優(yōu)化學(xué)習(xí)活動設(shè)計，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

◎ 周 峰

在“從自來水到天然水”一課的多次備課、上課和研討中，筆者對活動設(shè)計有了些許認識和感悟。本文通過對部分活動的分析和解讀，梳理活動設(shè)計的一些策略，期望能為落實學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)提供思路。

一、基于真實情境創(chuàng)設(shè)活動，提升學(xué)生的探究能力

化學(xué)學(xué)科提倡“在活動中發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)”，對“活動”的界定是指以學(xué)生為主體的實踐性、體驗性活動，并能夠促進學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。根據(jù)這個界定，活動的目的不是僅僅讓學(xué)生會動手操作，更重要的應(yīng)該是能引發(fā)學(xué)生的思維發(fā)展，提高學(xué)生的探究能力，形成學(xué)科核心素養(yǎng)。那么，什么知識內(nèi)容需要用“引發(fā)思維發(fā)展”的活動去呈現(xiàn)？心理學(xué)告訴我們，新知是在對舊知的同化與順應(yīng)中產(chǎn)生的，學(xué)生在應(yīng)用舊知解決新問題時，就能發(fā)展思維。仔細分析本節(jié)課內(nèi)容的學(xué)情，筆者發(fā)現(xiàn)在學(xué)習(xí)本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容之前，學(xué)生已學(xué)習(xí)了粗鹽提純實驗，知道過濾能除去難溶性物質(zhì)，會進行過濾操作；但本節(jié)課內(nèi)容中的絮凝反應(yīng)和明礬、沉淀處理等對于學(xué)生而言都是新概念，學(xué)生前期學(xué)習(xí)無任何儲備。學(xué)生的認知未知處，就為認知發(fā)展提供了可能。因此，我們的活動設(shè)計初衷就是創(chuàng)設(shè)能讓學(xué)生在真實情境中“自然遭遇”到困惑的活動，然后在解決困惑的活動中形成新知。有鑒于此，我們設(shè)計了“渾水變清水”的活動。經(jīng)過多次試講反饋，活動的內(nèi)容過程主要經(jīng)歷了兩次大變化，具體內(nèi)容見表1。

教學(xué)實施過程中，第一稿的學(xué)習(xí)活動就相當(dāng)于學(xué)生復(fù)習(xí)過濾實驗操作，只是起到了鞏固正確實驗操作技能的目的，重在技能鞏固訓(xùn)練。第二稿的活動材料中增加了水樣中雜質(zhì)的種類，不僅有泥沙，也有懸浮物（如樹葉），還添加了顏色；對應(yīng)的過濾材料中增加了漏勺、鑷子、活性炭等。第二稿教學(xué)實施時，學(xué)生的活動時間明顯增長，不同組的活動效率也因為選擇不同的過濾材料而明顯不同，活動后的交流內(nèi)容也明顯豐富了，主要聚焦在對不同的雜質(zhì)可以選擇不同的過濾材料。用漏勺舀樹葉，用鑷子夾大顆粒雜質(zhì)，用棉花吸顏色等，這些體驗感受基本還是學(xué)生生活經(jīng)驗的重復(fù)。學(xué)生根本沒有產(chǎn)生“困惑”，也無法與本節(jié)課的難點如絮凝反應(yīng)、沉淀處理建立聯(lián)系，因此沒有獲得有價值的思考或思維的提升發(fā)展。在反思研討中，我們意識到前兩稿的活動體現(xiàn)出的學(xué)生探究能力要素主要是進行實驗，即利用“過濾”或類似經(jīng)驗進行實驗操作，教師主要關(guān)注學(xué)生“過濾”實驗操作是否正確，這類活動無法達成激活學(xué)生思維的目標(biāo)。而第三稿設(shè)計的活動是將學(xué)生的學(xué)習(xí)與社會生活聯(lián)系起來，讓學(xué)生面對實際現(xiàn)象，發(fā)現(xiàn)真實問題，自主探尋研究，解決真問題。在此活動過程中，學(xué)生作為主體去挑戰(zhàn)困難、主動積極地思考，能達成激活思維、提高探究能力的目標(biāo)?；顒拥牟呗跃唧w分析如下。

