基于素養(yǎng)導(dǎo)向的高中化學(xué)教學(xué)主張

經(jīng)志俊 徐光靜

摘要：?基于新課程理念和新高考要求，探索素養(yǎng)導(dǎo)向的高中化學(xué)教學(xué)。提出牢記立德樹人

目標(biāo)、強(qiáng)化學(xué)科知識(shí)理解、聚焦信息素養(yǎng)提升、引領(lǐng)真實(shí)問題解決等教學(xué)主張，并結(jié)合具體案例對(duì)教學(xué)主張進(jìn)行了詮釋。

關(guān)鍵詞：?教學(xué)主張;?立德樹人;?知識(shí)理解;?信息素養(yǎng);?問題解決

文章編號(hào)：?1005-6629（2021）09-0035-06

中圖分類號(hào)：?G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：?B

重視開展素養(yǎng)為本的教學(xué)是普通高中化學(xué)課程的基本理念，學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平是新高考化學(xué)學(xué)業(yè)水平測(cè)試的評(píng)價(jià)目標(biāo)。故而素養(yǎng)導(dǎo)向的高中化學(xué)教學(xué)已成為一線教師研究與探索的重要課題。筆者經(jīng)過三年的探索實(shí)踐，認(rèn)為牢記立德樹人目標(biāo)、強(qiáng)化學(xué)科知識(shí)理解、聚焦信息素養(yǎng)提升以及引領(lǐng)真實(shí)問題解決等教學(xué)主張，是素養(yǎng)導(dǎo)向的高中化學(xué)教學(xué)的應(yīng)然選擇。

1??牢記立德樹人目標(biāo)

立德樹人是教育的根本目標(biāo)。就化學(xué)學(xué)科而言，弘揚(yáng)愛國情懷、彰顯學(xué)科價(jià)值、強(qiáng)化責(zé)任擔(dān)當(dāng)是實(shí)現(xiàn)學(xué)科教學(xué)“立德樹人”目標(biāo)的重要渠道。

1.1??弘揚(yáng)愛國情懷

弘揚(yáng)愛國情懷，教學(xué)素材豐富多彩。《詠石灰》等古詩中的化學(xué)內(nèi)涵，《天工開物》等典籍中的化學(xué)記載，黑火藥、煉丹術(shù)等遠(yuǎn)古探索，侯氏制堿、牛胰島素合成等近代成就，青蒿素提取、稀土金屬冶煉等現(xiàn)代貢獻(xiàn)等，充分體現(xiàn)出中華民族的聰明才智。

1.2??彰顯學(xué)科價(jià)值

彰顯學(xué)科價(jià)值，教學(xué)素材琳瑯滿目。新材料、新能源在航天事業(yè)、國防建設(shè)、現(xiàn)代通信等領(lǐng)域中的地位，化學(xué)肥料、有機(jī)農(nóng)藥在糧食、棉花等農(nóng)作物增產(chǎn)中的意義，凈水劑、滅火劑、消毒劑在防疫抗災(zāi)中的使命等，充分體現(xiàn)出化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。

1.3??強(qiáng)化責(zé)任擔(dān)當(dāng)

強(qiáng)化責(zé)任擔(dān)當(dāng)，教學(xué)素材唾手可得。面對(duì)礦產(chǎn)資源枯竭、氣候環(huán)境惡化、全球疫情與局部戰(zhàn)爭(zhēng)頻發(fā)等人類社會(huì)發(fā)展的共同危機(jī)，合理開發(fā)礦產(chǎn)資源、大力保護(hù)生態(tài)環(huán)境、通力協(xié)作防疫抗災(zāi)、簽署禁用化武公約等，充分體現(xiàn)出人類共同的責(zé)任擔(dān)當(dāng)。

2??強(qiáng)化學(xué)科知識(shí)理解

知識(shí)是素養(yǎng)發(fā)展的載體，而強(qiáng)化學(xué)科知識(shí)理解是實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)到學(xué)科素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的重要前提。教學(xué)實(shí)踐表明，教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化、方案設(shè)計(jì)規(guī)范化、模型認(rèn)知簡(jiǎn)約化是強(qiáng)化學(xué)科知識(shí)理解的有效策略。

