基于化學(xué)學(xué)科理解的“換個(gè)角度看世界”教學(xué)設(shè)計(jì)

李俊紅

摘要： 以“換個(gè)角度看世界”復(fù)習(xí)課教學(xué)為例，基于化學(xué)學(xué)科理解，抽提出元素和原子、分子的認(rèn)識(shí)視角，將物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、分類和變化等具體化學(xué)知識(shí)與“宏微辨析”、“模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)相聯(lián)系，建構(gòu)基于元素和原子、分子的物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、分類和變化的認(rèn)識(shí)思路，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)落地于化學(xué)復(fù)習(xí)課的課堂教學(xué)。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科理解; 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng); 換個(gè)角度看世界; 教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)： 10056629（2020）05004605

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

“換個(gè)角度看世界”是學(xué)生上完人教版（2011年）九年級(jí)《化學(xué)》上冊(cè)的一節(jié)復(fù)習(xí)課，復(fù)習(xí)內(nèi)容主要涉及義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)[1]一級(jí)主題“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”和“物質(zhì)的化學(xué)變化”中的9個(gè)基本概念： 元素、原子、分子、純凈物、混合物、單質(zhì)、化合物、物理變化和化學(xué)變化。這些概念是初中化學(xué)的核心知識(shí)，承載著“通過具體化學(xué)知識(shí)和概念的學(xué)習(xí)，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科思想和基本觀念的形成”[2]的素養(yǎng)發(fā)展功能。查閱現(xiàn)有的“換個(gè)角度看世界”和“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”復(fù)習(xí)課文獻(xiàn)，多數(shù)是基于化學(xué)觀念建構(gòu)視角的概念或主題復(fù)習(xí)，如張彩玲[3]通過宏觀概念辨析、微觀模型探究和符號(hào)表征變化，幫助學(xué)生構(gòu)建微粒觀;沈芳[4]則以二氧化碳為例復(fù)習(xí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、分類、變化和性質(zhì)，促進(jìn)學(xué)生掌握“見著知微、見微知著”的學(xué)習(xí)方法;吳良根[5]從構(gòu)成物質(zhì)的微粒、原子的結(jié)構(gòu)、微粒的性質(zhì)、微粒的變化四方面巧用模擬圖像，化解物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)困難;詹發(fā)云[6]提出化學(xué)概念復(fù)習(xí)三策略： 通過實(shí)驗(yàn)導(dǎo)入樹立微粒觀、直觀展示建立變化觀、概念圖表樹立物質(zhì)觀。然而很少有人基于化學(xué)學(xué)科理解，利用化學(xué)認(rèn)識(shí)視角把9個(gè)概念串聯(lián)起來，形成認(rèn)識(shí)視角和認(rèn)識(shí)對(duì)象關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)化學(xué)概念（知識(shí)）向?qū)W科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。為此，本（復(fù)習(xí)）課試圖進(jìn)行基于化學(xué)學(xué)科理解的教學(xué)設(shè)計(jì)，提供課堂教學(xué)案例參考，與同行共同探討。

1 化學(xué)學(xué)科理解

為開展基于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的課堂教學(xué)，要求教師須進(jìn)一步增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解。化學(xué)學(xué)科理解是指教師對(duì)化學(xué)學(xué)科知識(shí)及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識(shí)[7]?；瘜W(xué)學(xué)科理解的本原性方式，要求教師對(duì)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行本原性思考，抽提出學(xué)科本原性問題;化學(xué)學(xué)科理解的結(jié)構(gòu)化方式，要求教師能將化學(xué)知識(shí)關(guān)聯(lián)起來，形成有機(jī)的整體[8]。據(jù)此，基于化學(xué)學(xué)科理解的本課教學(xué)內(nèi)容歸納如圖1所示。

2 設(shè)計(jì)思路

本課通過復(fù)習(xí)元素、原子、分子、混合物、純凈物、單質(zhì)、化合物、物理變化和化學(xué)變化等9個(gè)基本概念，旨在幫助學(xué)生建構(gòu)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)（微觀構(gòu)成）、分類和變化（性質(zhì)）與元素和原子、分子的認(rèn)識(shí)視角的關(guān)聯(lián)，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科觀念，培養(yǎng)宏微結(jié)合、模型認(rèn)知的學(xué)科思維，樹立“見著知微”的學(xué)科思想?；诨瘜W(xué)學(xué)科理解的化學(xué)教學(xué)，要求教師在化學(xué)課堂教學(xué)中重視學(xué)科本原性問題的凝練，重視認(rèn)識(shí)視角和認(rèn)識(shí)思路的建構(gòu)[9]。

