面向化學(xué)資優(yōu)生的初高中化學(xué)銜接教學(xué)

江蘇省南京曉莊學(xué)院環(huán)境科學(xué)學(xué)院 陳 凱 211171

江蘇省南京市陶行知學(xué)校 馬 蕓 210000

江蘇省南京師范大學(xué)附屬中學(xué) 項(xiàng)佳敏 210003

1 問題的提出

我國(guó)通過《關(guān)于實(shí)施基礎(chǔ)學(xué)科拔尖學(xué)生培養(yǎng)計(jì)劃2.0的意見》、“強(qiáng)基計(jì)劃”表現(xiàn)對(duì)基礎(chǔ)學(xué)科人才培養(yǎng)的關(guān)注，在此背景下南京本地十余所四星級(jí)重點(diǎn)高中2020 年開始紛紛面向初中招收數(shù)理化生方向的學(xué)科特長(zhǎng)生.在中學(xué)階段，尤其需要重視基礎(chǔ)學(xué)科的資優(yōu)生培養(yǎng)——這些孩子往往在一定學(xué)科領(lǐng)域表現(xiàn)突出，對(duì)于感興趣的事物，能鍥而不舍地探索，他們精力過人，勇于嘗試，有可能成為未來基礎(chǔ)學(xué)科拔尖人才的后備團(tuán)隊(duì).從現(xiàn)實(shí)來看，化學(xué)學(xué)科在中學(xué)理科課程中開設(shè)時(shí)間最晚，面臨中考?jí)毫?，時(shí)間緊任務(wù)重導(dǎo)致缺少資優(yōu)生的培養(yǎng)條件；進(jìn)入高中后，化學(xué)資優(yōu)生的培養(yǎng)往往就只限于化學(xué)奧賽. 那么，如何讓化學(xué)資優(yōu)生在初中階段就能不拘泥于中考要求來拓展視野、批判反思？如何不拘泥于現(xiàn)行教材體系，設(shè)計(jì)出體現(xiàn)知識(shí)聯(lián)系、思維升華、素養(yǎng)建構(gòu)的初高中銜接教學(xué)設(shè)計(jì)？我國(guó)既缺少這樣的課程環(huán)境，也缺少這樣的教學(xué)設(shè)計(jì)研究.

全國(guó)模范教師、化學(xué)正高級(jí)教師保志明曾經(jīng)在博客中呈現(xiàn)了給剛進(jìn)高一的理科資優(yōu)生練習(xí)題，擯棄了中考中常見套路，立足于課外閱讀、實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)、微觀詮釋、化學(xué)史理解……借此表達(dá)命題者對(duì)理科資優(yōu)生的希望：一切的學(xué)習(xí)都要基于理解.科學(xué)結(jié)論的得出都是有原因的，纏著你的老師問問為什么吧！有可能現(xiàn)階段的知識(shí)還說不清楚，但其實(shí)很多是能說出個(gè)道道來的，不了解就可惜了.越理解越通透.基于以上觀念指引，我們對(duì)“溶液”這一部分進(jìn)行深度備課.

2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

從各地中考要求來看，溶液的知識(shí)體系并不繁難；從課時(shí)安排來看，學(xué)習(xí)溶液時(shí)臨近中考，大部分地區(qū)的教學(xué)建議中也明確說明“不宜拓展”.但化學(xué)學(xué)科體系的整體性，決定了有的知識(shí)如果淺嘗輒止，學(xué)生未必能夠深刻理解，對(duì)于素養(yǎng)建構(gòu)來說未必有利.對(duì)于化學(xué)資優(yōu)生而言，他們思維活躍，好奇心強(qiáng)，早已不滿足于教材中的表述，內(nèi)心深處期望對(duì)物質(zhì)世界有更深入的認(rèn)識(shí)，如果在初高中銜接階段還只是面對(duì)模式單一、講練結(jié)合的“炒冷飯”，自然產(chǎn)生厭倦情緒.

