基于學(xué)科育人價(jià)值的高中化學(xué)課堂教學(xué)的實(shí)踐研究

摘" "要： “育人”是教育的本質(zhì)要求和價(jià)值訴求。為充分發(fā)揮學(xué)科育人價(jià)值，落實(shí)“立德樹人”根本任務(wù)，教師要積極轉(zhuǎn)變教學(xué)觀念，要從單純關(guān)注化學(xué)學(xué)科知識(shí)教學(xué)轉(zhuǎn)向關(guān)注學(xué)科育人價(jià)值，包括知識(shí)的獲得、技能的提升以及情感、態(tài)度、價(jià)值觀的形成。文章以高中化學(xué)魯科版選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊“化學(xué)反應(yīng)的方向”為例，探索如何將學(xué)科育人價(jià)值融入到化學(xué)課堂教學(xué)當(dāng)中，并對(duì)教學(xué)實(shí)踐進(jìn)行反思。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；學(xué)科育人價(jià)值；實(shí)踐研究；化學(xué)反應(yīng)方向

1" 主題價(jià)值分析

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的充分體現(xiàn)，學(xué)科育人價(jià)值的落腳點(diǎn)在于課堂。教師不僅要從化學(xué)的知識(shí)層面，還要從化學(xué)的情感層面、價(jià)值層面出發(fā)，幫助學(xué)生在實(shí)際問題探究與解決過程中實(shí)現(xiàn)對(duì)知識(shí)的深度學(xué)習(xí)與深度理解，進(jìn)而提升自身的關(guān)鍵能力和必備品格[ 1 ]。將主題確定為“化學(xué)反應(yīng)的方向”，主要基于該主題有以下的教學(xué)功能與育人價(jià)值：

（1）源于自然與生活。自然界和生活中存在很多與自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)相關(guān)的實(shí)際例子，這些例子有利于引發(fā)學(xué)生對(duì)“化學(xué)反應(yīng)的方向”知識(shí)學(xué)習(xí)的興趣與思考，并充分認(rèn)識(shí)化學(xué)科學(xué)的社會(huì)價(jià)值。

（2）建立認(rèn)知結(jié)構(gòu)化。通過對(duì)具體化學(xué)反應(yīng)的焓變、熵變的數(shù)據(jù)分析，引導(dǎo)學(xué)生從焓變、熵變及溫度等綜合視角判斷化學(xué)反應(yīng)的方向，建立“化學(xué)反應(yīng)的方向”認(rèn)知結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)從知識(shí)向素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化[ 2 ]。

（3）培養(yǎng)正確價(jià)值觀。通過介紹科學(xué)家制備鈦的百年艱辛歷程及熵與環(huán)境、熵與社會(huì)、熵與生命等之間的關(guān)系，促使學(xué)生對(duì)化學(xué)可以改變世界、影響社會(huì)、服務(wù)人類等方面有更深層次的認(rèn)知，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的核心素養(yǎng)。

2" 學(xué)習(xí)目標(biāo)

（1）能夠分析自然界和生活中自發(fā)過程的原因，進(jìn)而提出自發(fā)反應(yīng)的特點(diǎn)。

（2）能運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理對(duì)焓變、熵變等數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，建構(gòu)起從焓變、熵變、溫度等視角綜合考慮化學(xué)反應(yīng)方向的認(rèn)知模型。

（3）能運(yùn)用微粒觀、轉(zhuǎn)化觀等學(xué)科觀念分析反應(yīng)中焓、熵的變化，提出焓變、熵變與化學(xué)反應(yīng)方向的關(guān)系。

（4）能運(yùn)用化學(xué)原理解決真實(shí)問題，感受到化學(xué)反應(yīng)方向的研究對(duì)工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)的重要價(jià)值，充分認(rèn)識(shí)化學(xué)與科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)之間的相互關(guān)系。

3" 學(xué)習(xí)任務(wù)及教學(xué)流程

以“化學(xué)反應(yīng)的方向”作為總?cè)蝿?wù)，經(jīng)學(xué)生討論分解為三個(gè)子任務(wù)，以素養(yǎng)目標(biāo)為導(dǎo)向，以任務(wù)驅(qū)動(dòng)為主線，以項(xiàng)目活動(dòng)為載體，在真實(shí)情境問題解決中促使學(xué)生深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力和社會(huì)責(zé)任（見圖1）。

