指向?qū)W生創(chuàng)新素養(yǎng)培育的高中化學(xué)情境式教學(xué)設(shè)計(jì)和應(yīng)用

王磊

（山東省淄博第四中學(xué)，山東淄博 255100）

在發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)為化學(xué)課程的重要指標(biāo)理論下，教師對(duì)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培養(yǎng)，具有跨課時(shí)、跨學(xué)期的特點(diǎn)。高中化學(xué)情境式教學(xué)設(shè)計(jì)，旨在打破教學(xué)陳舊落后、側(cè)重記憶的傳統(tǒng)模式，強(qiáng)調(diào)和突出學(xué)生的手腦并用，促使學(xué)生汲取和學(xué)習(xí)豐富完整的理論知識(shí)，結(jié)合展開(kāi)實(shí)驗(yàn)的方法，正確處理系統(tǒng)性學(xué)習(xí)情境中的內(nèi)在關(guān)系，高效銜接以學(xué)科核心素養(yǎng)為教學(xué)目標(biāo)的情境式教學(xué)，提煉和篩選化學(xué)教學(xué)中的創(chuàng)新素養(yǎng)目標(biāo)，有目標(biāo)性、針對(duì)性地提升學(xué)生創(chuàng)新能力和綜合素養(yǎng)。

一、教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀

本文基于高中化學(xué)中的創(chuàng)新素養(yǎng)視角，設(shè)計(jì)以實(shí)驗(yàn)為主的情境式教學(xué)活動(dòng)，根據(jù)學(xué)生的學(xué)習(xí)情況，教師引導(dǎo)其解讀化學(xué)理論的規(guī)律及特征，改進(jìn)和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，綜合分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，全面培育并將學(xué)科素養(yǎng)落到實(shí)處；還要把握教學(xué)實(shí)際，切實(shí)提高學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)造能力。高中化學(xué)有較高的邏輯性和抽象性，既有宏觀辨識(shí)的理論知識(shí)體系，又有微觀的推理演變和模型構(gòu)建，還與科學(xué)探究、創(chuàng)新理念、創(chuàng)新精神等密不可分。高中化學(xué)中有大量實(shí)驗(yàn)，是培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的有機(jī)載體，為學(xué)生整個(gè)化學(xué)學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

情境式教學(xué)貫穿初高中，其知識(shí)點(diǎn)是重點(diǎn)考查內(nèi)容，與人們的生產(chǎn)生活緊密相關(guān)，具有高度的教學(xué)價(jià)值和育人價(jià)值。文獻(xiàn)資料表明，情境式教學(xué)可運(yùn)用于數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)探究，幫助學(xué)生形成和構(gòu)建物質(zhì)變化觀，教師也可從其他教學(xué)角度展開(kāi)對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的闡述。筆者根據(jù)高中化學(xué)人教版教材《化學(xué)反應(yīng)原理》（選擇性必修1），基于其中的創(chuàng)新素養(yǎng)，創(chuàng)設(shè)具體的情境式教學(xué)活動(dòng)，例如，化學(xué)史料、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，采取小組合作、自主探索、定性與定量結(jié)合等教學(xué)方法，編制出以問(wèn)題鏈、環(huán)節(jié)、探究等情境，充分運(yùn)用化學(xué)史料為理論支撐，借鑒基本教學(xué)觀念及方法，積極探究學(xué)生在整個(gè)情境式教學(xué)設(shè)計(jì)中的創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展。

二、學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)理念下的情境式教學(xué)

新課標(biāo)下，應(yīng)重視對(duì)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的教學(xué)，這是高中化學(xué)重要的教學(xué)目標(biāo)之一，提倡堅(jiān)持學(xué)生為主體性地位的原則下，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題的教學(xué)情境，實(shí)時(shí)注重對(duì)教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)。經(jīng)過(guò)合理處理化學(xué)核心素養(yǎng)、課堂教學(xué)目標(biāo)及考試目標(biāo)三者之間的關(guān)系（圖1）?；趧?chuàng)新素養(yǎng)下的《化學(xué)反應(yīng)原理》，創(chuàng)建情境式化學(xué)課程，具有高度的知識(shí)指向性，引發(fā)學(xué)生的思維活動(dòng)，對(duì)此教師應(yīng)圍繞學(xué)生創(chuàng)建具有教學(xué)價(jià)值的真實(shí)情境，以真實(shí)情境為教學(xué)活動(dòng)的切入點(diǎn)，才能有目標(biāo)性和針對(duì)性地提升及培育學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，將其中的創(chuàng)新素養(yǎng)穩(wěn)扎穩(wěn)打，逐步促進(jìn)學(xué)生綜合學(xué)習(xí)能力及素質(zhì)提升[1]。

