jié)構(gòu)。三是以甲烷的用途為切入點(diǎn)，引出取代反應(yīng)，通過宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)相結(jié)合，理解并定義取代反應(yīng)。同時在各環(huán)節(jié)即時評價(jià)，判斷學(xué)生在核心素養(yǎng)的這三個維度所達(dá)到的水平。具體教學(xué)流程見圖2。

2.3教學(xué)過程

2.3.1創(chuàng)設(shè)“可燃冰”教學(xué)情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，提高課堂參與度

[導(dǎo)入]展示一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)圖及相應(yīng)儲量圖，根據(jù)所提供的信息思考兩大問題： 如何解決煤炭、石油燃燒引發(fā)的環(huán)境問題，以及常規(guī)化石燃料短缺的困境？

[討論]開發(fā)使用新能源，如太陽能、潮汐能、氫能等。

[講述]目前，這些能源還無法在短短幾十年內(nèi)進(jìn)入商業(yè)化應(yīng)用階段。而另一種新型能源——可燃冰或許可以解決這個難題。

[提問]可燃冰的主要成分是什么？有怎樣的能源特性？

[視頻播放]CCTV科技之光： 沉睡的能量塊——可燃冰。

[學(xué)生]可燃冰由甲烷分子和水分子構(gòu)成，其中甲烷占絕大部分。

[追問]相比于常規(guī)能源，它有何優(yōu)勢？

[學(xué)生]能量高、儲量大、清潔無污染。

[追問]為什么說甲烷是一種高效清潔的燃料？請通過計(jì)算評估這一說法的合理性。

已知甲烷、煤炭、液化石油氣（主要成分C3H8、 C4H10）的熱化學(xué)方程式：

[結(jié)論]相比于常規(guī)化石燃料，甲烷熱值高，燃燒完全后的CO2排放量低，且不會生成SO2等物質(zhì)污染環(huán)境，因而是一種高效清潔的優(yōu)質(zhì)燃料。

設(shè)計(jì)意圖： 以“可燃冰”作為教學(xué)情境導(dǎo)入，把學(xué)生即將學(xué)習(xí)的化學(xué)知識與其所經(jīng)歷的社會生活實(shí)際相聯(lián)系，有利于激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注人類面臨的與化學(xué)相關(guān)的社會問題，提高社會責(zé)任意識。通過了解我國一次能源消費(fèi)結(jié)構(gòu)以及可燃冰的優(yōu)勢，讓學(xué)生體會可燃冰開采的意義所在。同時，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識，結(jié)合定量計(jì)算的手段，對甲烷與常規(guī)化石燃料進(jìn)行性能比較，使之深刻理解“甲烷是一種高效優(yōu)質(zhì)燃料”，并發(fā)展其評估交流的能力。

2.3.2運(yùn)用已學(xué)知識，通過證據(jù)推理，探究甲烷空間結(jié)構(gòu)

[講述]甲烷除作為高效燃料外，還可用于合成氯仿、四氯化碳等有機(jī)溶劑。實(shí)際生產(chǎn)中是如何實(shí)現(xiàn)這一用途的呢？結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，從甲烷的結(jié)構(gòu)入手分析。

[提問]甲烷分子中，C與H通過什么類型的化學(xué)鍵結(jié)合？請做簡單分析。

[學(xué)生]以共價(jià)鍵結(jié)合。C最外層有四個電子，分別與4個H的最外層電子作用，形成四對共用電子，即四根共價(jià)鍵。

[學(xué)生活動]請寫出甲烷的電子式，并以小組為單位利用超輕粘土、塑料吸管搭建甲烷分子的球棍模型。

[展示交流]小組相互展示搭建的模型，產(chǎn)生疑惑。

[提問]搭建的模型主要有三種： 平面正方形、正四面體和正四棱錐。你認(rèn)為哪一種模型最不合理？為什么？

[學(xué)生]正四棱錐最不合理，因?yàn)楦髟又g相距近，空間分布擁擠。

[提問]原子由什么組成？原子之間存在什么力？當(dāng)原子與原子相距過近，會有怎樣的趨勢？共價(jià)鍵之間呢？最終導(dǎo)致什么結(jié)果？

[學(xué)生]原子是由帶正電的原子核與帶負(fù)電的核外電子構(gòu)成。原子之間存在引力和斥力。當(dāng)原子與原子相距過近時，斥力大于引力，就有相互遠(yuǎn)離的趨勢，共用電子對之間也會排斥，導(dǎo)致兩根共價(jià)鍵之間的夾角變大。

