基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)體驗(yàn)場

侯瓊瑋

摘要：“銅鋅原電池及其原理”作為高中電化學(xué)啟蒙章節(jié)，起到了承上啟下的進(jìn)階作用。在新高考背景下，基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育，電化學(xué)的教學(xué)應(yīng)注重教材與生活實(shí)際的關(guān)聯(lián)，及其在生產(chǎn)中的遷移應(yīng)用。在課堂上建立真實(shí)的問題情境，設(shè)計(jì)合適的課堂活動，使學(xué)生浸潤在“體驗(yàn)式”的真實(shí)科研情境之中，創(chuàng)設(shè)學(xué)習(xí)體驗(yàn)場，力求還原真實(shí)的探究路徑，是實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的有效途徑之一。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);學(xué)生活動;學(xué)生體驗(yàn);科學(xué)探究;原電池

文章編號：1008-0546（2020）11-0015-04 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.004

一、問題的提出

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(gè)人終生發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力。高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的重要組成部分，包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念和平衡思想”“證據(jù)推理和模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”和“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”5個(gè)維度，展現(xiàn)了學(xué)生通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)形成的關(guān)鍵能力和必備品格。

上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗(yàn)本）中針對新高考改革增加了化學(xué)、技術(shù)與社會模塊，其中涵蓋了化學(xué)與生活、化學(xué)與工業(yè)的內(nèi)容，旨在凸顯化學(xué)是一門來源于生活、應(yīng)用于實(shí)際的學(xué)科。高中化學(xué)學(xué)習(xí)的思維特點(diǎn)在于：從理論知識的學(xué)習(xí)到實(shí)際生產(chǎn)生活的升華，即應(yīng)用已學(xué)化學(xué)知識分析實(shí)際問題，這是一個(gè)知識建構(gòu)的過程，也是一個(gè)深刻理解化學(xué)知識并解決實(shí)際問題的過程。

學(xué)科知識和技能的形成、建立和深化是一個(gè)螺旋式上升的過程。學(xué)生在初中學(xué)習(xí)階段接觸到的電化學(xué)內(nèi)容主要是水能夠在電解條件下分解為氫氣和氧氣，由于學(xué)生并不理解電化學(xué)相關(guān)原理，因此只知其然，而不知其所以然——電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化。作為高中電化學(xué)啟蒙章節(jié)，“銅鋅原電池及其原理”起到了承上啟下的進(jìn)階作用。在常規(guī)原電池教學(xué)中，以銅鋅原電池探究實(shí)驗(yàn)入手，引導(dǎo)學(xué)生感知電能與化學(xué)能之間的轉(zhuǎn)化;以銅片上產(chǎn)生氣泡的異?，F(xiàn)象為認(rèn)知沖突點(diǎn)，激發(fā)學(xué)生求知欲，并以此為抓手得出原電池的電極、電極反應(yīng)等相關(guān)概念，教學(xué)過程關(guān)注相關(guān)內(nèi)容的邏輯順序和知識的系統(tǒng)性。但是，這樣的教學(xué)缺少與實(shí)際應(yīng)用的紐帶，學(xué)生難以感受學(xué)習(xí)內(nèi)容的意義，不利于落實(shí)指向核心素養(yǎng)的教學(xué)要求。

高中電化學(xué)內(nèi)容具有較強(qiáng)的理論性，反應(yīng)原理、電極判斷等內(nèi)容與生活實(shí)際存在一定距離?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中提出電化學(xué)的教學(xué)要求為“認(rèn)識化學(xué)能與電能轉(zhuǎn)化的實(shí)際意義及其重要應(yīng)用”，強(qiáng)調(diào)了電化學(xué)的理論學(xué)習(xí)對于生產(chǎn)實(shí)際的指導(dǎo)作用。單世乾提出“電化學(xué)教學(xué)應(yīng)充分挖掘生產(chǎn)實(shí)際素材，設(shè)計(jì)合適的實(shí)驗(yàn)探究活動來學(xué)習(xí)原電池的基本原理，引導(dǎo)學(xué)生理解電池的改進(jìn)與發(fā)展的理論依據(jù)及方法，從而應(yīng)用于生產(chǎn)實(shí)際問題的解決”。