4" 教學(xué)實(shí)施過程

任務(wù)一：認(rèn)識(shí)自發(fā)過程和自發(fā)反應(yīng)。

[活動(dòng)1] 情境引入。

[化學(xué)小實(shí)驗(yàn)] 將一杯200 mL的熱水與一杯200 mL的冷水依次倒入一個(gè)500 mL的燒杯中。

[頭腦小風(fēng)暴] 混合后燒杯中是熱水，還是冷水？如果把這杯水倒回原來杯子，還能變回一杯熱水與一杯冷水嗎？這就是著名的吉布斯之問。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)從學(xué)生非常熟悉的生活現(xiàn)象入手，喚醒學(xué)生對(duì)生活現(xiàn)象關(guān)注與思考，體會(huì)到生活即化學(xué)、化學(xué)即生活，化學(xué)與生活息息相關(guān)。

[活動(dòng)2] 感受自發(fā)過程。

[投影圖片] 投影五張圖片：泰寧世界地質(zhì)公園——寨下大峽谷的三線瀑布及游客在爬狀元巖、泰寧九舉巷中嶺下紅飄出米酒的香味、蘋果掉到牛頓的頭上、紅墨水滴到水中。

[問題] 為什么水往低處流、人往高處走，走進(jìn)巷子老遠(yuǎn)就能聞到酒的香味？請(qǐng)聯(lián)系生活實(shí)際，列舉出其他自發(fā)過程的例子，并思考發(fā)生的可能原因。

[學(xué)生討論回答] 從重力勢(shì)能變化的角度分析瀑布和蘋果掉落，然后從人的內(nèi)心渴望積極向上的角度分析往高處走，最后從物質(zhì)混亂的角度分析分子擴(kuò)散原因。

[內(nèi)化整理] 在一定條件下，不借助光、電等外部力量就能自動(dòng)進(jìn)行的過程稱為自發(fā)過程，其特點(diǎn)是指體系趨向于從高能量狀態(tài)轉(zhuǎn)換為低能量狀態(tài)或從有序狀態(tài)轉(zhuǎn)換為無序狀態(tài)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)結(jié)合泰寧的著名自然景點(diǎn)及人文景觀，引導(dǎo)學(xué)生從能量、目標(biāo)及混亂度等視角進(jìn)行解釋自發(fā)過程產(chǎn)生的原因。

[活動(dòng)3] 感受自發(fā)反應(yīng)。

[播放視頻]科學(xué)家從鈦礦石中制備鈦粉的艱辛歷程，并介紹鈦的用途。

[尋根溯源] 科學(xué)家設(shè)計(jì)的方案主要分兩個(gè)階段：TiO2（g） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g），TiCl4（l） + 2Mg（s） = Ti（s） + 2MgCl2（s）。由于第一階段的反應(yīng)不能發(fā)生，所以長(zhǎng)時(shí)間無法成功制備鈦粉。

[內(nèi)化整理] 自發(fā)反應(yīng)是指在一定的溫度、壓強(qiáng)等條件下，不需要外界持續(xù)提供幫助，一經(jīng)引發(fā)就可以自動(dòng)進(jìn)行的反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)提供真實(shí)的問題情境，激發(fā)學(xué)生解決問題的欲望，借助化學(xué)史的育人功能與價(jià)值，體會(huì)研究反應(yīng)方向的重要性和科學(xué)發(fā)展的艱辛，深刻認(rèn)識(shí)到化學(xué)對(duì)創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富、滿足人民美好生活需要的巨大貢獻(xiàn)。

任務(wù)二：探究化學(xué)反應(yīng)方向的判據(jù)。

[活動(dòng)1] 探究化學(xué)反應(yīng)方向與焓變的關(guān)系。

[演示實(shí)驗(yàn)] 氫氣燃燒和電解水。

[小組討論] 十九世紀(jì)，化學(xué)家從氫氣燃燒等化學(xué)實(shí)驗(yàn)中得出這樣一個(gè)結(jié)論：放熱反應(yīng)能自發(fā)進(jìn)行，而吸熱反應(yīng)則不可以。你同意這種觀點(diǎn)嗎？請(qǐng)舉例說明。

[分組實(shí)驗(yàn)] 往密封袋中依次加入一鑰匙的NH4Cl晶體與Ba（OH）2·8H2O晶體，并放入一張濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙，然后將其密封好，用手摩擦密封袋，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

