“素”、“數(shù)”融合新課堂教學(xué)研究

謝子云

黨的十九大明確指出：“要全面貫徹黨的教育方針，落實立德樹人根本任務(wù)，發(fā)展素質(zhì)教育，推進(jìn)教育公平，培養(yǎng)德智體美全面發(fā)展的社會主義建設(shè)者和接班人?！备母镏匾曇詫W(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情景化，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實。

而數(shù)字素養(yǎng)被聯(lián)合國認(rèn)為是數(shù)字時代的基本人權(quán)，是與聽、說、讀、寫同等重要的基本能力，無論企業(yè)還是個人——不具備基本的數(shù)字素養(yǎng)，將無法正確地運用信息和數(shù)字化產(chǎn)品、服務(wù)，最終成為數(shù)字時代的“文盲”。數(shù)字化時代已經(jīng)來臨，掃除新時代的新文盲，就是要在日常教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生的數(shù)字素養(yǎng)。

《化學(xué)計量在實驗中的應(yīng)用》是高中化學(xué)必修1第一章第二節(jié)的內(nèi)容，物質(zhì)的量是中化學(xué)計算中非常重要的物理量，是聯(lián)接宏觀與微觀的重要橋梁，是學(xué)習(xí)氣體摩爾體積、摩爾質(zhì)量、物質(zhì)的量濃度的前提與基礎(chǔ)，是培養(yǎng)學(xué)生對于化學(xué)計算的綜合理解和應(yīng)用的一個極好的切入點，是高中化學(xué)計算的核心。近年來，學(xué)科能力和素養(yǎng)的培養(yǎng)成為國際和國內(nèi)基礎(chǔ)教育領(lǐng)域共同關(guān)注的熱點，無論是 TIMMS，PASA 等大型學(xué)業(yè)成就測試，還是《國家中長期教育改革和發(fā)展規(guī)劃綱要》《普通高化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 版）》等一系列國際國內(nèi)的重要課程文件，都對核心學(xué)科領(lǐng)域的能力表現(xiàn)和培養(yǎng)提出了系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)和要求。為更好地進(jìn)行物質(zhì)的量的教學(xué)，給學(xué)生建立起更有效地分析和解決物質(zhì)的量問題的認(rèn)識模型，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科計算能力的發(fā)展，在初中學(xué)生已接觸基本化學(xué)計算如質(zhì)量、體積、密度、質(zhì)量分?jǐn)?shù)等宏觀計算，分子或離子等微觀粒子數(shù)目等微觀計算知識基礎(chǔ)上，明確物質(zhì)的量教學(xué)的關(guān)鍵問題和關(guān)鍵策略，對于學(xué)生今后的化學(xué)計算學(xué)習(xí)及學(xué)科能力的發(fā)展具有非常重要的價值。

一、數(shù)據(jù)引入，提出問題。

從數(shù)據(jù)引入，用膠頭滴管或其他方法取1滴水，并觀察1滴水的量。1滴水——滴水之恩，涌泉相報：1滴水與涌泉，數(shù)字從少到多，量的變化引起思考，從語文角度分析，哲學(xué)觀念;從化學(xué)角度分析：引出第一個問題：1滴水含多少個水分子？整節(jié)課圍繞解決這一個問題開展：1滴水含多少個水分子？在此探究過程中融入傳統(tǒng)文化素養(yǎng)，涵養(yǎng)人文素養(yǎng)。由1滴水，聯(lián)想到成語“滴水之恩，涌泉相報”，從語文視角理解成語的含義，讓學(xué)生感受學(xué)會感恩，學(xué)會報恩的中華美好傳統(tǒng)。

數(shù)、素相融入，由數(shù)中1滴水引出人文素養(yǎng)“滴水恩，涌泉報”，由素提出數(shù)的質(zhì)疑：滴水恩，何以涌泉相報？1滴水含多少個水分子？引出本節(jié)課探究的問題。

