核心素養(yǎng)為本的學(xué)科思維模型建構(gòu)

侯曉娜

發(fā)展核心素養(yǎng)是教育的目標(biāo)。在經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、技術(shù)突飛猛進(jìn)發(fā)展的時(shí)代背景下，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教育顯得尤為重要。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)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”五個(gè)維度。在化學(xué)教學(xué)中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，是深化課程改革、落實(shí)立德樹人的重要舉措。而核心概念的教學(xué)往往可以作為核心素養(yǎng)的載體，研究核心概念的學(xué)科思維模型的建構(gòu)，有利于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

本文以人教版選修“化學(xué)平衡”核心概念的教學(xué)為例，以化學(xué)核心素養(yǎng)為本，融合學(xué)科思政和學(xué)科思維，體現(xiàn)單元深度教學(xué)，探索高中化學(xué)核心概念教學(xué)中學(xué)科思維模型的建構(gòu)及其教學(xué)策略。

一、化學(xué)核心素養(yǎng)為本的學(xué)科思維模型的建構(gòu)

1. 素養(yǎng)為本的教學(xué)內(nèi)容分析

“化學(xué)平衡”是貫穿于整個(gè)中學(xué)化學(xué)學(xué)科的重要理論之一，內(nèi)容抽象，具有很強(qiáng)的邏輯性，對(duì)思維能力的要求很高，具有一定的難度，是中學(xué)化學(xué)中所涉及的溶解平衡、電離平衡、水解平衡等知識(shí)的核心，其知識(shí)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

課程標(biāo)準(zhǔn)非常重視基于學(xué)科核心素養(yǎng)的育人目標(biāo)對(duì)教學(xué)內(nèi)容的要求，平衡作為核心概念，是學(xué)生形成變化觀念和平衡思想、宏觀辨識(shí)與微觀分析等核心素養(yǎng)的載體?？此坪?jiǎn)單的知識(shí)結(jié)構(gòu)，要想承載豐富的學(xué)科素養(yǎng)，就必須對(duì)其進(jìn)行細(xì)化和挖掘。

2.素養(yǎng)為本的化學(xué)平衡教學(xué)目標(biāo)

基于核心素養(yǎng)的高中核心概念課程標(biāo)準(zhǔn)要求，設(shè)計(jì)確定本節(jié)課教學(xué)目標(biāo)如下：

目標(biāo)1：通過氯化銀的沉淀溶解平衡引入回顧可逆反應(yīng)，進(jìn)而認(rèn)知化學(xué)平衡并能用符號(hào)表征，形成化學(xué)平衡概念。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)指向“宏觀辨識(shí)與微觀探析”。

目標(biāo)2：通過案例數(shù)據(jù)分析和實(shí)驗(yàn)探究，自主探究繪制圖像，體會(huì)化學(xué)平衡的建立，概括化學(xué)平衡狀態(tài)的特征和歸納化學(xué)平衡狀態(tài)的判斷方法，形成認(rèn)知化學(xué)平衡的基本思路。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)指向 “證據(jù)推理與模型認(rèn)知” “變化觀念與平衡思想”。

目標(biāo)3：通過創(chuàng)設(shè)問題情境，解決問題，鞏固化學(xué)平衡的核心概念。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)指向“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”。

目標(biāo)4：以化學(xué)史實(shí)為主線，融合學(xué)科思政，培養(yǎng)學(xué)生追求真理、契而不舍的科學(xué)精神。核心素養(yǎng)的培養(yǎng)指向“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”。

3.核心素養(yǎng)為本的學(xué)科思維模型的建構(gòu)

通過以上分析，基于化學(xué)核心素養(yǎng)， 把“化學(xué)平衡”概念的教學(xué)細(xì)化深挖為五大學(xué)習(xí)任務(wù)，任務(wù)之間層層遞進(jìn)，建構(gòu)“化學(xué)平衡”核心概念的學(xué)科思維模型，見表1。

由此形成化學(xué)核心素養(yǎng)為本的建構(gòu)核心概念的學(xué)科思維模型如圖2所示。

二、以化學(xué)核心素養(yǎng)為本建構(gòu)學(xué)科思維模型的教學(xué)策略

1.重組教材，體現(xiàn)單元深度教學(xué)