《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)（2017 年版）》基于化學(xué)學(xué)科本質(zhì)凝練出本學(xué)科的核心素養(yǎng)，明確了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)課程后應(yīng)達(dá)成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力.王磊教授指出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生在初中化學(xué)-高中化學(xué)必修課程-選修課程的學(xué)習(xí)過程中逐步形成和發(fā)展的，所以在初高中銜接階段，也可以基于核心素養(yǎng)進(jìn)行課程重構(gòu).表1 呈現(xiàn)了每一類核心素養(yǎng)在設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)的應(yīng)用.

表1 本教學(xué)設(shè)計(jì)中的核心素養(yǎng)建構(gòu)

3 教學(xué)過程例析

下文呈現(xiàn)五個(gè)片段，彰顯面向資優(yōu)生學(xué)科核心素養(yǎng)構(gòu)建的教學(xué)設(shè)計(jì)思路.

3.1 課堂導(dǎo)入

導(dǎo)入部分借用科學(xué)家的言論——全球頂尖化學(xué)家、浙江大學(xué)彭笑剛教授曾經(jīng)高度贊譽(yù)溶液：如果沒有溶液，化學(xué)將無法在科學(xué)世界里擁有一級(jí)學(xué)科的地位.強(qiáng)調(diào)溶液知識(shí)的地位、學(xué)習(xí)溶液的意義；隨后指明深入學(xué)習(xí)溶液的方法“改造、完善自己已經(jīng)完成的之前溶液學(xué)習(xí)知識(shí)的思維導(dǎo)圖”——從課堂開始，就要從素養(yǎng)建構(gòu)著手，處處體現(xiàn)學(xué)科思維引導(dǎo).

3.2 溶液體系的再認(rèn)識(shí)

在九年級(jí)新課中學(xué)過的溶液，需要以新的視角再認(rèn)識(shí)以至于深度學(xué)習(xí).為了和高中化學(xué)課程有效銜接，需要強(qiáng)化分類的意識(shí)——這既是高中化學(xué)新教材開始的內(nèi)容，也是思維導(dǎo)圖設(shè)計(jì)層層深入的基礎(chǔ)；此外也要體現(xiàn)“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)，這是化學(xué)素養(yǎng)教學(xué)的特殊角度.

3.2.1 溶質(zhì)視角的分類片段

教師提問：中學(xué)體系中的溶液都是液態(tài)，那么溶解之前溶質(zhì)是什么狀態(tài)？

師生互動(dòng)：針對(duì)溶解之前溶質(zhì)存在的氣態(tài)、液態(tài)、固態(tài)分別舉例.

教師引導(dǎo)：針對(duì)學(xué)生所舉溶質(zhì)的例子進(jìn)行細(xì)致分類，可從溶于水后以何種形式存在（分子、離子）、溶于水后是否和水發(fā)生反應(yīng)等角度進(jìn)行分類.

3.2.2 溶劑視角的拓展片段

教師進(jìn)行實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)：“嘗試把高錳酸鉀和碘單質(zhì)（兩種紫黑色固體）溶解在不同溶劑里，填寫你觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象；并嘗試將所得混合物互相滴加，說說你發(fā)現(xiàn)了什么？”

（1）溶解過程

溶劑是水 溶劑是汽油 溶劑是酒精溶質(zhì)KMnO4 I2____________________________________________________________________________

（2）兩兩混合過程

我發(fā)現(xiàn)了__________________________

我的解釋________________________

初中化學(xué)對(duì)溶液的常規(guī)教學(xué)過于注重溶劑為水的體系，認(rèn)識(shí)到不同溶劑在溶解過程中發(fā)揮的作用，有助于學(xué)生認(rèn)識(shí)到溶液中不只是溶質(zhì)可以作為變量.所以在這個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，一方面提問“這種分層和溶解出現(xiàn)競(jìng)爭(zhēng)的現(xiàn)象可以應(yīng)用在何處？”另一方面拓展些與溶解有關(guān)的生活和科技案例，如（1）屠呦呦在古代典籍里獲取青蒿素提取的靈感；（2）維生素水溶性和脂溶性影響烹飪的方法；（3）西紅柿雞蛋湯的烹飪現(xiàn)象.將視野和知識(shí)聯(lián)系到“萃取”——雖然在新的人教版高中教科書中已經(jīng)刪減該知識(shí)點(diǎn)，但是在資優(yōu)生教學(xué)中仍然可以選用，彰顯學(xué)科思維方法的重要銜接點(diǎn).

