基于關鍵能力培養(yǎng)的高中化學教學實踐

李耀佳

摘 要：以“鈉及其化合物”的高三復習課為例，嘗試利用“情境—問題—能力”設計教學，通過巧設情境、重組實驗、設置認知沖突、創(chuàng)建開放性問題等策略引出深階問題，在問題的解決中發(fā)展學生的關鍵能力。

關鍵詞：關鍵能力;化學表征;重組實驗;實驗探究;認知沖突;開放性問題

高三第一輪復習由于時間短、內(nèi)容多，很多老師急于趕進度，已經(jīng)習慣于“知識梳理，考題選講，練習強化”這種模式教學，導致課堂過于沉悶，不能激發(fā)學生的學習興趣。這種復習還有另外一個弊端，對知識點復習只是蜻蜓點水，課堂上學生沒有經(jīng)過深度學習、深度思考，學生的關鍵能力沒有得到培養(yǎng)。因此學生會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象：知識點背誦熟練，做了很多的題目，但是考試成績依然無法提高。高考是能力測試為主導的考試，對學生的邏輯思維、整合信息等能力有一定的要求。能力是可以經(jīng)過訓練得到的，絕不是一蹴而就的，簡單的知識傳授不能全面培養(yǎng)學生的能力。因此在平常的教學過程中，教師需要關注學生能力的培養(yǎng)。

化學關鍵能力的要素包括化學表征能力、實驗與探究能力、化學方法和分析能力、化學信息處理能力、發(fā)現(xiàn)與提出問題的能力、證據(jù)推理與論證能力、模型認知能力[1]。這些能力都屬于高階能力，培養(yǎng)能力最有效的策略在于思維的訓練，而引發(fā)思維訓練需要問題引領。因此課堂設置深度的問題可以引發(fā)思維向深度發(fā)展，從而發(fā)展關鍵能力。

如何設置深度問題培養(yǎng)化學學科關鍵能力？以下筆者以“鈉及其化合物”高三復習課為例，通過巧設情境、重組實驗、設置認知沖突、創(chuàng)建開放性問題等策略復習元素化合物知識所進行的實踐研究，具體教學設計如下圖：

一、教學目標

1.完成“以氯化鈉為原料制備碳酸鈉”轉(zhuǎn)化任務，促進學生自主構(gòu)建鈉及其化合物的知識網(wǎng)絡，夯實基礎。

2.以鈉及其化合物性質(zhì)的探究，通過“情境—設問—解決策略”培養(yǎng)學生的信息獲取和加工、實驗探究和證據(jù)推理、批判性思維和方案評價等關鍵能力。

二、教學流程

環(huán)節(jié)一：完成“轉(zhuǎn)化任務”，為能力發(fā)展打下堅實的基礎。

課前給學生設置完成“轉(zhuǎn)化任務”的作業(yè)[2]，該作業(yè)分為兩部分，第1部分是結(jié)合Na、Na2O、Na2O2、NaOH、Na2CO3、NaHCO3、NaCl類別和化合價，建立價類二維圖;第2部分是根據(jù)價類二維圖，以氯化鈉為原料，制備純堿，其他試劑任選，盡可能多地設計轉(zhuǎn)化過程，并寫出相關化學反應方程式。

【設計意圖：課堂前5分鐘，讓1～2個小組展示“轉(zhuǎn)化任務”設計，學生相互點評。通過完成“轉(zhuǎn)化任務”幫助學生完善鈉及其化合物的知識網(wǎng)絡，夯實基礎。根據(jù)布魯姆目標分類學，元素化合物的知識屬于陳述性知識。陳述性知識掌握水平越好，越有利于程序性知識和認知性知識的建構(gòu)，也越有利于這個過程中發(fā)展關鍵能力。反過來能力水平提高也有利于對陳述性知識的理解?！?/p>

環(huán)節(jié)二：巧設情境，發(fā)展關鍵能力。

【情境1】1807年，英國H·戴維用電解氫氧化鉀熔體的方法制得較純凈金屬鉀，但在實際生產(chǎn)中卻不能用此法?，F(xiàn)在金屬鉀的生產(chǎn)方法都采用金屬鈉與氯化鉀的反應：Na+KCl=K↑+NaCl。 有關反應如下表：

