基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提升的進(jìn)階式課堂教學(xué)
——以“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”單元教學(xué)為例

歐陽(yáng)鋒 張賢金 吳新建

（1.福州第三中學(xué)，福建 福州 350003；2.福建教育學(xué)院化學(xué)教育研究所，福建 福州 350025）

學(xué)科知識(shí)和學(xué)科活動(dòng)是學(xué)科核心素養(yǎng)形成的主要載體和主要路徑，［1］通過(guò)課堂教學(xué)讓中學(xué)生在掌握知識(shí)技能的同時(shí)建構(gòu)化學(xué)學(xué)科概念體系，伴隨學(xué)習(xí)階段的延伸，逐步提升學(xué)生的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)水平。課程內(nèi)容要以學(xué)習(xí)認(rèn)知規(guī)律和學(xué)生的身心發(fā)展規(guī)律為基礎(chǔ)，在具體教學(xué)實(shí)踐活動(dòng)中將“學(xué)”與“做”融為一體，并結(jié)合學(xué)習(xí)進(jìn)階的特點(diǎn)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)以適應(yīng)不同階段學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展。筆者以蘇教版選修教材《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1第一單元“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”單元教學(xué)為例，結(jié)合物質(zhì)化學(xué)變化、能量守恒等學(xué)科觀念，針對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)中的素養(yǎng)發(fā)展的四個(gè)水平［2］，闡述在課堂教學(xué)中采用“分步構(gòu)建逐級(jí)完善”進(jìn)階式培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的嘗試。

一、基于中學(xué)化學(xué)課程設(shè)置特點(diǎn)，明確進(jìn)階式課堂教學(xué)的必要性

學(xué)習(xí)進(jìn)階是學(xué)生在一個(gè)時(shí)間跨度內(nèi)學(xué)習(xí)和探究某一主題時(shí)，依次進(jìn)階、逐級(jí)深化的思維方式的描述，在具體教學(xué)實(shí)踐中已得到廣泛應(yīng)用。［3］現(xiàn)階段中學(xué)生化學(xué)課程的主要三個(gè)階段為：初中義務(wù)教育課程、高中必修課程以及高中選擇性必修課程，每個(gè)階段的教學(xué)要求有所不同，教學(xué)中要指導(dǎo)學(xué)生在中學(xué)化學(xué)各個(gè)階段教學(xué)活動(dòng)中自我發(fā)展核心能力，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的水平得以逐步提升。從概念的進(jìn)階看，“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”涉及多個(gè)層次的要求，從宏觀現(xiàn)象的理解到微觀結(jié)構(gòu)的辨析，進(jìn)而形成能量守恒觀?！盎瘜W(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”在不同階段的課程標(biāo)準(zhǔn)要求如表1所示。

表1 不同階段課程標(biāo)準(zhǔn)要求

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”和“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”。從表1可以得出，以“變化觀念與平衡思想”四個(gè)水平為例，義務(wù)教育階段要求學(xué)生能從宏觀角度認(rèn)識(shí)化學(xué)變化伴隨著能量變化，高中必修課程要求能夠通過(guò)微觀視角探析宏觀現(xiàn)象，從原子、分子水平理解化學(xué)變化的本質(zhì)，并能用熱化學(xué)方程式定量表示化學(xué)變化和伴隨的能量轉(zhuǎn)化，高中選擇性必修課程要求能從不同視角認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的多樣性，分析說(shuō)明生產(chǎn)、生活實(shí)際中的化學(xué)變化，形成能量守恒觀。三個(gè)階段不同的教學(xué)要求，通過(guò)“分步構(gòu)建逐級(jí)完善”的模型建構(gòu)組織策略，應(yīng)能有效實(shí)現(xiàn)了“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”主題知識(shí)的認(rèn)識(shí)發(fā)展。

二、基于學(xué)生認(rèn)識(shí)發(fā)展規(guī)律，整體設(shè)計(jì)以提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平

學(xué)生對(duì)科學(xué)概念理解有經(jīng)驗(yàn)—映射—關(guān)聯(lián)—系統(tǒng)—整合等不同的發(fā)展層級(jí)，［3］教學(xué)設(shè)計(jì)要有符合學(xué)生認(rèn)知水平的結(jié)構(gòu)化學(xué)習(xí)框架?；凇胺植綐?gòu)建逐級(jí)完善”認(rèn)識(shí)模型構(gòu)建及應(yīng)用，將蘇教版選修《化學(xué)反應(yīng)原理》專題1第一單元“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”設(shè)計(jì)成2課時(shí)的單元課堂教學(xué)，探討如何逐步提升學(xué)生“宏觀辨識(shí)與微觀探析”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。第1課時(shí)側(cè)重于達(dá)到化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)能力水平一和水平二，素材選取初中化學(xué)教材和高中必修教材中熟悉的化學(xué)反應(yīng)及物質(zhì)等，探查及鞏固學(xué)生關(guān)于“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”已有知識(shí)水平，通過(guò)設(shè)置問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生初步自主構(gòu)建和應(yīng)用認(rèn)識(shí)模型。第2課時(shí)側(cè)重于達(dá)到化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平三和水平四，素材選取綜合素材及高考試題，完善認(rèn)識(shí)模型并用于新場(chǎng)景實(shí)踐。