因此，電化學(xué)的教學(xué)應(yīng)：（1）利用好已有知識，注重教學(xué)素材與生活實(shí)際的關(guān)聯(lián);（2）注重理論知識在生產(chǎn)實(shí)際中的遷移應(yīng)用?；谝陨蟽牲c(diǎn)，筆者認(rèn)為，在課堂上應(yīng)建立真實(shí)的問題情境，以實(shí)驗(yàn)探究活動為載體，強(qiáng)化學(xué)生從理論到實(shí)際的“體驗(yàn)”過程，使學(xué)生充分“浸潤”在真實(shí)的問題探究環(huán)境中，以實(shí)現(xiàn)從書本知識到實(shí)際生活生產(chǎn)的思維轉(zhuǎn)變。筆者以“化學(xué)史”為線索，從原電池的起源說起、探究原電池生電奧秘并親自設(shè)計(jì)電池，旨在以學(xué)生為主角重現(xiàn)歷史，體會電池設(shè)計(jì)與發(fā)展的科學(xué)思想以及培養(yǎng)敢于質(zhì)疑和創(chuàng)新的科學(xué)精神，發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)。

二、基于核心素養(yǎng)的學(xué)生活動設(shè)計(jì)

1.解析教學(xué)要求

《上海市高中化學(xué)學(xué)科教學(xué)基本要求（試驗(yàn)本）》（以下簡稱“基本要求”）中對基礎(chǔ)型課程氧化還原反應(yīng)中的原電池部分作了如下要求（表1）：

基礎(chǔ)型課程側(cè)重“認(rèn)知”理論，而拓展型課程更側(cè)重“應(yīng)用”理論指導(dǎo)實(shí)際。在新授課教學(xué)中，教師既不能一味關(guān)注基礎(chǔ)型知識的落實(shí)，也不宜過度提升思維要求，因此，“度”的把握不容小覷。合理設(shè)計(jì)組織“體驗(yàn)式”課堂教學(xué)活動，使學(xué)生浸潤在真實(shí)的問題情境中，是調(diào)控把握“度”的方式之一。

《基本要求》中對學(xué)習(xí)經(jīng)歷作如下描述：選擇身邊常見化學(xué)試劑或身邊的物質(zhì)與常用儀器制作簡易原電池，觀察、記錄有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，運(yùn)用分析、演繹、類比等方法對宏觀現(xiàn)象進(jìn)行微觀解釋和表達(dá)，體驗(yàn)化學(xué)變化中能量轉(zhuǎn)化的獨(dú)特魅力。從中不難看出其要求教師關(guān)注學(xué)生思維發(fā)展，將理論學(xué)習(xí)與科學(xué)研究相聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生思考現(xiàn)象背后存在的規(guī)律等要求?！吧磉叀钡娜〔姆绞接欣诩ぐl(fā)學(xué)生興趣，啟迪學(xué)生的思維，更有利于將科學(xué)探究的精神延伸至課外，在生活中融會貫通核心素養(yǎng)。

學(xué)習(xí)的過程應(yīng)是一個(gè)感性的認(rèn)識經(jīng)過思維加工上升到理性認(rèn)知，并加以實(shí)踐的過程。借助有意義的生活素材，強(qiáng)化學(xué)生“體驗(yàn)”的過程，是實(shí)現(xiàn)從感性到理性，從理洼再到實(shí)踐的有效途徑。

2.從教學(xué)線索到學(xué)生活動

原電池的發(fā)展過程中滲透了多種探索路徑和思維方式，但是科學(xué)家的探索之路與生活實(shí)際存在一定距離，學(xué)生能夠從中了解科學(xué)家探索過程的艱辛，卻較難真實(shí)體會科學(xué)探索的過程，也較難內(nèi)化為自己的科學(xué)探索品質(zhì)。選擇“身邊”的物質(zhì)是一種將科學(xué)情境滲透進(jìn)生活的取材方式，有利于學(xué)生浸潤在生活情境中感受真實(shí)的科學(xué)探索過程，課堂教學(xué)要為學(xué)生創(chuàng)造的情境，是能夠?qū)⒗碚撝R融人其中以達(dá)到融會貫通的目的。

此階段學(xué)生已經(jīng)了解氧化還原、化學(xué)反應(yīng)伴隨能量變化等知識，因此本節(jié)內(nèi)容其實(shí)是基于以上內(nèi)容的升華和應(yīng)用，在教學(xué)設(shè)計(jì)過程中以學(xué)生活動為載體、基礎(chǔ)型知識的落實(shí)為抓手、拓展型課程的思維方式為培養(yǎng)對象來開展課堂教學(xué)活動。教學(xué)設(shè)計(jì)中，需要拿捏好提升的“度”。教師先要有整體的電化學(xué)教學(xué)意識，既不能盲目提高，也要關(guān)注思維進(jìn)階。在學(xué)生活動設(shè)計(jì)中，同樣也要張弛有度。

