聚焦核心素養(yǎng) 重構(gòu)教材內(nèi)容

徐新峰

摘? ? 要：核心素養(yǎng)是化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的靈魂性理念，統(tǒng)領(lǐng)著核心知識(shí)的選擇、教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)活動(dòng)的串聯(lián)以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確立。教者根據(jù)教學(xué)需要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行取舍、重組，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、設(shè)計(jì)梯度問題、組織教學(xué)活動(dòng)，讓核心素養(yǎng)線、教學(xué)活動(dòng)線、學(xué)生的認(rèn)知邏輯線并行。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);重構(gòu)教材;質(zhì)量守恒定律

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)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力[1]。目前，初中化學(xué)沒有明確提出相應(yīng)核心素養(yǎng)，但王磊教授指出，化學(xué)核心素養(yǎng)是學(xué)生在初中化學(xué)課程和高中化學(xué)必修課程、選修課程的學(xué)習(xí)過程中逐步形成和發(fā)展的，其中的部分核心素養(yǎng)同樣適用于初中化學(xué)，只是在于各學(xué)段核心素養(yǎng)的具體內(nèi)涵和發(fā)展水平上有所差異而已[2]。

質(zhì)量守恒定律是科學(xué)家們從定量角度對(duì)不同實(shí)驗(yàn)進(jìn)行觀察、分析、歸納、總結(jié)的基礎(chǔ)上提出的理論，也是初中生研究化學(xué)反應(yīng)從定性走向定量的開始。中國(guó)知網(wǎng)中的文獻(xiàn)研究主要體現(xiàn)在通過實(shí)驗(yàn)探究來總結(jié)出質(zhì)量守恒定律，將培育化學(xué)核心素養(yǎng)作為一條主線融入本課教學(xué)的文獻(xiàn)較少。

二、基于核心素養(yǎng)培育與教材重構(gòu)的教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

教者在教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)意識(shí)到核心素養(yǎng)是化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的靈魂性理念，統(tǒng)領(lǐng)著核心知識(shí)的選擇、教學(xué)內(nèi)容的組織、教學(xué)活動(dòng)的串聯(lián)以及評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)的確立。筆者對(duì)教材中的4個(gè)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行了取舍，改變了原呈現(xiàn)方式和用意，通過創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)引發(fā)沖突，鼓勵(lì)學(xué)生自主提出問題，借助小組討論、合作探究、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)等多元形式，實(shí)現(xiàn)“宏微符”思維、定性與定量、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、靜止孤立與動(dòng)態(tài)作用等化學(xué)思想、方法、認(rèn)識(shí)方式的主動(dòng)建構(gòu)，依托具體教學(xué)活動(dòng)，完成培育學(xué)生核心素養(yǎng)的目的（表1）。

表1? ?“質(zhì)量守恒定律”教學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

[教學(xué)活動(dòng) 教學(xué)內(nèi)容 素養(yǎng)培育 實(shí)驗(yàn)感知 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，觀察3個(gè)不同實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生不同的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，提出探究問題 培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)，邁開科學(xué)探究的第一步;培育學(xué)生的“變化觀念”核心素養(yǎng)，如實(shí)驗(yàn)觀、轉(zhuǎn)化觀 微觀探析 從原子的角度解釋質(zhì)量守恒定律是一種必然 培育學(xué)生“微觀探析”“證據(jù)推理”等核心素養(yǎng) 宏觀辨識(shí) 分析“不平”原因并改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，對(duì)“平”的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行去偽存真 培育學(xué)生的“創(chuàng)新意識(shí)”“宏觀辨識(shí)”等核心素養(yǎng) 定律解讀 分析質(zhì)量守恒定律的適用范圍、研究對(duì)象、守恒實(shí)質(zhì) 培育學(xué)生“模型認(rèn)知”，如建模、評(píng)模、用模等核心素養(yǎng) 重溫歷史 了解質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程，分析科學(xué)家們失敗的原因和分享他們成功的經(jīng)驗(yàn) 培育學(xué)生“科學(xué)精神”與“社會(huì)責(zé)任”等核心素養(yǎng) ]

