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    化學(xué)核心素養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的教學(xué)實(shí)踐探析

    2022-05-30 17:16:47李貴花
    高考·上 2022年5期
    關(guān)鍵詞:教學(xué)實(shí)踐高中化學(xué)

    李貴花

    摘 要:基于化學(xué)核心素養(yǎng)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的發(fā)展,以“認(rèn)識(shí)同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律”為例,通過“復(fù)習(xí)鞏固”“性質(zhì)預(yù)測(cè)”“實(shí)驗(yàn)探究”“思維建?!钡冉虒W(xué)流程,在課程情境中讓學(xué)生初步形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)的觀念,促進(jìn)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的提升。

    關(guān)鍵詞:高中化學(xué);宏觀辨識(shí)與微觀探析;教學(xué)實(shí)踐

    《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017版),下文簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)指出:“各學(xué)科應(yīng)引導(dǎo)教學(xué)更加關(guān)注育人目的,更加關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)[1]?!薄昂暧^辨識(shí)與微觀探析”作為化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要組成部分,既是核心素養(yǎng)培養(yǎng)過程中應(yīng)形成的化學(xué)觀念,也是解決化學(xué)學(xué)科問題的思維方法。其落地需要教師將“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)(以下簡(jiǎn)稱“宏微”素養(yǎng))的培養(yǎng)循序漸進(jìn)地融入平時(shí)的教學(xué)中,以期通過一系列化學(xué)認(rèn)知活動(dòng)逐漸培養(yǎng)和形成從宏觀辨識(shí)與微觀探析視角認(rèn)識(shí)客觀事物的內(nèi)在品質(zhì),并使之成為學(xué)生在當(dāng)下學(xué)習(xí)和今后工作或生活中能主動(dòng)從宏觀辨識(shí)與微觀探析視角分析、看待問題的自覺意識(shí)和思維習(xí)慣[2]。

    一、發(fā)展“宏微”素養(yǎng)的理論依據(jù)

    “宏微”素養(yǎng)體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科與其他學(xué)科不同的思維方式,學(xué)會(huì)用這種特殊的思維方式學(xué)習(xí)化學(xué),能夠增進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科的理解、對(duì)知識(shí)的掌握和對(duì)問題的分析?!墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中“宏觀辨識(shí)與微觀探析”的概念是:能從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性,并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類;能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化,形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。其內(nèi)容包含三個(gè)層面:

    (一)知識(shí)層面:能從不同層次認(rèn)識(shí)物質(zhì)的多樣性,并對(duì)物質(zhì)進(jìn)行分類,能從元素和原子、分子水平認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和變化。

    (二)思維層面:能從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題。

    (三)觀念層面:形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。

    知識(shí)層面是學(xué)生從化學(xué)學(xué)科角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)、形成宏觀辨識(shí)與微觀探析思維、建構(gòu)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)觀念的必備知識(shí),是解決問題的工具,也是形成關(guān)鍵能力的基礎(chǔ)。思維層面要求學(xué)生能從宏觀到微觀或從微觀到宏觀角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的本質(zhì),以建構(gòu)解決化學(xué)問題的思維視角。觀念層面是對(duì)宏觀辨識(shí)與微觀探析深度理解之后形成的化學(xué)觀念,是化學(xué)學(xué)科的核心觀念,是宏觀辨識(shí)與微觀探析思維方式的具體表現(xiàn)形式,也是學(xué)生思考和解決問題的一種策略與機(jī)制。三個(gè)層面并不是孤立的,而是有機(jī)聯(lián)系、相輔相成、循環(huán)發(fā)展,促進(jìn)“宏微”素養(yǎng)的形成和進(jìn)階。童文昭老師將發(fā)展“宏微”素養(yǎng)的思維類型與能力表現(xiàn)概括如下[3]。

    1.宏觀→微觀類型。判斷結(jié)構(gòu):能根據(jù)物質(zhì)的宏觀特征對(duì)物質(zhì)及其反應(yīng)進(jìn)行分析,推斷物質(zhì)的微觀組成和結(jié)構(gòu)。

    2.微觀→宏觀類型。分析性質(zhì),預(yù)測(cè)現(xiàn)象,推斷結(jié)果:能根據(jù)物質(zhì)的微觀組成和結(jié)構(gòu),預(yù)測(cè)、推斷物質(zhì)的性質(zhì)、變化的現(xiàn)象和結(jié)果。

    3.“宏微”結(jié)合類型。觀念性思維體現(xiàn):能基于物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì)、物質(zhì)性質(zhì)反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀念,綜合微觀和宏觀層面的認(rèn)識(shí),對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、現(xiàn)象等方面的問題進(jìn)行分析、解決和評(píng)價(jià)。