圖1 化學(xué)核心素養(yǎng)、課堂教學(xué)目標(biāo)及考試目標(biāo)的關(guān)系

（一）創(chuàng)設(shè)情境式教學(xué)的初期教學(xué)，穩(wěn)步推進(jìn)教學(xué)全過(guò)程的情境構(gòu)建

情境式教學(xué)應(yīng)貫穿化學(xué)教學(xué)全過(guò)程，初期教學(xué)中創(chuàng)建良好的開(kāi)關(guān)，這是展開(kāi)后續(xù)教學(xué)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)和前提；初期教學(xué)前情境教學(xué)的鋪墊，既要生動(dòng)有趣，又要能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)欲望，使其保持持久的動(dòng)力。在整個(gè)教學(xué)過(guò)程中，還應(yīng)創(chuàng)建常見(jiàn)知識(shí)探究的教學(xué)情境，增強(qiáng)學(xué)生的自主探索和小組合作意識(shí)。例如，情境式教學(xué)中的演示實(shí)驗(yàn)，教師向?qū)W生講解一些事實(shí)性知識(shí)，包括化學(xué)概念、元素化學(xué)物等，學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)化學(xué)概念進(jìn)行高度的概括、總結(jié)及歸納。

問(wèn)題情境在情境式教學(xué)中應(yīng)用廣泛，教師應(yīng)明確情境式教學(xué)除指導(dǎo)學(xué)生動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)外，還應(yīng)有效銜接各種問(wèn)題，發(fā)掘?qū)嶒?yàn)背后的價(jià)值，使實(shí)驗(yàn)知識(shí)轉(zhuǎn)化為素質(zhì)，對(duì)此情境式全過(guò)程教學(xué)中教師需重點(diǎn)把握情境素材的構(gòu)成要素（圖2）。一般來(lái)說(shuō)，問(wèn)題情境包括回憶型、比較型、論證型等，在某一化學(xué)實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)靈活運(yùn)用一種或多種方式，提升遞進(jìn)的教學(xué)成果。比如，關(guān)于化學(xué)元素鈉的實(shí)驗(yàn)，教師可事先向?qū)W生集中展示鈉元素的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，以此展開(kāi)師生共同的探究實(shí)驗(yàn)，也可以創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，教師采取問(wèn)題導(dǎo)向引入教學(xué)的方法，充分發(fā)揮學(xué)生的主觀能動(dòng)性，根據(jù)學(xué)生自主性探究情況，有效實(shí)施針對(duì)性教學(xué)及分層教學(xué)[2]。

圖2 情境素材的構(gòu)成要素

（二）創(chuàng)建深化知識(shí)小結(jié)及反思的情境，配備高效銜接課內(nèi)外的生活情境

教師結(jié)合化學(xué)教學(xué)全過(guò)程，應(yīng)以學(xué)生主體性地位為基礎(chǔ)，自身對(duì)知識(shí)小結(jié)及反思的情境創(chuàng)建，以此促進(jìn)學(xué)生對(duì)知識(shí)的鞏固，采取有效的梳理和整合，不僅使學(xué)生了解和掌握本節(jié)課的重點(diǎn)知識(shí)及知識(shí)實(shí)質(zhì)，還側(cè)重對(duì)教學(xué)活動(dòng)的體驗(yàn)及感悟。除了對(duì)課堂知識(shí)的鞏固，還應(yīng)靈活運(yùn)用到生活實(shí)踐中，如何將課堂教學(xué)中豐富學(xué)生的認(rèn)知經(jīng)驗(yàn)轉(zhuǎn)化為生活能力，需要教師高效銜接課內(nèi)外的生活場(chǎng)景，為學(xué)生創(chuàng)建思考、探索及實(shí)踐的教學(xué)情況，給予充足的手腦并用的時(shí)間，以此增強(qiáng)學(xué)生的思維能力，切實(shí)培育及訓(xùn)練學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)。