三、教學(xué)過程

（一）創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，引發(fā)探究問題

20世紀(jì)物理學(xué)家愛因斯坦認(rèn)為科學(xué)研究活動(dòng)起源于科學(xué)問題，科學(xué)家為了解決科學(xué)問題才進(jìn)行科學(xué)探究的[3]?？茖W(xué)探究要在課堂中“落地生根”必須始于真實(shí)問題，在真實(shí)情境中培養(yǎng)學(xué)生的問題意識(shí)可直接指向探究素養(yǎng)的培育。

師：請(qǐng)觀察演示實(shí)驗(yàn)（圖1），看天平是否平衡。

生：錐形瓶?jī)?nèi)有大量白煙生成，氣球先膨脹后縮小，天平仍平衡。

師：請(qǐng)各小組同學(xué)完成下列實(shí)驗(yàn)（如圖2）：

①取2～3匙碳酸鈉粉末于燒杯中，取2/3小試管左右的稀鹽酸，將其放在燒杯中一并稱量。

②將小試管鹽酸倒入燒杯中，使鹽堿與碳酸鈉反應(yīng)，反應(yīng)后燒杯和小試管再一起稱量。

生：燒杯中有氣泡產(chǎn)生，反應(yīng)后稱得的總質(zhì)量變小了。

師：觀看視頻：比較鎂條與燃燒后產(chǎn)物的質(zhì)量變化。

生：有大量白煙在空氣中產(chǎn)生，反應(yīng)后稱得的總質(zhì)量變大了。

師：鎂 + 氧氣氧化鎂，氧化鎂是白色固體。

生：那化學(xué)反應(yīng)前后稱得的物質(zhì)總質(zhì)量到底是怎樣的大小關(guān)系呢？

設(shè)計(jì)意圖：借助演示實(shí)驗(yàn)、學(xué)生實(shí)驗(yàn)、視頻實(shí)驗(yàn)這3個(gè)實(shí)驗(yàn)為情境，產(chǎn)生3種不同結(jié)果。學(xué)生在認(rèn)知沖突中產(chǎn)生探究欲望和問題意識(shí)，這種設(shè)計(jì)改變了傳統(tǒng)的“教師提問題”形式。會(huì)提問題是學(xué)生提升“科學(xué)探究”素養(yǎng)的重要組成。上述教學(xué)過程體現(xiàn)“瘦身”理念，棄去“瑣問”“碎問”，如：氣球、沙子什么作用？整個(gè)過程直接指向?qū)W生“科學(xué)探究中的問題意識(shí)”和“物質(zhì)的變化觀”等核心素養(yǎng)的培育。

（二）借助微觀探析，推理質(zhì)量守恒

用微觀分子、原子對(duì)宏觀物質(zhì)變化的現(xiàn)象進(jìn)行分析是化學(xué)的最本質(zhì)的思維方式。而從現(xiàn)象指向本質(zhì)，則需要充分的證據(jù)，通過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)姆治鐾评砑右宰C實(shí)或證偽[4]。

師：化學(xué)反應(yīng)前后稱得的總質(zhì)量到底是怎樣的關(guān)系呢？以氫氣在氧氣中燃燒生成水的反應(yīng)為例，請(qǐng)同學(xué)們來完善下列微觀反應(yīng)圖（圖3）。

生：舉手，搶著上黑板來畫（圖4）。

師：從圖4中，你有哪些發(fā)現(xiàn)？

生：每2個(gè)氫分子和1個(gè)氧分子結(jié)合成2個(gè)水分子。

生：反應(yīng)前后，分子種類改變，原子的種類、數(shù)目、質(zhì)量不變。

師：那反應(yīng)前各分子的相對(duì)質(zhì)量總和與反應(yīng)后各分子相對(duì)質(zhì)量總和是什么關(guān)系呢？

生：反應(yīng)前的相對(duì)質(zhì)量總和：1×2+1×2+16×2=36，反應(yīng)后的相對(duì)質(zhì)量總和：（1+1+16）×2=36，化學(xué)反應(yīng)前后的物質(zhì)總質(zhì)量是相等的關(guān)系。

