基于學(xué)科理解的中學(xué)化學(xué)高端教研
——科學(xué)態(tài)磨課

曾曉軍

在新課程改革日趨深入的今天，教育形勢(shì)的發(fā)展對(duì)教師教學(xué)提出了更高的要求?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中指出要開展基于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的課堂教學(xué)，對(duì)化學(xué)教師的專業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求，要求教師進(jìn)一步增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解?；瘜W(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)，應(yīng)充分發(fā)揮化學(xué)教研組、備課組的作用，結(jié)合具體的教學(xué)內(nèi)容，有針對(duì)性地開展課題教學(xué)內(nèi)容的理解研討。磨課，它是指在公開課之前，教師運(yùn)用自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)和智慧，反復(fù)思考和試講的過(guò)程。一堂好的公開課是教研組教師集體的智慧結(jié)晶，也反映了教研組的教研文化氛圍。

一、問(wèn)題提出

在以往的磨課經(jīng)歷中，往往是其他教師根據(jù)自己的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)對(duì)講課教師進(jìn)行指導(dǎo)，是經(jīng)驗(yàn)型磨課。有幸參加了一次鄭長(zhǎng)龍教授的教育碩士教學(xué)實(shí)踐的磨課過(guò)程，筆者深受震撼，對(duì)磨課有了顛覆性認(rèn)識(shí)。鄭教授把以前的磨課方式叫經(jīng)驗(yàn)態(tài)磨課，而將這樣的磨課稱為科學(xué)態(tài)磨課——強(qiáng)化學(xué)科理解，深入教學(xué)內(nèi)容的本質(zhì)，利用課堂教學(xué)行為的CPUP 模型對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行分析，解決“教什么”的問(wèn)題，然后對(duì)文獻(xiàn)進(jìn)行梳理，對(duì)課堂進(jìn)行行動(dòng)研究，解決“怎么教”的問(wèn)題，打造高端備課模式。科學(xué)態(tài)磨課，為教師的教學(xué)能力提升提供了一個(gè)新的思路[1]。

二、過(guò)程實(shí)錄

對(duì)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”一節(jié)進(jìn)行磨課，磨課分四個(gè)環(huán)節(jié)：一是學(xué)科理解文獻(xiàn)綜述——有關(guān)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”，二是有關(guān)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”教學(xué)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)綜述——基于CPUP 結(jié)構(gòu)模型的視角，三是在前兩個(gè)環(huán)節(jié)的基礎(chǔ)上試講，四是評(píng)課。

（一）第一環(huán)節(jié)： 學(xué)科理解文獻(xiàn)綜述——有關(guān)“金屬的化學(xué)性質(zhì)”

1.核心知識(shí)結(jié)構(gòu)化

分析初高中和大學(xué)對(duì)這部分知識(shí)的不同要求，使內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，重點(diǎn)分析金屬與氧氣、金屬與化合物的反應(yīng)在不同階段的不同要求（見圖1）。

圖1 核心知識(shí)結(jié)構(gòu)化

在高中化學(xué)的教學(xué)過(guò)程中，有課標(biāo)、教學(xué)要求以及教材，但往往對(duì)理解表面上的東西的要求比較多。在對(duì)核心知識(shí)的解析上，鄭長(zhǎng)龍教授從本質(zhì)上解釋原因，如關(guān)于為什么金屬有這樣的性質(zhì)，從金屬的結(jié)構(gòu)決定金屬的化學(xué)性質(zhì)和金屬鍵的本質(zhì)的角度回答，以能帶理論解釋金屬鍵的本質(zhì)和金屬的物理性質(zhì)等。這都是中學(xué)教材中沒有的內(nèi)容，但作為教師必須要懂，這是化學(xué)學(xué)科本原性的內(nèi)容[2]。

2.重點(diǎn)學(xué)科知識(shí)解析

重點(diǎn)解析兩方面內(nèi)容：金屬活動(dòng)順序和氧化鋁。

（1）金屬活動(dòng)性順序表

首先是動(dòng)力學(xué)金屬活動(dòng)性順序表。

1812年，瑞典化學(xué)家貝采里烏斯根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)，依據(jù)金屬在酸性介質(zhì)中298K 時(shí)，能形成穩(wěn)定存在的金屬簡(jiǎn)單離子的標(biāo)準(zhǔn)電極電位，得到了動(dòng)力學(xué)金屬活動(dòng)性順序表，即K、Na、Ca、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Au。

