改革無(wú)機(jī)元素化學(xué)教學(xué)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)

顧云蘭

(鹽城師范學(xué)院 化學(xué)與環(huán)境工程學(xué)院，江蘇 鹽城 224007)

《無(wú)機(jī)化學(xué)》是我院化學(xué)(師范)專(zhuān)業(yè)一門(mén)重要的基礎(chǔ)課程，也是學(xué)生進(jìn)入大學(xué)后接觸的第一門(mén)專(zhuān)業(yè)課程，內(nèi)容包括基礎(chǔ)理論和元素化學(xué)兩大部分，分別安排在大一第一、二學(xué)期開(kāi)設(shè)，即在學(xué)習(xí)元素化學(xué)前，學(xué)生已掌握了熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)、化學(xué)平衡、原子結(jié)構(gòu)、分子結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)和配合物結(jié)構(gòu)等基礎(chǔ)理論知識(shí)。元素化學(xué)包括元素的通性與存在、單質(zhì)與化合物的性質(zhì)、應(yīng)用和制備等，多為事實(shí)性或描述性知識(shí)[1]。按傳統(tǒng)組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備和應(yīng)用的線性思路開(kāi)展教學(xué)，短期內(nèi)學(xué)生雖能習(xí)得一些元素化學(xué)的知識(shí)，但由于元素化學(xué)知識(shí)具有龐雜、零散的特點(diǎn)[2]，需要記憶的內(nèi)容多，容易混淆，缺乏質(zhì)疑、思辨和實(shí)作的記憶性學(xué)習(xí)行為會(huì)讓學(xué)生感覺(jué)“易學(xué)難記、易懂難學(xué)”，產(chǎn)生畏難情緒，學(xué)習(xí)興趣大打折扣，教學(xué)效果不容樂(lè)觀，亟須加以改進(jìn)。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出了“以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨”的課程理念[3]，化學(xué)師范生作為中學(xué)化學(xué)教師隊(duì)伍的后備力量，只有具備了較強(qiáng)的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)才能為日后培養(yǎng)中學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)奠定基礎(chǔ)與保障。在此背景下，課程組結(jié)合前人的經(jīng)驗(yàn)[4-10]，從如何統(tǒng)籌安排教學(xué)內(nèi)容，凸顯化學(xué)學(xué)科觀念；如何精心設(shè)計(jì)教學(xué)、選擇恰當(dāng)?shù)姆椒ê筒呗月鋵?shí)科學(xué)素養(yǎng)的培養(yǎng)進(jìn)行了諸多有益的嘗試與改革。

