“物質(zhì)的分類”教學價值分析與教學實踐研究

李曉 陳文

核心素養(yǎng)的提出給高中化學“物質(zhì)的分類”的教學帶來了新的挑戰(zhàn)。北京師范大學教授王磊、北京市海淀區(qū)化學教研員支瑤均認為，“物質(zhì)的分類”是具有獨特功能價值的一課。在核心素養(yǎng)視角下，這一課主要包括了核心素養(yǎng)的三個方向：一是分類標準的認識是宏觀現(xiàn)象與微觀構(gòu)成的統(tǒng)一;二是物質(zhì)類別間的通性與轉(zhuǎn)化是對變化觀念的進階認知;三是預測新物質(zhì)性質(zhì)并設(shè)計實驗驗證是科學思想的體現(xiàn)。結(jié)合《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱2017版課標）中提出的“能夠根據(jù)物質(zhì)的組成和性質(zhì)對物質(zhì)進行分類，并認識到同類物質(zhì)具有相似的性質(zhì)，一定條件下各類物質(zhì)可以互相轉(zhuǎn)化”的要求，我們認為，“物質(zhì)的分類”的教學價值應(yīng)體現(xiàn)在方法、結(jié)果與預測三個方面（如圖1）。

一、物質(zhì)的分類教學價值與核心素養(yǎng)具有緊密聯(lián)系

（一）豐富分類標準學習，實現(xiàn)宏觀分類與微觀分類的高度統(tǒng)一

從“物質(zhì)的分類”的教學內(nèi)容來看，這部分的教學內(nèi)容是要讓學生掌握樹狀分類法和交叉分類法，能夠認識到不同的分類標準會帶來不同的分類結(jié)果，以此體現(xiàn)學生宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)的發(fā)展水平。以物質(zhì)的元素組成和化學性質(zhì)來分類是宏觀的分類標準，以物質(zhì)的微粒構(gòu)成和粒子特性來分類是微觀的分類標準。我們的教學目標是讓學生能夠?qū)⑦@兩種分類標準綜合起來，形成對物質(zhì)分類的科學認識，在分類學習中實現(xiàn)宏觀與微觀的統(tǒng)一，感悟化學學科獨有的魅力。因為學生思維層面的分類過程無法直接看到，所以我們設(shè)計了“卡牌分類”與“通性討論”活動，將學生的隱性思考過程通過排列卡牌的行為外顯，并在討論中讓學生分享自己的分類標準，診斷并發(fā)展學生的學科核心素養(yǎng)。

課堂上，每一組學生都會拿到多種藥品卡片，教師讓學生對這些卡片進行分類（如圖2）。在觀察學生對卡片進行分類的過程中，我們發(fā)現(xiàn)多數(shù)學生能夠很快地完成分類，但分類的標準趨于單一，都是從微粒組成的角度進行。于是，我們又設(shè)計了物質(zhì)通性討論活動，引導學生通過回憶酸堿鹽的通性，以“性質(zhì)”作為分類標準，重新審視自己的分類標準，提升學生的思維水平。在以上活動中學生認識到，同類物質(zhì)不僅組成相似，性質(zhì)也相似，且組成相似、性質(zhì)相似的物質(zhì)應(yīng)該歸為一類，由此實現(xiàn)宏觀分類與微觀分類的高度統(tǒng)一。

（二）運用分類結(jié)果，實現(xiàn)變化觀念的思維進階

如何診斷學生的思維是否得到了有效發(fā)展呢？我們通過“問題解決”教學活動來推動學生思維水平的進階?！拔镔|(zhì)的分類”教學大多利用一個課時完成，主要教學內(nèi)容局限在分類的標準與通性上。我們認為，依據(jù)核心素養(yǎng)中的變化觀念，從單元教學出發(fā)，“物質(zhì)的分類”教學單元可以設(shè)計為兩個課時，學生對分類的認識不應(yīng)停留在對分類標準與通性的識記水平上，而應(yīng)上升到運用通性解決化學問題的能力水平上。這主要基于兩方面考慮：一方面，學生在初中、高中知識銜接階段，碰到的最大困擾就是高中化學方程式繁多、冗雜、難記，教師有責任幫助學生從生硬記憶方程式的學習方式中解脫出來，學會找到物質(zhì)類別之間反應(yīng)的規(guī)律，進行結(jié)構(gòu)化記憶;另一方面，從變化觀念的核心素養(yǎng)內(nèi)涵來看，學生如果能夠由靜態(tài)的物質(zhì)通性記憶，上升到動態(tài)的物質(zhì)類別間的轉(zhuǎn)化記憶，有利于促進學生對化學變化認識水平的進階。下面，我們以制備硫酸鈣的問題為例進行探討。