表1 “渾水變清水”活動的內(nèi)容變化

（一）把生產(chǎn)情境轉(zhuǎn)化為活動情境，生成挑戰(zhàn)性任務(wù)

【活動一】除去樣品水中難溶性雜質(zhì)。

（1）實驗用品：兩瓶同一樣品、兩套過濾裝置（濾紙和石英砂）、燒杯、玻璃棒。

（2）實驗步驟：同時進行如下兩個實驗操作，分別如圖1和圖2所示。

（3）實驗現(xiàn)象： 經(jīng) ___________ （填“石英砂”或“濾紙”） 過濾得快；經(jīng) ____________（填“石英砂”或“濾紙”）過濾的濾液更澄清。

圖1 實驗1

圖2 實驗2

基于以上現(xiàn)象分析，我認為自來水廠會選擇 ____________（填“濾紙”或“石英砂”）為過濾材料。

該活動中沒有被刻意、人為地加入很多類似樹葉等雜質(zhì)的“假濁水”情境，而是把自來水廠用石英砂的過濾情境轉(zhuǎn)化為實驗情境。面對活動中實驗1和實驗2的不同現(xiàn)象，學(xué)生會糾結(jié)選濾紙還是選石英砂作為自來水廠的過濾材料，過濾的目標(biāo)是要“快速”還是要“清澈”。這些問題自然引發(fā)了學(xué)生的思維沖突，有些學(xué)生會思考是否要考慮生產(chǎn)成本和生產(chǎn)效率等問題。學(xué)生基于不同的思維廣度或深度，會產(chǎn)生不同的選擇結(jié)果。最終，教師引導(dǎo)學(xué)生要從不同角度思考社會生產(chǎn)生活中的實際問題，豐富學(xué)生對社會生活實際問題的認識思路。整個活動過程中體現(xiàn)的探究能力要素不僅僅是進行實驗，更重要的探究能力要素是基于活動中的實驗現(xiàn)象提出問題的能力。

產(chǎn)生認知沖突是形成挑戰(zhàn)性任務(wù)的契機?；谟檬⑸斑^濾的水是渾濁的情況，教師提出挑戰(zhàn)性的任務(wù)——在實際自來水生產(chǎn)過程中，如何操作才能使石英砂過濾后的水是清澈的？

（二）把活動經(jīng)驗提煉為科學(xué)認識，遷移出解決挑戰(zhàn)性任務(wù)的思路

在上述活動中，學(xué)生有進行實驗的操作過程，但更重要的是經(jīng)歷觀察與思考相結(jié)合的探究過程。學(xué)生發(fā)現(xiàn)濾紙和石英砂的過濾效果有差異：石英砂過濾速度快，濾紙過濾速度慢；石英砂過濾后濾液渾濁，濾紙過濾后濾液清澈。教師引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)結(jié)合實驗材料進行“證據(jù)與結(jié)論”的現(xiàn)象解釋，需要進行材料間的對比和歸納，最終學(xué)生會加深對于過濾本質(zhì)及濾液清濁的認識——取決于顆粒大小與過濾材料空隙大小的關(guān)系。兩個實驗對比活動把學(xué)生對過濾的生活經(jīng)驗提升為更清晰的科學(xué)知識，有助于學(xué)生后續(xù)形成“有效過濾”的思路：改變過濾材料孔隙或改變雜質(zhì)顆粒大小?；谏钪刑悦?、泡茶等情境，學(xué)生不難理解可以改變過濾材料；但改變雜質(zhì)顆粒大小則是學(xué)生的思維“盲區(qū)”，因為學(xué)生日常經(jīng)驗中沒有辦法把小顆粒變成大顆粒，生活經(jīng)驗限制了學(xué)生的思維，然而借助對“有效過濾”的科學(xué)認知，學(xué)生進行分析推理，思維會被打開：是否可以把雜質(zhì)顆粒變大一些，這樣就容易被石英砂截留住？

