基于化學(xué)核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)實(shí)踐
——以“元素及其化合物”為例

熊冬柏

一、培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要載體—元素化合物

元素化合物是高中化學(xué)的一個(gè)非常重要模塊，化學(xué)核心素養(yǎng)的五個(gè)方面，在以元素化合物的教學(xué)中均能得到很好的滲透。曾國瓊［1］認(rèn)為以“元素化合物”知識為載體，可以培養(yǎng)學(xué)生的“元素觀和變化觀”、“微粒觀”、“分類觀”、“實(shí)驗(yàn)觀”、“化學(xué)價(jià)值觀”。姜言霞、王磊［2］等人認(rèn)為“元素化合物知識是構(gòu)成中學(xué)化學(xué)知識的基礎(chǔ)和骨架”，“約占中學(xué)化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的60%”，“新的化學(xué)課程體系中元素化合物知識仍處于基礎(chǔ)和核心的地位”，“成功的元素化合物知識的教學(xué)對提高中學(xué)化學(xué)教學(xué)質(zhì)量具有極為重要的意義”。

元素化合物主要有以下四個(gè)方面的價(jià)值或意義：

（1）元素化合物給學(xué)生呈現(xiàn)了一個(gè)繽紛絢麗的化學(xué)世界，學(xué)生在了解這個(gè)世界的同時(shí)也培養(yǎng)了對化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣和求知探索的欲望。

（2）元素化合物的教學(xué)與STSE教育密切相關(guān)

元素化合物教學(xué)中包含有眾多與科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境密切相關(guān)的內(nèi)容，能很好的落實(shí)科學(xué)精神與社會責(zé)任。

（3）元素化合物知識為化學(xué)基本概念和理論的學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)。

（4）元素化合物模塊的學(xué)習(xí)是培養(yǎng)和提高學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力的重要載體

王磊［2］等人認(rèn)為：“能力并非是各類知識的簡單加和，而是在一系列活動(dòng)中形成的，并且與學(xué)生的主動(dòng)建構(gòu)、反思內(nèi)化和實(shí)踐應(yīng)用密不可分。這就要在教學(xué)中設(shè)計(jì)相應(yīng)的學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生在活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)知識向能力的轉(zhuǎn)化?！痹鼗衔锝虒W(xué)中，需要設(shè)計(jì)很多探究活動(dòng)，如物質(zhì)的制備、分離提純與檢驗(yàn)、組成與結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途、變化及規(guī)律等的探究。學(xué)生這一系列探究活動(dòng)中，不只是學(xué)習(xí)了知識，更重要的是增長了能力，培養(yǎng)了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

二、元素化合物教與學(xué)的現(xiàn)狀及存在的問題

1.學(xué)生對元素化合物知識的學(xué)習(xí)現(xiàn)狀 由于元素化合物的學(xué)習(xí)是在必修1完成的，必修2中的元素周期表和周期律還未學(xué)習(xí)，學(xué)生對元素間的認(rèn)識是孤立的，不能把握相關(guān)的聯(lián)系和轉(zhuǎn)化規(guī)律，并且元素化合物知識點(diǎn)瑣碎繁雜，導(dǎo)致學(xué)生感到知識雜亂無章，容易混淆和遺忘。

2.教師對元素化合物知識教學(xué)的現(xiàn)狀

（1）忽視或不能充分發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的重要價(jià)值。

由于應(yīng)試教育及高一化學(xué)課時(shí)緊、任務(wù)重等原因，教師往往將許多學(xué)生實(shí)驗(yàn)改成演示實(shí)驗(yàn)，將探究實(shí)驗(yàn)改成了驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。即使是探究實(shí)驗(yàn)，也沒有把探究落到實(shí)處，沒有在探究中培養(yǎng)相應(yīng)的能力和相關(guān)的科學(xué)素養(yǎng)。這樣必定不利于學(xué)生興趣的培養(yǎng)、核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

（2）簡單認(rèn)為學(xué)習(xí)元素化合物就是擴(kuò)展相關(guān)元素和物質(zhì)的知識點(diǎn)，不重視規(guī)律的探討和總結(jié)，不重視化學(xué)基本概念和基礎(chǔ)理論的構(gòu)建形成、深化理解和靈活應(yīng)用，不重視學(xué)生學(xué)科能力的培養(yǎng)。

（3）不重視STSE教育

（4）部分教師課堂教學(xué)方式需要改進(jìn)

部分教師的上課形式主要是直接呈現(xiàn)知識、陳述知識、傳授知識，而缺乏探究、學(xué)與問、思考與交流等互動(dòng)活動(dòng)。

三、基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的元素化合物的教學(xué)內(nèi)容的落實(shí)