“影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”這節(jié)課根據(jù)哈伯發(fā)現(xiàn)合成氨工藝的發(fā)現(xiàn)史引入教學(xué)活動(dòng)，已知合成氨的前提條件，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，深入展開(kāi)對(duì)影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素分析全程；教師結(jié)合學(xué)生的學(xué)習(xí)交流情況，循序漸進(jìn)地提出問(wèn)題，設(shè)計(jì)問(wèn)題導(dǎo)向的教學(xué)情境，將課堂充分讓位于學(xué)生，積極發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，豐富“學(xué)中做、做中學(xué)”的教學(xué)活動(dòng)，使學(xué)生獲取探究性學(xué)習(xí)的體驗(yàn)及快樂(lè)，隨機(jī)將學(xué)生分成若干小組，加強(qiáng)自主性學(xué)習(xí)和交流活動(dòng)，滿足學(xué)生的個(gè)性化及均衡發(fā)展。在教學(xué)活動(dòng)中，教師要給予學(xué)生合理性和針對(duì)性引導(dǎo)，鼓勵(lì)學(xué)生運(yùn)用表格工具，整理自己掌握的知識(shí)點(diǎn)。此外，教師還要根據(jù)教學(xué)目標(biāo)及任務(wù)，創(chuàng)設(shè)師生共同反思的教學(xué)情景，運(yùn)用宏觀與微觀結(jié)合方式，切實(shí)發(fā)展學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)[3]。

三、教學(xué)目標(biāo)及教學(xué)任務(wù)設(shè)計(jì)

首先，運(yùn)用實(shí)驗(yàn)探究方法，觀察反應(yīng)物的濃度變化，著重分析對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

其次，通過(guò)情境式教學(xué)，使學(xué)生掌握和了解外界環(huán)境（溫度、濃度、催化劑及壓強(qiáng)）等指標(biāo)對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率的影響，總結(jié)分析影響規(guī)律及特征，構(gòu)建相應(yīng)的認(rèn)知理論模型，形成系統(tǒng)的理論知識(shí)架構(gòu)。

最后，師生共同開(kāi)展以研究化學(xué)反應(yīng)速率為主的實(shí)驗(yàn)活動(dòng)，在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中逐漸選取和優(yōu)化化學(xué)反應(yīng)條件，引領(lǐng)學(xué)生邊學(xué)習(xí)、邊操作、邊實(shí)驗(yàn)，增強(qiáng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和學(xué)習(xí)水平。

四、情境式教學(xué)案例分析

【引入新課】自2000 年以來(lái)，各國(guó)農(nóng)業(yè)發(fā)展態(tài)勢(shì)迅猛，對(duì)氮肥的需求量日益加劇，為進(jìn)一步增加農(nóng)作物高產(chǎn)高量，許多專家及學(xué)者將研究重點(diǎn)放在將游離態(tài)的氮朝著化合態(tài)的氮演變及發(fā)展。德國(guó)著名化學(xué)家哈伯潛心研究，打造出一套有關(guān)合成氮的生產(chǎn)工藝。

【PPT】運(yùn)用多媒體技術(shù)教師展示合成氮的生產(chǎn)工藝，向?qū)W生直觀展開(kāi)該工藝處理及解決糧食供不應(yīng)求的問(wèn)題，緩和了與地球上有限的耕地資源之間的矛盾。

【教師】請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)課件中合成氮的化學(xué)方程式，分析這個(gè)化學(xué)反應(yīng)的必要條件，試想一下若是在低溫低壓（有催化劑）的情況下，是否還能產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，并解釋其中的緣由。

【學(xué)生】低溫低壓狀態(tài)下，有無(wú)催化劑，合成氮均會(huì)產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，整個(gè)化學(xué)反應(yīng)的過(guò)程十分緩慢。