（三）把科學(xué)認知應(yīng)用于新情境，構(gòu)建新概念

基于有限的課堂時間，教師直接演示“同樣的泥沙水中加入明礬后，再用石英砂過濾”實驗，然后讓學(xué)生根據(jù)實驗現(xiàn)象，分析明礬的作用。面對石英砂過濾后清澈的濾液，學(xué)生將剛習(xí)得的“有效過濾”思路遷移應(yīng)用于此處，就能推理猜測出明礬的作用可能是把顆粒聚在一起，使顆粒變大，就能被石英砂截留。聯(lián)系前面的活動經(jīng)驗和認知，學(xué)生自然可以理解“凈水劑”或“絮凝反應(yīng)”這些新概念。新概念的出現(xiàn)，是學(xué)生在活動中悟出的，而不是由教師直接告知的。

教師結(jié)合社會生活的真實情境創(chuàng)設(shè)活動，產(chǎn)生真實問題，形成挑戰(zhàn)性任務(wù)。以任務(wù)為驅(qū)動，學(xué)生完成知識學(xué)習(xí)，從而建立對社會問題的認識思路和方法。同時，學(xué)生能切實感受到物質(zhì)性質(zhì)在社會生產(chǎn)實踐中的重要應(yīng)用價值，感悟到化學(xué)與社會生活的相互關(guān)系，形成社會參與意識。

二、利用新儀器（材料）創(chuàng)設(shè)活動，提升學(xué)生思維層次

在自來水生產(chǎn)中，需要加入消毒劑進行殺菌消毒，這個內(nèi)容學(xué)生容易接受，對消毒劑的要求是“適量”，這個知識點學(xué)生不容易主動想到?！岸ㄐ耘c定量思想”是化學(xué)學(xué)科重要的思想方法，如何能讓學(xué)生通過活動有所感悟，主動建立“定量”意識，自主發(fā)現(xiàn)消毒劑應(yīng)該“適量”？我們設(shè)計了如下活動，具體內(nèi)容見表2。

表2 建立“定量”意識活動設(shè)計

在第一稿的教學(xué)實施中，活動后很多學(xué)生認為TDS筆的數(shù)值是濾液中細菌數(shù)的表征，加入消毒劑后，TDS筆的數(shù)值變大了，為什么細菌數(shù)還變多了？這是因為TDS筆和顯微鏡兩個儀器同時呈現(xiàn)，給學(xué)生造成了前后聯(lián)系的混亂。在第二稿的教學(xué)中，把該活動拆解為兩次活動，分次呈現(xiàn)顯微鏡和TDS筆，同時增加了一個“生活飲用水水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)及限值”數(shù)據(jù)表，意在引導(dǎo)學(xué)生將實驗數(shù)據(jù)和資料信息結(jié)合起來，構(gòu)建對消毒劑的新認識?；顒拥牟呗跃唧w分析如下。

（一）利用新儀器，豐富“可視化”證據(jù)

【活動二】 測定實驗1中濾液消毒前后可溶性固體有多少。

（1）實驗用品：上述實驗1中濾液、加入消毒劑后濾液、TDS筆、蒸餾水、廢液缸。

（2）數(shù)據(jù)記錄：TDS_________ mg/L（消毒前）；TDS_________ mg/L（消毒后）。

（3）實驗結(jié)論：濾液_________ （填“消毒前”或“消毒后”）可溶性物質(zhì)更多。

TDS筆可以測量水中溶解性固體的量，借助TDS筆的數(shù)值，讓不可見的可溶物質(zhì)顯形。通過顯微鏡的觀察，學(xué)生可以看見肉眼不可見的細菌。這些儀器的使用，使很多抽象的、不可見的物質(zhì)變得可見、可描述或數(shù)據(jù)化。這個實驗活動既豐富了學(xué)生的感性經(jīng)驗，又能引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注技術(shù)材料的發(fā)展并學(xué)會運用新儀器收集證據(jù)，形成嚴謹求實的科學(xué)態(tài)度。

（二）利用信息沖突，反思實驗過程

因為消毒劑能殺菌消毒，有的學(xué)生會認為消毒劑用得越多越好，而忽視消毒劑本身帶入的問題。教師設(shè)計了“測定消毒劑使用前后兩種溶液中的TDS值”活動，同時提供“生活飲用水水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)及限值”數(shù)據(jù)表（部分數(shù)據(jù)見表3）。