設(shè)計(jì)意圖：以“微觀理論”和“定量計(jì)算”為證據(jù)說明化學(xué)反應(yīng)前后稱得的物質(zhì)總質(zhì)量應(yīng)相等。以問題為抓手，推動(dòng)學(xué)生“靜態(tài)思維”與“動(dòng)態(tài)思維”相融合，從宏觀到微觀，再由微觀走向宏觀，經(jīng)推理得出結(jié)論。借助定量計(jì)算反應(yīng)前微觀分子的相對(duì)質(zhì)量總和等于反應(yīng)后微觀分子的相對(duì)質(zhì)量總和，推理出宏觀物質(zhì)的反應(yīng)前后總質(zhì)量相等，運(yùn)用這一策略突破了教學(xué)難點(diǎn)。

（三）進(jìn)行宏觀辨識(shí)，改變反應(yīng)體系

由于化學(xué)反應(yīng)中的微觀粒子我們看不見摸不著，教學(xué)時(shí)我們往往運(yùn)用相關(guān)的化學(xué)模型和多媒體進(jìn)行模擬突破，這對(duì)于想象力和抽象思維較弱的初中生來說有一定的難度。而宏觀物質(zhì)是學(xué)生肉眼看得見的，在面對(duì)某些具體問題時(shí)可從宏觀角度進(jìn)行分析，來提升學(xué)生的“宏觀辨識(shí)”素養(yǎng)。

師：在圖2實(shí)驗(yàn)中，那為什么左盤上稱得的質(zhì)量變小了呢？

生：生成氣體逸散到空氣中去了，所以稱得的質(zhì)量變小了。

師：那怎樣設(shè)計(jì)就可以讓天平稱量前后平衡呢？請(qǐng)同學(xué)們畫出設(shè)計(jì)的草圖。

師：選擇若干“作品”呈現(xiàn)給大家（如圖5、圖6、圖7）。

師：請(qǐng)各小組交流討論，再選擇1個(gè)方案完成實(shí)驗(yàn)。

……

生：用保鮮膜的實(shí)驗(yàn)比較難操作，操作不慎容易漏氣。用分液漏斗和礦泉水瓶子容易操作，形成密閉容器。所以，選擇后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案較好。

師：如何使視頻中的反應(yīng)后稱得的質(zhì)量與反應(yīng)前稱得的質(zhì)量相等？

生：在密閉容器中反應(yīng)，將反應(yīng)前的氧氣質(zhì)量一并稱重，反應(yīng)前后的質(zhì)量總和便相等了。

設(shè)計(jì)意圖：從敞口體系走向密閉體系，從不平走向平，讓學(xué)生意識(shí)到體系對(duì)裝置設(shè)計(jì)的重要性。通過在密閉體系中選擇不同儀器（用品）搭建成不同的裝置催生了學(xué)生的創(chuàng)新這一高階思維活動(dòng)，考慮到此時(shí)學(xué)生還沒有學(xué)過太多生成氣體的反應(yīng)，這里并沒有對(duì)實(shí)驗(yàn)藥品選擇進(jìn)行“開放”。學(xué)生從宏觀的視角分析不平的原因即有氣體生成或有氣體參加反應(yīng)，進(jìn)而選擇不同的儀器創(chuàng)建了密閉體系，整個(gè)教學(xué)過程流暢、生動(dòng)，學(xué)生易于接受，培育了學(xué)生的“宏觀辨識(shí)”與“創(chuàng)新意識(shí)”等核心素養(yǎng)。

（四）構(gòu)建守恒模型，認(rèn)識(shí)守恒實(shí)質(zhì)

“模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的內(nèi)涵是：通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系，才能建立模型;能運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象，揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律[5]?？梢钥闯瞿Ｐ驼J(rèn)知包括建模、用模的進(jìn)階過程，一方面可以在實(shí)踐基礎(chǔ)上，經(jīng)概括、歸納、綜合提出模型，另一方面在理論模型的指導(dǎo)下，經(jīng)演繹、分析，再到實(shí)踐中加以應(yīng)用[6]。

師：以第一個(gè)實(shí)驗(yàn)為例，請(qǐng)同學(xué)們列出反應(yīng)前后包括哪些儀器和物質(zhì)？再進(jìn)行比較和刪減，你得出什么結(jié)論？