圍繞著“發(fā)現(xiàn)電一探究電一應(yīng)用電”這一教學(xué)線索，選取具有代表性意義的幾個(gè)歷史事件，結(jié)合現(xiàn)代科學(xué)背景進(jìn)行適當(dāng)?shù)男薷暮驼?，以求適應(yīng)學(xué)生現(xiàn)有認(rèn)知水平，并借此提升科學(xué)思維方式，是設(shè)計(jì)學(xué)生活動的關(guān)鍵所在。因此在本設(shè)計(jì)中，筆者借伽伐尼的青蛙實(shí)驗(yàn)作為線索，引導(dǎo)學(xué)生模擬情景再現(xiàn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)“看見電子”，從“看見電子”的多種現(xiàn)象中逐步構(gòu)建原電池模型，并通過自制電池發(fā)動小車的活動形式對其掌握程度進(jìn)行診斷。力求使學(xué)生能夠準(zhǔn)確描述分析銅鋅原電池的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同時(shí)能夠?qū)υ姵刂须娮拥牡檬б约斑\(yùn)動方向和規(guī)律有深度認(rèn)識（圖1）。

三、基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)實(shí)施環(huán)節(jié)

1.感受電——創(chuàng)設(shè)情境，初建模型

[視頻]TED和BBC剪輯視頻——模擬伽伐尼的青蛙實(shí)驗(yàn)。

[演示實(shí)驗(yàn)]串聯(lián)原電池給玩具青蛙通電，青蛙跳舞。

[教師]盡管兩種“動”的呈現(xiàn)方式不同，但其原理卻有著異曲同工之妙。請你找找它們在組成上的相似之處。

[學(xué)生]金屬、溶液。

設(shè)計(jì)意圖：通過“伽伐尼的青蛙實(shí)驗(yàn)”的視頻資料以及給玩具青蛙通電這兩個(gè)以“青蛙動起來”聯(lián)結(jié)起來的事件，制造不同背景但是相同原理的情境啟發(fā)學(xué)生的思考。問題的產(chǎn)生來源于真實(shí)的情境，真實(shí)的情境可以是歷史上真實(shí)發(fā)生過的事件，也可以是人為營造的場景。考慮到伽伐尼的青蛙實(shí)驗(yàn)在課堂演示的可行性問題，改用視頻資料替代，同時(shí)結(jié)合使用原電池組給玩具青蛙通電跳舞這一環(huán)節(jié)，達(dá)到異曲同工的目的，即應(yīng)用相同的實(shí)驗(yàn)原理，不同的呈現(xiàn)方式，增加了實(shí)驗(yàn)演示的視覺沖擊性和趣味性，使學(xué)生真切感受到能量的轉(zhuǎn)化過程。

[活動]利用磁性貼紙模擬伽伐尼的青蛙實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停墒掷L添加裝置）（圖2）。

[教師]展示學(xué)生搭建的模型，分析是否能夠再現(xiàn)伽伐尼的青蛙腿抽搐實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：基于以上對于兩個(gè)青蛙實(shí)驗(yàn)的共同組成部分的討論，讓學(xué)生動手模擬伽伐尼的實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ停κ欠衲軌蛟佻F(xiàn)青蛙抽搐這一實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論分析，旨在讓學(xué)生體驗(yàn)“閉合回路”在構(gòu)成原電池時(shí)的職能，同時(shí)通過體驗(yàn)搭建過程，潛移默化地形成原電池組成的雛形。

2.探究電——科學(xué)發(fā)現(xiàn)，始于細(xì)節(jié)

[活動]實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，“看見”電子。

請同學(xué)們以小組為單位，選用所提供的實(shí)驗(yàn)器材和試劑

①想一想，設(shè)計(jì)若干種能夠“看見”電子轉(zhuǎn)移的實(shí)驗(yàn)（表2）;

②做一做：選擇其中一種或者幾組實(shí)驗(yàn)動手做一做，注意全面觀察，及時(shí)記錄看到的所查反應(yīng)現(xiàn)象。

③想一想：從這些現(xiàn)象中你得到什么結(jié)論？

[教師]請同學(xué)分享他們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

[教師]結(jié)合氧化還原反應(yīng)，你怎樣理解“鋅是負(fù)極？銅是正極？”