問題1：金屬鈉與氯化鉀反應置換出單質(zhì)鉀是在水溶液中進行的嗎？為什么？

問題2：該反應的溫度應該如何控制？

問題3：把鈉分別投入硫酸、飽和氫氧化鈣溶液、硫酸銅溶液、氯化銨溶液中。

請解釋相關實驗現(xiàn)象。

問題4：2013年3月，我國科學家公布了如下圖所示的水溶液鋰離子電池體系。

該電池負極材料是什么？能否把電極鋰外層裹包的聚合物電解質(zhì)去掉？

【設計意圖：設置問題1主要是為了喚醒舊知識，理解鈉與鹽溶液反應的本質(zhì)。設置問題2是為了培養(yǎng)學生信息獲取與加工能力。學生需要從情境中獲取產(chǎn)物K為氣體以及反應中各物質(zhì)的溶沸點，并結(jié)合平衡移動的思想，綜合得出結(jié)論。設置問題3讓學生從平衡移動思想、三重表征等解釋實驗現(xiàn)象，發(fā)展學生的化學表征能力。設置問題4是為了培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維，通過知識的遷移解決新問題。】

環(huán)節(jié)三：重組實驗，發(fā)展關鍵能力。

【情境2】向飽和NaOH溶液（滴加酚酞）中加入少量的過氧化鈉粉末，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：有大量無色氣泡產(chǎn)生，溶液紅色褪去，并放出熱量，有少量晶體析出。

問題1：Na2O2與水反應的氧化劑和還原劑是？

問題2：為什么有晶體析出？恢復到室溫后，溶液中的c（Na+）和c（OH-）如何變化？

問題3：根據(jù)反應前后的可變量，你認為造成溶液紅色褪去的原因可能有哪些？

問題4：請以小組為單位設計實驗方案證明紅色褪去的原因。（提供試劑：NaOH溶液、過氧化鈉粉末、酚酞、二氧化錳、H2O2、MnO2）

【設計意圖：設置問題1～2是為了喚醒舊知識，并經(jīng)過推理證實反應有氫氧化鈉產(chǎn)物生成，培養(yǎng)推理能力;設置問題3～4是為了讓學生從實驗的可變量（溫度、O2、H2O2）出發(fā)，分析紅色褪去的原因，并設計探究實驗證實或證偽，培養(yǎng)學生的實驗探究能力?！?/p>

環(huán)節(jié)四：設置認知沖突，發(fā)展關鍵能力。

【情境3】在講臺上展示兩瓶溶液，標簽上只標示濃度，沒有標明物質(zhì)的化學式，其中一瓶濃度為0.6mol/L，另一瓶為0.3mol/L。這兩瓶溶液一瓶為碳酸鈉，另一瓶為碳酸氫鈉，請大家提出鑒別這兩種溶液的方法。

學生思考并提出如下方案：

學生1：分別測定兩瓶溶液的PH，PH較大的是碳酸鈉。

學生2：不可行，因為兩瓶溶液的濃度不相同。

這時全班學生恍然大悟，明白需要控制變量使得兩瓶溶液的濃度相同，這樣比較才有意義。

教師：準確稀釋溶液濃度，應該如何操作？

學生3：取25ml0.6mol/L溶液于50ml容量瓶中，然后加水稀釋至50ml。

學生基于濃度相同情況下，繼續(xù)提出如下實驗方案：

方案1：分別測定濃度相同的兩瓶溶液的pH值，pH值大的是碳酸鈉。

方案2：各取5ml0.3mol/L待測溶液于試管中，分別加入5ml等濃度的稀鹽酸，反應速率快的是碳酸氫鈉。

方案3：各取5ml0.3mol/L待測溶液于試管中，分別加入幾滴等濃度的氯化鈣溶液，有白色沉淀生成的是碳酸鈉。

針對每一種方案，老師都請一位學生到講臺前完成實驗驗證。方案1和2都證實了原來0.6mol/L溶液就是碳酸氫鈉。導致方案3實驗前已經(jīng)有些學生迫不及待地預計原0.6mol/L待測溶液沒有沉淀生成。實驗后卻發(fā)現(xiàn)兩支試管都有白色沉淀生成，這時學生再次陷入認知沖突中。

問題1：碳酸氫鈉溶液與氯化鈣溶液反應得到的沉淀是碳酸鈣嗎？如果是，那么碳酸根來自哪里？

問題2：從沉淀溶解平衡角度思考，碳酸氫鈉溶液與氯化鈣溶液生成沉淀需要滿足什么條件？

問題3：你能改進方案3，用氯化鈣溶液也能鑒別碳酸鈉和碳酸氫鈉嗎？

【設計意圖：學生遇到認知沖突時，要能大膽假設，提出解決方案。在解決問題的過程中，使學生明白原有知識的使用需要滿足一定條件才能成立。這既加深了學生對原有知識的理解，也培養(yǎng)了學生的批判性思維能力?！?/p>