首先，我們讓學生找出卡片中含鈣元素的物質(zhì)，以及這些物質(zhì)的轉(zhuǎn)化關(guān)系，將成果整理成圖3的左一圖;接著，讓學生從物質(zhì)類別的角度歸納出其中金屬元素的轉(zhuǎn)化關(guān)系，并運用二元對立的知識，推演出非金屬元素的轉(zhuǎn)化，將成果整理成圖3的中間圖;最后，讓學生結(jié)合物質(zhì)通性的知識，找出這兩列物質(zhì)之間的反應(yīng)關(guān)系，將成果整理成圖3的右圖。這樣的學習過程，能讓學生對分類結(jié)果的認識從識記通性上升到互相轉(zhuǎn)化，從靜態(tài)孤立的低級認知水平進階到動態(tài)聯(lián)系的高級認知水平。為了診斷學生是否達到這一水平，我們還設(shè)計了“用卡片中的試劑盡可能找到多種方法制備硫酸鈣”的活動，從活動中可以看出，學生確實展現(xiàn)出了較高的物質(zhì)轉(zhuǎn)化認知水平，比如有的學生認為可以用三氧化硫和碳酸鈣制備硫酸鈣，說明該生對酸性氧化物、強酸制弱酸等知識的運用達到了較高水平。

（三）運用通性預測物質(zhì)性質(zhì)，培養(yǎng)科學探究精神

科學探究與創(chuàng)新意識是2017版課標提出的五方面化學核心素養(yǎng)之一，但在實際教學中，這一要求容易流于形式，主要是因為不少教師仍然局限于“教教材”而不是“用教材教”。在本單元教學設(shè)計里，我們認為，讓學生運用已學習的物質(zhì)的通性去預測新物質(zhì)的性質(zhì)是十分必要的教學活動，有助于培養(yǎng)學生的科學探究精神?？茖W的基本思維包括歸納與演繹，其中“將組成與性質(zhì)相似的物質(zhì)歸為一類”是歸納，“組成相似的物質(zhì)，性質(zhì)也有可能相似”是演繹。如果學生在本單元的學習里，先是經(jīng)歷了“認識許多物質(zhì)性質(zhì)并將他們分類”的歸納過程，再經(jīng)歷“利用物質(zhì)的通性推測陌生物質(zhì)性質(zhì)并設(shè)計實驗驗證”的演繹過程，那么核心素養(yǎng)中的科學探究與創(chuàng)新意識是可以得到有效培養(yǎng)的。因此，我們在教學中設(shè)計了“預測二氧化硫性質(zhì)并驗證”活動。

首先，教師創(chuàng)設(shè)二氧化硫的情境并提出“二氧化硫可能具有什么性質(zhì)”這一問題，對此大部分學生感到難以回答，不知從何入手。教師適時點撥：“二氧化硫?qū)儆谀念愇镔|(zhì)？有可能與哪個同類物質(zhì)性質(zhì)相似？”以期讓學生產(chǎn)生“二氧化硫與二氧化碳的組成相似，性質(zhì)也有可能相似”的猜測。隨后，教師進一步追問如何驗證假設(shè)，并引導學生設(shè)計實驗。學生經(jīng)過小組討論，能夠以二氧化碳為模板，認識到二氧化硫水溶液應(yīng)該呈酸性，且能夠與堿反應(yīng)，但在實驗設(shè)計細節(jié)上，學生還難以把握。此時，教師不失時機地拿出精心設(shè)計的微型實驗（如圖4），快速驗證了二氧化硫的性質(zhì)，從中培養(yǎng)了學生的科學探究與創(chuàng)新意識。

二、核心素養(yǎng)視角下“物質(zhì)的分類”單元教學設(shè)計

根據(jù)對“物質(zhì)的分類”教學價值的分析，我們從單元教學設(shè)計模式出發(fā)，以核心素養(yǎng)為導向，設(shè)計了“物質(zhì)的分類”教學單元兩個課時的教學活動（如表1、表2）。