2.1??教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化

教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化是實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識(shí)向?qū)W科素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵，其中有基于知識(shí)關(guān)聯(lián)、基于認(rèn)識(shí)思路、基于核心觀念等三種內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的重要視角[1]。內(nèi)容結(jié)構(gòu)化在課堂教學(xué)中的落實(shí)需要基于知識(shí)類型匹配教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的視角、基于加工目標(biāo)優(yōu)選教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的表征、基于教學(xué)任務(wù)統(tǒng)籌教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的實(shí)施[2]。

案例1??常見微粒的空間構(gòu)型與分子極性的判斷

中心原子軌道雜化、微?？臻g模型和分子極性等核心概念的邏輯關(guān)聯(lián)”來組織知識(shí)結(jié)構(gòu);引導(dǎo)學(xué)生通過“價(jià)層電子對(duì)或雜化軌道電子云追求相互間的最小排斥”來理解VSEPR模型和雜化軌道電子云的空間分布;結(jié)合“VSEPR模型或雜化軌道電子云的空間分布與分子組成”來理解分子的空間構(gòu)型;依據(jù)“分子結(jié)構(gòu)是否存在對(duì)稱中心與分子中鍵的極性能否相互抵消”來理解極性分子和非極性分子。

2.2??方案設(shè)計(jì)規(guī)范化

方案設(shè)計(jì)是高層次評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平和學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的達(dá)成狀況的重要手段。如有機(jī)物合成路線、實(shí)驗(yàn)操作步驟等是中學(xué)范圍內(nèi)常見的方案設(shè)計(jì)題材。方案設(shè)計(jì)的優(yōu)劣是學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)水平高低的真實(shí)表現(xiàn)，決定著實(shí)際問題解決的質(zhì)量，而方案設(shè)計(jì)的規(guī)范化是提高方案設(shè)計(jì)水平的重要保障。

案例2??實(shí)驗(yàn)探究操作的規(guī)范化設(shè)計(jì)

如圖2所示，實(shí)驗(yàn)探究方案的設(shè)計(jì)流程一般為：

依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康钠ヅ鋵?shí)驗(yàn)原理;基于實(shí)驗(yàn)原理分析干擾因素;結(jié)合實(shí)驗(yàn)原理和排除干擾的需要控制實(shí)驗(yàn)條件、選擇儀器藥品、確定操作環(huán)節(jié);基于實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范化關(guān)注操作細(xì)節(jié)，表述實(shí)驗(yàn)步驟等。

2.3??模型認(rèn)知簡(jiǎn)約化

模型認(rèn)知是一種重要的化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)方法，是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要構(gòu)成要素。基于研究對(duì)象的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素及其相互關(guān)系建構(gòu)直觀的認(rèn)知模型，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型解釋化學(xué)現(xiàn)象、揭示現(xiàn)象的本質(zhì)和規(guī)律[3]。因此，模型的簡(jiǎn)約化是引導(dǎo)學(xué)生理解和運(yùn)用模型、發(fā)展模型認(rèn)知水平的關(guān)鍵。

案例3??電化學(xué)系統(tǒng)的模型認(rèn)知

如圖3所示，聚焦電極材料、電極反應(yīng)、電子導(dǎo)體、離子導(dǎo)體等電化學(xué)系統(tǒng)的四大構(gòu)成要素，整合原電池與電解池，引導(dǎo)學(xué)生系統(tǒng)認(rèn)識(shí)電極名稱、電極反應(yīng)、電流方向、離子遷移以及能量轉(zhuǎn)化等電化學(xué)核心概念，優(yōu)化分析問題的方法。

3??聚焦信息素養(yǎng)提升

情境問題的解決需要良好的信息素養(yǎng)。通過情境載體有效地獲取信息，根據(jù)問題情境的需要合理地組織調(diào)動(dòng)知識(shí)儲(chǔ)備、加工方法與表達(dá)方式、完成信息加工與信息輸出等活動(dòng)是信息素養(yǎng)的重要構(gòu)成要素。

3.1??信息獲取

信息的獲取是情境問題解決的先決條件。調(diào)動(dòng)各種相關(guān)知識(shí)與能力，多渠道地獲取問題解決所需要的關(guān)鍵信息是中國高考評(píng)價(jià)體系中學(xué)科素養(yǎng)的重要指標(biāo)[5]。依據(jù)情境信息的表征方式，面對(duì)文字表述、化學(xué)用語、化學(xué)圖表等情境載體，基于圖像類型把握解讀要領(lǐng)是信息獲取的關(guān)鍵（見表1）。