[提問]共價(jià)鍵之間的夾角稱為鍵角。請比較這三種模型的鍵角一樣嗎？

[講述]由此得到新思路： 可以測量鍵角作進(jìn)一步判斷。

[史料支持]1874年，范特霍夫和勒·貝爾各自發(fā)表論文，提出碳原子的四面體學(xué)說[5]。近代，研究者們借助儀器測量甲烷分子鍵角，得∠H-C-H=109°28′，與正四面體相符。

[講述]除鍵角外，還有一種方法可用于判斷甲烷的空間構(gòu)型。

[學(xué)生活動]嘗試搭建平面正方形、正四面體和正四棱錐這三種構(gòu)型對應(yīng)的二氯取代物（CH2Cl2），看看分別有幾種同分異構(gòu)體。

[交流]平面正方形和正四棱錐的二氯取代物均有兩種，而正四面體對應(yīng)的二氯取代物僅一種。

[講述]實(shí)際研究中，發(fā)現(xiàn)甲烷的二氯取代物只有一種結(jié)構(gòu)，無同分異構(gòu)體。

[結(jié)論]甲烷的空間構(gòu)型為正四面體。

設(shè)計(jì)意圖： 本環(huán)節(jié)立足于學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)已有的共價(jià)鍵知識分析甲烷的分子結(jié)構(gòu)，認(rèn)識碳原子成鍵特點(diǎn)；組織學(xué)生使用最簡單的素材，動手搭建甲烷分子的球棍模型，并為學(xué)生創(chuàng)造機(jī)會進(jìn)行師生、生生之間的交往與對話，評估所搭建模型的合理性，發(fā)揮學(xué)生主體性，培養(yǎng)批判意識；在教師的充分引導(dǎo)下，學(xué)生從鍵角、二氯取代物等多個視角分析論證合理的甲烷空間結(jié)構(gòu)，由此獲得探索體驗(yàn)，發(fā)展自身證據(jù)推理能力，建構(gòu)認(rèn)知模型。此外，這也讓學(xué)生對取代反應(yīng)和同分異構(gòu)現(xiàn)象有了感性認(rèn)識。

2.3.3深入微觀結(jié)構(gòu)，理解宏觀性質(zhì)，建立“結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途”的聯(lián)系

[提問]氯仿、四氯化碳這些有機(jī)溶劑是怎樣合成的呢？根據(jù)各自的分子式，分析誰替代了誰的位置？

[學(xué)生]氯原子替代氫原子的位置。甲烷與氯氣反應(yīng)，合成氯仿和四氯化碳。

[演示實(shí)驗(yàn)]氯氣與甲烷以4∶1混合，并以高壓汞燈作為光源[6]。課前已搭建好實(shí)驗(yàn)裝置（見圖3），并檢查裝置氣密性良好。

圖3反應(yīng)發(fā)生裝置（左）和產(chǎn)物檢驗(yàn)裝置（右）

將甲烷慢慢注射入圖3（左）250mL圓底燒瓶中，來回抽拉，使氣體混合均勻，用高壓汞燈照射。待黃綠色褪去后，抽取少量氣體，拔出針筒，注射入圖3（右）的氯化氫檢驗(yàn)裝置中。打開圖3（左）中的止水夾，形成噴泉。

[學(xué)生]觀察反應(yīng)過程，描述并解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[播放動畫]甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的微觀過程。