活動后，學(xué)生發(fā)現(xiàn)消毒劑使用后的溶液中TDS值變大了，說明溶液中的可溶性物質(zhì)增大了，如數(shù)值增加到一定值，就不能符合生活飲用水中可溶物的標(biāo)準(zhǔn)。把實驗結(jié)果和資料信息聯(lián)系起來思考，學(xué)生會主動對該實驗過程進行質(zhì)疑、批判與評價，進而能自主建構(gòu)出科學(xué)合理的認識——要使用適量的消毒劑?；顒雍螅處熖岢鰡栴}：TDS值越小，水質(zhì)越好嗎？促使學(xué)生進一步對自來水的凈化過程進行反思并結(jié)合水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)提出改進或建議。

在該活動設(shè)計中，教師找到化學(xué)學(xué)習(xí)和社會生活結(jié)合的關(guān)鍵點，與時俱進，關(guān)注日常生活中儀器、材料的日新月異的變化，充分利用TDS筆開展活動，幫助學(xué)生建立科學(xué)合理的認識，拓展認識問題的角度，提升學(xué)生的思維品質(zhì)。

表3 生活飲用水水質(zhì)常規(guī)指標(biāo)及限值（部分數(shù)據(jù)）

三、活動設(shè)計時需注意的問題

（一）活動目標(biāo)一致化

“一致化”是指活動目標(biāo)要與學(xué)習(xí)目標(biāo)一致，活動不是簡單地讓學(xué)生進行“照單抓藥”式的實驗操作，不能為了“活動”而活動。教師要在分析學(xué)生學(xué)情和教學(xué)重難點的基礎(chǔ)上，確定好學(xué)生的學(xué)習(xí)目標(biāo)。設(shè)計活動時，活動目標(biāo)要與學(xué)習(xí)目標(biāo)一致，指向核心知識的產(chǎn)生，引發(fā)學(xué)生的思維。學(xué)生通過對活動內(nèi)容的認知加工、概括歸納等思維過程，最終能達成學(xué)習(xí)目標(biāo)。

（二）活動呈現(xiàn)多樣化

活動中的規(guī)格要求、記錄數(shù)據(jù)和學(xué)生分工等都應(yīng)該明示給學(xué)生，可以通過課件或?qū)W案呈現(xiàn)這些要求?；顒拥拈_展過程不僅可以通過書面文字呈現(xiàn)，也可以通過圖示呈現(xiàn)，尤其是對于現(xiàn)在的學(xué)生，學(xué)生讀圖的能力很強；要利用學(xué)生的多種閱讀習(xí)慣，調(diào)動學(xué)生積極參與到活動中。本課例就是圖示活動步驟，學(xué)生很容易對活動建立整體認識，從而高效、有序地開展活動。

（三）活動流程結(jié)構(gòu)化

一節(jié)課有兩三個活動時，把活動的順序與知識內(nèi)容的邏輯意義建立關(guān)聯(lián)；在一個活動中，把活動目標(biāo)和活動材料對應(yīng)，有效引導(dǎo)學(xué)生有序地把活動過程與目標(biāo)知識建立意義關(guān)聯(lián)。充分發(fā)揮活動的功能價值，促使學(xué)生在經(jīng)歷和體驗中，形成一定的批判思維和價值判斷，自覺發(fā)展學(xué)科探究能力和學(xué)科思想。

活動設(shè)計還有很多內(nèi)容需要我們進一步實踐和研究，比如，還需要關(guān)注活動的整體設(shè)計，要關(guān)注單元活動的設(shè)計，關(guān)注活動中學(xué)生高階思維的培養(yǎng)等?！霸诨顒又邪l(fā)展核心素養(yǎng)”的教學(xué)需要教師不斷地實踐，在實踐中改進，努力前行，最終實現(xiàn)以“活動”為載體，體現(xiàn)學(xué)科思想，形成“素養(yǎng)”能力，讓學(xué)生在觀察、思考、討論、運用證據(jù)、分析現(xiàn)象的活動中獲得解決問題的方法，讓學(xué)生的心智在活動中得到發(fā)展。