動(dòng)力學(xué)金屬活動(dòng)性順序表的局限性：在動(dòng)力學(xué)的研究領(lǐng)域內(nèi)，Na 和Ca 的活潑性是依據(jù)其單質(zhì)與水反應(yīng)的劇烈程度判斷的，有些因素并未考慮在內(nèi)。熔點(diǎn)的差別：Na 的熔點(diǎn)為97.81℃，Ca 的熔點(diǎn)為839℃。溶解性的差別：NaOH 的溶解度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于Ca(OH)2。

其次是熱力學(xué)金屬活動(dòng)性順序表。

隨著電化學(xué)的發(fā)展，人們逐漸認(rèn)識(shí)到，金屬在溶液中的置換反應(yīng)與其電極電勢(shì)有關(guān)。由吉布斯自由能判斷自發(fā)反應(yīng)的條件，得出熱力學(xué)金屬活動(dòng)順序表：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Au。

熱力學(xué)金屬活動(dòng)性順序表的局限性：第一，只能用于標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)下。Cu 與稀鹽酸（HCl）在常溫下，不能反應(yīng)。但Cu 與濃鹽酸在加熱時(shí)，能夠生成H2。第二，只能針對(duì)純金屬。在順序表中，Al＞Fe，但由于Al 表面存在氧化膜，其與酸反應(yīng)的順序一般為Al＜Fe。第三，只適用于水溶液中。第四，不能作為氣態(tài)金屬原子還原性強(qiáng)弱的比較依據(jù)。

（2）氧化鋁

Al2O3，即三氧化二鋁，相對(duì)密度3.9～4.0g/cm3，熔點(diǎn)2054℃，沸點(diǎn)2980℃，可用作耐火材料。

對(duì)比初高中對(duì)氧化鋁的要求，把握教材的深度。

（二）第二環(huán)節(jié)： 有關(guān)“金屬的化學(xué)性質(zhì)” 教學(xué)設(shè)計(jì)的文獻(xiàn)綜述——基于CPUP 結(jié)構(gòu)模型的視角

1.設(shè)計(jì)分析報(bào)告

學(xué)情分析：確立目標(biāo)、豐富素材、多元視角，包括教材分析、學(xué)生分析和教法分析。

教材分析：第八單元——金屬和金屬材料。

課題一：金屬材料。

課題二：金屬的化學(xué)性質(zhì)。包含金屬與氧氣的反應(yīng)，金屬與稀鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)，以及金屬活動(dòng)性順序。

課題三：金屬資源的利用和保護(hù)。

實(shí)驗(yàn)活動(dòng)：金屬的物理性質(zhì)和某些化學(xué)性質(zhì)。

學(xué)生分析：本節(jié)課學(xué)生來(lái)自東北師范大學(xué)附屬實(shí)驗(yàn)中學(xué)初三（26）班，學(xué)生成績(jī)較好，活躍度高，自主探究能力強(qiáng)，已有相關(guān)金屬物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)知識(shí)。

教法分析：歸納、對(duì)比、推測(cè)、總結(jié)。

教學(xué)目標(biāo)：體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)對(duì)學(xué)生發(fā)展的具體要求。

通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究常見金屬與氧氣、稀酸、鹽溶液的化學(xué)反應(yīng)，認(rèn)識(shí)金屬的主要化學(xué)性質(zhì)；經(jīng)歷比較完整的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程，增強(qiáng)對(duì)科學(xué)探究的理解；體會(huì)小組合作的意義和快樂。

教學(xué)重點(diǎn)：一是通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究金屬的化學(xué)性質(zhì)；二是掌握金屬活動(dòng)性順序。

教學(xué)難點(diǎn)：一是金屬發(fā)生置換反應(yīng)的順序判斷，二是用置換反應(yīng)和金屬活動(dòng)性順序解釋某些與生活有關(guān)的化學(xué)問(wèn)題。

