指向化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力培育的教學(xué)實踐與思考

關(guān)鍵能力既包含知識技能，也涉及情感、態(tài)度、價值觀、思維方式等，具有通用性、持久性、遷移性、發(fā)展性等特征。它是實現(xiàn)核心素養(yǎng)培育所必需的核心能力，其培育價值在于能夠促使學(xué)生將靜態(tài)的惰性知識轉(zhuǎn)化為動態(tài)的問題解決能力。化學(xué)學(xué)科的特點決定了化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力有它的獨特性和標(biāo)志性。雖然化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力在當(dāng)前還沒有明確的界定，但學(xué)界對其也形成了一些共識，比如它應(yīng)包含實驗探究與實踐能力、模型認(rèn)知與理論建構(gòu)能力、科學(xué)推理與問題解決能力、跨界思維與遷移應(yīng)用能力、創(chuàng)新實踐與思維辯證能力等?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力均指向?qū)W生適應(yīng)未來社會的終身發(fā)展，但二者又有區(qū)別：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是價值導(dǎo)航，主要表現(xiàn)為學(xué)生對化學(xué)知識與技能的掌握，學(xué)生的化學(xué)思想觀念、科學(xué)探究與問題解決能力、創(chuàng)新意識與社會責(zé)任等[]，它是決定“為何做\"的問題，具有統(tǒng)領(lǐng)性；化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力則更具象化，操作性、應(yīng)用性、測試性更強，它可以為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育與發(fā)展提供落地路徑，即解決“如何做”的問題。

一、搭建指向化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力培育的教學(xué)框架

教學(xué)的目標(biāo)不僅是知識的生成與掌握，更重要的是形成化學(xué)學(xué)科的思維方式、研究方法以及解決復(fù)雜問題的能力，但這些關(guān)鍵能力的發(fā)展需要以知識為載體，離開知識生長談能力發(fā)展無異于緣木求魚。這就要求教師轉(zhuǎn)變認(rèn)識，從知識傳授轉(zhuǎn)為活動設(shè)計、學(xué)習(xí)引領(lǐng)、能力促進，突出學(xué)生的主體地位，發(fā)展學(xué)生的關(guān)鍵能力，促進學(xué)生的終身學(xué)習(xí)和未來發(fā)展。筆者認(rèn)為，結(jié)構(gòu)化的知識能夠最大程度地轉(zhuǎn)化為關(guān)鍵能力，而結(jié)構(gòu)化知識的形成又要求教學(xué)必須圍繞核心問題進行結(jié)構(gòu)化組織、系統(tǒng)化建構(gòu)，避免碎片化。因此，只有在教學(xué)中創(chuàng)設(shè)出真實的有價值的問題情境，并將學(xué)習(xí)置于真實的問題場景中，才能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和問題意識，使學(xué)生在活動中習(xí)得知識、建構(gòu)模型，并在問題解決中產(chǎn)生認(rèn)知沖突，進而反思，實現(xiàn)知識重構(gòu)和能力遷移。由此，筆者基于知識結(jié)構(gòu)化搭建了指向化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力培育的教學(xué)框架（如圖1所示）。

二、指向化學(xué)學(xué)科關(guān)鍵能力培育的教學(xué)設(shè)計與實施

落實關(guān)鍵能力的培育，關(guān)鍵在課堂。下面，筆者以“共價鍵的極性\"（人教版普通高中教科書《化學(xué)》選擇性必修2第二單元第三節(jié)中的內(nèi)容）為例，闡述如何在教學(xué)中培育關(guān)鍵能力。

（一）多維分析教材內(nèi)容

在教材中，共價鍵的極性既是微觀結(jié)構(gòu)理論的深化點，又是聯(lián)結(jié)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的核心概念。其作用貫穿于原子結(jié)構(gòu)、分子性質(zhì)、物質(zhì)變化等多個知識領(lǐng)域，是物質(zhì)結(jié)構(gòu)教學(xué)的難點，對打通物質(zhì)結(jié)構(gòu)的理解與性質(zhì)的應(yīng)用通道具有突破性的意義。因此，多維分析其內(nèi)容，可為關(guān)鍵能力的培育打好基礎(chǔ)