從結(jié)構(gòu)看變化，關(guān)注有機(jī)物結(jié)構(gòu)及其變化關(guān)系。如圖4所示，通過合成路線中物質(zhì)轉(zhuǎn)化條件的宏觀辨識(shí)，官能團(tuán)轉(zhuǎn)化、碳骨架重構(gòu)的微觀探析，為反應(yīng)類型判斷、化學(xué)方程式書寫、陌生物質(zhì)結(jié)構(gòu)推斷等尋求證據(jù)，為“陌生有機(jī)物合成路線的設(shè)計(jì)”探索路徑。

3.2??信息加工

信息加工是情境問題解決的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。信息加工包括信息篩選和判別、分類和排序、分析和研究，從中找出本質(zhì)的規(guī)律性的東西，并基于問題解決的需要通過原型匹配、類比遷移、歸納演繹、猜想論證、證據(jù)推理等方法對(duì)信息進(jìn)行加工。

案例5??工藝流程圖的信息加工

物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程通常包含預(yù)處理、核心反應(yīng)、分離提純等主要環(huán)節(jié)，涉及判斷物質(zhì)化學(xué)式、書寫反應(yīng)的方程式、選擇化學(xué)試劑、控制轉(zhuǎn)化條件、分析產(chǎn)品純度以及解釋實(shí)驗(yàn)事實(shí)等典型問題。過程為：?從元素看物質(zhì)變化，基于守恒觀和變化觀分析物質(zhì)轉(zhuǎn)化;基于反應(yīng)規(guī)律選擇化學(xué)試劑、控制轉(zhuǎn)化條件;基于分離目標(biāo)和物質(zhì)性質(zhì)選擇分離方法;基于數(shù)學(xué)分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論;基于綠色化學(xué)思想解釋物質(zhì)循環(huán)與三廢處理是物質(zhì)轉(zhuǎn)化流程圖信息加工的基本思路。

3.3??信息輸出

信息輸出是情境問題解決的結(jié)果呈現(xiàn)，是將自己的思想、結(jié)論進(jìn)行有效表達(dá)的過程。只有正確地輸出信息，才能順利地表達(dá)思想，與同伴進(jìn)行有效交流。如化學(xué)用語的正確使用、文字表述的邏輯嚴(yán)密與言簡(jiǎn)意賅，是信息輸出的關(guān)鍵。

案例6??實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)的信息輸出

（2019年江蘇省高考卷第19題節(jié)選）

以水洗后的濾渣（CaCO3）為原料，制取CaCl2溶液的實(shí)驗(yàn)方案：?????????。[已知pH=5時(shí)Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全;pH=8.5時(shí)Al（OH）3開始溶解。實(shí)驗(yàn)中必須使用的試劑：?鹽酸和Ca（OH）2]在攪拌下向足量稀鹽酸中分批加入濾渣，待觀察不到氣泡產(chǎn)生后，過濾。向?yàn)V液中分批加入少量Ca（OH）2溶液，用pH試紙測(cè)量溶液pH，當(dāng)pH介于5～8.5時(shí)，過濾。

（2018年江蘇省高考卷第19題節(jié)選）

補(bǔ)充完整由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實(shí)驗(yàn)方案：?????????，用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封包裝。（Na2SO3的溶解度曲線如圖所示）邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，測(cè)量溶液pH，pH約為10時(shí)，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于34℃條件下趁熱過濾。

（2017年江蘇省高考卷第19題節(jié)選）

設(shè)計(jì)從“過濾II”后的濾液[含Ag（NH3）2Cl]中獲取單質(zhì)Ag的實(shí)驗(yàn)方案：?????????（實(shí)驗(yàn)中須使用的試劑有：?2mol·L-1水合肼溶液、1mol·L-1?H2SO4）。[已知：?常溫時(shí)N2H4·H2O（水合肼）在堿性條件下能還原Ag（NH3）+2：?4Ag（NH3）+2+N2H4·H2O4Ag↓