環(huán)節(jié)五：創(chuàng)建開放性問題，發(fā)展關鍵能力。

【情境4】純堿有廣泛的用途，是化學工業(yè)中的基礎物質(zhì)。工業(yè)生產(chǎn)的純堿中常含有少量的NaCl雜質(zhì)。請設計合理的實驗方案測定工業(yè)生產(chǎn)的純堿的純度。

學生提出的設計方案大多只是停留在原理的層面上，比如：

方案1：稱量一定質(zhì)量的樣品后，加入過量的硝酸，再加入過量的硝酸銀溶液，測定氯化銀的質(zhì)量。

方案2：稱量一定質(zhì)量的樣品后，加入過量氯化鈣溶液（或者氯化鋇溶液），測定生成沉淀的質(zhì)量。

方案3：稱量一定質(zhì)量的樣品后，加入硫酸，測定生成二氧化碳的體積（或質(zhì)量）。

問題1：從誤差大小分析，方案1～2測定氯化銀的質(zhì)量、測定碳酸鈣質(zhì)量或測定氯化鋇的質(zhì)量，哪一種的誤差更小，更符合要求。

問題2：針對方案3，請畫出試驗裝置。若要測定二氧化碳的質(zhì)量，如何保證裝置內(nèi)生成的二氧化碳完全被吸收。

【設計意圖：開放性問題的答案不是唯一的，可以從多個角度思考問題，提出解決問題的辦法，這樣有利于提升學生思維的靈活度，發(fā)展學生的創(chuàng)新能力?！?/p>

三、教學反思

本節(jié)課按“情境—問題—能力”三條明暗線鋪開進行教學，針對鈉、過氧化鈉、碳酸鈉與碳酸氫鈉的性質(zhì)，通過創(chuàng)設情境、重組課本實驗、設置認知沖突、創(chuàng)建開放性問題引出問題。學生進入高三前已經(jīng)系統(tǒng)學習了元素周期律、化學平衡、水解平衡、鹽類水解、沉淀溶解平衡等知識，因此學生能利用化學反應原理知識對問題進行思考，比如鈉與飽和氫氧化鈣溶液反應或鈉與氯化銨溶液反應，可以利用沉淀溶解平衡、鹽類水解平衡的知識解決。又如解釋氯化鈣和碳酸氫鈉溶液反應有沉淀生成，可以利用Qc與Ksp相對大小進行解釋。這樣既能夯實基礎，又能實現(xiàn)必修知識和選修知識的有效銜接。能力是素養(yǎng)的本質(zhì)，是蘊含在實際問題解決中的。因此問題是形成能力的核心要素，尤其是深階問題。如何有效設置深階問題，筆者認為需要注意三點：

1.問題的廣度：問題或問題的解決涉及的知識面越廣，越容易幫助學生整合各個知識板塊，提高一輪復習的有效性。

2.問題的梯度：最好的問題應該是能調(diào)動學生思考，學生“跳一跳”就能解決，同時解決問題的過程中又能誘發(fā)學生繼續(xù)向問題的本質(zhì)思考，生成新的問題，這樣層層深推，實現(xiàn)深度思考。

3.問題的深度：有效的課堂實際就是深階問題解決的課堂。什么是深階問題？那些簡單“對不對”“是不是”的提問對思維能力的啟發(fā)沒有意義，因此不利于能力的形成。那是不是越難的問題就會越有深度呢？顯然不是。問題的提出首先要符合學生的實際情況，同時問題要能引發(fā)學生從化學反應原理角度思考問題，深挖知識本質(zhì)以及內(nèi)在關系。

課堂對多個問題的深入研究，可能會因為生成性問題或?qū)W生適應程度等導致課時緊張。但是教師不能因此而放棄課堂的探究氛圍，不能因?qū)W生無法提出方案，就直接把答案告訴學生，這樣無異于穿新鞋走老路，不利于關鍵能力的培養(yǎng)。教師應該從生產(chǎn)生活、科學發(fā)展史、課本實驗、學生認知沖突等不斷挖掘深階問題情境，精心提出層層深入的思考問題，讓學生在問題解決過程中發(fā)展和提升關鍵能力。

參考文獻：

[1]楊季冬，王后雄.高中化學關鍵能力的內(nèi)涵及構(gòu)成要素研究[J].化學教學，2019（2）：3-6.

[2]曾國瓊.基于“觀念建構(gòu)”的中學化學教與學策略研究：以“銅及其化合物”復習為例[J].中學化學教學參考，2018（1-2）：18-21.