1.知識樞紐

從知識上看，“共價鍵的極性”居于化學(xué)鍵理論的中心地位，是繼離子鍵、共價鍵等基礎(chǔ)概念后的深化內(nèi)容，銜接了分子極性與物質(zhì)性質(zhì)分析，其教學(xué)的重要性不言而喻。教材中，它是在電負(fù)性、化學(xué)鍵類別后引入的，是區(qū)分非極性共價鍵與極性共價鍵的關(guān)鍵標(biāo)準(zhǔn)，后續(xù)它又關(guān)聯(lián)“分子極性的判斷 $$ 鍵的極性對性質(zhì)的影響 $$ 分子的極性對性質(zhì)的影響 $$ 分子間作用力 $$ 物質(zhì)性質(zhì)”，可幫助學(xué)生實現(xiàn)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的認(rèn)知進階。此外，它還滲透于不同的模塊，如在有機化學(xué)中的應(yīng)用（鍵的極性決定反應(yīng)活性）化學(xué)反應(yīng)原理中的應(yīng)用（鍵斷裂方式與反應(yīng)機理）等。知識的進階對應(yīng)著能力的進階，表現(xiàn)為從對極性的形成本質(zhì)的基礎(chǔ)認(rèn)知，到預(yù)測分子極性對宏觀性質(zhì)影響的進階應(yīng)用，再到解釋超分子手性識別、催化劑選擇等高階拓展，逐步實現(xiàn)能力的發(fā)展和素養(yǎng)的培育。

2.理論橋梁

從學(xué)科作用上看，“共價鍵的極性”承載了微觀辨析與宏觀解釋的橋梁作用

（1）微觀粒子表征。如電負(fù)性數(shù)據(jù)應(yīng)用，通過電負(fù)性差值判斷鍵的極性程度，解釋烴類物質(zhì)疏水性與醇類物質(zhì)親水性的差異。又如，利用極性鍵的向量和判斷多原子分子的極性。

（2）宏觀現(xiàn)象解釋。利用相似相溶原理解釋物質(zhì)溶解性規(guī)律；利用鍵的斷裂規(guī)則“極性鍵易發(fā)生異裂，非極性鍵易發(fā)生均裂”，解釋化學(xué)反應(yīng)的選擇性。

3.思維載體

從教學(xué)功能上看，“共價鍵的極性\"對培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維、發(fā)展學(xué)生關(guān)鍵能力具有推動意義，尤其在模型認(rèn)知能力、證據(jù)推理能力、跨學(xué)科問題解決能力等方面的思維培養(yǎng)上體現(xiàn)得較為明顯。因此，它是學(xué)生科學(xué)思維培養(yǎng)的良好素材與重要載體。

（二）設(shè)計漸進式教學(xué)目標(biāo)

基于對教材的理解和課標(biāo)的研究，以及對學(xué)生認(rèn)知發(fā)展情況的調(diào)查，筆者設(shè)計了漸進式教學(xué)自標(biāo)，引導(dǎo)學(xué)生逐步發(fā)展關(guān)鍵能力，具體如下：（1）能夠通過“電負(fù)性差異”，建立鍵的類別與成因的認(rèn)知模型；（2）能夠通過實驗觀察和數(shù)據(jù)分析，培養(yǎng)對比、歸納的科學(xué)思維；（3）能夠通過微觀視角與宏觀現(xiàn)象的揭示，激發(fā)對未知世界的探索欲望，體會結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的辯證關(guān)系。

（三）螺旋式實施教學(xué)