【教師】不錯(cuò)。如果需要調(diào)整化學(xué)反應(yīng)的速率，需要具備哪些條件？如何控制這些條件？才能推進(jìn)化學(xué)反應(yīng)的正常生成，這是需要師生一同重點(diǎn)解決的內(nèi)容。例如，合成氮之所以具有較高的生產(chǎn)效率，是因?yàn)楦邷馗邏呵矣写呋瘎┑那疤岷突A(chǔ)。聯(lián)系我們的生活場(chǎng)景，面包中的小包除氧劑、煤粉、汽車加大油門等現(xiàn)象，都是采取控制條件的方法，來(lái)提高或降低反應(yīng)速率的。下面，我們共同研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，請(qǐng)看以下化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的條件（圖1）（達(dá)到銜接新舊知識(shí)關(guān)聯(lián)性的目的）。

圖1 化學(xué)反應(yīng)產(chǎn)生的條件

【教師】化學(xué)分子需要滿足合適的取向后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)，這個(gè)化學(xué)反應(yīng)過(guò)程中，其速率高低，在微觀層面講與有效碰撞的頻率有關(guān)，值得注意的是，有效碰撞離不開(kāi)活化分子，對(duì)此可采取調(diào)整單位體積內(nèi)的活化分子數(shù)以及百分?jǐn)?shù)，以此來(lái)保障化學(xué)反應(yīng)速率。下面我們一起進(jìn)行以下兩種實(shí)驗(yàn)，經(jīng)過(guò)邊操作、邊觀察，來(lái)發(fā)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)速率的高低。

【實(shí)驗(yàn)一】取三支試管（清潔后）均添加HCI 溶液（5mL 1mol/L），每支分別放入規(guī)格統(tǒng)一的Mg條、Fe片、Cu 片，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象后，總結(jié)結(jié)論（表1）。

表1 實(shí)驗(yàn)一現(xiàn)象及結(jié)論

【教師】請(qǐng)同學(xué)們自由發(fā)表下你所觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象吧。

【學(xué)生】三支試管中，銅與鹽酸無(wú)反應(yīng)，鐵與鹽酸反應(yīng)速率低，鎂與鹽酸反應(yīng)速率高。

【教師】能夠得出審什么結(jié)論？

【學(xué)生】反應(yīng)物與化學(xué)反應(yīng)速率有著直接關(guān)系，反應(yīng)物各異，化學(xué)反應(yīng)速率自然有快慢。

【教師】不錯(cuò)，這是反應(yīng)物自身屬性（內(nèi)因）。

【實(shí)驗(yàn)二】取兩支試管（潔凈后），先后加入高錳酸鉀性溶液（2 滴濃度為0.01mol/L），一支加入草酸溶液（4mL 1mol/L 的H2C2O4），認(rèn)知觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，表明溶液產(chǎn)生褪色現(xiàn)象的時(shí)間，另加入草酸溶液（4mL 2mol/L 的H2C2O4），具體操作如下，總結(jié)結(jié)論（見(jiàn)表2）。

表2 實(shí)驗(yàn)二現(xiàn)象及結(jié)論

【教師】這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，大家又看到怎樣的現(xiàn)象，說(shuō)出你的看法。

【學(xué)生】草酸溶液和高錳酸鉀溶液的混合中，草酸溶液濃度小，褪色反應(yīng)慢。

【教師】進(jìn)而得出的結(jié)論如何？

【學(xué)生】改變反應(yīng)物濃度的方法，可改變化學(xué)反應(yīng)速率，濃度大，化學(xué)反應(yīng)速率快，反之則慢。

【教師】以上是微觀角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)速率與濃度的關(guān)系，下面我們繼續(xù)研究溫度這一指標(biāo)，生活中儲(chǔ)存食物離不開(kāi)冰箱，不僅使食物保鮮，還降低或延緩食物腐爛時(shí)間。這樣看來(lái)，溫度越高，化學(xué)反應(yīng)速率越高，反之則越低，哪位同學(xué)可以闡述下原因？