[師生]借助模型拼插，從微觀角度分析甲烷與氯氣反應(yīng)本質(zhì)。

[提問]甲基自由基除與氯原子結(jié)合外，還與誰進(jìn)行結(jié)合？相當(dāng)于誰取代誰的位置？

[學(xué)生]與自身進(jìn)行結(jié)合，相當(dāng)于甲基取代了氫原子的位置。

[追問]什么是取代反應(yīng)？

[學(xué)生]下定義： 有機(jī)化合物分子中的某種原子（或原子團(tuán)）被另一種原子（或原子團(tuán)）所取代的反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：從“合成氯仿等有機(jī)溶劑”這一用途入手，讓學(xué)生初步感知取代反應(yīng)的意義，通過對演示實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的宏觀認(rèn)知，以及借助模型拼插活動對反應(yīng)本質(zhì)的微觀分析，加深對取代反應(yīng)的理解，建立起“結(jié)構(gòu)性質(zhì)用途”的聯(lián)系。最后組織學(xué)生下定義，診斷其對取代反應(yīng)的認(rèn)識水平。

2.3.4關(guān)注可燃冰的開采現(xiàn)狀及挑戰(zhàn)，逐步培養(yǎng)環(huán)保意識，擔(dān)負(fù)社會責(zé)任

[拓展視野]從全球天然氣水合物地域分布情況來看，約有97%分布于海洋中，僅3%分布在陸地凍土帶上。目前，我國探明的可燃冰主要分布于青藏高原、青海地區(qū)以及南海地區(qū)。2017年5月10日至7月9日，由國土資源部中國地質(zhì)調(diào)查局組織實(shí)施的南海可燃冰試采工程取得完滿成功。連續(xù)試采60天，累計(jì)產(chǎn)氣超過30萬立方米。此次試采成功表明，我國在可燃冰開采理論、技術(shù)、工程和裝備等方面居于世界領(lǐng)先水平。

[提問]若可燃冰的日開采量超過10萬立方米，便可用于商業(yè)化。但現(xiàn)階段開采仍面臨著挑戰(zhàn)，你認(rèn)為在開采過程中應(yīng)考慮哪些因素？

[交流討論]設(shè)備、技術(shù)要能應(yīng)對海底低溫高壓環(huán)境；從環(huán)境方面考慮，開采可能影響海底生物的生存環(huán)境，可能引發(fā)海底滑坡、海嘯等地質(zhì)災(zāi)害。

設(shè)計(jì)意圖： “可燃冰開采”作為本課教學(xué)情境貫穿教學(xué)始終。針對“可燃冰開采過程應(yīng)考慮的因素”這一問題的回答，診斷學(xué)生的環(huán)境保護(hù)意識和可持續(xù)發(fā)展意識水平。也由此引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注資源開發(fā)過程中的環(huán)境保護(hù)問題，考慮可燃冰開采對社會可持續(xù)發(fā)展帶來的雙重影響，培養(yǎng)學(xué)生逐漸形成與環(huán)境和諧共處、合理利用自然資源的觀念。

3結(jié)語

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括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)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任五個維度。但在實(shí)際教學(xué)中，尤其是具體到某一課的教學(xué)時，往往難以覆蓋所有維度。因此，教師在設(shè)計(jì)教學(xué)時，首先要根據(jù)知識內(nèi)容特點(diǎn)，確定本課要側(cè)重發(fā)展的核心素養(yǎng)維度。同時，應(yīng)注重素養(yǎng)指導(dǎo)下學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)設(shè)和學(xué)生活動的設(shè)計(jì)。因?yàn)檎J(rèn)知是發(fā)生在與環(huán)境、情境相互作用的過程中，而所有知識都依賴于個人的整合和判斷，滲透了個人的情感與信念[7]。只有當(dāng)學(xué)生在情境中親身經(jīng)歷學(xué)習(xí)過程，才有可能獲得生動而深刻的認(rèn)識，形成個人的知識體系，將習(xí)得的知識在日后的實(shí)踐中遷移與應(yīng)用。此外，應(yīng)實(shí)施“教、學(xué)、評”一體化教學(xué)，關(guān)注學(xué)生課堂中的表現(xiàn)，通過學(xué)生自評、同伴互評和教師評價(jià)多種方式，即時評價(jià)學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)程和能力發(fā)展水平，不斷改進(jìn)教學(xué)，從而有效促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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