筆者以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”思想為統(tǒng)領(lǐng)，創(chuàng)設(shè)真實的實驗情境，然后圍繞“從鍵的視角出發(fā)，解釋水滴游走的原因”這一核心問題，設(shè)計任務(wù)問題鏈并以問題解決為導(dǎo)向展開教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生自主思考并開展合作學(xué)習(xí)，探究共價鍵的極性成因，使其在分子極性的探究過程中產(chǎn)生新的認(rèn)知矛盾，即鍵的極性能否決定分子的極性，進而展開新的探究，解決分子的極性判斷及分子的極性對物質(zhì)性質(zhì)的影響，暢通“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的認(rèn)知通路。在此過程中，學(xué)生可學(xué)習(xí)如何運用所學(xué)知識和所建模型去解決新的問題，進而實現(xiàn)從感性到理性的思維進階，發(fā)展科學(xué)探究、模型建構(gòu)、遷移應(yīng)用等關(guān)鍵能力。

1.激趣引思一—定量分析判斷共價鍵的極性

筆者創(chuàng)設(shè)“水‘動'實驗\"情境，以此引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，激發(fā)其學(xué)習(xí)興趣，然后以進階式問題促使學(xué)生主動思考、積極探究。

[情境導(dǎo)入]實驗：往表面血中滴加一層四氯化碳（較厚），接著向四氯化碳中滴入幾滴蒸餾水，用與毛皮摩擦過的橡膠棒在水滴上方移動，水滴跟隨橡膠棒的移動方向而游走。

問題1：請同學(xué)們書寫水分子的電子式和結(jié)構(gòu)式，思考并回答如何從原子成鍵的微觀視角來解釋水滴游走的原因。

師（啟發(fā)）： 原子間形成的電子對會發(fā)生偏移，這是什么原因造成的？

生1：兩者電負(fù)性有差異，H為2.1，0為3.5，電子對向0原子一方偏移。

問題2：水分子中電荷分布情況如何？

生2：0帶部分負(fù)電荷，H帶部分正電荷，H-O共價鍵有極性。

間題3：通過剛才的分析，可以從哪幾個方面入手來判斷共價鍵的極性？哪個因素更能從本質(zhì)上反映共價鍵的極性？

生3：原子組成不同、電負(fù)性差異、電荷分布均勻與否等情況。

生4：電負(fù)性差異是本質(zhì)原因，導(dǎo)致電子對產(chǎn)生偏移。判斷共價鍵的極性，從特征上看，是原子組成的差異。

[建模]電子對發(fā)生偏移的共價鍵是極性鍵，電子對不發(fā)生偏移的共價鍵是非極性鍵。從特征上看，一般而言，不同種原子間易形成極性鍵，同種原子間易形成非極性鍵。

[應(yīng)用]判斷下列物質(zhì)中共價鍵的類型：H₂、HCl、O₂、CO₂

[拓展]比較下列分子中極性鍵的強弱：HF、HCl、HBr、HI。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)真實的實驗情境，引導(dǎo)學(xué)生從問題出發(fā)，探究共價鍵的極性形成的原因，進而從較多的因素中總結(jié)出本質(zhì)原因，建立共價鍵極性判斷的初步模型。同時，引導(dǎo)學(xué)生逐步通過數(shù)據(jù)分析和理論預(yù)測，得出“兩個成鍵原子間的電負(fù)性差值越大，共用電子對偏移程度就越大，共價鍵的極性就越強”這一結(jié)論。

2.深化理解—追本溯源探究分子的極性

知其然還要知其所以然，這樣，學(xué)生才能深化認(rèn)知，發(fā)展關(guān)鍵能力。因此，筆者繼續(xù)以逐層深入的問題引導(dǎo)學(xué)生探究分子的極性。

問題4：你能從水分子電荷分布的角度解釋水滴游走的原因嗎？

生1：摩擦過的橡膠棒帶負(fù)電，水流被橡膠棒吸引，說明水分子中存在帶正電荷的正極和帶負(fù)電荷的負(fù)極，電荷分布不均勻。從結(jié)果上看，水是極性分子。