二、對比數(shù)據(jù)信息，建立化學(xué)思維模型。

提供數(shù)據(jù)信息，1滴水的體積約為1/20 mL，密度為1g.L-1，計算1滴水的質(zhì)量.從宏觀上描述1滴水的體積、質(zhì)量，從視覺上觀察1滴水，可視、可量、可稱。初中學(xué)生學(xué)習(xí)了物質(zhì)的組成，知道水由水分子構(gòu)成，分子太小，肉眼看不見，如何把宏觀與微觀相聯(lián)，學(xué)生產(chǎn)生認(rèn)知沖突，就會探究解決問題的辦法，尋找新的工具，引出物質(zhì)的量新概念。對比七個基本物理量，以米為例，如何確定1米的大小，讓同學(xué)們伸出自己的手，測量出1米的大小，通過實踐，發(fā)現(xiàn)不同的同學(xué)有不同的標(biāo)準(zhǔn)，因此要有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)才更科學(xué)，因此國際上規(guī)定，1米的標(biāo)準(zhǔn)是指光在真空中進(jìn)行1/299 792458秒的距離，同理，1mol物質(zhì)所含微粒以什么為標(biāo)準(zhǔn)？激起學(xué)生的求知欲望，順理成章地引出：1mol粒子的集合體與0.012kg12C所含的碳原子數(shù)相同約為6.02x1023。物質(zhì)的量的引入，能從微觀上表示出1mol物質(zhì)所含微粒數(shù)目，初步建立物質(zhì)的量與微粒數(shù)目的換算模型。但還未解決微觀與宏觀的聯(lián)接點，從1mol物質(zhì)的規(guī)定產(chǎn)生疑惑：為何以12C為標(biāo)準(zhǔn)呢？回顧初中所學(xué)相對原子質(zhì)量的定義：以12C為標(biāo)準(zhǔn)，其他元素的原子與C原子質(zhì)量的1/12相比，所得的數(shù)值。列表對比，聯(lián)系C的相對原子質(zhì)量與其他元素的相對原子質(zhì)量的關(guān)系。得出結(jié)論：1mol物質(zhì)的質(zhì)量，在數(shù)值上等于其相對原子質(zhì)量，引入摩爾質(zhì)量的概念，建立物質(zhì)的量與質(zhì)量的換算關(guān)系。

從表中得出規(guī)律，建立物質(zhì)的量與質(zhì)量的轉(zhuǎn)化思維模型，并運用模型實際問題，架起連接宏觀與微觀的橋梁。

在這個過程中，數(shù)據(jù)信息的引用，培育學(xué)生勇于探索未知世界的科學(xué)素養(yǎng)，追求精準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的科學(xué)精神，對比表格，發(fā)現(xiàn)規(guī)律，尋找到1mol物質(zhì)的質(zhì)量與相對原子質(zhì)量的規(guī)律，建立宏觀與微觀的換算關(guān)系和思維模型，

三、得出數(shù)據(jù)，完善思維模型。

化學(xué)計量，是以計算為中心的學(xué)習(xí)，學(xué)習(xí)了模型，須加以應(yīng)用解決問題，通過一組習(xí)題，進(jìn)行物質(zhì)的量與微粒數(shù)目、物質(zhì)的量與質(zhì)量之間的靈活換算，進(jìn)一步運用初步建立的模型，解決系列問題，在運用中發(fā)現(xiàn)問題、總結(jié)規(guī)律，并進(jìn)行展示模型、評價模型，最終完善模型。

完善模型后，終于可以回到課前的問題：1滴水中到底含有多少個水分子？學(xué)生運用本節(jié)課所學(xué)到的知識，來解決這個實際問題，很快，同學(xué)們能計算出這一滴水的分子數(shù)目1.67x1021。1滴與1.67x1021的強烈對比，從數(shù)據(jù)上產(chǎn)生視覺沖擊，學(xué)生不自覺地驚嘆，滴水之恩，必以涌泉相報，因為1滴水，其實不少，含有很多很多的水分子！實現(xiàn)學(xué)生從化學(xué)視角理解滴水之恩，涌泉相報所蘊含的深刻意義。發(fā)現(xiàn)化學(xué)的哲學(xué)美！人文美！微觀美！

化學(xué)計量，初上學(xué)生掌握了宏觀上的基本計算，但決少與微觀的聯(lián)系，物質(zhì)的量，是聯(lián)系宏觀與微觀的橋梁，是中學(xué)化學(xué)中的計算基礎(chǔ)和核心。以往的各類示范課，引入不是過于復(fù)雜，就是一個問題的引入，不能貫穿始終，為引入而引入，本節(jié)課用1滴水引入，既體現(xiàn)了宏觀到微觀，又能貫穿整節(jié)課，最終解決課前提出的問題而完成學(xué)習(xí)任務(wù)。其實學(xué)生為解決計算1滴水的分子數(shù)目，學(xué)習(xí)新知，會計算1滴水，就會計算1mL水，會計算1瓶水，進(jìn)而會計算其他物質(zhì)的相關(guān)量，為下一步計算氣體體積、物質(zhì)的量濃度奠定扎實的基礎(chǔ);學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中，建立了物質(zhì)的量與微粒數(shù)目的換算思維模型、物質(zhì)的量與質(zhì)量的換算思維模型，通過運用兩個模型、評價模型，進(jìn)而完善模型，建立第三個模型即以物質(zhì)的量為中心的物質(zhì)的量與微粒數(shù)目、質(zhì)量的換算模型，經(jīng)過了建模、用模、善模的過程， 培育學(xué)生能依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)模型，建立解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架。使核心素養(yǎng)從融入到融合到融化，實現(xiàn)了“素”“數(shù)”的深度融合。