大單元深度教學(xué)，有利于實(shí)現(xiàn)整體知識(shí)的聯(lián)動(dòng)，助力學(xué)生形成網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化的相關(guān)知識(shí)，培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析、變化觀念與平衡思想、科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任。本節(jié)課將相關(guān)內(nèi)容重組和安排如下：

將選修4第三章的AgCl 的溶解平衡提前到本節(jié)，做實(shí)驗(yàn)看現(xiàn)象，引起學(xué)生認(rèn)知沖突，引出溶解平衡的存在; 將本節(jié)后續(xù)實(shí)驗(yàn)2-6（NO2與N2O4存在的平衡）提前在本節(jié)課中演示進(jìn)行，幫助學(xué)生對(duì)平衡特征的認(rèn)知;對(duì)必修2出現(xiàn)過的科學(xué)史話——煉鐵高爐尾氣之謎從新設(shè)計(jì)利用，以其為線索，形成學(xué)科思政的主線和學(xué)科思維的載體。

2.創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，靠近核心概念區(qū)

實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的基礎(chǔ)，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境，可以為知識(shí)的學(xué)習(xí)提供事實(shí)依據(jù)，化抽象為具體。教學(xué)中，根據(jù)學(xué)生知識(shí)發(fā)展最近區(qū)，從宏觀容易理解的溶解平衡出發(fā)，教師先展示常見反應(yīng)鎂條燃燒和氯化銀沉淀的生成實(shí)驗(yàn)圖片，使學(xué)生對(duì)原有認(rèn)知重新認(rèn)識(shí)。再通過問題驅(qū)動(dòng)：以上所有化學(xué)反應(yīng)真的進(jìn)行到底了嗎？ 接著教師引導(dǎo)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明：取飽和氯化銀的上層清液再滴加硝酸銀或者氯化鈉溶液，會(huì)看到又有白色渾濁出現(xiàn)。學(xué)生根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)情境，總結(jié)溶解平衡的特點(diǎn)，引出可逆過程，并用化學(xué)符號(hào)表達(dá)：

AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq）

然后在教師的引導(dǎo)下，畫出氯化銀的溶解平衡速率-時(shí)間圖像，為后續(xù)環(huán)節(jié)數(shù)據(jù)分析、圖像分析打下基礎(chǔ)，為下一環(huán)節(jié)化學(xué)平衡狀態(tài)的建立做鋪墊。

3. 融入學(xué)科思政，建構(gòu)核心概念

化學(xué)史實(shí)可以把知識(shí)與實(shí)際生活聯(lián)系起來，融入學(xué)科思政，使知識(shí)的形成有本有源，大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時(shí)培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感。

教學(xué)中將必修2“科學(xué)史話——高爐尾氣之謎”重新利用，作為學(xué)科素養(yǎng)載體，融入學(xué)科思政。教師由科學(xué)史話改編問題1：某工廠實(shí)驗(yàn)室模擬高爐煉鐵，將3 mol CO與1 mol Fe2O3放入體積為1 L的密閉容器中進(jìn)行反應(yīng)，測(cè)得數(shù)據(jù)見表2。

學(xué)生分組討論探究并完成以下問題：

（1）畫出0～70s各物質(zhì)的濃度隨時(shí)間變化的圖像;

（2）畫出0～70s正、逆反應(yīng)速率隨時(shí)間變化的圖像。學(xué)生通過分析數(shù)據(jù)變化和圖像，順利建立化學(xué)平衡狀態(tài)的核心概念。

4. 創(chuàng)設(shè)問題情境，深化核心概念、形成思路

好的課堂問題可以推動(dòng)學(xué)生的思維向高階發(fā)展?；瘜W(xué)平衡的核心概念建立后，教師主要通過創(chuàng)設(shè)問題情境，推動(dòng)學(xué)生思維不斷發(fā)展：

（1）如何判斷在一定條件下，一個(gè)可逆反應(yīng)達(dá)到了平衡狀態(tài)？ 學(xué)生根據(jù)前面畫的2個(gè)圖，很容易得出：v正=v逆，某個(gè)量不再變化了;（2）①怎樣理解v正=v逆？②是否只要看見體系任意一個(gè)量不再變化了，就一定是平衡態(tài)？ 緊接著拋出由科學(xué)史話改編問題2：針對(duì)上述高爐煉鐵中的反應(yīng)：