問題5：四氯化碳是極性分子嗎？

[實驗]向表面皿上滴加一層四氯化碳，用與毛皮摩擦過的橡膠棒，靠近四氯化碳，四氯化碳未移動。

生2：說明四氯化碳無正負(fù)極之分，應(yīng)該是非極性分子。

問題6：同樣都是由極性鍵構(gòu)成的分子，為何水是極性分子，四氯化碳是非極性分子？該如何判斷分子的極性？

[學(xué)生活動]合作、討論，根據(jù)教材提示，分別畫出 的正負(fù)電荷中心，得出結(jié)論："H "2O 中，正電中心和負(fù)電中心不重合； CCl₄ 中，正電中心和負(fù)電中心重合。

[模型1]正電中心和負(fù)電中心不重合的分子為極性分子，正電中心和負(fù)電中心重合的分子為非極性分子。

師（引導(dǎo)）：參考物理學(xué)中力的合成，可以求極性鍵的向量和，令電負(fù)性小的指向電負(fù)性大的為極性方向。

[學(xué)生活動]在教師引導(dǎo)下畫出示意圖。

[模型2]極性向量和為0的為非極性分子，極性向量和不為0的為極性分子。

[應(yīng)用]根據(jù)所學(xué)知識，回答下列問題：

（1）以下雙原子分子中，哪些是極性分子，哪些是非極性分子？

H₂ （20 O₂ Cl₂ （204 HCl

（2）P₄ 和 C₆₀ 是極性分子還是非極性分子？

（3）以下化合物分子中，哪些是極性分子，哪些是非極性分子？

CO₂ （204號 HCN NH₃ （204號 BF₃ （20 CH₃Cl

[學(xué)生活動]討論合作，自主思考，得出結(jié)論（答案略）。

[拓展]如何判斷 SO₃ 是極性分子還是非極性分子？

生3：可以嘗試用雜化軌道理論預(yù)測。 SO₃ 分子的中心原子是S，S原子采用了 sp² 雜化軌道，S原子和三個0原子通過0鍵連接，而S原子上沒有孤對電子，三個0原子均勻地分布在S原子周圍，形成一個 120^° 的角，使得 SO₃ 分子呈現(xiàn)出平面三角形的幾何構(gòu)型。 SO₃ 是非極性分子。

[模型3]對于 AB_n 型的分子來說，若中心原子A的最外層有孤對電子，分子有極性，反之，無極性。

[預(yù)測]試應(yīng)用雜化軌道理論預(yù)測 H₂O₂ 是極性還是非極性分子。

生4： H₂O₂ 中O原子采用 sp³ 雜化，每個0原子的4個 sp³ 雜化軌道中，有兩個軌道與H原子形成共價鍵，另兩個軌道則含有孤電子對。這些孤電子對與成鍵電子對間的排斥作用影響了分子的幾何構(gòu)型，使得H-O-O-H不在一條直線上，也不在一個平面上，而是呈現(xiàn)出一種扭曲的結(jié)構(gòu)。分子結(jié)構(gòu)不對稱， H₂O₂ 是極性分子。

[投影] |H₂O₂| 分子結(jié)構(gòu)（圖略）。

問題7： SO₂ 空間結(jié)構(gòu)為V形，你能根據(jù)SO₂ 結(jié)構(gòu)預(yù)測 O₃ 的空間結(jié)構(gòu)，并判斷 O₃ 是極性分子還是非極性分子嗎？判斷 O₃ 分子中共價鍵的類型。

生 5：O₃ 空間結(jié)構(gòu)為V形，是極性分子。 O₃ 分子中的共價鍵是極性鍵。

[模型修正]同種原子間形成的共價鍵不一定是非極性鍵。原子間共用電子對沒有偏移，原子核的正電荷和成鍵電子對負(fù)電荷的重心重疊在一起，產(chǎn)生的共價鍵就是非極性鍵[2]。