三、“素養(yǎng)為本”視角下“物質(zhì)的分類”單元教學設(shè)計分析

（一）延伸物質(zhì)性質(zhì)學習方法，促進觀念生長

“物質(zhì)的分類”的教學價值，體現(xiàn)在學生能夠以分類的思維去認識后續(xù)的物質(zhì)性質(zhì)與化學反應(yīng)，僅在高中化學必修1中與分類有關(guān)的知識就包括了物質(zhì)的分類與通性、化學反應(yīng)的分類（如離子反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)）、含相同核心元素的物質(zhì)的分類（如含硫元素的物質(zhì)）等?？梢哉f，分類思維在這些學習過程中起到了極為重要的作用，我們的教學應(yīng)更重視將分類的能力傳授給學生。為此，我們鼓勵學生在筆記本上畫思維導圖，畫出與分類有關(guān)的圖像，將課堂上的方法延伸到課后，將分類方法的應(yīng)用延伸到反應(yīng)分類與價態(tài)分類上來，從而將分類思維自始至終滲透在變化觀念里。例如，在完成金屬與非金屬的學習后，學生制作的含鈉元素物質(zhì)的價態(tài)——類別分類圖（如圖5），就是學習元素化合物性質(zhì)的一種很好的方法。由圖5可知：每個物質(zhì)在圖像中都有一個坐標，橫軸是物質(zhì)類別，對應(yīng)著該物質(zhì)所應(yīng)具有的同類物質(zhì)的通性;縱軸是價態(tài)，對應(yīng)著該物質(zhì)的氧化還原能力。從價態(tài)與類別兩個角度來分析物質(zhì)性質(zhì)是高中生應(yīng)該具備的能力，也符合核心素養(yǎng)的思想。在該圖像的引導下，物質(zhì)性質(zhì)學習的兩個維度一目了然。

（二）設(shè)計教學評價活動，促進學生思維外顯

“教、學、評”一體化，是2017版課標提出的要求。傳統(tǒng)課堂是教師前面先講，學生后面練習反饋，學生做對了就是好課。而核心素養(yǎng)理念的提出，讓我們認識到檢測某種素養(yǎng)是否落地，要看學生在問題解決活動中表現(xiàn)出來的能力。因此，我們在教學設(shè)計中十分注重“情境—問題—能力”的教學線索設(shè)計，力求讓課堂上的問題不是孤立的，而是在情境中提出來的，問題解決的活動能夠結(jié)合學生的表現(xiàn)進行評價。例如，在學生對卡片的分類活動中，我們設(shè)計了工業(yè)廢水檢驗與除雜的情境，讓教師能夠通過觀察學生排列卡片的過程分析他們心目中的分類標準。又如，在預測二氧化硫性質(zhì)的活動中，我們設(shè)置了治理二氧化硫排放、改善城市環(huán)境的情境，激發(fā)了學生的參與熱情，學生在分享預測二氧化硫性質(zhì)與設(shè)計實驗驗證預測的學習思路時，教師能夠從中診斷出學生的素養(yǎng)發(fā)展水平。通過“教、學、評”一體化教學活動設(shè)計，我們將學生的隱性思維外顯并予以及時評價，確保核心素養(yǎng)能夠有效落地。

（三）開發(fā)單元教學設(shè)計模式，促進核心素養(yǎng)落地

結(jié)合課題組提出的“素養(yǎng)為本”的單元教學設(shè)計模式，通過分析“物質(zhì)的分類”這一單元的教學設(shè)計思路，我們在單元教學設(shè)計上獲得了不少啟發(fā)。例如，在備課過程中，我們首先對分類進行學科概念的抽提，并提煉出學科本源性問題，將分類的教學價值體現(xiàn)在分類的方法、結(jié)果及用通性預測性質(zhì)三個方面，這對應(yīng)于高中化學學科核心素養(yǎng)中的宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、科學精神與科學探究（如圖6）。但是，教學價值是教師作為“傳授者”概括出來的精華，對于學生來說過于抽象，所以我們要“把知識包裝在糖果里”拿給學生，讓學生在“品嘗”過程中不知不覺地完成知識的吸收與內(nèi)化，再引導學生在問題思考中從近的熟悉場景遷移到遠的陌生場景中去。

總之，依托“素養(yǎng)為本”單元教學設(shè)計模式設(shè)計高中化學課堂教學，能夠促使我們對核心素養(yǎng)有更為深入的理解，對教學內(nèi)容與問題情境的把握與創(chuàng)設(shè)有更為精準的思考，同時也將引領(lǐng)著我們在教學研究的路上不斷前行。（題圖作者左為李曉，右為陳文）

參考文獻：

[1]支瑤，王磊，張榮慧，趙曉明.“物質(zhì)的分類”促進高中生無機物性質(zhì)學習的功能價值分析及其教學實現(xiàn)[J].化學教育，2012.33（4）.

[2]周瑤，王磊，杜德娟，多麗君，于少華.初、高中化學銜接教學研究——以“物質(zhì)的分類”授課為例[J].化學教學，2015.35（8）.

[3]齊紅濤，趙河林，王磊.物質(zhì)的分類相關(guān)概念及其教學分析[J].化學教育，2012.33（4）.

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注：本文為2017年度廣西教育科學“十三五”規(guī)劃A類重點課題“基于學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的高中化學教學單元設(shè)計的研究”（課題編號2017A003）的階段研究成果。

（責編 歐金昌）