為了解決上述的問題，我們要重新認(rèn)識課堂教學(xué)價(jià)值觀，基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)重構(gòu)課堂教學(xué)模式，實(shí)現(xiàn)知識與道德、教書與育人、教學(xué)與教育的融合。從單純?nèi)S目標(biāo)的達(dá)成提升到學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)，從以傳授知識為核心的教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)橐院诵乃仞B(yǎng)培養(yǎng)為核心的教學(xué)。化學(xué)核心素養(yǎng)的內(nèi)涵在元素化合物的教學(xué)中的具體落實(shí)如下：

1.宏觀辨識與微觀探析 人教版必修一安排學(xué)習(xí)了7種元素及其化合物：Na、Al、Fe、Si、Cl、S、N，每個(gè)內(nèi)容都安排了實(shí)驗(yàn)和學(xué)生活動(dòng)等，通過觀察、辨識一定條件下物質(zhì)的形態(tài)及變化的宏觀現(xiàn)象，能從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的聯(lián)系，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”的觀念?！敖Y(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”典型突破的實(shí)例有：

（1）SiO2、金剛石、晶體硅、SiC等原子晶體具有立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致它們具有熔點(diǎn)高、硬度大等性質(zhì)；而CO2、Cl2、SO2、N2等分子因無立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，是由一個(gè)個(gè)獨(dú)立的分子構(gòu)成，分子間僅有很微弱的分子間作用力，故它們?yōu)槿鄯悬c(diǎn)低的氣體。

（2）Na等原子的結(jié)構(gòu)（半徑大，最外層電子數(shù)少）決定了它易失電子，金屬性強(qiáng)；Cl等原子的結(jié)構(gòu)（半徑小，最外層電子數(shù)多）決定了它易得電子，非金屬性強(qiáng)。

培養(yǎng)學(xué)生具備根據(jù)物質(zhì)的微觀結(jié)構(gòu)預(yù)測物質(zhì)在特定條件下可能具有的性質(zhì)和可能發(fā)生的變化的能力，如根據(jù)K、Ca、Cs、F、O、S、N等元素的原子結(jié)構(gòu)預(yù)測元素的性質(zhì)和可能發(fā)生的變化；“性質(zhì)決定應(yīng)用”典型突破的實(shí)例有：

（1）金屬與非金屬分界線附近元素的單體既有金屬性又有非金屬性，可做半導(dǎo)體材料，如晶體硅；

（2）金屬鎂和鋁具有質(zhì)輕、易生成致密氧化膜抗腐蝕等優(yōu)良性質(zhì)，用于制造合金，在航空材料、日常生活等方面有廣泛的用途。

（3）氯氣和次氯酸鹽具有強(qiáng)氧化性，廣泛用于殺菌消毒和漂白。

2.變化觀念與平衡思想 NO與O2混合的實(shí)驗(yàn)、分別蘸有濃氨水和濃鹽酸的玻璃棒靠近的等實(shí)驗(yàn)?zāi)苷J(rèn)識物質(zhì)是在不斷運(yùn)動(dòng)的；很多反應(yīng)如N2與O2、N2與H2、SO2與O2的反應(yīng)說明物質(zhì)的變化是有條件的；Na等金屬與水，Mg、Al等金屬與酸，Na2O2與H2O，Na2CO3與少量H2O形成晶體，NH4Cl與Ba（OH）2·8H2O晶體混合，蔗糖與濃硫酸混合等反應(yīng)讓學(xué)生關(guān)注了化學(xué)變化中的能量轉(zhuǎn)化；引導(dǎo)學(xué)生從離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)等角度對紛繁復(fù)雜的化學(xué)變化進(jìn)行分類研究，逐步揭示各類變化的特征和規(guī)律；學(xué)生通過SO2與H2O的反應(yīng)建立平衡的思想，用對立統(tǒng)一、聯(lián)系發(fā)展和動(dòng)態(tài)平衡的觀點(diǎn)考察、分析化學(xué)反應(yīng)，預(yù)測在一定條件某種物質(zhì)可能發(fā)生的化學(xué)變化。

3.證據(jù)推理與模型認(rèn)知 元素及其化合物的學(xué)習(xí)牽涉到很多化學(xué)反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)，通過這些反應(yīng)及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象能培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的素養(yǎng)；

如SO2性質(zhì)的推導(dǎo)教學(xué)可進(jìn)行如下的設(shè)計(jì)：

（1）課前布置作業(yè)，讓學(xué)生初步學(xué)會收集各種證據(jù)。如SO2能形成酸雨；SO2能制硫酸；SO2通入氫硫酸溶液中能產(chǎn)生黃色沉淀；SO2能使石蕊變紅；SO2能使加有酚酞的NaOH溶液褪色；SO2能使高錳酸鉀溶液褪色；SO2能使品紅溶液褪色；SO2能使食物增白，但食用這類食品，對人體的肝、腎臟有嚴(yán)重?fù)p害，并有致癌作用；葡萄酒中一般都添加了微量的SO2等等。

