基于“教·學·評”一體化的教學實踐

王新文

摘? ? 要：依照《普通高中化學課程標準（2017年版）》要求，分析“化學能與熱能”教材應有特點可知，“化學能與熱能”是化學反應規(guī)律主題中相對獨立完整的內容，要符合培育化學核心素養(yǎng)須有“整體觀”的教學要求，須以課程標準相關教學實施建議為指導，以學生的化學宏微結合、三重表征、證據(jù)推理及模型認知等深度思維能力和反應觀念的落實為核心，以能量為大概念，以鎂和稀鹽酸反應放熱實驗為案例，以“教學評”為教學實踐，對反應從內因與外因、質變與量變方面構建起結構化認識，深化對物質性質與反應的關聯(lián)。

關鍵詞：化學核心素養(yǎng);一體化;深度學習

一、認識課程內容

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“《課標（2017版）》”）中必修課程內容[1]18表明“化學反應規(guī)律”主題包括“化學反應的限度和快慢”與“化學反應與能量轉化”兩部分內容，“化學能與熱能”和“原電池”依舊是化學反應與能量轉化的核心內容。但“化學能與熱能”部分相比《課標（實驗）》的表述已有很大不同，見表1所示。

《課標（2017版）》緊扣中學化學的研究核心——物質及其變化，采取了基于物質能量屬性認知反應規(guī)律的表述方式，使得層級清晰且知識結構良好，并強調反應的觀念知識是教學的核心，如“中和熱的測定”知識就被必修教材舍棄。結合現(xiàn)有教學可看出，本節(jié)是“化學能與電能”的學習基礎，“化學能與電能”是基于本節(jié)建立的反應中能量轉化觀念和規(guī)律，實驗探究了化學能直接轉化為電能的裝置。本主題在高中課程的學習進階為，[進階1]化學反應與能量變化→[進階2]化學能與電能相互轉化的途徑與方法（含鹽橋電池、電解等）→[進階3]體系平衡狀態(tài)的能量特征→[進階4]利用蓋斯定律計算反應熱及反應熱的實驗測定。為學生落實變化觀念，課標建議使用豐富的學習活動/素材，凸現(xiàn)了對知識基于學生問題解決與體驗的自主建構過程。其提及的素材并非“全新”的，情境素材中的“生物質能”，現(xiàn)行教材是以“情境型習題”介紹的;能源的選擇是通過“計算型習題”感悟的;化學變化中的能量守恒是借以“計算型習題”深化的。課標內容預示著本節(jié)內容應為一課時，為此，可以將課上課下和線上線下相結合以落實《課標（2017版）》的意圖。

落實“教學策略”的關鍵在于確定“重要知識是什么”“重要知識的價值體現(xiàn)在哪里”等問題。依照美國科學框架提出的科學主題和《課標（2017版）》前言[1]4提出的“大概念”來看，“能量”這一跨學科界限的、共通的科學主題是本節(jié)核心，圍繞能量的來源、轉化等發(fā)展學生化學認知。也正因其跨學科特征，學生在化學之前已有對能量的體驗，也就無需嚴格界定“能量”，只需基于能量發(fā)展學生分析化學變化的思維與觀念。從知識隸屬關系來看，本節(jié)內容屬于化學熱力學的范疇，所以發(fā)展學生從能量視角認識化學變化的現(xiàn)象和規(guī)律是必修教學的核心，教學應幫助學生發(fā)展從能量認識化學反應的基本角度，形成對反應及物質的基本觀念。依據(jù)熱力學，反應物和生成物的宏觀的總能量是反應熱效應的根本，化學鍵的斷裂與生成是熱效應產(chǎn)生的微觀主因。依學科實際而言，反應熱通常是實驗測定為主，因而必修根本不必教授從理論上（鍵能）計算反應熱?？傮w看來，必修和選擇性必修內容界限是分明的，而厘清它們之間的界限，是以防出現(xiàn)跨越內容“邊界”的現(xiàn)象。

二、教學難點分析

難點1，“能量”既抽象且使用場域多變，學生容易產(chǎn)生“迷思認識”。如“生物學科說‘ATP斷裂化學鍵要放出熱量”，這不是與“化學鍵斷裂吸收能量”相悖嗎。其實，生物學科中所謂“斷裂高能磷酸鍵放熱”實際上指的是“ATP→ADP+能量”這一完整反應放熱，與化學學科“化學鍵斷裂”所指并不一致。各學科對能量的基本理解不盡相同，生物學科能量和生命現(xiàn)象、營養(yǎng)物質相聯(lián)系，物理學科重在研究能量和功的轉化，化學學科是將能量與能源相呼應。建立物質具有化學能的觀念是化學能量觀的基礎認知，而理解抽象的“化學能”需基于“化學鍵”核心概念的認知功能。

難點2，學生如何自主建構化學反應過程“能量守恒”的學科觀念。物理學科通過證明建立了機械能守恒理論，化學學科是難以證明化學反應中的能量守恒的，就需以考究的“證據(jù)”推動學生建構。本節(jié)教學中以“高處的水流釋放能量流向低處”過渡到放熱反應，有兩處易引起學生的“錯覺”，一是水從高處流向低處具有自發(fā)性，學生會認為放熱反應就可以自發(fā)進行;二是“釋放”是因為低處水流的能量低，實際上“高處的水的重力勢能轉化為了低處的水的動能”，它們的能量守恒。