[學(xué)生]鋅片是負(fù)極，負(fù)極失電子，因?yàn)殇\片比銅片更易失電子。

[教師]最后誰得到了鋅失去的電子？

[學(xué)生]氫離子（硫酸）得到電子。

[教師]在剛才的實(shí)驗(yàn)中，你是否找到有力的證據(jù)證實(shí)你的推理。

[學(xué)生]銅片上有氣泡產(chǎn)生。（如果沒有，請大家重復(fù)實(shí)驗(yàn)，找找實(shí)證）

[教師]在銅片上溶液中的氫離子得到電子生成氫氣。

[教師]很多同學(xué)做了相同的實(shí)驗(yàn)，卻不是每個(gè)人都看到氣泡。相信當(dāng)年一定也有許多人遇到過與蛙腿抽搐類似的事件，卻唯有伽伐尼對這一宏觀現(xiàn)象背后的微觀本質(zhì)進(jìn)行了探析?？茖W(xué)的發(fā)現(xiàn)始于細(xì)節(jié)，止于錯(cuò)過，善于觀察、善于發(fā)現(xiàn)是科學(xué)探索之路的第一步。

設(shè)計(jì)意圖：這一環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)主要有三個(gè)意圖：第一，是從宏觀辨識過渡到微觀探析層面，借助電流表來“看見”肉眼看不見的電子轉(zhuǎn)移過程。學(xué)生已有“電荷的定向移動形成電流”的知識儲備，因此，能夠借助電流計(jì)將可觀察的宏觀表象與微粒運(yùn)動聯(lián)系起來，建立起宏觀與微觀世界之間的橋梁;第二，學(xué)生活動設(shè)計(jì)中要求畫出實(shí)驗(yàn)裝置簡圖，旨在通過體驗(yàn)構(gòu)圖過程，構(gòu)建原電池模型的圖像。記錄觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，一方面考察學(xué)生對于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察能力，另一方面引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)用語解釋化學(xué)現(xiàn)象，以此來概括化學(xué)原理。觀察是科學(xué)研究中最重要的素質(zhì)之一，科學(xué)探究和科學(xué)發(fā)現(xiàn)都是基于觀察結(jié)果的深入探索，因此，有必要在課堂科學(xué)探索的過程中滲透這一思想——親身體驗(yàn)與“科學(xué)發(fā)現(xiàn)”的擦肩而過，學(xué)生能夠真切感悟科學(xué)探究過程中對于細(xì)節(jié)把握的重要意義;第三，“最后誰得電子”以及“從剛才的實(shí)驗(yàn)過程中找實(shí)證”的設(shè)置滲透“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會評價(jià)并整合搜集到的有關(guān)證據(jù)，應(yīng)用邏輯推理，對所研究的問題進(jìn)行詮釋。

3.應(yīng)用電——設(shè)計(jì)電池，延續(xù)故事

[教師]電池發(fā)展史簡介（如伏打電池、丹尼爾電池）

[活動]結(jié)合原電池的相關(guān)知識，利用所提供的材料設(shè)計(jì)一個(gè)電池來發(fā)動小車，并使小車朝著指定方向啟動（圖3、圖4），比一比，哪一組是最佳設(shè)計(jì)組。

[教師]（勝利組）說說如何迅速設(shè)計(jì)出電池。

[學(xué)生]氯化鈉是電解質(zhì)溶液，存在離子;碳片是導(dǎo)體，能夠?qū)щ?鎂片比碳片更容易失電子，所以鎂片是負(fù)極。

[教師]將同學(xué)們剛才做的這個(gè)小小的原電池放大，就是我國首創(chuàng)的海洋電池，它是將同學(xué)們剛才用鎂片換成鋁板作為負(fù)極，碳為正極，海水為電解質(zhì)溶液，利用空氣中的氧氣與鋁反應(yīng)產(chǎn)生電流。海洋電池大規(guī)模用于燈塔等海邊或島嶼上的小規(guī)模用電，因?yàn)殡娋€難以跨過海為燈塔供電，所以海洋電池的發(fā)明解決了這一難題。海洋電池沒有怕壓部件，在海洋下任何深度都可以正常工作.，海洋電池成為了海洋用電設(shè)施的能源新秀。