（2）課上引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)這些現(xiàn)象推導(dǎo)SO2可能具有的性質(zhì)并提出假設(shè)。

（3）基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，證實(shí)或證偽假設(shè)，學(xué)習(xí)解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，確定形成科學(xué)結(jié)論所需要的證據(jù)和尋找證據(jù)的途徑；

也可通過模型認(rèn)知來推測SO2的性質(zhì)，如先建立模型：

再通過所建構(gòu)的模型來認(rèn)知SO2的性質(zhì)并寫出相應(yīng)的反應(yīng)方程式：

注：SO2的特性：漂白性（化合漂白，不穩(wěn)定，可逆）

引導(dǎo)學(xué)生通過模型認(rèn)知物質(zhì)性質(zhì)并培養(yǎng)的能力，從理解和感悟模型到自主建構(gòu)模型。

最后要求學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究SO2的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)：①SO2的溶解性②SO2的漂白性③SO2的氧化性④SO2的還原性。并利用所提供試劑進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

4.實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識 元素化合物板塊有很多實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出有探究價(jià)值的化學(xué)問題，依據(jù)探究目的設(shè)計(jì)并優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)操作，引導(dǎo)學(xué)生對觀察記錄的實(shí)驗(yàn)信息進(jìn)行加工并獲得結(jié)論；鼓勵(lì)同學(xué)之間交流實(shí)驗(yàn)探究的成果，并提出進(jìn)一步探究或改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)想；鼓勵(lì)學(xué)生尊重事實(shí)和證據(jù)，不迷信權(quán)威，具有獨(dú)立思考、敢于質(zhì)疑和批判的創(chuàng)新精神。

突破的典型實(shí)例有：驗(yàn)證鐵與水蒸氣是否發(fā)生反應(yīng)及產(chǎn)物的檢驗(yàn)；FeCl3溶液與適量的鐵粉反應(yīng)后溶液中組成離子的分析和檢驗(yàn)；Fe（OH）2的制備及實(shí)驗(yàn)裝置的優(yōu)化；氯水成分的分析和檢驗(yàn)；氯水中有漂白作用微粒的假設(shè)、分析和驗(yàn)證；木炭與濃硫酸反應(yīng)產(chǎn)物的分析和檢驗(yàn)；怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，盡可能多地使NO2或NO被水吸收。

5.科學(xué)精神與社會責(zé)任 元素及其化合物模塊學(xué)習(xí)中牽涉到的科學(xué)精神和社會責(zé)任內(nèi)容很多。如SO2、NO等的功與過；硫的氧化物和氮的氧化物與空氣質(zhì)量和酸雨的問題；綠色化學(xué)問題：濃硫酸、濃硝酸做氧化劑反應(yīng)時(shí)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，氯氣的制備及性質(zhì)實(shí)驗(yàn)等。

四、兩種教學(xué)實(shí)踐結(jié)果的對比

2016學(xué)年我承擔(dān)高一4個(gè)班的化學(xué)教學(xué)，班級人數(shù)均為53人。在必修一的元素化合物教學(xué)中，6班和13班我采用基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)實(shí)踐，8班和15班還是采用傳統(tǒng)的教學(xué)方式。教學(xué)結(jié)束后，我設(shè)計(jì)下圖橫坐標(biāo)的10個(gè)方面的題目給4個(gè)班的學(xué)生做，每個(gè)方面問題的題目共10分，總分100分，下圖縱坐標(biāo)為每個(gè)方面問題的得分。

由統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和圖可以看出，核心素養(yǎng)教學(xué)模式下學(xué)生的總平均分（73.25分）比非核心素養(yǎng)教學(xué)模式下學(xué)生的總平均分（60.80分）有明顯提升，學(xué)生在10個(gè)方面題目的得分均高于非核心素養(yǎng)教學(xué)模式，其中微觀探析、宏微觀間關(guān)聯(lián)、證據(jù)推理和模型認(rèn)知、實(shí)驗(yàn)探究能力、創(chuàng)新意識、科學(xué)精神和社會責(zé)任這些方面的得分提升更明顯。這體現(xiàn)出核心素養(yǎng)教學(xué)模式的明顯優(yōu)勢。

總之，元素化合物是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要載體，基于核心素養(yǎng)培養(yǎng)目標(biāo)的教學(xué)能有效的解決現(xiàn)實(shí)中教與學(xué)中存在的問題，更好地培養(yǎng)學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。