1 重塑教學(xué)內(nèi)容，凸顯學(xué)科觀念

課程組利用元素觀、分類(lèi)觀和結(jié)構(gòu)觀等學(xué)科觀念對(duì)元素化學(xué)知識(shí)進(jìn)行了梳理、分析和整合，通過(guò)精編教學(xué)素材力求將教學(xué)內(nèi)容情景化、問(wèn)題化和項(xiàng)目化。在沿用教材以區(qū)、族為章節(jié)的基礎(chǔ)上，根據(jù)學(xué)生對(duì)知識(shí)的熟悉程度將各族元素分為兩類(lèi)進(jìn)行教學(xué)，一類(lèi)為中學(xué)已涉及過(guò)的元素，如Na、Mg、Al、Si、N、S、Cl、Br、I、Fe、Cu等，另一類(lèi)則為中學(xué)幾乎沒(méi)有接觸過(guò)的元素(大多數(shù)學(xué)生高中階段未選修化學(xué))。前者主要通過(guò)問(wèn)題引領(lǐng)式[11]、項(xiàng)目學(xué)習(xí)式[12]、啟發(fā)式等教學(xué)方法激發(fā)學(xué)生探究化學(xué)世界奧秘的熱情和好奇心；后者則依托前者，采用類(lèi)比法或比較法引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用發(fā)散思維建立知識(shí)間聯(lián)系，將學(xué)生的物質(zhì)世界遷移拓展到同族其他元素[13]。每種元素又從單質(zhì)、氫化物、氧化物、鹵化物、硫化物、氫氧化物、含氧酸及其鹽、配合物幾大類(lèi)進(jìn)行授課，從而培養(yǎng)學(xué)生的“元素觀”和“分類(lèi)觀”。教學(xué)中遵循“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的學(xué)科理念，有意識(shí)地引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)基礎(chǔ)理論揭示元素化合物的性質(zhì)及變化規(guī)律，使元素化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化。從微觀角度，以原子結(jié)構(gòu)(價(jià)電子構(gòu)型、原子半徑、電負(fù)性)、分子結(jié)構(gòu)(雜化軌道理論、價(jià)層電子對(duì)互斥理論、分子軌道理論)、固體結(jié)構(gòu)(離子極化、分子間作用力)、配合物結(jié)構(gòu)(晶體場(chǎng)理論)為指導(dǎo)，分析每種元素單質(zhì)及其化合物的結(jié)構(gòu)，進(jìn)而對(duì)物質(zhì)的理化性質(zhì)及變化規(guī)律進(jìn)行歸納總結(jié)，架構(gòu)元素化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，培養(yǎng)學(xué)生宏微結(jié)合的學(xué)科素養(yǎng)；從宏觀角度，以熱力學(xué)、動(dòng)力學(xué)和化學(xué)平衡理論為基礎(chǔ)，對(duì)化學(xué)反應(yīng)的方向、快慢和程度進(jìn)行判斷，將基礎(chǔ)理論貫穿元素化學(xué)教學(xué)的始終，使貌似雜亂無(wú)章的敘述性知識(shí)變得相互有關(guān)聯(lián)、有條理和有規(guī)律，提高元素化學(xué)的教學(xué)效果，同時(shí)使無(wú)機(jī)化學(xué)原理知識(shí)得到鞏固、運(yùn)用，甚至拓展和提升，兩者相得益彰，學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣也能隨之提高[9]。這樣的教學(xué)內(nèi)容安排，能使學(xué)生把零散的元素化學(xué)知識(shí)條目整合起來(lái)，真正理解元素化合物知識(shí)的內(nèi)在聯(lián)系及其所蘊(yùn)含的學(xué)科觀念，形成清晰的學(xué)習(xí)思路以及自主研究元素化合物的方法步驟和思維模型，增強(qiáng)應(yīng)用原理從多角度分析和解決問(wèn)題的意識(shí)。

2 重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)科學(xué)素養(yǎng)

元素化學(xué)教學(xué)中要杜絕教師照本宣科，學(xué)生被動(dòng)接受、機(jī)械記憶。通過(guò)元素化學(xué)的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)具備以認(rèn)識(shí)物質(zhì)為基礎(chǔ)，預(yù)測(cè)、分析解釋物質(zhì)性質(zhì)，根據(jù)性質(zhì)進(jìn)一步解決實(shí)際問(wèn)題的能力[1]。為達(dá)到這樣的課程目標(biāo)，教學(xué)中應(yīng)基于知識(shí)分析和學(xué)情分析靈活選擇、組合運(yùn)用多種教學(xué)方法和策略，形成一個(gè)有明晰線索、合乎邏輯的教學(xué)結(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生將碎片化的元素化學(xué)知識(shí)系統(tǒng)化，促進(jìn)思維結(jié)構(gòu)化，在傳授學(xué)生化學(xué)科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)科學(xué)品質(zhì)和化學(xué)科學(xué)能力，提升學(xué)生的化學(xué)科學(xué)思想水平。

2.1 巧設(shè)問(wèn)題情境，培養(yǎng)科學(xué)品質(zhì)