+N2↑+4NH+4+4NH3↑+H2O]向?yàn)V液中滴加2mol·L-1水合肼溶液，攪拌使其充分反應(yīng)。同時(shí)用1mol·L-1?H2SO4吸收反應(yīng)中放出的NH3，等溶液中無氣泡產(chǎn)生，停止滴加，靜置，過濾，洗滌，干燥。

補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)方案的規(guī)范化表達(dá)必須交代清楚操作的細(xì)節(jié)、操作完成的狀況以及溫度、試劑濃度、pH范圍等具體數(shù)據(jù)的表征（見表2）。

4??引領(lǐng)真實(shí)問題解決

以化學(xué)知識(shí)為工具解決實(shí)際問題，促進(jìn)和評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展水平，是素養(yǎng)導(dǎo)向的高中化學(xué)教學(xué)的重要策略。通過模型建構(gòu)、證據(jù)推理、學(xué)科跨界等視角引領(lǐng)真實(shí)問題解決，旨在促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的高水平發(fā)展。

4.1??模型建構(gòu)

模型建構(gòu)是模型認(rèn)知的前提，也是化學(xué)問題難點(diǎn)突破的重要策略。如圖6所示，針對(duì)陌生情境中反應(yīng)的方程式的書寫，建構(gòu)聚焦目標(biāo)（基于規(guī)律推理或信息判斷找出關(guān)鍵反應(yīng)物與產(chǎn)物）、正確配平（依次采用電子守恒、電荷守恒、質(zhì)量守恒，依據(jù)體系酸堿性分析缺項(xiàng)物質(zhì)）、完善細(xì)節(jié)（標(biāo)明反應(yīng)條件，正確使用↑、↓等）的問題解決思維模型，引導(dǎo)學(xué)生優(yōu)化問題解決策略。

4.2??證據(jù)推理

證據(jù)推理是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)之一，也是化學(xué)真實(shí)問題解決的重要策略。依據(jù)證據(jù)呈現(xiàn)的方式和需要解決的問題，可采用類比遷移、歸納演繹、溯因分析、猜想論證等方法挖掘化學(xué)事實(shí)背后的原因，尋找化學(xué)措施實(shí)施的依據(jù)。

如圖7所示，對(duì)于化學(xué)事實(shí)究因類的問題解決，可以采用溯因推理的方式，剝繭抽絲、層層逼近，發(fā)掘化學(xué)事實(shí)背后的原因。

案例8??CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉(zhuǎn)化方法，過程中主要發(fā)生下列反應(yīng)：

反應(yīng)Ⅰ：?CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）??ΔH=41.2kJ·mol-1

反應(yīng)Ⅱ：?2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）??ΔH=-122.5kJ·mol-1

在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，CO2平衡轉(zhuǎn)化率和平衡時(shí)CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如下圖所示。

其中：?CH3OCH3的選擇性=2×CH3OCH3的物質(zhì)的量反應(yīng)的CO2的物質(zhì)的量×100%

（1）?溫度高于300℃，CO2平衡轉(zhuǎn)化率隨溫度升高而上升的原因是????????。

（2）?220℃時(shí)，在催化劑作用下CO2與H2反應(yīng)一段時(shí)間后，測(cè)得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點(diǎn)）。不改變反應(yīng)時(shí)間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有????????。

問題（1）屬于化學(xué)事實(shí)究因類問題，采用溯因分析的方式解決;問題（2）屬于工藝措施選擇類問題，可采用演繹推理分析的方式解決（見表3）。

問題（1）溯因分析：?①?反應(yīng)物平衡轉(zhuǎn)化率受溫度、濃度、壓強(qiáng)等多種因素影響（在本題情境下，只考慮溫度對(duì)平衡移動(dòng)的影響）。

②?反應(yīng)ⅠΔH>0，溫度升高平衡正向移動(dòng)，導(dǎo)致CO2平衡轉(zhuǎn)化率上升;反應(yīng)ⅡΔH<0，溫度升高平衡逆向移動(dòng)，導(dǎo)致CO2平衡轉(zhuǎn)化率下降（溫度對(duì)反應(yīng)Ⅰ、反應(yīng)ⅡCO2平衡轉(zhuǎn)化率的影響相互對(duì)立）。