教師還可以用“溶液的顏色由什么決定？”來發(fā)現(xiàn)學(xué)生認(rèn)知的前概念——溶質(zhì)決定溶液顏色.通過實(shí)驗(yàn)展示幾種固體物質(zhì)顏色與其水溶液顏色對(duì)比，引導(dǎo)發(fā)現(xiàn)以上結(jié)果溶液顏色由溶質(zhì)和溶劑微粒共同決定；以高錳酸鉀溶液和鐵鹽、銅鹽溶液的對(duì)比，發(fā)現(xiàn)溶質(zhì)中某一種離子對(duì)溶液顏色的影響.教師追問：“影響溶液顏色深淺、透光程度的因素是什么？無色透明和澄清有何區(qū)別？”在“溶液”這一單元的學(xué)習(xí)中，溶液特征的認(rèn)知是一個(gè)基礎(chǔ)，但在教學(xué)中教師往往因?yàn)槠洳皇强荚囍攸c(diǎn)而忽視，導(dǎo)致學(xué)生產(chǎn)生迷思，認(rèn)為無色透明也是溶液的特征.糾正這一錯(cuò)誤認(rèn)知將有助于學(xué)生以后理解溶液與膠體的區(qū)別，為什么膠體能產(chǎn)生丁達(dá)爾現(xiàn)象而溶液卻不能產(chǎn)生這種現(xiàn)象.

3.2.3 溶劑的科學(xué)風(fēng)險(xiǎn)片段

近年來，化學(xué)相關(guān)安全事故頻發(fā)，社會(huì)對(duì)科學(xué)的誤解頗多，不少民眾執(zhí)著于自媒體傳播的偽科學(xué)，這表明大眾的風(fēng)險(xiǎn)意識(shí)缺失嚴(yán)重，風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知水平相對(duì)較低，也反映基礎(chǔ)教育階段強(qiáng)化科學(xué)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知的必要性和緊迫性.而正式課堂中脫離真實(shí)世界的概念，使學(xué)生在真實(shí)世界應(yīng)用科學(xué)出現(xiàn)困難，此環(huán)節(jié)從不同角度審視化學(xué)問題帶來的風(fēng)險(xiǎn)，旨在引領(lǐng)學(xué)生重視課堂與真實(shí)世界的聯(lián)系，辯證看待、批判思考.此外，九年級(jí)階段的科學(xué)論證，需要學(xué)生建立在證據(jù)的基礎(chǔ)之上支持觀點(diǎn)，但學(xué)生已有的知識(shí)基礎(chǔ)和學(xué)科視野有限，需要教師引導(dǎo).具體活動(dòng)環(huán)節(jié)如下：

（1）創(chuàng)設(shè)情境，一則風(fēng)油精具有腐蝕性的新聞引起了公眾的關(guān)注：兒童不慎將風(fēng)油精滴到泡沫上，半小時(shí)后泡沫竟然出現(xiàn)了很大一個(gè)洞.風(fēng)油精真的有腐蝕性嗎？

（2）學(xué)生活動(dòng)

表2 基于風(fēng)油精是否有腐蝕性的論證過程

教師引導(dǎo)：評(píng)價(jià)學(xué)生的想法，引導(dǎo)從“溶解性”的角度來解釋風(fēng)油精“腐蝕”泡沫的現(xiàn)象.

案例拓展：蘋果手機(jī)顯示屏制造過程中有一步清洗屏幕的工序.傳統(tǒng)方法通常使用酒精擦拭屏幕，但正己烷揮發(fā)速度明顯快于酒精，可以將一個(gè)擦拭工序耗費(fèi)的時(shí)間從7秒縮短到2 秒，大大提升了工作效率；同時(shí)，使用正己烷的擦拭效果明顯優(yōu)于酒精，可以明顯降低次品率提高產(chǎn)品良品率——使用酒精擦拭的產(chǎn)品良品率最多只有50%左右，使用正己烷之后，良品率能提高到96%以上，但其具有一定的毒性，會(huì)通過呼吸道、皮膚等途徑進(jìn)入人體，導(dǎo)致中毒.