難點3，本節(jié)教學需要著重培育哪些化學核心素養(yǎng)。反應既是化學的研究對象，也是探究物質性質實現(xiàn)物質轉化的方法，從“能量”角度認識反應是化學用于解釋解決社會問題的核心之一，變化觀念與平衡思想、實驗探究化學反應的熱效應、“能量-反應過程”圖式、“熱效應”現(xiàn)象的“微觀”解釋、“能量守恒”原理的推理論證等都是本節(jié)需要著重考慮的素養(yǎng)。

三、教學主要環(huán)節(jié)

[引入]“火”的出現(xiàn)是人類文明發(fā)展的里程碑。請舉例陳述其出現(xiàn)的劃時代意義。

小結：

[活動1]探索：化學反應會引起熱量變化嗎？

1.除了燃燒，還有化學反應引起熱量變化的其他案例嗎？熱能與熱量有何不同？

2.實驗探究：鎂和稀鹽酸、氯化銨和氫氧化鋇晶體反應中的熱量變化。

主要小結：⑴ 如表2所示。

⑵ 化學反應中熱量變化的有兩種表現(xiàn)：吸熱和放熱。

⑶ 熱量變化分析：

[活動2]討論：化學反應的基本特征是什么？

1.能量有哪些常見形式？2.化學反應中能量變化最普遍的形式是什么？3.化學反應中的物質變化和能量變化的關系是什么？4.吸熱反應一定需要加熱嗎？放熱反應一定不需要加熱或點燃嗎？

[活動3]知識建構：以“鎂和稀鹽酸”為例，解決：⑴反應為何會放熱？⑵反應中熱量變化的微觀主因是什么？⑶放出的熱量來自“誰”？

對于⑴，鎂和稀鹽酸反應能對環(huán)境“釋放”能量，如果能夠釋放足夠的能量就能夠“煮熟”一個雞蛋，這是不是類似于水流發(fā)電呢。請陳述水流發(fā)電的原理，并畫圖指出該反應放熱的原因。

小結：

注意：曲線②③在解決問題⑶時補畫出。

⑴反應過程指從? ? ? ? 到? ? ? ?的過程;

⑵在圖中標出該反應放出的熱量;

⑶曲線①能概括“這類”反應發(fā)生的路徑嗎？

⑷結合圖式指出討論Σ（反）、Σ（生）、ΔH之間的關系。

對于⑵，采取以下圖所示問題引導方式進行解決。

小結：化學反應中熱量變化的微觀主因是化學鍵的斷裂和生成。

對于⑶，鎂和稀鹽酸以“熱能”的形式向環(huán)境釋放了能量，該過程中能量守恒（即能量不可能憑空產(chǎn)生或憑空消失，只會從一種形式轉化成另一種形式），熱能是哪種能量形式轉化而來呢？

小結：我們把化學反應產(chǎn)生的轉向其他能量形式的能量叫做“化學能”。反應與能量轉化的關系如圖所示。

[學習評價1]以教材習題為依托，以實際問題解決為目標，提高運用“能量-反應”模型解決相關問題的水平，并初步掌握從能量視角表征化學反應的基本符號，能夠初步根據(jù)化學方程式的意義建立能量和質量的等介關系并進行簡單計算。同時也為選修化學同學完成知識的鋪墊。

[活動4]回顧整理認識化學反應的角度，建立放熱反應和其他反應間的關系（P37習題4）。

[活動5]討論：閱讀能源利用的三個階段，談談化學反應在實現(xiàn)能量轉化中應秉持的常識。

小結：

[學習評價2] 建立從能量角度認識物質性質的思維方式，發(fā)展從不同層次認識物質的多樣性。也將元素性質、物質穩(wěn)定性及能量進行有效概括關聯(lián)，形成基于能量的初步認知能力。

[學習評價3]1.利用網(wǎng)絡，做出關于“生物質能”的卡片并對其發(fā)展現(xiàn)狀及前景進行論述。2.利用網(wǎng)絡，結合化學反應在科技、生產(chǎn)中提供能量的案例，闡述選擇該反應背景、現(xiàn)狀及前景。作業(yè)以展板的形式擇優(yōu)在班級間展出。

《課標（2017年版）》在“教學與評價建議”中提倡課堂教學應積極實踐以“教學評”一體化促進學生化學核心素養(yǎng)發(fā)展 [1]74，應注意發(fā)揮課堂練習和課后作業(yè)對于學生化學核心素養(yǎng)的診斷與發(fā)展功能[1]75。本教學在從能量視角研究化學反應的意義，反應中能量轉化的微觀原因及規(guī)律，反應中熱量轉化的探究與利用，以及如何從能量角度看待物質及其變化等過程中，采取以問題導向以練習深化的課堂活動，促使學生以鎂和稀鹽酸反應放熱為案例，從宏觀與微觀相結合的視角運用探究與推理、抽象與概括、假設與建模的思維方式，對反應從內因與外因、質變與量變進行全面分析并構建起結構化認識，形成了依據(jù)方程式、鍵能及能量-反應模型計算反應熱的思維框架，達成對物質及變化的規(guī)律性認識，并不斷將新的知識通過學習評價進行檢驗，通過教學評為板塊向前推進。

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）.北京：人民教育出版社，2018：74.