生：表述。（整理成圖8）

生：參加反應(yīng)的紅磷和氧氣的質(zhì)量總和等于生成的五氧化二磷的質(zhì)量。

師：參加反應(yīng)的各物質(zhì)的質(zhì)量總和等于生成的各物質(zhì)的質(zhì)量總和，即質(zhì)量守恒定律。

師：解決下列問題。

判斷：①1g冰受熱熔化后變成1g水，該變化符合質(zhì)量守恒定律。（? ? ）

②根據(jù)質(zhì)量守恒定律， 1L氫氣和1L氧氣反應(yīng)能生成2L水。（? ? ）

填空：③12g木炭在32g氧氣中燃燒，恰好完全反應(yīng)生成? ? ? ? g二氧化碳。

④12g木炭在40g氧氣中燃燒，充分反應(yīng)生成? ? ? ? g二氧化碳。

設(shè)計(jì)意圖：以紅磷的燃燒實(shí)驗(yàn)為研究對(duì)象，稱的是整體實(shí)驗(yàn)用品的質(zhì)量，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)整個(gè)體系的儀器、藥品進(jìn)行逐一剖析，去偽存真，并作為證據(jù)推理得出“質(zhì)量守恒定律”這一理論模型。守恒的實(shí)質(zhì)是“質(zhì)量”不是“體積”，同時(shí)是“參加反應(yīng)的質(zhì)量和生成的質(zhì)量”，這是學(xué)生學(xué)習(xí)時(shí)易產(chǎn)生的“迷思概念”[7]。由于受到前3個(gè)實(shí)驗(yàn)稱的是整個(gè)實(shí)驗(yàn)體系的質(zhì)量這一“前知識(shí)”的干擾，圖8中表現(xiàn)出來的羅列、比較、刪減、歸納等推演過程是抽絲剝繭的認(rèn)知過程，而此時(shí)建構(gòu)起來的模型還是較“脆弱”的，為了加深學(xué)習(xí)進(jìn)階，用模型解決4個(gè)問題，以促進(jìn)學(xué)生對(duì)守恒模型的深度認(rèn)識(shí)。

（五）重溫歷史故事，體會(huì)科學(xué)精神

化學(xué)史中那些生動(dòng)有趣的故事讓我們跨越歷史的時(shí)空看到化學(xué)家們的科學(xué)探究過程以及他們勇于探索、大膽創(chuàng)新、堅(jiān)持實(shí)踐等科學(xué)精神，既是喚起學(xué)生探索興趣的好素材，也是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)的好途徑。

師：1673年，英國(guó)化學(xué)家波義耳在一個(gè)容器中加熱金屬，結(jié)果發(fā)現(xiàn)反應(yīng)后質(zhì)量增加了。

生：這是一個(gè)敞口的容器，不是一個(gè)密閉的體系。

師：1740年，俄國(guó)化學(xué)家羅蒙諾索夫在密閉的玻璃瓶?jī)?nèi)煅燒金屬后，不開啟玻璃瓶稱量，發(fā)現(xiàn)盡管經(jīng)過煅燒成了灰燼，但是質(zhì)量并沒有變化。

1774年，拉瓦錫用精確的定量實(shí)驗(yàn)研究了氧化汞的分解和合成中各物質(zhì)量的變化關(guān)系，他將45份質(zhì)量的氧化汞加熱分解，恰好得到41.5份質(zhì)量的汞和3.5份質(zhì)量的氧氣。

又過了一百多年，精密儀器的出現(xiàn)才使得質(zhì)量守恒定律確立在嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上。

生：實(shí)驗(yàn)裝置、實(shí)驗(yàn)體系、精密儀器對(duì)科學(xué)研究非常重要。

生：質(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是一個(gè)由淺入深、由表及里、由錯(cuò)誤走向真理的曲折過程。

生：我們要學(xué)習(xí)科學(xué)家們勇于探索、不懼失敗、敢于質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)精神和態(tài)度。

設(shè)計(jì)意圖：借助這段化學(xué)史，來培育學(xué)生的“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等核心素養(yǎng)。波義耳的失誤讓學(xué)生意識(shí)到研究方法（裝置、體系）的重要性，但這并沒有阻礙羅蒙諾索夫、拉瓦錫等科學(xué)家們定量研究化學(xué)反應(yīng)前后的質(zhì)量關(guān)系，這正是學(xué)生們要學(xué)習(xí)的科學(xué)精神所在。