引導(dǎo)反思：（1）溶劑的選擇有不同的針對(duì)性用途，但是要注意什么？（2）為什么水作為溶劑更普遍呢？

生活應(yīng)用：圓珠筆的墨漏在桌上，如何清洗？比較用水和用酒精的“去污”效果.3.3 溶解究竟是怎樣的過程？

溶解并非一種簡(jiǎn)單的混合，可惜在九年級(jí)常規(guī)教學(xué)中常常簡(jiǎn)化處理，尤其忽略了其中的微觀視角，未免可惜.

3.3.1 溶質(zhì)與溶劑的相互作用

這個(gè)片段對(duì)初中教輔書一直以來對(duì)“溶解是物理變化”的誤解進(jìn)行“撥亂反正”，并結(jié)合一定情境中的實(shí)例進(jìn)行分析，幫助學(xué)生理解溶解中的“化學(xué)特色”.

情境創(chuàng)設(shè)：鹽酸是氯化氫（HCl）氣體溶于水形成的溶液，氯化氫（HCl）氣體也可溶于甲苯（一種有機(jī)溶劑）得到氯化氫的甲苯溶液.換了溶劑，兩種溶液的化學(xué)性質(zhì)是否一樣？

補(bǔ)充資料：①氯化氫氣體是由氯化氫分子構(gòu)成的；②在鹽酸中存在氫離子、氯離子和水分子；③氯化氫的甲苯溶液中氯化氫以分子的形式存在.

學(xué)生活動(dòng)：猜想、討論，尋找證據(jù)和理由.

圖1 鹽酸與氯化氫的甲苯溶液的微觀示意圖

教師小結(jié)：溶解是物理變化還是化學(xué)變化？變色、酸堿性變化、吸放熱等特征，說明新物質(zhì)、新微粒伴隨溶解而生.

3.3.2 溶解的微觀視角

面向資優(yōu)生的教學(xué)常常要關(guān)注學(xué)科研究前沿資源，文獻(xiàn)里常體現(xiàn)了本領(lǐng)域?qū)＜业闹腔劢Y(jié)晶和創(chuàng)新成果，背后那些科學(xué)方法的教育價(jià)值也不能低估，在化學(xué)教學(xué)中關(guān)注前沿研究方法，有助于學(xué)生高階思維的培養(yǎng)和學(xué)科思維的構(gòu)建.雖然限于課時(shí)和教學(xué)任務(wù)之間的矛盾，教師不可能面向所有學(xué)生廣泛傳播，但對(duì)于資優(yōu)生，可以適當(dāng)提供定量視角、微觀視角、前沿視角、方法視角，有助于他們感受科技新聞文字背后的思想而不只是知道“發(fā)生了這么一件事情”.化學(xué)教師作為“科學(xué)家在課堂的代表”，自身對(duì)于科學(xué)的認(rèn)識(shí)需要與時(shí)俱進(jìn)，重視教材之外的學(xué)科前沿資源獲取和積累對(duì)教師專業(yè)發(fā)展非常有意義，不要只限于課堂教學(xué)的設(shè)計(jì)和實(shí)施借鑒，更加要看到這些素材的研究有利于更新化學(xué)教師的知識(shí)儲(chǔ)備，拓展教師的學(xué)科視野，提升教師的科學(xué)素養(yǎng).在詮釋溶解微觀變化時(shí)，我們用到了基于科技新聞的情境應(yīng)用和模型創(chuàng)設(shè).

教師提問：溶解中的能量變化，伴隨著怎樣的微粒變化？嘗試畫出氯化鈉溶液的微觀示意圖.

學(xué)生活動(dòng)：思考并畫出氯化鈉溶液的微觀示意圖.