設(shè)計意圖：設(shè)計關(guān)聯(lián)問題，從共價鍵的極性自然轉(zhuǎn)接到分子的極性，創(chuàng)設(shè)認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生自主思考后展開討論合作，探究問題的答案，使其在問題解決中遇到新的問題，從而引出新的探究和解決，最終達(dá)成對問題本源的探究并修正初建模型。此過程可發(fā)展學(xué)生的邏輯推理能力與科學(xué)思維，使其關(guān)鍵能力不斷提升。

3.聯(lián)系實際——宏微結(jié)合探究極性對物質(zhì)性質(zhì)的影響

為推動學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一思想的理解，筆者繼續(xù)以問題鏈引導(dǎo)學(xué)生從宏微結(jié)合角度探究共價鍵的極性對物質(zhì)性質(zhì)的影響，幫助其拓展知識結(jié)構(gòu)，發(fā)展關(guān)鍵能力。

[投影]NaCl固體溶解形成水合離子（圖略）。

問題8：為什么 H₂O 可以溶解NaCl固體？NaCl固體溶解后， $_ ＼mathrm { H } _ { 2 } ＼mathrm { O }$ 分子與 Na⁺ 、CI的吸引方式有什么差異？

生 1：H₂O 是極性分子， NaCl 中 Na⁺ 和CI分別與 _H2O 分子中帶有部分負(fù)電荷的0的一端和帶有部分正電荷的H的一端相互吸引，在這兩種離子的周圍形成一層水膜，把 Na⁺ 和CI分開，使得NaCl固體溶于水。出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象主要歸因于水的極性。

[實驗]在碘水中加入適量 CCl₄ ，振蕩，出現(xiàn)分層，溶液顏色加深。

問題9：為什么I易溶于 CCl₄ ，而難溶于H₂O^? ？

生2：因為 _H2O 是極性分子，I和CCl4都是非極性分子。

[講述]通過許多實驗的觀察和研究，得出“相似相溶”的經(jīng)驗規(guī)律：極性溶質(zhì)一般易溶于極性溶劑，非極性溶質(zhì)一般易溶于非極性溶劑。

[信息] （1）0₃ 分子的空間結(jié)構(gòu)與 H₂O 分子相似。 （2）O₃ 分子的極性為水分子的 28% ○

問題10：預(yù)測臭氧在 _H2O 的溶解度（填“高于\"或“低于\"）在 CCl₄ 中的溶解度，并說明原因。

生 3：H₂O 具有明顯的極性，從信息上看，O₃ 分子的極性是比較弱的，更傾向于溶解于CCl₄ ，在 CCl₄ 中的溶解度更高些。

問題11： O₃ 具有強氧化性，與分子的極性有關(guān)嗎？

生4：有關(guān)系， O₃ 分子具有極性，分子內(nèi)的電荷分布不均勻，導(dǎo)致其化學(xué)性質(zhì)非常活潑，容易與其他物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)，體現(xiàn)其氧化性。

[投影]有一大類被稱為表面活性劑的有機分子，分子的一端有極性，稱為親水基團，分子的另一端沒有或者幾乎沒有極性，稱為疏水基團（圖略）。

[跨學(xué)科鏈接]細(xì)胞膜是雙分子膜，為什么它以頭向外而尾向內(nèi)的方式排列？

生5：水溶液分布在細(xì)胞膜周圍，水是極性分子，構(gòu)成膜的兩性分子的頭基是極性基團，而尾基是非極性基團。

設(shè)計意圖：設(shè)置NaCl溶于水的原因及Na⁺，Cl^- 與 _H2O 的吸引方式的差異，引導(dǎo)學(xué)生展開思考研究，意在回應(yīng)學(xué)生之前學(xué)習(xí)電解質(zhì)時的困惑，并與當(dāng)前知識自然關(guān)聯(lián)。設(shè)置分子的極性對物質(zhì)性質(zhì)的影響探究，則為下節(jié)課探究鍵的極性對物質(zhì)的影響埋下伏筆。從性質(zhì)到結(jié)構(gòu)，再從結(jié)構(gòu)到性質(zhì)，在承接轉(zhuǎn)換中，強化學(xué)生對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”思想的認(rèn)知。