[內(nèi)化整理] H2、CH4等可燃物燃燒、鐵生銹、酸堿中和、活潑金屬與水或與酸等反應(yīng)均為放熱反應(yīng)（ΔHlt;0），均具有自發(fā)進(jìn)行的傾向，但是焓變作為判據(jù)化學(xué)反應(yīng)的方向不夠全面，吸熱反應(yīng)也有能自發(fā)進(jìn)行的。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過對(duì)化學(xué)家關(guān)于“放熱反應(yīng)可以自發(fā)進(jìn)行，吸熱反應(yīng)則不能自發(fā)進(jìn)行”的論斷進(jìn)行思考、討論，然后通過學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生對(duì)化學(xué)家的論斷進(jìn)行合理的評(píng)判，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、嚴(yán)謹(jǐn)細(xì)致的科學(xué)態(tài)度，養(yǎng)成批判精神和創(chuàng)新意識(shí)的優(yōu)秀品質(zhì)。

[活動(dòng)2] 探究化學(xué)反應(yīng)方向與熵變的關(guān)系。

[思考] 觀察氯化銨與氫氧化鋇晶體反應(yīng)的特點(diǎn)，判斷是什么“推動(dòng)”了這個(gè)吸熱反應(yīng)的進(jìn)行？

[演示實(shí)驗(yàn)] 當(dāng)將一瓶盛滿空氣的集氣瓶口倒扣在盛滿二氧化氮的集氣瓶口上，抽開玻璃片；將一盒火柴灑落在講臺(tái)桌上。

[資料在線] 德國數(shù)學(xué)家、物理學(xué)家克勞修斯在熱力學(xué)第二定律與“熵”等方面的卓越貢獻(xiàn)。

[內(nèi)化整理] 熵是描述體系的混亂程度，符號(hào)S；不同物質(zhì)，熵值不同；同一物質(zhì)，S（g） gt; S（l） gt; S（s）；物質(zhì)的量越大，熵值越大；熵變?chǔ) = 生成物總熵 - 反應(yīng)物總熵。

[小組討論] 在能量變化不大時(shí)，是不是只有熵增反應(yīng)自發(fā)進(jìn)行？請(qǐng)舉例說明。

[分組實(shí)驗(yàn)] 將一瓶盛滿氯化氫的集氣瓶口倒扣在盛滿氨氣的集氣瓶口上，抽開玻璃片；將硝酸銀溶液滴入盛有氯化鈉溶液的試管中。

[內(nèi)化整理] 碳酸鈣與稀鹽酸、碳酸氫鈉受熱分解等熵增反應(yīng)（ΔS gt; 0）均具有自發(fā)進(jìn)行的傾向，但是熵變作為判據(jù)化學(xué)反應(yīng)的方向不夠全面，熵減小的反應(yīng)也有能自發(fā)進(jìn)行的。

[知識(shí)應(yīng)用] 鉀的沸點(diǎn)比鈉低，工業(yè)上選取的適宜溫度能使K蒸汽分離出，此時(shí)鈉為液體，這是一個(gè)熵增的反應(yīng)，這也就是為什么鉀比鈉活潑，但是工業(yè)上用鈉制取鉀的原因。

[小組討論] 熵增原理除了在生產(chǎn)中可以為我所用，那么在生活中，我們又該如何理解化學(xué)與生活，如何用熵增定律來理解人生？

[內(nèi)化整理] 熵與環(huán)境：熵增就會(huì)導(dǎo)致環(huán)境亂，造成污染；熵與社會(huì)：熵增就是社會(huì)混亂。社會(huì)是一個(gè)系統(tǒng)，如果不對(duì)個(gè)體加以引導(dǎo)和規(guī)范（法律、法規(guī)），這個(gè)系統(tǒng)必將趨向于混亂；熵與生命：人體自身就是一個(gè)巨大的化學(xué)反應(yīng)庫，生命代謝離不開系列的生物化學(xué)反應(yīng)，從一定程度來說，生命的意義就是在于具備抵抗自身熵增、減緩衰老的能力。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)讓學(xué)生明確熵變也是影響自發(fā)反應(yīng)的一個(gè)關(guān)鍵要素，但是也和焓變一樣不是唯一要素，培養(yǎng)學(xué)生善于發(fā)現(xiàn)、學(xué)會(huì)思考、敢于質(zhì)疑的優(yōu)秀品質(zhì)；同時(shí)通過學(xué)生對(duì)熵與環(huán)境、熵與社會(huì)、熵與人生的討論，讓學(xué)生對(duì)熵的知識(shí)價(jià)值有更深的理解與感悟。

