以化學(xué)核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的教學(xué)設(shè)計(jì)與反思
——以“探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”為例

何亞萍，姚燕妮，韓 權(quán)，楊曉慧，朱 剛

(1.西安文理學(xué)院，化學(xué)工程學(xué)院， 陜西， 西安 710065； 2.陜西省商洛市中學(xué)， 陜西 商洛 726000)

1 引言

幫助學(xué)生形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力，是2014年教育部《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)的意見(jiàn)》中基礎(chǔ)教育階段提出的學(xué)生必須具備的科學(xué)素養(yǎng)[1]。顯然，教育教學(xué)不再是單純的育人，而是要科學(xué)育人，除了知識(shí)的掌握外，更加強(qiáng)調(diào)了能力的培養(yǎng)，特別是綜合分析問(wèn)題并解決實(shí)踐問(wèn)題的能力。核心素養(yǎng)是其在各學(xué)科中的具體體現(xiàn)。所謂核心素養(yǎng)就是學(xué)科在社會(huì)生活中所體現(xiàn)出來(lái)的價(jià)值或者價(jià)值觀，它是一門學(xué)科的靈魂[2]?；瘜W(xué)學(xué)科的真正價(jià)值就是服務(wù)于社會(huì)生活的，從知識(shí)和科學(xué)意識(shí)，科學(xué)精神和科學(xué)方法三個(gè)角度，提出了五大核心素養(yǎng)[3]：(1)宏觀辨識(shí)與微觀探析；(2)證據(jù)推理與模型認(rèn)知；(3)變化觀念與平衡思想；(4)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)；(5)科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。據(jù)此，在化學(xué)學(xué)科教學(xué)中，要求學(xué)生在探究微觀本質(zhì)的同時(shí)，學(xué)會(huì)科學(xué)探究的手段，以證據(jù)進(jìn)行推理分析，透過(guò)宏觀現(xiàn)象審視變化的微觀本質(zhì)；建立變化觀念與平衡思想；理解化學(xué)、技術(shù)、環(huán)境之間的關(guān)聯(lián)性；將已有知識(shí)和方法綜合分析化學(xué)過(guò)程對(duì)社會(huì)帶來(lái)的各種影響，進(jìn)而參與有關(guān)化學(xué)問(wèn)題的社會(huì)決策。

學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一蹴而就的，而是在教育教學(xué)過(guò)程中逐步滲透、形成和完善的。這就要求教師在平時(shí)的課堂教學(xué)中必須圍繞化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。為實(shí)現(xiàn)該目標(biāo)，如何基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)呢？

本文擬以人教版高中化學(xué)必修2第二單元第三節(jié)第2課時(shí)《探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素》為例，按照目前關(guān)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，重新審視教材，挖掘其學(xué)科核心素價(jià)值，以這具體課程內(nèi)容為載體，精心設(shè)計(jì)教學(xué)過(guò)程，組織的有效教學(xué)活動(dòng)，重在培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力，發(fā)展學(xué)生基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)背景分析

背景分析是進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)，為教學(xué)內(nèi)容、教師活動(dòng)、學(xué)生活動(dòng)的設(shè)計(jì)提供理論支持。

2.1.1 指導(dǎo)思想

教育教學(xué)的終極目標(biāo)是促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。課堂教學(xué)應(yīng)該突出學(xué)生的主體地位，加大學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)比重，有效地組織、指導(dǎo)學(xué)生參與到教學(xué)活動(dòng)中，自然地將科學(xué)精神和人文情懷融入到教學(xué)活動(dòng)中，讓學(xué)生在探究體驗(yàn)以學(xué)習(xí)和反思方式獲得核心知識(shí)，形成化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.1.2 學(xué)情分析