2.常見教學(xué)思路及連接順序

化學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)的CPUP 模型是由鄭長(zhǎng)龍教授提出的（見圖2）。鄭長(zhǎng)龍教授認(rèn)為化學(xué)課堂教學(xué)內(nèi)容是由一個(gè)個(gè)基元內(nèi)容（Primitive Content）構(gòu)成的：一個(gè)或幾個(gè)基元內(nèi)容構(gòu)成了一個(gè)單元內(nèi)容（Unit Content），單元內(nèi)容是指化學(xué)課堂教學(xué)中由一個(gè)或多個(gè)教學(xué)行為鏈所承載的化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)中所體現(xiàn)的教學(xué)內(nèi)容；一個(gè)或幾個(gè)單元內(nèi)容構(gòu)成了一個(gè)板塊內(nèi)容（Plate Content），板塊內(nèi)容是指化學(xué)課堂教學(xué)中一個(gè)教學(xué)板塊下所承載的教學(xué)內(nèi)容；一個(gè)或幾個(gè)板塊內(nèi)容構(gòu)成了一節(jié)課堂內(nèi)容（Class Content），課堂內(nèi)容即該節(jié)化學(xué)課堂的全部教學(xué)內(nèi)容。

圖2 CPUP 課堂結(jié)構(gòu)模型

并且，鄭長(zhǎng)龍教授對(duì)于教學(xué)行為進(jìn)行了詳細(xì)的劃分，提出了教學(xué)行為鏈的五種結(jié)構(gòu)，其中從A 到E，學(xué)生學(xué)習(xí)的自主程度逐漸降低（見表1、表2、表3、表4）。

表1 常見教學(xué)行業(yè)鏈類型

表2 教學(xué)思路及連接順序1

表3 教學(xué)思路及連接順序2

表4 教學(xué)思路及連接順序3

3.亮點(diǎn)采擷

主要從情景素材、問(wèn)題設(shè)計(jì)、活動(dòng)展示三個(gè)方面對(duì)文獻(xiàn)中部分教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行分析，從中得到啟發(fā)。

4.基于CPUP 理論的教學(xué)設(shè)計(jì)

基于CPUP 理論的教學(xué)設(shè)計(jì)如圖3 所示，該教學(xué)設(shè)計(jì)的特色是尊重學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)與學(xué)習(xí)興趣，以情境為載體將學(xué)生已有的知識(shí)經(jīng)驗(yàn)與社會(huì)生活常識(shí)緊密結(jié)合；秉承“觀念為本”的教學(xué)設(shè)計(jì)理念，圍繞理念設(shè)計(jì)和組織教學(xué)；重視以問(wèn)題為導(dǎo)向的探究活動(dòng)的設(shè)計(jì)，通過(guò)問(wèn)題調(diào)動(dòng)學(xué)生積極思考和探究。

圖3 基于CPUP 理論的教學(xué)設(shè)計(jì)

（三）第三環(huán)節(jié)： 根據(jù)教學(xué)設(shè)計(jì)進(jìn)行試講

在本環(huán)節(jié)主要是在課堂上將學(xué)習(xí)內(nèi)容分成幾個(gè)板塊來(lái)落實(shí)相關(guān)學(xué)習(xí)任務(wù)。

通過(guò)回憶生活中常見的學(xué)過(guò)的幾種金屬的相關(guān)物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)提出是否所有金屬都能發(fā)生同樣的化學(xué)反應(yīng)的問(wèn)題，引發(fā)學(xué)生思考。

1.金屬與氧氣的反應(yīng)

提出問(wèn)題：生活中常見的金屬與氧氣反應(yīng)的條件是否相同？是否所有的金屬都能與氧氣發(fā)生反應(yīng)？比較這幾種金屬跟氧氣的反應(yīng)，它們的活動(dòng)性是否一樣？根據(jù)什么來(lái)判斷？

學(xué)生可以通過(guò)小組討論、閱讀教材等獲知判斷金屬活動(dòng)性差異的初步依據(jù)。

設(shè)計(jì)的意圖：主要是考查學(xué)生對(duì)問(wèn)題的歸納能力，同時(shí)為引入金屬活動(dòng)性打下基礎(chǔ)。

2.金屬與酸的反應(yīng)