教師啟迪:水合鈉離子以及水合氯離子到底能結(jié)合幾個(gè)水分子呢？是隨意數(shù)目還是有規(guī)律的？

教師引導(dǎo):（1）提供數(shù)據(jù)：100mLρ=1.18g·cm-326.7%的飽和NaCl 溶液，求其中NaCl 與水的微粒個(gè)數(shù)之比（約為1:9），以此引導(dǎo)學(xué)生修改微觀示意圖.（2）強(qiáng)調(diào)以上解決問題手段是建立在理想化的模型基礎(chǔ)上，需要假設(shè)每個(gè)鈉離子和氯離子均和足夠多的水分子靠近、作用.

教學(xué)拓展:溶解過程中同時(shí)擁有溶質(zhì)微粒的擴(kuò)散和水合——水合放熱，擴(kuò)散吸熱.（展現(xiàn)模擬動(dòng)畫）

圖2 室溫下包含3個(gè)水分子的鈉離子水合物的擴(kuò)散動(dòng)畫

圖3 食鹽與水混合后微粒的示意圖

3.4 溶解過程的逆轉(zhuǎn)——結(jié)晶

九年級(jí)下學(xué)期的教學(xué)，為應(yīng)付中考略顯倉(cāng)促，往往對(duì)科學(xué)方法關(guān)注不足.本環(huán)節(jié)注重科學(xué)方法的訓(xùn)練，觀察、記錄（描述）是基本的實(shí)驗(yàn)方法，物質(zhì)表征也是研究化學(xué)物質(zhì)的一種重要研究手段，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀和微觀兩個(gè)角度觀察化學(xué)物質(zhì)，學(xué)會(huì)借助化學(xué)儀器甚至更開闊視野下的學(xué)科工具對(duì)物質(zhì)進(jìn)行研究，領(lǐng)略微觀世界的神奇，也為高中化學(xué)沉淀-溶解平衡的學(xué)習(xí)做鋪墊.結(jié)晶水合物是很有意思的內(nèi)容，初中淡化了，高中避開了，在面向資優(yōu)生的教學(xué)過程中，補(bǔ)充這一部分內(nèi)容，既可以加深學(xué)生對(duì)初中結(jié)晶過程的理解，也可以銜接未來晶體的學(xué)習(xí).

教師過渡：如果想讓溶解過程逆轉(zhuǎn)，讓溶質(zhì)從溶液中脫離變成晶體，這就是結(jié)晶.有哪些方法可以促進(jìn)結(jié)晶呢？請(qǐng)大家回憶.

知識(shí)拓展：晶體可以是不含水的，如氯化鈉；也可以是結(jié)晶水合物，如膽礬晶體.

科學(xué)推理：以結(jié)晶水合物形式析出的物質(zhì)，可能具有什么性質(zhì)？

知識(shí)拓展：各種典型的結(jié)晶水合物學(xué)名、俗名、外觀、用途等.

情境創(chuàng)設(shè)：在一個(gè)溫度不變的密閉容器內(nèi)，放入一杯飽和的硫酸銅溶液，用細(xì)線吊住一塊有缺口的硫酸銅晶體浸在溶液中，過幾天后晶體上的缺口沒有了；晶體的質(zhì)量不變；此時(shí)的硫酸銅溶液仍然飽和.

教師提問：這樣的現(xiàn)象說明了什么？

播放視頻：結(jié)晶過程的微觀視頻.

學(xué)生活動(dòng)：用放大鏡、連接電腦的顯微鏡觀察不同晶體的形狀、顏色，發(fā)現(xiàn)結(jié)晶的特征.

3.5 課后拓展性評(píng)價(jià)

資優(yōu)生未來可能從事基礎(chǔ)學(xué)科科研，需要在基礎(chǔ)教育階段提供豐富的學(xué)習(xí)機(jī)會(huì)，例如在閱讀學(xué)習(xí)新材料、思考新問題時(shí)強(qiáng)化理解實(shí)驗(yàn)圖表的能力和語言表達(dá)的能力——理科生的理性多基于圖像、數(shù)據(jù)背后信息的推理和解釋——在傳統(tǒng)的中考評(píng)價(jià)中，為了降低難度，對(duì)這一要素往往重視不夠.這個(gè)課后任務(wù)的圖表改編自蘇州中考曾經(jīng)出現(xiàn)的一道壓軸難題，其實(shí)脫胎于大學(xué)物理化學(xué)教材中的“相圖”，對(duì)于初中生來說全面理解肯定是困難的，但此處意不在解題，而在于用科學(xué)的語言理解和詮釋.