“興趣是最好的老師”，任課教師可以從學(xué)生熟悉的事物、生活常識(shí)、網(wǎng)絡(luò)熱點(diǎn)、新聞視頻等出發(fā)創(chuàng)設(shè)環(huán)環(huán)相扣、逐步深入的問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考、勇于探索、敢于質(zhì)疑的科學(xué)品質(zhì)。通過(guò)情境問(wèn)題的引導(dǎo)、分析和解決，使學(xué)生建構(gòu)恰當(dāng)?shù)闹R(shí)方法體系，最終形成靈活應(yīng)用知識(shí)方法體系解決實(shí)際問(wèn)題的能力和素養(yǎng)[14]。如在硫元素的教學(xué)中，首先，從學(xué)生熟知的葡萄酒創(chuàng)設(shè)情境，通過(guò)探討葡萄酒中二氧化硫的作用學(xué)習(xí)二氧化硫的還原性；以“毒銀耳的由來(lái)”為問(wèn)題情境，講授二氧化硫的毒性及漂白性；然后，以“酸雨的產(chǎn)生”、“工業(yè)制備硫酸”為情境，過(guò)渡到三氧化硫、含氧酸及其鹽的學(xué)習(xí)中；最后，結(jié)合“酸雨防治”的實(shí)際問(wèn)題，融入當(dāng)前煙氣脫硫技術(shù)，由貼近學(xué)生的生活經(jīng)驗(yàn)升華至工業(yè)生產(chǎn)應(yīng)用，符合從學(xué)生身邊的實(shí)際到學(xué)科知識(shí)，從學(xué)科知識(shí)到知識(shí)應(yīng)用于實(shí)踐的認(rèn)知規(guī)律。這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)既豐富了教學(xué)內(nèi)容，體現(xiàn)了化學(xué)與生活、社會(huì)、生產(chǎn)科技的緊密聯(lián)系，還能讓學(xué)生在生產(chǎn)生活實(shí)例的解析中體會(huì)化學(xué)知識(shí)的社會(huì)價(jià)值，明確學(xué)習(xí)化學(xué)的動(dòng)機(jī)，堅(jiān)定學(xué)好化學(xué)、保障自身權(quán)益、服務(wù)未來(lái)社會(huì)的信念。

在生產(chǎn)、生活中，這樣的應(yīng)用實(shí)例還有很多[15-18]，如在“鋁的氫氧化物、硅酸、氮單質(zhì)、氮的氫化物、氮的氧化物和含氧酸、氟的含氧酸鹽、氯的含氧酸、錳的含氧酸鹽、鈦單質(zhì)、鐵的配合物、銀的鹵化物、鋅的鹵化物”等元素化學(xué)知識(shí)的傳授中，我們可以通過(guò)“胃舒平”、“硅膠干燥劑”、“煙霧冰淇淋”、“汽車(chē)安全氣囊”、“雷雨發(fā)莊稼”、“含氟牙膏”、“84消毒液”、“PP粉”、“鈦合金眼鏡架”、“鐵醬油”、“光致變色玻璃”、“熟鏹水”等實(shí)例創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，激發(fā)學(xué)生的求知欲。選取“相變儲(chǔ)能材料、酸催化劑、石墨烯電池、硝化纖維塑料、鈉硫電池”等學(xué)習(xí)情景，創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，學(xué)習(xí)“堿金屬和堿土金屬水合鹽、硼的鹵化物、碳單質(zhì)、氮的含氧酸、多硫化物”等知識(shí)，融合理論與應(yīng)用，讓學(xué)生在掌握元素化合物知識(shí)的同時(shí)，充分感受化學(xué)的“生活化”和“實(shí)用性”，養(yǎng)成從化學(xué)的視角分析生產(chǎn)、生活中現(xiàn)象的習(xí)慣，將化學(xué)學(xué)習(xí)延伸至課外，內(nèi)化化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)[19]。