【學(xué)生】溫度越低，分子能量越低，活化分子數(shù)越少，化學(xué)反應(yīng)速率越低，相反則越高。

【教師】非常棒，那又如何從微觀層面來(lái)分析壓強(qiáng)呢？壓強(qiáng)只產(chǎn)生于有氣體參加的化學(xué)反應(yīng)。根據(jù)合成氮的化學(xué)方程式：“N2+3H2?2NH3”，請(qǐng)各小組自由討論。

【討論】恒容條件下，將適量He 氣充入容器內(nèi)，產(chǎn)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)？恒壓條件下，將適量He 氣沖入容器內(nèi)，又會(huì)產(chǎn)生怎樣的化學(xué)反應(yīng)？

【師生總結(jié)】恒容條件下，充入He 氣，壓強(qiáng)、反應(yīng)物濃度、反應(yīng)速率呈上升趨勢(shì)；充入其他氣體（惰性），只有壓強(qiáng)增大，體積、反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速率無(wú)變化。恒壓條件下，充入其他氣體（惰性），體積增大，而反應(yīng)物濃度和反應(yīng)速率則降低。

【討論】集中討論生活案例，例如，食物存放在冰箱、汽車加大油門、面包內(nèi)放入除氧劑等。

【教師總結(jié)】我們應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況，合理分析影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，例如，光照、溶劑等，這樣才能使事物朝著良好的方向發(fā)展。

五、教學(xué)反思

（一）與情境式教學(xué)相關(guān)的化學(xué)素養(yǎng)的概念和構(gòu)成模型

基于化學(xué)學(xué)科的創(chuàng)新素養(yǎng)，情境式教學(xué)發(fā)揮著重要作用，教師應(yīng)不斷提升自身專業(yè)能力素質(zhì)，圍繞學(xué)生主體性地位，高度概括和歸納相關(guān)化學(xué)素養(yǎng)的概念，積極發(fā)揮學(xué)生主觀能動(dòng)性，構(gòu)建認(rèn)知模型[4]。例如，本課設(shè)計(jì)前，需要充分查閱資料，深入學(xué)習(xí)一些專家及學(xué)者提出的關(guān)于創(chuàng)新素養(yǎng)發(fā)展的文章，按照理論模型提出對(duì)食品添加劑的認(rèn)知——實(shí)踐模型。經(jīng)過(guò)采取調(diào)查問(wèn)卷的方式，絕大多數(shù)教師充分認(rèn)知到情境式教學(xué)的重要性，為提升學(xué)生的創(chuàng)新素養(yǎng)，應(yīng)深化學(xué)習(xí)及生活領(lǐng)域聯(lián)系。

（二）關(guān)注學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)構(gòu)建過(guò)程及特點(diǎn)，強(qiáng)調(diào)長(zhǎng)期積累過(guò)程

針對(duì)高中化學(xué)學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的培育，并非兩三天內(nèi)就能完成，這是一個(gè)長(zhǎng)期積累的過(guò)程。教師應(yīng)深度剖析學(xué)生創(chuàng)新素養(yǎng)的形成及特點(diǎn)，根據(jù)其學(xué)習(xí)情況，了解學(xué)生的興趣愛(ài)好及心理特點(diǎn)，運(yùn)用情境式教學(xué)為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)平臺(tái)，教學(xué)全程中貫徹“化學(xué)史導(dǎo)入——設(shè)置問(wèn)題情境——?jiǎng)?chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)方案——師生共同實(shí)驗(yàn)——討論及總結(jié)實(shí)驗(yàn)”的路線，逐漸拓展和擴(kuò)充教學(xué)內(nèi)容的深度及廣度。此外，教學(xué)中還要以生活場(chǎng)景為立足點(diǎn)和落腳點(diǎn)，尋找情境式教學(xué)與生活的融合契機(jī)，有效實(shí)施創(chuàng)新素養(yǎng)教學(xué)，結(jié)合教學(xué)實(shí)際情況，作出相應(yīng)的調(diào)整和改變，注重問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，優(yōu)化教學(xué)內(nèi)容的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，發(fā)掘?qū)W科本質(zhì)及內(nèi)涵，以此達(dá)到事半功倍的教學(xué)效果[5]。