    二、教學(xué)背景分析

    (一)關(guān)于“宏微”素養(yǎng)的學(xué)情分析

    初中階段,學(xué)生通過“物質(zhì)構(gòu)成的奧秘”“自然界的水”的學(xué)習(xí),建立了宏觀辨識(shí)與微觀探析的基本意識(shí),高中階段,經(jīng)過選擇性必修1與選擇性必修2第一章前兩節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)能較為熟練地書寫、表達(dá)及簡(jiǎn)單應(yīng)用部分微觀方面的化學(xué)符號(hào),也能從宏觀上辨識(shí)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,但對(duì)宏觀現(xiàn)象背后的微觀實(shí)質(zhì)理解能力有限,從微觀角度預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)的能力欠缺,缺乏將宏觀現(xiàn)象與微觀實(shí)質(zhì)相聯(lián)系綜合分析化學(xué)實(shí)質(zhì)的意識(shí)[4]。

    (二)教學(xué)案例教材版本

    魯科版高中化學(xué)必修第二冊(cè)第一章第三節(jié)第一課時(shí)

    (三)教學(xué)設(shè)計(jì)思路

    以第3周期元素為例探究同周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律為主線,通過研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序——“復(fù)習(xí)鞏固”“性質(zhì)預(yù)測(cè)”“實(shí)驗(yàn)探究”“思維建?!币龑?dǎo)學(xué)生應(yīng)用必修第二冊(cè)第一章第一節(jié)原子結(jié)構(gòu)與元素性質(zhì)的相關(guān)知識(shí)預(yù)測(cè)第3周期元素原子得失電子能力的強(qiáng)弱,討論、設(shè)計(jì)并動(dòng)手實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證預(yù)測(cè),最后根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果歸納結(jié)論,建構(gòu)判斷同周期元素原子得失電子能力強(qiáng)弱的思維模型,初步建立“位”“構(gòu)”“性”三者的聯(lián)系。幫助學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”這一統(tǒng)攝性化學(xué)觀念,實(shí)現(xiàn)“宏微”素養(yǎng)的落地。教學(xué)中,關(guān)于認(rèn)識(shí)同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律的活動(dòng)內(nèi)容與發(fā)展“宏微”素養(yǎng)呈現(xiàn)以下關(guān)聯(lián):

    1.理解與辨析→復(fù)習(xí)11至18號(hào)元素原子結(jié)構(gòu)示意圖→運(yùn)用微粒結(jié)構(gòu)圖式描述物質(zhì)。

    2.分析與推測(cè)→根據(jù)原子結(jié)構(gòu)的相關(guān)知識(shí)預(yù)測(cè)11至18號(hào)元素原子得失電子能力的強(qiáng)弱→從微觀視角分析問題,預(yù)測(cè)物質(zhì)的宏觀物質(zhì)。

    3.探究與創(chuàng)新→設(shè)計(jì)并操作實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證11至18號(hào)元素原子得失電子能力的強(qiáng)弱→從宏觀和微觀相結(jié)合的視角解決實(shí)際問題。

    4.歸納與論證→由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出11至18號(hào)元素原子得失電子能力的強(qiáng)弱順序→初步建立“位”“構(gòu)”“性”三者的聯(lián)系,形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念。

    (四)教學(xué)目標(biāo)

    本文旨在探討基于“宏微”素養(yǎng)角度的教學(xué)實(shí)踐,因此設(shè)定如下教學(xué)目標(biāo)。

    1.能從原子結(jié)構(gòu)角度,解釋同周期元素原子得失電子遞變的原因,培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用微粒結(jié)構(gòu)圖示描述物質(zhì)及其變化,聯(lián)系物質(zhì)的組成和結(jié)構(gòu)解釋宏觀現(xiàn)象的能力。

    2.能從預(yù)測(cè)的物質(zhì)性質(zhì)出發(fā),依據(jù)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,通過實(shí)驗(yàn)事實(shí),驗(yàn)證金屬元素原子失電子能力強(qiáng)弱比較的間接方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合微觀和宏觀層面的認(rèn)識(shí),從宏觀特征入手根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象辨識(shí)物質(zhì)及其反應(yīng),對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、現(xiàn)象等方面的問題進(jìn)行分析、解決的能力。