2.2 巧用“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”，提升科學(xué)思想水平

項(xiàng)目學(xué)習(xí)(Project-Base Learning，簡(jiǎn)稱PBL)是一種系統(tǒng)的教學(xué)方法，通過(guò)圍繞復(fù)雜、真實(shí)的問(wèn)題以及精心設(shè)計(jì)的產(chǎn)品和任務(wù)，構(gòu)建一個(gè)完整的、學(xué)生深度參與的探究過(guò)程，旨在學(xué)習(xí)必要知識(shí)和提高生活技能[20]。在元素化學(xué)教學(xué)中，可以從元素化合物在生活、生產(chǎn)、生產(chǎn)科技中的應(yīng)用出發(fā)，基于PBL教學(xué)模式，追溯其“為什么可以這樣用?”，“為什么會(huì)有這樣的現(xiàn)象？”，“如何正確、合理、規(guī)范地使用？”等，從而學(xué)習(xí)隱含在應(yīng)用背后的元素化學(xué)知識(shí)，讓學(xué)生在項(xiàng)目的驅(qū)動(dòng)下通過(guò)自主探究和團(tuán)隊(duì)合作解決問(wèn)題，掌握解決問(wèn)題的技能，切身體會(huì)化學(xué)的魅力及實(shí)用價(jià)值，樹(shù)立嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，使知識(shí)傳授、能力提升與價(jià)值引領(lǐng)協(xié)調(diào)發(fā)展。

如在鐵元素的教學(xué)中，教師可以要求學(xué)生通過(guò)查閱文獻(xiàn)、理論分析、設(shè)計(jì)方案、小組討論、實(shí)驗(yàn)探究、小結(jié)歸納，解決“食品脫氧劑中的化學(xué)問(wèn)題[12]”，并錄制視頻上傳QQ學(xué)習(xí)群進(jìn)行展示。學(xué)生通過(guò)已學(xué)“鐵的磁性”、“金屬的通性”、“原電池”、“沉淀的生成和溶解”、“氧化還原反應(yīng)”、“配合物的生成”、“化學(xué)能與電能”、“化學(xué)能與熱能”知識(shí)解決問(wèn)題①如何檢驗(yàn)食品脫氧劑的主要成份？②食品脫氧劑的脫氧原理，如何檢驗(yàn)生成物？③脫氧過(guò)程中的能量如何轉(zhuǎn)化？④如何正確處理廢棄的食品脫氧劑？讓學(xué)生在問(wèn)題的解決過(guò)程中構(gòu)建“鐵的單質(zhì)、氧化物、氫氧化物、配合物”知識(shí)結(jié)構(gòu)體系，形成基于物質(zhì)類(lèi)別、元素價(jià)態(tài)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行檢測(cè)的認(rèn)識(shí)模型，建立起“守恒觀”和“轉(zhuǎn)化觀”，同時(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)協(xié)作精神、唯物辯證思想和生態(tài)文明意識(shí)。

同樣，學(xué)生可以通過(guò)“探究鉻酸洗液中的化學(xué)問(wèn)題”這一項(xiàng)目學(xué)習(xí)鉻元素的有關(guān)內(nèi)容。經(jīng)過(guò)“鉻酸洗液的配制”、“鉻酸洗液的主要成份”、“鉻酸洗液的功效及其原理”和“廢鉻酸洗液的處理”等系列問(wèn)題的探析，掌握Cr(III)和Cr(VI)化合物的性質(zhì)及其相互轉(zhuǎn)化，了解含鉻廢水的排放標(biāo)準(zhǔn)及處理技術(shù)，形成“平衡觀”和“轉(zhuǎn)化觀”，將綠色化學(xué)理念潤(rùn)物細(xì)無(wú)聲地傳遞給學(xué)生，以此勉勵(lì)學(xué)生節(jié)約資源、熱愛(ài)自然、保護(hù)環(huán)境，為建設(shè)美麗中國(guó)而努力。

當(dāng)然，并不是所有的教學(xué)內(nèi)容都適合采用“項(xiàng)目學(xué)習(xí)”，教師需要在研判教學(xué)內(nèi)容難易、評(píng)估實(shí)際教學(xué)環(huán)境的基礎(chǔ)上深入思考、精心設(shè)計(jì)，讓學(xué)生在真實(shí)的任務(wù)導(dǎo)向情境中獲得情感交融，在互動(dòng)交流中激發(fā)靈感和觀點(diǎn)，在項(xiàng)目驅(qū)動(dòng)下積極主動(dòng)思考[8]，培養(yǎng)學(xué)生的探究能力和創(chuàng)新意識(shí)。