③?溫度高于300℃，溫度升高反應(yīng)Ⅰ?CO2平衡轉(zhuǎn)化率的增大超過了反應(yīng)ⅡCO2平衡轉(zhuǎn)化率下降的影響（確定決定事物發(fā)展方向的矛盾的主要方面）。形成結(jié)論：?升高溫度，反應(yīng)Ⅰ?CO2平衡轉(zhuǎn)化率升高，反應(yīng)Ⅱ?CO2平衡轉(zhuǎn)化率降低。溫度高于300℃，反應(yīng)ⅠCO2平衡轉(zhuǎn)化率升高幅度大于反應(yīng)ⅡCO2平衡轉(zhuǎn)化率降低幅度。

問題（2）演繹推理：?①?圖中A點(diǎn)位置低于平衡時(shí)CH3OCH3選擇性曲線，此時(shí)CH3OCH3選擇性高低取決于反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率。

②?影響反應(yīng)Ⅱ反應(yīng)速率的條件有溫度、濃度、壓強(qiáng)、催化劑等（在本題情境下，只考慮壓強(qiáng)、催化劑對(duì)反應(yīng)Ⅱ反應(yīng)速率的影響）。

③?增大壓強(qiáng)，能加快反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率;使用對(duì)反應(yīng)Ⅱ催化活性更強(qiáng)的催化劑，能加快反應(yīng)Ⅱ的反應(yīng)速率。措施選擇：

①?增大壓強(qiáng)。

②?采用對(duì)反應(yīng)Ⅱ催化活性更強(qiáng)的催化劑。

4.3??學(xué)科跨界

知識(shí)融合、學(xué)科滲透是信息時(shí)代對(duì)問題解決提出的新要求，從哲學(xué)的視角理解化學(xué)事實(shí)，用數(shù)學(xué)的方法解決化學(xué)問題，借物理的注釋啟迪化學(xué)思維已成為化學(xué)領(lǐng)域真實(shí)問題解決中不可或缺的手段（見表4）。

哲學(xué)視角哲學(xué)觀念：?透過現(xiàn)象看本質(zhì)，抓矛盾的主要方面，揭示事物變化的因果關(guān)系，洞察事物變化的內(nèi)因;辯證思維：?歸納與演繹，分析與綜合，類比與遷移，猜想與論證[9]。

數(shù)學(xué)方法對(duì)數(shù)與指數(shù)：?pH、?Ksp計(jì)算;排列組合：?同分異構(gòu)體數(shù)目分析;三角函數(shù)：?甲烷分子鍵角計(jì)算;立體幾何：?晶胞計(jì)算，空間多面體分析;配方與等量代換：?溶液中微粒濃度分析;方程與不等式：?物質(zhì)組成分析;數(shù)形結(jié)合：?化學(xué)曲線與函數(shù)關(guān)系建立。

物理注釋光的散射：?膠體的丁達(dá)爾現(xiàn)象;熱量與比熱容：?反應(yīng)熱測(cè)定;理想氣體：?阿伏伽德羅定律及其推論;靜電作用：?元素周期律、膠粒的吸附能力、化學(xué)鍵強(qiáng)度、氫鍵、價(jià)層電子對(duì)互斥模型。

如圖8所示，通過基于氣體性質(zhì)、實(shí)驗(yàn)探究、化工生產(chǎn)等具體問題的壓強(qiáng)注釋，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)氣體溶解度、物質(zhì)沸點(diǎn)、氣體密度等物質(zhì)的物理性質(zhì)與壓強(qiáng)的關(guān)系;把握檢驗(yàn)裝置氣密性、量取氣體體積、防止液體倒吸、減壓蒸餾、真空干燥等實(shí)驗(yàn)操作的物理原理;理解氣體計(jì)量、反應(yīng)速率、反應(yīng)限度、生產(chǎn)成本等化工工藝的壓強(qiáng)選擇。整合“壓強(qiáng)”這一物理注釋在化學(xué)問題解決中的應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用壓強(qiáng)視角認(rèn)識(shí)氣體的物理性質(zhì)、理解實(shí)驗(yàn)裝置或操作原理、選擇工業(yè)生產(chǎn)的適宜條件等。

素養(yǎng)導(dǎo)向的高中化學(xué)教學(xué)在教學(xué)課堂上的落地生根需要學(xué)科專家的專業(yè)引領(lǐng)和廣大一線教師的創(chuàng)新實(shí)踐，期望筆者的分享能起到拋磚引玉的作用。

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