第1課時(shí)通過(guò)化學(xué)實(shí)例情境初步建立的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”認(rèn)識(shí)模型并通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用分析進(jìn)行鞏固。（見(jiàn)表 2）

表2 第1課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)

第2課時(shí)通過(guò)獲取新知識(shí)提升學(xué)生能力水平來(lái)進(jìn)一步完善認(rèn)識(shí)模型，并能夠自主運(yùn)用到新的實(shí)踐探究任務(wù)中。（見(jiàn)表3）

表3 第2課時(shí)教學(xué)設(shè)計(jì)

三、基于教學(xué)實(shí)證研究，認(rèn)識(shí)模型建構(gòu)的有效策略

1.教學(xué)從知識(shí)的記憶轉(zhuǎn)變?yōu)檠芯靠茖W(xué)思維的建構(gòu)

如何通過(guò)化學(xué)學(xué)科知識(shí)學(xué)習(xí)過(guò)程逐步提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)水平？?jī)H通過(guò)基礎(chǔ)知識(shí)的簡(jiǎn)單記憶和理解是不能形成高水平的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的，把學(xué)科知識(shí)作為形成學(xué)科核心素養(yǎng)的載體，讓學(xué)生在化學(xué)實(shí)踐活動(dòng)過(guò)程中主動(dòng)思考，通過(guò)現(xiàn)象歸納出本質(zhì)和規(guī)律，建構(gòu)化學(xué)概念，同時(shí)提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平?；凇胺植綐?gòu)建逐級(jí)完善”認(rèn)識(shí)模型建構(gòu)的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”的單元教學(xué)實(shí)證研究，可以認(rèn)為體現(xiàn)學(xué)科性質(zhì)和特點(diǎn)的教學(xué)實(shí)踐能促進(jìn)學(xué)生對(duì)核心知識(shí)的認(rèn)識(shí)發(fā)展及學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，證明了基于模型構(gòu)建的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”教學(xué)的有效性。

“分步構(gòu)建逐級(jí)完善”的模型建構(gòu)組織策略普適性較高，符合大部分學(xué)生逐步建構(gòu)完善并應(yīng)用的思維過(guò)程。在進(jìn)階式課堂教學(xué)采用“分步構(gòu)建逐級(jí)完善”的模型建構(gòu)組織策略，通過(guò)知識(shí)的理解和應(yīng)用過(guò)程，把學(xué)生關(guān)注點(diǎn)從化學(xué)反應(yīng)中物質(zhì)的性質(zhì)變化逐步引導(dǎo)到能量的轉(zhuǎn)化，通過(guò)熱化學(xué)方程式、實(shí)驗(yàn)及綜合實(shí)踐試題分析等形式幫助學(xué)生自主建構(gòu)“能量守恒觀”。

本單元教學(xué)基本過(guò)程也體現(xiàn)了對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”四個(gè)水平發(fā)展的實(shí)踐：實(shí)例引課（從物質(zhì)及其變化的事實(shí)中提取證據(jù)）——結(jié)合能量圖和化學(xué)鍵能歸類“反應(yīng)熱”概念（能從宏觀和微觀結(jié)合上收集證據(jù)，依據(jù)證據(jù)從不同視角分析并推出合理的結(jié)論）——初步建構(gòu)和應(yīng)用化學(xué)核心概念（解釋或推測(cè)物質(zhì)的組成、變化及原理）——新知識(shí)提升融入概念系統(tǒng)（能從定性與定量等多角度理解）——完善化學(xué)核心概念建構(gòu)并實(shí)踐應(yīng)用（能對(duì)關(guān)于反應(yīng)熱的復(fù)雜化學(xué)問(wèn)題情境中的關(guān)鍵要素進(jìn)行分析以建構(gòu)模型）。

2.以核心概念為基點(diǎn)，進(jìn)階式課堂教學(xué)提升學(xué)生核心素養(yǎng)水平

中學(xué)關(guān)于“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”知識(shí)的三個(gè)階段課程內(nèi)容是逐步提升知識(shí)水平的關(guān)系。有利于核心素養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”四個(gè)水平的逐級(jí)形成。初中化學(xué)教學(xué)屬于啟蒙性和基礎(chǔ)性，并通過(guò)簡(jiǎn)單的實(shí)驗(yàn)操作，要求學(xué)生能觀察物質(zhì)及其變化的現(xiàn)象，并做出解釋。高中化學(xué)必修階段應(yīng)明確該階段的基本要求，掌握知識(shí)點(diǎn)的深廣度，通過(guò)吸熱和放熱反應(yīng)實(shí)驗(yàn)從微觀和宏觀進(jìn)一步探究化學(xué)反應(yīng)中的熱量變化，基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)得出結(jié)論，并為選修課程的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。高中化學(xué)選擇性必修課程有較為完整和系統(tǒng)的化學(xué)知識(shí)，能用數(shù)據(jù)、圖表、符號(hào)等處理實(shí)驗(yàn)信息，通過(guò)理解掌握化學(xué)與社會(huì)生活關(guān)系的大量實(shí)例，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平。