學(xué)生分析，是了解學(xué)生已有知識(shí)儲(chǔ)備和知識(shí)訴求以保障學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)有效性的前提。應(yīng)該從科學(xué)以外和本學(xué)科兩方面著手分析。針對(duì)本節(jié)課，學(xué)生的學(xué)情如下：①學(xué)生在高中物理學(xué)習(xí)中學(xué)生已掌握了控制變量思想和對(duì)照實(shí)驗(yàn)法了解了對(duì)實(shí)驗(yàn)探究的基本方法和能力；②在經(jīng)過(guò)高中化學(xué)必修1的學(xué)習(xí)，學(xué)生通過(guò)初中和必修1的學(xué)習(xí)已經(jīng)具備了一些基本的化學(xué)素養(yǎng)，理論上能夠準(zhǔn)確描述化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并以所學(xué)知識(shí)進(jìn)行現(xiàn)象合理解釋，并進(jìn)行一定程度推理的能力，并強(qiáng)化了實(shí)驗(yàn)探究能力；③前面一節(jié)“化學(xué)反應(yīng)速率”的學(xué)習(xí)，結(jié)合生活常識(shí)，使學(xué)生化學(xué)對(duì)反應(yīng)有快慢和外界因素會(huì)影響化學(xué)反應(yīng)速率有了一定理解。因此，教師只要設(shè)定生活實(shí)例做出正確引導(dǎo)，促使學(xué)生發(fā)現(xiàn)問(wèn)題和設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)來(lái)解決問(wèn)題；再結(jié)合中學(xué)生本身對(duì)未知事物充滿好奇，具有強(qiáng)烈的探究動(dòng)機(jī)，但主體意識(shí)和獨(dú)立思考不足，對(duì)知識(shí)認(rèn)識(shí)比較膚淺，沒(méi)有形成系統(tǒng)、深刻的認(rèn)識(shí)的心理和認(rèn)知特點(diǎn)，在教學(xué)設(shè)計(jì)中充分體現(xiàn)學(xué)教師與學(xué)生的交流互動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性、積極性，引導(dǎo)學(xué)生積極思考主動(dòng)探究，自主參與動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，學(xué)會(huì)多方位、多角度地思考問(wèn)題。

2.1.3 教學(xué)內(nèi)容分析

新課程標(biāo)準(zhǔn)中明確要求[4]“通過(guò)實(shí)驗(yàn)認(rèn)識(shí)化學(xué)反應(yīng)速率，了解控制反應(yīng)條件在生產(chǎn)和科學(xué)研究中的作用；通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究溫度、催化劑對(duì)過(guò)氧化氫分解反應(yīng)速率的影響”，但對(duì)怎么影響和為什么影響并不作要求。本節(jié)教學(xué)內(nèi)容屬于必修2第二單元第三節(jié)的第2課時(shí)，是課程標(biāo)準(zhǔn)在教材中的具體體現(xiàn)。從生活經(jīng)驗(yàn)和對(duì)身邊事物的觀察為設(shè)計(jì)出發(fā)點(diǎn),引導(dǎo)學(xué)生從生活中獲取化學(xué)知識(shí),并建立化學(xué)反應(yīng)有快慢之分的科學(xué)意識(shí)。在此基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)探究性實(shí)驗(yàn),運(yùn)用定性觀察法、對(duì)照實(shí)驗(yàn)法、科學(xué)歸納法等方法分析具體現(xiàn)象,引導(dǎo)學(xué)生尋找證據(jù)并進(jìn)行合理的推理論證,充分體現(xiàn)方法教育科學(xué)性,使學(xué)生掌握通過(guò)探究手段完成自我建構(gòu)研究化學(xué)反應(yīng)快慢的思維模型。

2.2 教學(xué)目標(biāo)設(shè)定

根據(jù)學(xué)情分析情況，從知識(shí)與技能、過(guò)程與方法和情感態(tài)度與價(jià)值觀三維角度設(shè)定教學(xué)目標(biāo)。

2.2.1 知識(shí)與技能目標(biāo)

①能夠通過(guò)生活實(shí)例總結(jié)出影響化學(xué)反應(yīng)素的因素。

②學(xué)習(xí)用實(shí)驗(yàn)研究問(wèn)題的方法，能設(shè)計(jì)并完成一些化學(xué)實(shí)驗(yàn)。

2.2.2 過(guò)程與方法目標(biāo)