課后任務(wù)：如何認(rèn)識(shí)圖4 中的曲線變化？請(qǐng)用一段文字描述你看到的圖線，并預(yù)測(cè)該圖線的應(yīng)用.

圖4 不一樣的溶解度曲線

資料補(bǔ)充：將一種鹽溶于水時(shí)，會(huì)使水的冰點(diǎn)（凝固點(diǎn)）降低，冰點(diǎn)降低多少與鹽在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)有關(guān).如果將此鹽溶液降溫，則在零度以下的某溫度會(huì)析出冰.但當(dāng)鹽在溶液中的質(zhì)量分?jǐn)?shù)比較大時(shí)，在將溶液冷卻的過程中先析出的固體不是冰而是鹽的晶體.

4 教學(xué)反思

4.1 教學(xué)設(shè)計(jì)的應(yīng)用

本教學(xué)設(shè)計(jì)的雛形曾在南京一民辦教育集團(tuán)九年級(jí)化學(xué)課堂實(shí)施，耗時(shí)兩課時(shí)；其內(nèi)容和傳統(tǒng)教學(xué)體系差別較大，雖然學(xué)生普遍感到內(nèi)容與中考應(yīng)試差別較大，但是一個(gè)個(gè)興趣盎然，有的同學(xué)表示“讓他理解了學(xué)校教學(xué)中一直比較困惑的問題”，有的同學(xué)感覺“眼界一下子打開了，原來溶液還有這么多好玩和有用的地方”. 雖然部分內(nèi)容對(duì)于課程標(biāo)準(zhǔn)、考試說明是“超綱”的，但是沒有直接應(yīng)用高中知識(shí)，對(duì)于資優(yōu)生恰恰能滿足他們內(nèi)心需要；對(duì)于普通學(xué)生也能夠激發(fā)他們對(duì)科學(xué)的渴望和深入思考.

在此基礎(chǔ)上進(jìn)行修訂完善，既可為九年級(jí)常規(guī)課堂提供創(chuàng)新視角，也可作為初中化學(xué)資優(yōu)生培養(yǎng)的初步探索，還能用于初高中化學(xué)銜接課堂的示范.如果作為高一化學(xué)緒言課內(nèi)容設(shè)計(jì)，啟發(fā)學(xué)生從學(xué)科視角展望初中知識(shí)在高中階段的延續(xù)和深化.

4.2 對(duì)執(zhí)教者學(xué)科知識(shí)的要求

開展以本設(shè)計(jì)為基礎(chǔ)的教學(xué)活動(dòng)，執(zhí)教者需要具備扎實(shí)的化學(xué)學(xué)科知識(shí)，執(zhí)教初中化學(xué)，不能局限于初中教材本身，教師自身需要有更高層面的理解和認(rèn)識(shí)，站在高位看自己負(fù)責(zé)階段的學(xué)科教學(xué)非常重要.正如南師附中著名奧賽教練賈震老師在給師范生的講座中一針見血指出：如果你上不好這節(jié)課，把原理講的很復(fù)雜，其實(shí)是因?yàn)槟悴粔蚨?很多中學(xué)階段的問題，停留在中學(xué)知識(shí)層面無法解釋清楚，適當(dāng)延伸更有助于學(xué)生理解知識(shí)；但面向資優(yōu)生的化學(xué)課，不能只著眼于知識(shí)層面的拓寬，更重要的是告訴他們教材以外的思想！從資優(yōu)生的發(fā)展需求來看，化學(xué)教師需要充實(shí)自己內(nèi)心世界、豐富自己的知識(shí)體系，才能更好地支持學(xué)生的成長(zhǎng).