2.1 學(xué)科本原性問題的凝練

本課以學(xué)生熟悉的化學(xué)反應(yīng)（過氧化氫制氧氣）創(chuàng)設(shè)“大象牙膏”和水的對(duì)比實(shí)驗(yàn)情境，通過學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象產(chǎn)生的視覺震撼差異，凝練出3個(gè)學(xué)科本原性問題： 什么物質(zhì)發(fā)生了什么變化、物質(zhì)為什么會(huì)發(fā)生變化和怎樣看待物質(zhì)及其變化，由此產(chǎn)生本課要解決的3個(gè)學(xué)科問題。教學(xué)情境、學(xué)科本原性問題和學(xué)科問題的關(guān)系見圖2。

2.2 化學(xué)認(rèn)識(shí)視角的抽提

所謂化學(xué)認(rèn)識(shí)視角是指對(duì)物質(zhì)及其變化的特征及規(guī)律進(jìn)行認(rèn)識(shí)的側(cè)面、角度或切入點(diǎn)[9]。化學(xué)認(rèn)識(shí)視角能夠引發(fā)與拓展深入思考并能進(jìn)行廣泛遷移，化學(xué)認(rèn)識(shí)視角的抽提，直接決定著化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)能否在化學(xué)課堂上有效落地[10]。本課要復(fù)習(xí)的9個(gè)基本概念的認(rèn)識(shí)視角要求，分布在義務(wù)教育教科書人教版（2011年）九年級(jí)《化學(xué)》上冊(cè)的第一至第六單元，認(rèn)識(shí)對(duì)象（基本概念）在不同單元有不同層級(jí)的認(rèn)識(shí)視角要求，呈現(xiàn)螺旋式上升的發(fā)展趨勢(shì)。例如，對(duì)“物理變化、化學(xué)變化”的認(rèn)識(shí)，教材第一單元是從宏觀物質(zhì)的角度，第三單元上升到微觀分子、原子的角度，第四單元為驗(yàn)證水的組成的實(shí)驗(yàn)，第五單元?jiǎng)t是質(zhì)量守恒定律及書寫化學(xué)方程式，對(duì)化學(xué)變化的認(rèn)識(shí)從物質(zhì)改變、元素不變的定性水平發(fā)展到分子改變、原子不變的定量水平。關(guān)于物質(zhì)的分類，對(duì)“純凈物、混合物”的認(rèn)識(shí)，教材第二單元是基于物質(zhì)組成的種類，第三單元是基于構(gòu)成物質(zhì)的分子種類，第四單元上升到基于構(gòu)成物質(zhì)的分子種類的模型認(rèn)知，第六單元進(jìn)一步發(fā)展到同種元素可以組成混合物（碳單質(zhì)的多樣性）、同種原子排列方式不同可以形成同素異形體（金剛石、石墨和C60）的認(rèn)知層級(jí);對(duì)“單質(zhì)、化合物”的認(rèn)識(shí)，教材第四單元是從元素的角度到分子、原子的模型認(rèn)知再上升至元素化合價(jià)的角度。

認(rèn)識(shí)視角之間也并非孤立的，從宏觀上，元素組成物質(zhì)，從微觀上，分子、原子構(gòu)成物質(zhì)，而物質(zhì)及其變化是化學(xué)研究的對(duì)象，由此抽提出本課認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)（微觀構(gòu)成）、分類和變化（性質(zhì)）的認(rèn)識(shí)視角——元素和原子、分子?！皳Q個(gè)角度看世界”即是從元素和原子、分子的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)（微觀構(gòu)成）、分類和變化（性質(zhì)），認(rèn)識(shí)角度和認(rèn)識(shí)對(duì)象的關(guān)聯(lián)就是本課要解決的問題。

2.3 化學(xué)認(rèn)識(shí)思路的建構(gòu)

所謂化學(xué)認(rèn)識(shí)思路是指對(duì)物質(zhì)及其變化的特征及規(guī)律進(jìn)行認(rèn)識(shí)的程序、路徑或框架?；瘜W(xué)認(rèn)識(shí)視角解決了“從哪兒想”的問題，化學(xué)認(rèn)識(shí)思路解決的是“怎么想”的問題?；瘜W(xué)認(rèn)識(shí)思路一旦形成，就會(huì)啟發(fā)和指導(dǎo)學(xué)生化學(xué)思維的路徑，幫助學(xué)生形成解決陌生情境下復(fù)雜化學(xué)問題的分析框架[11]。例如，本課中認(rèn)識(shí)視角（元素和原子、分子）和認(rèn)識(shí)對(duì)象[物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)（微觀構(gòu)成）、分類和變化]的關(guān)聯(lián)即為認(rèn)識(shí)思路，本課要建構(gòu)的認(rèn)識(shí)思路見圖3。有了認(rèn)識(shí)思路，學(xué)生就有了解決問題的基本途徑，從而進(jìn)行遷移和應(yīng)用。