①通過(guò)對(duì)熟悉的化學(xué)反應(yīng)、生活現(xiàn)象的分析，學(xué)會(huì)提煉總結(jié)問(wèn)題并尋找解決問(wèn)題的科學(xué)方法。

②通過(guò)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)，掌握科學(xué)的探究方法，提高實(shí)驗(yàn)基本技能和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力。

2.2.3 情感、態(tài)度與價(jià)值觀目標(biāo)

①通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，提升科學(xué)探究意識(shí)，激發(fā)科學(xué)探究的興趣，提高學(xué)科興趣。

②聯(lián)系生活中的實(shí)例，將化學(xué)反應(yīng)速率與生活實(shí)踐聯(lián)系起來(lái)，體會(huì)化學(xué)的實(shí)用性，樹(shù)立關(guān)注社會(huì)的意識(shí)和責(zé)任感。

2.3 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

基于教學(xué)背景分析和已設(shè)定的教學(xué)目標(biāo)，本節(jié)以影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素及其成因?yàn)橹攸c(diǎn)，以指導(dǎo)學(xué)生探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素為難點(diǎn)。

2.4 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)及分析

2.4.1 生活實(shí)例導(dǎo)課——提出問(wèn)題

2.4.1.1 牛奶變質(zhì)和白色垃圾降解對(duì)照法

【圖片展示】幻燈片上展示牛奶變質(zhì)，白色垃圾的降解圖片

【教師解說(shuō)】我們已經(jīng)知道，化學(xué)反應(yīng)有快有慢，不同的反應(yīng)，反應(yīng)速率也不相同。比如說(shuō)：一杯新鮮的牛奶在夏天4～5小時(shí)就會(huì)變質(zhì)，而白色垃圾降解卻要經(jīng)過(guò)幾十年的時(shí)間。為什么不同的化學(xué)反應(yīng)，反應(yīng)速率會(huì)不一樣呢？化學(xué)反應(yīng)快慢的決定因素是什么呢？

【學(xué)生思考總結(jié)】影響化學(xué)反應(yīng)快慢的根本：反應(yīng)物本身的性質(zhì)

【教師引導(dǎo)】性質(zhì)難于改變，通過(guò)改變外界條件可以實(shí)現(xiàn)反應(yīng)速率控制，大家開(kāi)動(dòng)腦筋想一想，生活中外界條件如何影響化學(xué)反應(yīng)速率呢？

【圖片展示】1、超市密封牛肉標(biāo)簽“冷凍保存60天，10℃以下30天，20℃以下15天”。

2.4.1.2 加酶洗衣粉與普通洗衣粉去污效果比較

【學(xué)生討論總結(jié)】同一反應(yīng)影響化學(xué)反應(yīng)速率的外界條件有：溫度，濃度，催化劑。

【問(wèn)題引導(dǎo)】在生活和生產(chǎn)中，有些反應(yīng)我們希望進(jìn)行的快些如白色垃圾降解；有些反應(yīng)我們希望進(jìn)行的慢點(diǎn)，如食物腐敗。物質(zhì)本身的性質(zhì)是不能改變的，但我們可以通過(guò)改變外界條件以達(dá)到改變化學(xué)反應(yīng)速率的目的，讓化學(xué)更好的為人類服務(wù)。那么這些因素是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的？

【學(xué)生分析回答】溫度越高反應(yīng)速率越快，溫度越低反應(yīng)速率越慢；濃度越大反應(yīng)速率越快，濃度越小反應(yīng)速率越?。淮呋瘎┛梢愿淖兓瘜W(xué)反應(yīng)速率。設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生活實(shí)際，從身邊的生活現(xiàn)象發(fā)現(xiàn)不同的化學(xué)反應(yīng)存在快慢，且其快慢除過(guò)與物質(zhì)本身性質(zhì)有關(guān)外，還可以通過(guò)改變外界條件改變化學(xué)反應(yīng)的快慢。以達(dá)到點(diǎn)題和引起學(xué)生深入學(xué)習(xí)探究是欲望。同時(shí)讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)與生活息息相關(guān)，化學(xué)學(xué)習(xí)的社會(huì)價(jià)值。