[活動(dòng)3] 探究化學(xué)反應(yīng)方向的綜合判據(jù)。

[小魔術(shù)] 點(diǎn)“水”成冰。將粘有醋酸鈉粉末的玻璃棒點(diǎn)到過飽和醋酸鈉溶液中，觀察溶液溫度和狀態(tài)的變化。

[猜想] 焓變和熵變對(duì)反應(yīng)方向影響不一致時(shí)，如何判斷是否能自發(fā)呢？是否說明還和外界因素有關(guān)？

[資料在線] 美國物理化學(xué)家、數(shù)學(xué)物理學(xué)家吉布斯與化學(xué)熱力學(xué)、化學(xué)反應(yīng)方向。

[拓展視野] 自主閱讀教材中反應(yīng)方向的吉布斯自由能判斷。

[內(nèi)化整理] 在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，反應(yīng)的方向可依據(jù)ΔG = ΔH - TΔS來判斷，并將焓變、熵變及熱力學(xué)溫度與反應(yīng)方向的關(guān)系在二維坐標(biāo)體現(xiàn)。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)通過小魔術(shù)的思考及視野拓展的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生對(duì)化學(xué)反應(yīng)方向的判斷建立知識(shí)模型，實(shí)現(xiàn)知識(shí)關(guān)聯(lián)、認(rèn)識(shí)思路及核心觀念結(jié)構(gòu)化，逐漸提升學(xué)生知識(shí)和思維結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

任務(wù)三：探究化學(xué)反應(yīng)復(fù)合判據(jù)的應(yīng)用。

[活動(dòng)1] 探究如何選擇合適的反應(yīng)條件使非自發(fā)反應(yīng)發(fā)生

[猜想] 科學(xué)家最初設(shè)想從鈦礦石制取鈦粉，經(jīng)過兩個(gè)重要反應(yīng)，其中第一個(gè)反應(yīng)為TiO2（g） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g），猜想一下為什么這個(gè)反應(yīng)不能發(fā)生？

[學(xué)生討論回答] 可能是該反應(yīng)是一個(gè)焓增、熵減的反應(yīng)，根本沒有自發(fā)的可能。

[數(shù)據(jù)呈現(xiàn)] 該反應(yīng)ΔH = +161.9" kJ·mol-1，ΔS= -38.4" J·mol-1·K-1。

[思考] 該反應(yīng)的關(guān)鍵是在于焓增、熵減不利于自發(fā)的，那么我們?nèi)绾瓮ㄟ^改變獲取創(chuàng)造條件呢，比如加入某種或某些物質(zhì)使其變成焓減、熵增的反應(yīng)呢？

[師生總結(jié)] 加入石墨后，綜合反應(yīng)為：TiO2（g） + 2Cl2（g） + 2C（s） = TiCl4（l） + 2CO（g），ΔH = -59.14 kJ·mol-1，ΔS = +146 J·mol-1·K-1 ，該反應(yīng)在任何溫度都能自發(fā)進(jìn)行。

[活動(dòng)2] 探究如何選擇合適的反應(yīng)條件使反應(yīng)加快。

[資料卡片]工業(yè)上運(yùn)用接觸法制備三氧化硫：2SO2（g） + O2（g）2=SO3（g），常溫常壓下ΔH = -197 kJ·mol-1，ΔS = -187.95 J·mol-1·K-1 。

[思考]請(qǐng)判斷工業(yè)法制備三氧化硫是否能夠自發(fā)進(jìn)行？若能自發(fā)進(jìn)行，是不是意味著也能快速進(jìn)行呢？如果不是，那該如何提高該反應(yīng)速率呢？

[內(nèi)化整理] 常溫下能自發(fā)，但是實(shí)際反應(yīng)速率很慢，工業(yè)上常用V2O5作催化劑及適當(dāng)加熱升溫等方式加快反應(yīng)速率。類似的例子還有用貴重金屬裝入凈化器中可以有效地將汽車尾氣中的污染物NO和CO同時(shí)除去。