四、幾點(diǎn)重構(gòu)說明與思考

（一）跳出教材以實(shí)驗(yàn)為證據(jù)的束縛，而以微觀理論為證據(jù)

教材安排了兩個(gè)“平”的實(shí)驗(yàn)，再加上一句話“無數(shù)的實(shí)驗(yàn)”作為證據(jù)，推理出“質(zhì)量守恒定律”，以此告訴學(xué)生：一個(gè)定律的得出是無數(shù)次實(shí)驗(yàn)所總結(jié)的，因此本節(jié)課設(shè)計(jì)的傳統(tǒng)探究方式為：提出問題—猜想與假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—進(jìn)行實(shí)驗(yàn)—實(shí)驗(yàn)結(jié)論—交流與分析。雖然以實(shí)驗(yàn)為證據(jù)遵循了教材的意圖，但筆者在以前的執(zhí)教中發(fā)現(xiàn)以幾個(gè)實(shí)驗(yàn)加上一句“無數(shù)的實(shí)驗(yàn)”作為證據(jù)進(jìn)行推理，學(xué)生不太“信服”。為此，筆者以微觀理論作為“化學(xué)反應(yīng)前后各物質(zhì)的質(zhì)量總和是什么關(guān)系”的證據(jù)進(jìn)行教學(xué)嘗試，發(fā)現(xiàn)學(xué)生們易于接受。

（二）質(zhì)量守恒發(fā)展史與學(xué)生認(rèn)知邏輯的重構(gòu)

原子學(xué)說是1803年由道爾頓提出來的，這個(gè)時(shí)間節(jié)點(diǎn)位于科學(xué)家提出質(zhì)量守恒定律之后，也正因?yàn)橘|(zhì)量守恒定律的發(fā)現(xiàn)為原子論的提出打下一定的基礎(chǔ)。教材的編寫也正體現(xiàn)了這一歷史順序：先用實(shí)驗(yàn)得出質(zhì)量守恒定律之后，再用原子守恒來進(jìn)行解釋。筆者在本課設(shè)計(jì)時(shí)進(jìn)行顛倒處理，考慮到學(xué)生已在前面學(xué)習(xí)過原子，故將原子相關(guān)理論作為證據(jù)推理出“質(zhì)量守恒定律”，這符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律。基于人類認(rèn)知邏輯關(guān)系，當(dāng)學(xué)生已具有原子概念這一質(zhì)量守恒定律的理論基石之后，建構(gòu)質(zhì)量守恒定律的重點(diǎn)，不應(yīng)是再糾結(jié)于如何用實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確稱量，便可證明質(zhì)量守恒定律的存在。

（三）化學(xué)史教學(xué)位序的重構(gòu)

在本節(jié)課的設(shè)計(jì)中，常見的將化學(xué)史融入探究教學(xué)的處理方式有兩種：一種是將化學(xué)史置于課堂教學(xué)開端，借助拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)過程引出實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的核心是形成密閉體系[8];另一種則是將化學(xué)史融入提出問題、猜想與假設(shè)、證據(jù)收集、結(jié)論與應(yīng)用等環(huán)節(jié)，讓探究線與歷史線并行[9]。而本課的設(shè)計(jì)是將化學(xué)史置于課堂教學(xué)的末端，處在探究教學(xué)環(huán)節(jié)之外，其意圖是：將化學(xué)史作為培育核心素養(yǎng)“科學(xué)精神”的重要素材，用本節(jié)課所學(xué)知識(shí)正確分析與看待化學(xué)史中的敗與成。

綜上所述，教材是個(gè)例子，在培育學(xué)生核心素養(yǎng)的主旨下，教者根據(jù)教學(xué)需要對(duì)教材內(nèi)容進(jìn)行取舍、重組，創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境、設(shè)計(jì)梯度問題、組織教學(xué)活動(dòng)，讓核心素養(yǎng)線、教學(xué)活動(dòng)線、學(xué)生的認(rèn)知邏輯線并行。

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