2.4.2 分組實(shí)驗(yàn) 科學(xué)探究——尋求答案

【教師】基于生活和實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象我們知道了外界因素是如何影響化學(xué)反應(yīng)速率的，現(xiàn)在請(qǐng)同學(xué)們依據(jù)控制變量法設(shè)計(jì)對(duì)照實(shí)驗(yàn)方案，從實(shí)驗(yàn)臺(tái)上給出的實(shí)驗(yàn)器材中選出合適的儀器和試劑進(jìn)性實(shí)驗(yàn)，并完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

【投影展示】實(shí)驗(yàn)儀器：試管、膠頭滴管、試管架、酒精燈、

火柴、燒杯

實(shí)驗(yàn)藥品：熱水、冷水、5%的H2O2、10%的H2O2、MnO2固體、FeCl3溶液

【學(xué)生】設(shè)計(jì)并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。

【教師】實(shí)驗(yàn)結(jié)束，現(xiàn)在請(qǐng)每組選派一名代表上講臺(tái)展示你們的探究結(jié)果。

【學(xué)生】分別上臺(tái)展示實(shí)驗(yàn)報(bào)告

表1 探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素實(shí)驗(yàn)報(bào)告樣表

設(shè)計(jì)意圖：要求學(xué)生親自參與設(shè)計(jì)并完成探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究意識(shí)，提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力和分析推理能力，體會(huì)科學(xué)方法的重要性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究的方式研究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，尋找證據(jù)進(jìn)行分析推理，建構(gòu)研究模型，培養(yǎng)學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科素養(yǎng)。

2.4.3 總結(jié)歸納 提煉方法——獲得答案

【教師】通過(guò)前面的討論和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，我們知道了溫度、濃度、催化劑是如何改變化學(xué)反應(yīng)速率的。而除過(guò)這三方面的因素外，氣體物質(zhì)的壓強(qiáng)、固體物質(zhì)的接觸面積、反應(yīng)物的狀態(tài)、形成原電池效應(yīng)等也可以改變反應(yīng)速率。影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素總結(jié)如下：

【板書(shū)】

影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素：

(1)根本原因：反應(yīng)物本身的性質(zhì)

(2)外界因素：

溫度：溫度越高反應(yīng)速率越大，溫度越低反應(yīng)速率越小濃度。

濃度：濃度越大反應(yīng)速率越大，濃度越小反應(yīng)速率越小。

催化劑：催化劑能改變化學(xué)反應(yīng)速率，不同的催化劑活性不同

氣體的壓強(qiáng)：通過(guò)改變反應(yīng)容器的體積使壓強(qiáng)改變的反應(yīng)，氣體壓強(qiáng)越大反應(yīng)速率越大，壓強(qiáng)越小反應(yīng)速率越小。

固體物質(zhì)的表面積：固體物質(zhì)的接觸面積越大反應(yīng)速率越大。

其他：反應(yīng)物的狀態(tài)；光照；形成原電池效應(yīng)等

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)結(jié)論對(duì)本課進(jìn)行總結(jié)，鞏固觀念，增強(qiáng)科學(xué)意識(shí)。了解科學(xué)思維方法，并逐步構(gòu)建研究化學(xué)變化的思路和模型，

2.4.4 鞏固反饋 拓展應(yīng)用——提升核心素養(yǎng)

【投影展示問(wèn)題】

(1)怎么做可以增長(zhǎng)牛奶變質(zhì)的時(shí)間？怎么做可以加快白色垃圾的降解速度？

(2)實(shí)驗(yàn)室通常將塊狀或顆粒狀的固體藥品研細(xì)，再混合反應(yīng)？人們常把固體試劑溶于水配成溶液后再進(jìn)行反應(yīng)，為什么？

(3)實(shí)驗(yàn)室用30%的稀硫酸與鋅粒反應(yīng)制取氫氣，當(dāng)反應(yīng)一段時(shí)間后，氣泡變得稀少了(鋅粒要求有剩余)，如果再加一些適當(dāng)濃度的硫酸溶液到反應(yīng)容器中，氣泡又會(huì)增多起來(lái)。這個(gè)現(xiàn)象如何解釋？