提出問(wèn)題：金屬與稀鹽酸、稀硫酸的反應(yīng)現(xiàn)象是否也像金屬與氧氣反應(yīng)一樣存在差別呢？哪些金屬能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)？哪些金屬不能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)？

實(shí)驗(yàn)探究：要求學(xué)生先提出自己的假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究此問(wèn)題。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行討論、交流，最后得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力、觀察能力、思維推理能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)能力和團(tuán)隊(duì)合作能力。在討論交流中，吸取別人有益的意見，為引入置換反應(yīng)作鋪墊。

3.置換反應(yīng)

提出問(wèn)題：哪些金屬能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)？哪些金屬不能與稀鹽酸、稀硫酸發(fā)生反應(yīng)？對(duì)于能發(fā)生的反應(yīng)，請(qǐng)從反應(yīng)物和生成物的物質(zhì)類別角度分析，這些反應(yīng)有什么特點(diǎn)？

學(xué)生思考、交流并得出結(jié)論。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生初步了解置換反應(yīng)的特點(diǎn)和規(guī)律，并為后面學(xué)習(xí)金屬活動(dòng)順序時(shí)為什么會(huì)出現(xiàn)氫元素打下基礎(chǔ)。

4.金屬與鹽溶液的反應(yīng)

提出問(wèn)題：實(shí)驗(yàn)室制取氫氣時(shí)，為什么選用金屬鋅和稀硫酸反應(yīng)？在學(xué)習(xí)質(zhì)量守恒定律時(shí)，把鐵絲浸入硫酸銅溶液，會(huì)看到什么現(xiàn)象？銅能否與硫酸亞鐵溶液反應(yīng)生成銅？

學(xué)生思考、交流并作匯報(bào)，嘗試歸納總結(jié)常見金屬的活動(dòng)性順序。

設(shè)計(jì)意圖：回憶已有知識(shí)，引入新知識(shí)，運(yùn)用逆向思維，使知識(shí)結(jié)構(gòu)更合理。培養(yǎng)學(xué)生分析能力，加強(qiáng)學(xué)生對(duì)金屬活動(dòng)性順序的了解。

最后通過(guò)對(duì)鑒別黃金飾品真假的方法的討論，來(lái)培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力，將理論聯(lián)系實(shí)際，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的重要性。

由于是磨課的過(guò)程，在試講時(shí)沒有學(xué)生，只有幾位指導(dǎo)教師和幾位試講教師的同學(xué)充當(dāng)學(xué)生，教學(xué)過(guò)程雖然按預(yù)定設(shè)計(jì)完成，但因不是真實(shí)課堂，課堂的生成略顯不足，學(xué)生活動(dòng)體現(xiàn)還不很充分。

（四）第四環(huán)節(jié)： 專家評(píng)課

鄭長(zhǎng)龍教授最后講到，磨課的目的是打造高質(zhì)量的教學(xué)，內(nèi)容就是行為研究?；诨瘜W(xué)學(xué)科理解的教學(xué)，由原來(lái)的經(jīng)驗(yàn)態(tài)磨課向科學(xué)態(tài)磨課轉(zhuǎn)化，本次的磨課體現(xiàn)了教育科研與教學(xué)實(shí)踐的結(jié)合。基于學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)發(fā)展的課堂教學(xué)，對(duì)化學(xué)教師專業(yè)素養(yǎng)提出了更高的要求，要求教師進(jìn)一步增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解。高端備課是今后的趨勢(shì)，要關(guān)注理論在實(shí)踐中的運(yùn)用[3]。

三、啟示與建議

第一，化學(xué)教學(xué)正在逐步完成從經(jīng)驗(yàn)態(tài)研究向理論態(tài)和科學(xué)態(tài)研究的嬗變。這些研究不再僅僅是各種化學(xué)教育教學(xué)經(jīng)驗(yàn)的簡(jiǎn)單積累和總結(jié)，而是運(yùn)用科學(xué)、規(guī)范的質(zhì)化和量化研究方法，在嚴(yán)密分析的基礎(chǔ)上得出較為科學(xué)的結(jié)論，使研究成果建立在科學(xué)的化學(xué)教學(xué)事實(shí)基礎(chǔ)之上，建立在科學(xué)、規(guī)范的研究方法基礎(chǔ)之上。