2.3 巧借“互聯(lián)網(wǎng)+”，培養(yǎng)科學(xué)能力

元素化學(xué)教學(xué)內(nèi)容多、課時(shí)少，僅靠32課時(shí)的課堂教學(xué)是不可能將元素化合物知識(shí)講深、講透的。我們選用的教材是大連理工的《無(wú)機(jī)化學(xué)》(第六版)，該校的《無(wú)機(jī)化學(xué)》和《無(wú)機(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)》SPOC課程已在中國(guó)大學(xué)慕課網(wǎng)站上線。在教學(xué)中，針對(duì)堿金屬和堿土金屬、硼的化合物、釩分族等部分教學(xué)內(nèi)容，任課教師可以借助“中國(guó)大學(xué)慕課”、“藍(lán)墨云班課”和QQ群以“線上+線下”重構(gòu)教學(xué)過(guò)程，采用“課前視頻自主學(xué)習(xí)→上傳筆記、SPOC測(cè)驗(yàn)→課上教師精講、突破重難點(diǎn)→互動(dòng)交流、答疑解惑→云班課測(cè)驗(yàn)→課后作業(yè)”的混合教學(xué)模式，提升學(xué)生對(duì)元素化學(xué)的學(xué)習(xí)熱情度、投入度和參與度，有力保證學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)“身心”皆在場(chǎng)。

開(kāi)學(xué)后QQ群分享課程教學(xué)大綱、授課計(jì)劃表、教學(xué)課件和精選的實(shí)驗(yàn)視頻。課前，教師要求學(xué)生觀看慕課短視頻和實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行自主學(xué)習(xí)，完成SPOC網(wǎng)絡(luò)測(cè)驗(yàn)，上傳學(xué)習(xí)筆記，同時(shí)言簡(jiǎn)意賅地介紹學(xué)習(xí)要求，使學(xué)生在自主學(xué)習(xí)的過(guò)程中真正做到“心中有數(shù)”、“有的放矢”，避免“不知重點(diǎn)”、“盲目聽(tīng)課”現(xiàn)象的發(fā)生。課上，教師借助“云班課頭腦風(fēng)暴或小組任務(wù)”以問(wèn)題解決式、小組合作式等方法實(shí)現(xiàn)與學(xué)生的互動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生積極思考，鼓勵(lì)學(xué)生大膽發(fā)言，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)理論知識(shí)對(duì)自主學(xué)習(xí)的內(nèi)容進(jìn)行“理論-性質(zhì)”的演繹，進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)元素化合物的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、制備、應(yīng)用以及相互之間的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維，落實(shí)教學(xué)目標(biāo)。同時(shí)，借助“云班課測(cè)驗(yàn)”配備一定數(shù)量的客觀題，由于軟件具有自動(dòng)批改學(xué)生答案的功能，方便學(xué)生根據(jù)測(cè)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行自我評(píng)價(jià)、查漏補(bǔ)缺，也減輕了教師批改作業(yè)的負(fù)擔(dān)，便于教師了解學(xué)生知識(shí)的掌握情況。課后，學(xué)生完成線下主觀題作業(yè)并上傳“云班課作業(yè)”，學(xué)生互評(píng)、教師評(píng)價(jià)后，QQ群交流作業(yè)中存在的問(wèn)題。這種教學(xué)模式體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位，充分發(fā)揮了互聯(lián)網(wǎng)實(shí)時(shí)、方便、交互的優(yōu)勢(shì)，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，改善了課堂教學(xué)效果，培養(yǎng)了學(xué)生的觀察能力、思維能力、表述能力和自學(xué)能力。

3 結(jié)語(yǔ)

無(wú)機(jī)元素化學(xué)部分涉及繁雜的化學(xué)現(xiàn)象和化學(xué)反應(yīng)，是《無(wú)機(jī)化學(xué)》“教”和“學(xué)”的難點(diǎn)，科學(xué)素養(yǎng)的形成是循序漸進(jìn)和逐步滲透的過(guò)程。教學(xué)中，教師要建立清晰的化學(xué)學(xué)科觀念，分析挖掘教材，提煉內(nèi)在邏輯，重塑教學(xué)內(nèi)容，潛心鉆研教法，重構(gòu)教學(xué)設(shè)計(jì)，傳授學(xué)生化學(xué)知識(shí)的同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。