【學(xué)生】交流討論，總結(jié)答案

【課后作業(yè)】對(duì)應(yīng)練習(xí)冊(cè)上習(xí)題

設(shè)計(jì)意圖：第一個(gè)問(wèn)題與引入新課問(wèn)題相呼應(yīng)，再通過(guò)后兩個(gè)實(shí)驗(yàn)中常遇到的問(wèn)題問(wèn)題的解決，提升學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決問(wèn)題的能力，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)應(yīng)用觀。通過(guò)解決問(wèn)題，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)學(xué)習(xí)的社會(huì)價(jià)值，增強(qiáng)學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題的意識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

3 教學(xué)反思

3.1 生活化滲透培養(yǎng)化學(xué)核心素養(yǎng)，感受化學(xué)的魅力

轉(zhuǎn)變學(xué)生在課堂上的被動(dòng)性是基礎(chǔ)教育課程改革的目標(biāo)。當(dāng)"學(xué)有所用"，"學(xué)有所需"時(shí)學(xué)生對(duì)知識(shí)的渴求，會(huì)激發(fā)學(xué)生主動(dòng)索取知識(shí)的熱情。展示所學(xué)化學(xué)知識(shí)的價(jià)值，是一種非常有效的途徑。如以牛奶變質(zhì)和白色垃圾的降解為例引入新課，讓學(xué)生了解通過(guò)學(xué)習(xí)相關(guān)知識(shí)不僅可以解決身邊的問(wèn)題——牛奶放入冰箱就可以延長(zhǎng)其存放時(shí)間，也可以解決社會(huì)難題——選擇合適條件，可以加快白色垃圾的分解，從而意識(shí)到學(xué)習(xí)化學(xué)的重要價(jià)值，積極主動(dòng)的學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

3.2 依托教學(xué)內(nèi)容，科學(xué)的處理教材提現(xiàn)化學(xué)核心素養(yǎng)要要求

核心素養(yǎng)不是先天遺傳，而是經(jīng)過(guò)后天教育習(xí)得的。培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)必然要以知識(shí)教學(xué)為載體[5]。所以，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)內(nèi)隱在化學(xué)教材之中的。教師要結(jié)合教學(xué)內(nèi)容，根據(jù)學(xué)生的實(shí)際情況，圍繞發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)這一目標(biāo)，創(chuàng)造性地開(kāi)發(fā)和使用教材，挖掘教材內(nèi)容所包含的素養(yǎng)，達(dá)成發(fā)展核心素養(yǎng)的目的。如化學(xué)反應(yīng)速率影響因素如何應(yīng)用于生活和實(shí)驗(yàn)中，要突出化學(xué)學(xué)習(xí)的社會(huì)價(jià)值，從而培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感；通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)學(xué)生尋找證據(jù)驚醒科學(xué)推理的核心素養(yǎng)。但值得注意的是，通過(guò)某個(gè)教學(xué)內(nèi)容培養(yǎng)并不能完全體現(xiàn)所有學(xué)科素養(yǎng)要素，只是側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生某方面的核心素養(yǎng)。

3.3 以化學(xué)思維促進(jìn)核心素養(yǎng)的形成

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科?；瘜W(xué)學(xué)習(xí)過(guò)程經(jīng)常需要以實(shí)驗(yàn)為手段，通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象探討化學(xué)本質(zhì)或通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析推理[6]。對(duì)照實(shí)驗(yàn)策略和單變量控制法是有效組織實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究法的有效方式。教學(xué)中提供相應(yīng)的儀器和試劑，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)腦設(shè)計(jì)，并動(dòng)手操作，完成所設(shè)計(jì)的探究性實(shí)驗(yàn)，進(jìn)而驗(yàn)證結(jié)論，充分突出學(xué)生主體地位。學(xué)生在探究中自然形成推測(cè)，探究，驗(yàn)證，歸納，應(yīng)用的化學(xué)學(xué)科思維。