[教師]在最初的玩具青蛙跳舞實(shí)驗(yàn)中，老師正是串聯(lián)了幾個(gè)原電池組，為青蛙供電，這就是后來的伏打電池。

[視頻]TED剪輯視頻——伏打電池。

[總結(jié)]（配合BBC視頻，邊播放邊演講）電的故事從原電池開始，正一步步改變著我們的生產(chǎn)和生活。如今，各個(gè)國家電池研究已經(jīng)成為每年必做的科學(xué)項(xiàng)目。電的故事還沒有結(jié)束，也許正等待著你們?nèi)パ永m(xù)

設(shè)計(jì)意圖：本堂課的教學(xué)基本要求中指出“復(fù)述原電池概念和原電池組成”“識別原電池的正負(fù)極及發(fā)生反應(yīng)的類型”，設(shè)計(jì)這一環(huán)節(jié)的目的是對這一教學(xué)目標(biāo)的反饋評價(jià)。學(xué)生在設(shè)計(jì)電池時(shí)，首先要選擇合適的材料、并正確連接正負(fù)極，才能朝著實(shí)驗(yàn)要求的方向發(fā)動小車，其次是選擇合適的溶液（酒精和氯化鈉）、最后需要形成閉合回路。在電池設(shè)計(jì)過程中并沒有要求學(xué)生復(fù)述原電池的構(gòu)成要素，但卻在潛移默化中對課堂學(xué)習(xí)情況進(jìn)行了評估和當(dāng)堂反饋，在學(xué)生陳述設(shè)計(jì)思想之時(shí)既能得到課堂落實(shí)結(jié)果，又強(qiáng)化了實(shí)踐過程。而這一電池的設(shè)計(jì)原理類似于我國首創(chuàng)的海洋電池，因此在完成電池設(shè)計(jì)后引入海洋電池的介紹，滲透愛國主義教育，同時(shí)激勵他們將所掌握的知識投入到實(shí)際生活與生產(chǎn)中去，是培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的重要契機(jī)。在總結(jié)環(huán)節(jié)，配合視頻的震撼音效，教師對電池的未來進(jìn)行展望，將課堂主旨升華。

四.基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)踐思考

基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)，區(qū)別于傳統(tǒng)教學(xué)，教學(xué)的核心目標(biāo)要求實(shí)現(xiàn)從“獲取知識”到終態(tài)目標(biāo)轉(zhuǎn)變?yōu)椤八仞B(yǎng)發(fā)展”的認(rèn)識過程目標(biāo)。

在上述教學(xué)設(shè)計(jì)中，筆者將“獲取知識”的過程融入對真實(shí)問題情境的探究過程中，學(xué)生在經(jīng)歷探究的過程中，不僅需要調(diào)動已有的知識經(jīng)驗(yàn)，同時(shí)也需要對即時(shí)生成的新問題進(jìn)行思考，以解釋相應(yīng)的現(xiàn)象。這個(gè)過程接近真實(shí)的科學(xué)探索經(jīng)歷：從認(rèn)知沖突的產(chǎn)生（無電池玩具青蛙動了起來），到?jīng)_突的解決（探究生電的奧秘），再到實(shí)驗(yàn)結(jié)果的應(yīng)用（設(shè)計(jì)電池），其中穿插了“與科學(xué)發(fā)現(xiàn)擦肩而過”等意外情境，力求還原真實(shí)的科學(xué)發(fā)現(xiàn)之路，使學(xué)生“浸潤”在科學(xué)探索的海洋中，“體驗(yàn)”真實(shí)的科學(xué)、真實(shí)的科研。

在教學(xué)實(shí)踐中筆者發(fā)現(xiàn)，“體驗(yàn)式”的學(xué)生活動不僅能夠調(diào)動學(xué)生的積極性，同時(shí)也大大提高了學(xué)生的思維容量。學(xué)生成了課堂的主角，科研之路就成了劇本，學(xué)生的思維上升過程便是劇本的走勢，在此過程中教師便充當(dāng)著導(dǎo)演兼觀眾的角色，給予指導(dǎo)，給予點(diǎn)評。

在新高考改革的背景之下，化學(xué)教師面臨著挑戰(zhàn)，學(xué)習(xí)難度以及學(xué)習(xí)時(shí)間的把控變得尤為重要?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的提出為新高考改革背景下的教學(xué)提供了一條主線，一種思路，在教學(xué)設(shè)計(jì)的過程中，應(yīng)圍繞著這一主旋律發(fā)展出枝繁葉茂的景象，浸潤“體驗(yàn)式”的學(xué)生活動正是基于核心素養(yǎng)這一主題，提供了一種參考。