三、教學(xué)思考

在這節(jié)課中，筆者采用情境問題化、問題活動化、能力遷移化、知識價值化等教學(xué)策略，通過層進式活動設(shè)計，將抽象概念具象化，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀感知深人到微觀探究，逐步發(fā)展關(guān)鍵能力。在實踐中，筆者有如下思考。

（一）設(shè)計分層任務(wù)

教師應(yīng)從“知識傳授者”自覺轉(zhuǎn)向“學(xué)習(xí)引導(dǎo)者”，通過情境導(dǎo)入、實踐探究、模型建構(gòu)、創(chuàng)新應(yīng)用、多元評價等手段，建構(gòu)“知識一能力一素養(yǎng)”三位一體的教學(xué)體系，并面向全體學(xué)生，設(shè)計包含基礎(chǔ)層、進階層、拓展層的分層任務(wù)，讓不同層次的學(xué)生均有所發(fā)展，實現(xiàn)從“解題”到“解決問題”的跨越。此外，課后作業(yè)也可以設(shè)計成基礎(chǔ)題加挑戰(zhàn)題的形式，對學(xué)生的知識、能力進行檢測反饋。例如：“判斷NF是極性還是非極性分子”是基礎(chǔ)題，“比較NH和NF₃ 的極性強弱”就是挑戰(zhàn)題；“為什么乙醇可以溶于水”是基礎(chǔ)題，“如何設(shè)計實驗證明乙醇分子中的O-H鍵是極性鍵\"就是挑戰(zhàn)題。這樣就可引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考與實踐，使學(xué)生通過查閱資料、收集信息、分析信息、聯(lián)想假設(shè)、調(diào)查研究、實驗探究等多種方法，進行分析篩選、推理論證、遷移應(yīng)用等活動，從而建立解決復(fù)雜問題的思維框架。

（二）培養(yǎng)問題解決能力

培育關(guān)鍵能力，需要注重培養(yǎng)學(xué)生靈活運用所學(xué)知識解決實際問題的能力。教師應(yīng)關(guān)注與化學(xué)相關(guān)的社會熱點、焦點問題，關(guān)心學(xué)生痛點、難點問題，將它們整合起來設(shè)計真實的問題情境，并聯(lián)結(jié)學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，在知識與能力之間搭建橋梁，使學(xué)生在解決問題的過程中不斷提升關(guān)鍵能力。

（三）辨別認(rèn)知誤區(qū)

在引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型時，教師要審慎考慮，仔細(xì)辨別學(xué)生的認(rèn)知誤區(qū)。如“同種原子間形成的共價鍵為非極性鍵”這種誤區(qū)，是機械認(rèn)知的結(jié)果。事實上，同種元素的原子吸引電子的能力并不一定相同，而與其所處的化學(xué)環(huán)境有關(guān)，像 CH₃CH₂OH，CH₃COOH 等結(jié)構(gòu)不對稱的分子中的C-C鍵就不是非極性鍵，而是極性鍵。由于模型建構(gòu)的過程往往也包含模型解構(gòu)與重建，故其教學(xué)宜循序漸進，并充分發(fā)揮學(xué)生的主動性，以真正實現(xiàn)對學(xué)生關(guān)鍵能力的漸進式培育。

總之，培育關(guān)鍵能力的方法、策略有很多，教師應(yīng)尊重學(xué)生的主體地位，著眼全體學(xué)生的發(fā)展，因材而異、因生而異選擇合適的方式，為學(xué)生的未來奠基，這值得每位教師在實踐中不斷摸索和探究。

參考文獻：

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