[課堂升華] 化學(xué)反應(yīng)有方向，同樣人生亦如此，你覺得是選擇的方向重要，還是努力更重要？

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)是本節(jié)知識(shí)的總結(jié)升華應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生通過選擇合適的反應(yīng)條件，讓非自發(fā)反應(yīng)變的可以自發(fā)進(jìn)行或讓自發(fā)反應(yīng)能夠加快進(jìn)行，從而實(shí)現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)從“無”到“有”與“慢”到“快”的轉(zhuǎn)變。同時(shí)，由化學(xué)反應(yīng)方向遷移到人生方向的選擇，讓學(xué)生真正體會(huì)到化學(xué)理論指導(dǎo)生產(chǎn)實(shí)踐和人生規(guī)劃的多重價(jià)值。

5" 教學(xué)反思

（1）教師要正確認(rèn)識(shí)學(xué)科育人價(jià)值的內(nèi)涵

部分教師對(duì)學(xué)科育人價(jià)值存在認(rèn)知上的不足，誤以為學(xué)科育人價(jià)值等同于德育價(jià)值。德育價(jià)值只是學(xué)科育人價(jià)值的一個(gè)重要組成部分，是學(xué)科育人價(jià)值的子集，德育價(jià)值包含于學(xué)科育人價(jià)值。學(xué)科育人價(jià)值的真正內(nèi)涵至少包括以下幾個(gè)方面：一是讓學(xué)生在知識(shí)中“站起來”，成為知識(shí)的主人；二是讓學(xué)生在學(xué)習(xí)中“強(qiáng)起來”，具備獨(dú)特學(xué)科能力；三是讓學(xué)生在思維中“活起來”，讓學(xué)習(xí)真正發(fā)生；四是讓學(xué)生在習(xí)慣中“養(yǎng)起來”，形成終身學(xué)習(xí)的習(xí)慣。學(xué)科育人價(jià)值在一定程度來說就是培育學(xué)生具備認(rèn)識(shí)世界及改造世界的獨(dú)特視角和思維邏輯。

（2）教師要牢固樹立學(xué)科育人價(jià)值的意識(shí)

人們?cè)诮?jīng)過化學(xué)學(xué)科的系統(tǒng)學(xué)習(xí)之后，懂得從宏觀和微觀兩個(gè)視角對(duì)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及規(guī)律進(jìn)行研究，化學(xué)為人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)世界和改造世界創(chuàng)造了必要條件，這充分體現(xiàn)了學(xué)科的教學(xué)價(jià)值。教師教學(xué)不只是為了讓學(xué)生掌握化學(xué)學(xué)科知識(shí)，更是為了讓學(xué)生在化學(xué)學(xué)習(xí)過程中能夠深度理解化學(xué)學(xué)科觀念、學(xué)科思想及學(xué)科方法等學(xué)科本質(zhì)與價(jià)值，而學(xué)科本質(zhì)與價(jià)值都一致性地指向了育人。教師要牢固樹立學(xué)科育人價(jià)值的意識(shí)，在教學(xué)過程中，將學(xué)科育人完美地融入到學(xué)科教學(xué)的各個(gè)環(huán)節(jié)中，真正地落實(shí)立德樹人的根本任務(wù)。

（3）教師要切實(shí)做好學(xué)科育人價(jià)值的開發(fā)

教師一旦對(duì)學(xué)科育人價(jià)值的內(nèi)涵深度理解，牢固樹立育人價(jià)值的意識(shí)之后，就可以借助深度學(xué)習(xí)以實(shí)現(xiàn)學(xué)科育人價(jià)值的開發(fā)與轉(zhuǎn)化。深度學(xué)習(xí)有助于學(xué)生深刻把握學(xué)科本質(zhì)及思想方法，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)由“寬而淺”向“少而深”的方向發(fā)展[ 3 ]。深度學(xué)習(xí)離不開真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，真實(shí)情境是思維的源泉，是學(xué)科知識(shí)、關(guān)鍵能力及育人價(jià)值的重要載體，是教師教學(xué)方式和學(xué)生學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變的關(guān)鍵素材[ 4 ]。真實(shí)問題情境要以有利于學(xué)科必備知識(shí)學(xué)習(xí)、關(guān)鍵能力和必備品格的培養(yǎng)等為目標(biāo)導(dǎo)向，教師要將生產(chǎn)生活實(shí)際中真實(shí)情境轉(zhuǎn)化為有深度、有價(jià)值、有意義的真實(shí)問題情境，并通過實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、查閱文獻(xiàn)及交流研討等學(xué)習(xí)活動(dòng)中實(shí)現(xiàn)問題情境的解決，發(fā)展學(xué)生關(guān)鍵能力的同時(shí)，也讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。

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