3 板塊功能

“素養(yǎng)為本”化學(xué)課堂的教學(xué)設(shè)計(jì)，應(yīng)注重基于化學(xué)課堂教學(xué)板塊和化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)的具體設(shè)計(jì)[12]，構(gòu)成一節(jié)化學(xué)課的一個(gè)個(gè)“小的整體”稱為“化學(xué)課堂教學(xué)板塊”，簡(jiǎn)稱“板塊”?；瘜W(xué)課堂教學(xué)板塊的設(shè)計(jì)應(yīng)明確每個(gè)板塊及板塊連接的素養(yǎng)功能定位[13]。本課設(shè)計(jì)的教學(xué)板塊、板塊間連接的素養(yǎng)功能及其定位見圖4。

4 教學(xué)過程

本課通過創(chuàng)設(shè)分別在30%過氧化氫溶液和水中加發(fā)泡劑和碘化鉀的對(duì)比實(shí)驗(yàn)（師生共同完成），利用帶火星的木條檢驗(yàn)生成的氣體，引發(fā)3個(gè)問題的探討： 如何從分子、原子的角度區(qū)分物理變化和化學(xué)變化;如何基于模型認(rèn)知從元素守恒、物質(zhì)分類的角度解釋過氧化氫能分解生成氧氣，并能從物質(zhì)微觀結(jié)構(gòu)的角度解釋過氧化氫和水的化學(xué)性質(zhì)不同的原因;如何建構(gòu)基于元素和原子、分子的視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)（微觀構(gòu)成）、分類和變化的認(rèn)識(shí)思路。最后，運(yùn)用建構(gòu)的認(rèn)識(shí)思路解決問題，測(cè)評(píng)素養(yǎng)的達(dá)成水平。本課設(shè)計(jì)的教學(xué)過程主要分為4個(gè)教學(xué)板塊，每個(gè)教學(xué)板塊由若干學(xué)習(xí)任務(wù)組成。教學(xué)板塊、學(xué)習(xí)任務(wù)和教學(xué)目標(biāo)的關(guān)系見圖5。

5 評(píng)價(jià)與反思

本課例為我校承辦的福建省義務(wù)教育教改示范性建設(shè)項(xiàng)目“基于核心素養(yǎng)構(gòu)建陽光課程體系實(shí)踐研究”的區(qū)級(jí)教改匯報(bào)課，有幸得到廈門市教育科學(xué)研究院正高級(jí)教師傅興春院長的聆聽與點(diǎn)評(píng)： 本課復(fù)習(xí)教學(xué)沒有局限于常規(guī)的概念辨析、知識(shí)點(diǎn)落實(shí)和題海戰(zhàn)術(shù)，教師能看到教學(xué)內(nèi)容的學(xué)科價(jià)值，教給學(xué)生重要的化學(xué)思維方式即微觀視角看宏觀物質(zhì)及其變化，通過認(rèn)識(shí)視角巧妙地將本課要復(fù)習(xí)的9個(gè)基本概念串起來，形成一個(gè)有機(jī)整體;教師通過創(chuàng)設(shè)“大象牙膏”和水的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，在視覺震撼的差異中引發(fā)學(xué)生認(rèn)知沖突，設(shè)計(jì)的問題有一定的思辨性，通過建構(gòu)認(rèn)識(shí)視角和認(rèn)識(shí)對(duì)象之間的關(guān)聯(lián)，從知識(shí)教學(xué)走向觀念和素養(yǎng)的培育。例如，基于模型認(rèn)知對(duì)過氧化氫、氧氣和過氧化氫溶液進(jìn)行分類，分析過氧化氫能生成氧氣的原因，建構(gòu)了物質(zhì)分類觀和元素守恒觀，基于模型認(rèn)知區(qū)分過氧化氫和氧氣中氧元素的化合價(jià)，拓展了物質(zhì)分類的認(rèn)識(shí)視角，同時(shí)為高中價(jià)類二維認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化做了相應(yīng)儲(chǔ)備;本課教師適時(shí)利用希沃同屏技術(shù)展示學(xué)生課堂生成，注重“教、學(xué)、評(píng)”一體化的實(shí)施，設(shè)計(jì)的課堂練習(xí)注重學(xué)生觀念和素養(yǎng)的測(cè)評(píng)。例如，通過比較汽油中兩種物質(zhì)的分子結(jié)構(gòu)模型書寫對(duì)應(yīng)物質(zhì)的化學(xué)式，得出化學(xué)式相同可以是不同物質(zhì)，物質(zhì)結(jié)構(gòu)不同則性質(zhì)不同，暴露了學(xué)生的前認(rèn)知障礙和結(jié)構(gòu)觀的認(rèn)知水平;認(rèn)識(shí)思路結(jié)構(gòu)化的教學(xué)難點(diǎn)有所突破，教師采用搭建框架、提供示例、小組討論等方法，引導(dǎo)學(xué)生形成認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的化學(xué)視角和思路，獲得解決問題的知識(shí)，形成在陌生情境中遷移和應(yīng)用這些知識(shí)的關(guān)鍵能力。