C+CO22CO

請(qǐng)?jiān)佼嫵龌旌蠚怏w總質(zhì)量隨時(shí)間變化的圖;混合氣體總的物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的圖;CO物質(zhì)的量隨時(shí)間變化的圖。學(xué)生通過畫圖，小組交流，得出如果某個(gè)量一直不變，就不能作為判斷平衡的標(biāo)志，開始在變，一段時(shí)間后不再變化了，才能作為判斷平衡的標(biāo)志。（3）對(duì)于給定的反應(yīng)，化學(xué)平衡狀態(tài)怎樣判斷呢？學(xué)生總結(jié)：v正=v逆，變化的量不再變化了（也就是開始在變，一段時(shí)間后不再變化了）;可以利用數(shù)據(jù)畫圖分析。師生總結(jié)：化學(xué)平衡的（判斷）條件及特征：逆、動(dòng)、等、定、變（“變”這個(gè)特征可以設(shè)計(jì)演示2-6實(shí)驗(yàn)NO2 與N2O4存在的平衡來證明。）

通過問題逐步引導(dǎo)，幫助學(xué)生找到解決問題的方法和思路，通過數(shù)據(jù)、圖像、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等多角度定性判斷化學(xué)平衡。使學(xué)生解決問題的關(guān)鍵能力得到提升，形成學(xué)科思維模型。

5. 思路鞏固、應(yīng)用，與核心概念形成雙循環(huán)

應(yīng)用思路解決問題，同時(shí)促進(jìn)對(duì)核心概念的理解，與核心概念形成雙循環(huán)。教師拋出由科學(xué)史話改編問題3：在一定溫度、固定體積的密閉容器中模擬進(jìn)行高爐煉鐵的主反應(yīng)：

Fe2O3（s）+3CO（g）2Fe（s） +3CO2（g）

分組討論：哪些情況可以判斷上述反應(yīng)達(dá)到了平衡，并畫圖說明理由，你有什么發(fā)現(xiàn)？

設(shè)置懸念：如何才能減少高爐煉鐵中CO的含量呢？下節(jié)課繼續(xù)——“變”。

該教學(xué)策略，連貫性地提出三個(gè)大問題，驅(qū)動(dòng)學(xué)生思維向更高層發(fā)展。通過畫圖學(xué)生會(huì)發(fā)現(xiàn)不同類型的反應(yīng)體系，判斷標(biāo)準(zhǔn)不太一樣，使核心概念得到鞏固和深化。設(shè)置懸念，可以將問題引向縱深，引起學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)探究的欲望，與后續(xù)課程聯(lián)動(dòng)，形成大單元教學(xué)。

以化學(xué)核心素養(yǎng)為本，融入學(xué)科思政，體現(xiàn)大單元深度教學(xué)的學(xué)科思維模型的建構(gòu)及核心概念的教學(xué)，以不同的學(xué)習(xí)任務(wù)為課堂驅(qū)動(dòng)，各任務(wù)間通過引入、過渡、推進(jìn)、提升相互作用，使學(xué)生解決問題的能力通過任務(wù)的完成螺旋上升。這個(gè)過程要注意從宏、微、符三重表征的角度認(rèn)知核心概念;注意教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)，如問題情境、實(shí)驗(yàn)情境、科學(xué)史實(shí)情境等的創(chuàng)設(shè)和利用，化抽象為具體，使知識(shí)的形成有事實(shí)依據(jù);注意通過任務(wù)驅(qū)動(dòng)培養(yǎng)學(xué)生的自主探究能力，使知識(shí)的形成得到生長(zhǎng)而不是強(qiáng)加;注意大單元深度教學(xué)，形成結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化的整體知識(shí)，使知識(shí)間融會(huì)貫通;注意把核心概念的認(rèn)知活動(dòng)和社會(huì)責(zé)任建立起聯(lián)系，通過融合學(xué)科思政，使學(xué)生的學(xué)科精神和社會(huì)責(zé)任得到培養(yǎng)，最終實(shí)現(xiàn)立德樹人的根本目標(biāo)。

（收稿日期：2021-07-15）