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)可以通過(guò)化學(xué)課程學(xué)習(xí)和實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行逐步積累而獲得，并綜合反映在能力、意識(shí)情感價(jià)值觀等各方面，素養(yǎng)水平的提升必須循序漸進(jìn)，不同階段采用不同的思維技能和策略是十分必要的。例如，在“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”的單元教學(xué)中，初中義務(wù)教育階段的化學(xué)課程，以粵教版九年級(jí)《化學(xué)》為例，主要通過(guò)認(rèn)識(shí)氧氣的性質(zhì)及燃料的使用，初步認(rèn)識(shí)化學(xué)變化時(shí)伴隨能量變化，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)的角度分析有關(guān)的社會(huì)現(xiàn)象及自然與環(huán)境的關(guān)系。

高中化學(xué)必修模塊的功能要求是學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)全面提高，為選修模塊奠定基礎(chǔ)。這樣的功能和定位決定了必修的課程內(nèi)容要求面廣而不深挖，了解化學(xué)的核心概念，但不要求理解的程度很深，更深入的認(rèn)識(shí)將在選修模塊的學(xué)習(xí)中達(dá)成。以蘇教版高中化學(xué)《必修2》為例，教學(xué)內(nèi)容主要包括建構(gòu)吸熱反應(yīng)和放熱反應(yīng)的概念，分析化學(xué)反應(yīng)中熱量變化的原因，反應(yīng)歸類并用化學(xué)符號(hào)的方式進(jìn)行表達(dá)，在實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中，形成從化學(xué)知識(shí)的角度理解分析實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)。

高中選擇性必修課程不僅要進(jìn)一步提升化學(xué)新知識(shí)理論，還應(yīng)該承擔(dān)建構(gòu)和發(fā)展學(xué)生認(rèn)識(shí)方式以提高化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，以蘇教版高中化學(xué)選修4《化學(xué)反應(yīng)原理》為例，主要教學(xué)內(nèi)容包括通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究、討論分析得出反應(yīng)熱和焓變的概念，通過(guò)示例得出熱化學(xué)方程式的表示意義，通過(guò)圖表分析理解蓋斯定律，要求通過(guò)化學(xué)知識(shí)與生活生產(chǎn)實(shí)踐相結(jié)合，激發(fā)學(xué)生多方面、多角度、多層次去思考問(wèn)題，逐步形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。形成較強(qiáng)的問(wèn)題意識(shí)，討論并提出探究的問(wèn)題和假設(shè)，提出實(shí)驗(yàn)方案并完成?；诂F(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和圖表分析并得出結(jié)論，交流探究成果或進(jìn)一步探究。

3.綜合運(yùn)用進(jìn)階式課堂教學(xué)方法促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成

培養(yǎng)動(dòng)手實(shí)踐能力有助于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，僅靠化學(xué)試題分析、紙上談兵的化學(xué)實(shí)驗(yàn)，缺乏具體實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)是無(wú)法使學(xué)生形成高水平的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平的。分步構(gòu)建逐級(jí)完善開(kāi)設(shè)進(jìn)階式的“化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)”的單元教學(xué)，從簡(jiǎn)單的燃燒實(shí)驗(yàn)到多種形式的吸放熱實(shí)驗(yàn)再到“暖手寶”制作實(shí)驗(yàn)等，學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)水平可以得到逐步提升。

在課堂教學(xué)中，綜合運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)有助于進(jìn)階式培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”，從主動(dòng)關(guān)心與環(huán)境保護(hù)和資源開(kāi)發(fā)等社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題，到運(yùn)用所學(xué)知識(shí)分析和探討某些化學(xué)過(guò)程，并能依據(jù)實(shí)際條件并運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和方法解決生產(chǎn)、生活中簡(jiǎn)單的化學(xué)問(wèn)題。近年來(lái)高考化學(xué)試題，常常引入一些新的信息，要求學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)生活實(shí)踐進(jìn)行信息分析處理，進(jìn)階式課堂教學(xué)中還可以通過(guò)針對(duì)某些化學(xué)工藝設(shè)計(jì)存在的各種問(wèn)題，要求學(xué)生利用信息工具和信息資源來(lái)提出處理或解決問(wèn)題的具體方案，從而培養(yǎng)提升學(xué)生的化學(xué)信息素養(yǎng)。