此外，本課通過對(duì)授課學(xué)生前測(cè)和后測(cè)（均為53人）的數(shù)據(jù)對(duì)比： 能區(qū)分物理變化和化學(xué)變化的準(zhǔn)確率由86.8%上升至98.1%，其中能從分子、原子視角區(qū)分的準(zhǔn)確率由26.4%上升至39.6%;用微觀模型圖示物理變化和化學(xué)變化的準(zhǔn)確率由15.1%上升至62.3%;能畫出混合物的微觀構(gòu)成的準(zhǔn)確率由35.8%上升至81.1%;能運(yùn)用“反應(yīng)前后元素不變”的觀點(diǎn)分析物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的準(zhǔn)確率由32.1%上升至35.8%;能運(yùn)用“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀點(diǎn)解釋物質(zhì)性質(zhì)的準(zhǔn)確率由7.5%上升至39.6%。需要說明的是，數(shù)據(jù)的可靠性可能會(huì)因前后測(cè)試題目的難易程度無法做到完全對(duì)等而略受影響。分析數(shù)據(jù)結(jié)合課后訪談，發(fā)現(xiàn)學(xué)生在微觀圖示物理變化和化學(xué)變化方面較前有良好的表現(xiàn)，可見2人小組用卡紙模型拼擺過氧化氫分解和分離液態(tài)空氣制氧氣的微觀變化過程，以及獨(dú)立畫出氧氣、過氧化氫及其溶液微觀構(gòu)成的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生印象深刻、留存持久，正如學(xué)生所言“擺變化過程，我對(duì)物理變化和化學(xué)變化中什么變了、什么沒變有了清晰的認(rèn)識(shí);畫分子模型，是一種相當(dāng)直觀且十分有趣的方法，像是讓化學(xué)式‘活了起來”。同時(shí)也發(fā)現(xiàn)，通過此課學(xué)生并沒有完全形成判斷物質(zhì)變化的微觀視角，自覺自發(fā)地運(yùn)用元素守恒觀和結(jié)構(gòu)觀解釋物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)方面也沒有突飛猛進(jìn)的變化，可見微觀視角看宏觀物質(zhì)變化的思維方式以及化學(xué)觀念的形成并非一節(jié)復(fù)習(xí)課可以達(dá)成，觀念和素養(yǎng)的培育應(yīng)貫穿整個(gè)教學(xué)過程，任重而道遠(yuǎn)。

參考文獻(xiàn)：

[1][2]中華人民共和國教育部制定. 義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）[S]. 北京： 北京師范大學(xué)出版社， 2012.

[3]張彩玲. 基于微粒觀構(gòu)建“換個(gè)角度看世界”主題復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)[J]. 化學(xué)教學(xué)， 2013， （6）： 28～32.

[4]沈芳. 促進(jìn)初中生建構(gòu)物質(zhì)微粒觀的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“見著知微、見微知著”復(fù)習(xí)課為例[J]. 云南化工， 2018， 45（12）： 29～31.

[5]吳良根. 巧用模擬圖像， 化解物質(zhì)結(jié)構(gòu)學(xué)習(xí)困難——以“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”復(fù)習(xí)課教學(xué)為例[J]. 教育研究與評(píng)論， 2016， （8）： 41～45.

[6]詹發(fā)云. 基于學(xué)科素養(yǎng)的化學(xué)概念復(fù)習(xí)教學(xué)策略設(shè)計(jì)——以《物質(zhì)構(gòu)成的奧秘》主題復(fù)習(xí)為例[J]. 中小學(xué)教學(xué)研究， 2018， （7）： 73～77.

[7]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2018.

[8][10]鄭長龍. 化學(xué)學(xué)科理解與“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂教學(xué)[J]. 課程·教材·教法， 2019， 39（9）： 120～125.

[9][11][12][13]鄭長龍， 孫佳林. “素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施[J]. 課程·教材·教法， 2018， 38（4）： 71～78.