第二，磨課是教師互動(dòng)交流的平臺(tái)，磨課的過(guò)程首先就是對(duì)化學(xué)學(xué)科的深刻理解的過(guò)程，是對(duì)化學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)的、結(jié)構(gòu)化的理解。它的實(shí)質(zhì)是建立以主體的特征考察認(rèn)識(shí)的對(duì)象和現(xiàn)象、分析和解決問(wèn)題的思維，在主體思維的指導(dǎo)下構(gòu)建對(duì)主體本質(zhì)和整體性的認(rèn)識(shí)。教師之間的相互交流都是從自己的觀點(diǎn)出發(fā)的，思想的碰撞能激發(fā)新的火花，合理的借鑒是創(chuàng)新的開始。教師的創(chuàng)新在教師的課堂展示和研磨材料中隨處可見。個(gè)體行為轉(zhuǎn)變?yōu)槿后w行為，強(qiáng)調(diào)了集體智慧的發(fā)揮，提高了教師個(gè)體的學(xué)科理解力。

第三，對(duì)教學(xué)精細(xì)化的追求永無(wú)止境，教學(xué)研究也仍在繼續(xù)。合理利用CPUP 模型進(jìn)行課堂精細(xì)化研究，是我們推廣優(yōu)質(zhì)課程的有效途徑，也是提高一線教師專業(yè)素質(zhì)、教研能力和科研水平的必由之路。磨課的價(jià)值在于學(xué)校與教師的共同成長(zhǎng)，磨課的結(jié)果應(yīng)該是教師個(gè)體創(chuàng)新與參與者碰撞結(jié)果的融合[4]。

學(xué)者張廷凱、牛瑞雪在《回歸學(xué)科研究——課程改革的深化邏輯》一文中提出，應(yīng)當(dāng)遵循“實(shí)踐邏輯”，從學(xué)科研究中歸納總結(jié)學(xué)科教學(xué)理論，加強(qiáng)學(xué)科課程建設(shè)研究，豐富和深化對(duì)學(xué)科課程的理解[5]。要想教好化學(xué)，在教學(xué)過(guò)程中至少需要遵守兩條基本原則，一是掌握化學(xué)的本質(zhì)，二是設(shè)計(jì)和實(shí)施科學(xué)合理的教學(xué)活動(dòng)。因此，深化對(duì)化學(xué)教學(xué)學(xué)科認(rèn)識(shí)問(wèn)題的研究，需要在相關(guān)化學(xué)科研成果的基礎(chǔ)上，不斷探索化學(xué)學(xué)科性質(zhì)，進(jìn)而從實(shí)際的化學(xué)教學(xué)實(shí)踐中對(duì)現(xiàn)有課堂教學(xué)經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行總結(jié)，對(duì)問(wèn)題理論進(jìn)行反思和升華，揚(yáng)長(zhǎng)避短?；诨瘜W(xué)思維和方法的邏輯起點(diǎn)，在科學(xué)掌握化學(xué)學(xué)科基本知識(shí)的前提下，引導(dǎo)學(xué)生形成正確的化學(xué)學(xué)科思維方式，有效提高化學(xué)學(xué)科課堂教學(xué)的有效性，通過(guò)建立對(duì)學(xué)科的準(zhǔn)確而深刻的理解，有效地培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素質(zhì)。

總之，磨課是打造精致課的過(guò)程，是提高課堂教學(xué)效果的保證，也是提高教師專業(yè)素質(zhì)的有效方法。對(duì)教學(xué)精細(xì)化的追求永無(wú)止境，教學(xué)研究也仍在繼續(xù)，每一次的磨課實(shí)踐，都使教師積淀下了對(duì)課堂教學(xué)更為深入、更接近于本質(zhì)的思考。教育教學(xué)研究走進(jìn)真實(shí)課堂，才是有生命力的。因此，在學(xué)科教學(xué)與研究中，深化對(duì)學(xué)科的認(rèn)識(shí)，重視學(xué)科的教與學(xué)，是一項(xiàng)迫切而重要的工作。