    3.能從預(yù)測(cè)的物質(zhì)性質(zhì)出發(fā),運(yùn)用信息分析問題、解決問題,根據(jù)反應(yīng)發(fā)生的條件等一系列信息,總結(jié)非金屬元素原子得電子能力強(qiáng)弱比較的間接方法,培養(yǎng)學(xué)生綜合微觀和宏觀層面的認(rèn)識(shí),對(duì)物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、變化、現(xiàn)象等方面的問題進(jìn)行分析、解決的能力。

    4.體會(huì)原子結(jié)構(gòu)與同周期元素性質(zhì)遞變之間的關(guān)系,初步形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì),物質(zhì)性質(zhì)反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀念,實(shí)現(xiàn)“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的進(jìn)階[5]。

    (五)教學(xué)環(huán)節(jié)

    環(huán)節(jié)1,從原子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)第3周期元素原子得失電子的遞變規(guī)律。

    1.通過已學(xué)知識(shí),說出比較元素原子失電子能力的方法。

    2.寫出第3周期元素原子結(jié)構(gòu)示意圖,并嘗試從原子結(jié)構(gòu)角度說明該周期元素原子得失電子能力出現(xiàn)差異的原因。

    3.通過第3周期元素的原子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)第3周期元素原子得失電子能力的遞變規(guī)律。

    設(shè)計(jì)意圖:此階段學(xué)生“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)觀念尚處于萌芽階段,學(xué)生由原子結(jié)構(gòu)預(yù)測(cè)第3周期元素原子得失電子能力的遞變規(guī)律難度較大。教師通過設(shè)置問題鏈,將微觀層面探析物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、變化現(xiàn)象等相關(guān)零散知識(shí)進(jìn)行整合、內(nèi)化,將知識(shí)從熟悉引向陌生,循序漸進(jìn),由淺入深,實(shí)現(xiàn)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”化學(xué)觀念的覺醒、促進(jìn)“宏微”學(xué)科素養(yǎng)的有效落實(shí),提高學(xué)生解決問題的能力。

    對(duì)“從原子結(jié)構(gòu)角度說明第3周期元素原子得失電子能力出現(xiàn)差異的原因”這一難點(diǎn)的突破,可通過設(shè)置問題鏈引導(dǎo)學(xué)生思考:①第3周期元素原子的電子層數(shù),最外層電子數(shù)有什么變化規(guī)律?②第3周期元素原子的半徑有什么變化規(guī)律?③原子核內(nèi)質(zhì)子與核外電子存在什么作用力?它們之間的距離有什么變化規(guī)律?導(dǎo)致得失電子的難易出現(xiàn)什么差異?這三個(gè)問題要求學(xué)生從微觀層面分析不同類物質(zhì)性質(zhì)差異的原因,從而得出第3周期元素原子得失電子能力的遞變規(guī)律。

    環(huán)節(jié)2,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)節(jié)1對(duì)第3周期元素原子得失電子能力強(qiáng)弱的預(yù)測(cè)。

    1.根據(jù)已學(xué)知識(shí)及課本20頁方法導(dǎo)引中的提示,分小組討論比較Na、Mg、Al元素原子失電子能力強(qiáng)弱的方法,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案驗(yàn)證。

    2.根據(jù)課本21頁方法導(dǎo)引中的提示,認(rèn)真閱讀課本21頁“閱讀探究”欄目,獲取非金屬元素原子得電子能力強(qiáng)弱的證據(jù),形成表格。

    設(shè)計(jì)意圖:以實(shí)驗(yàn)為抓手,通過實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生從宏觀和微觀結(jié)合上觀察各類物質(zhì)及其反應(yīng)的不同特征,依據(jù)實(shí)驗(yàn)證據(jù)或材料證據(jù)歸納物質(zhì)性質(zhì),推出合理結(jié)論。培養(yǎng)學(xué)生從“宏微”結(jié)合的角度分析與解決實(shí)際問題的能力,促進(jìn)“宏微”素養(yǎng)的提升。

    從課堂實(shí)際效果看,學(xué)生已具備一定實(shí)驗(yàn)探究能力,能較好地設(shè)計(jì)并操作實(shí)驗(yàn),教師可在實(shí)驗(yàn)探究任務(wù)中適時(shí)尋找“宏微”素養(yǎng)的生長(zhǎng)點(diǎn)。如,有一小組提出可通過金屬單質(zhì)與鹽溶液的置換反應(yīng)判斷Na、Mg、Al元素原子失電子能力的強(qiáng)弱,設(shè)計(jì)并操作相應(yīng)實(shí)驗(yàn)時(shí),從宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象發(fā)現(xiàn):①Na與可溶性鎂鹽溶液發(fā)生反應(yīng),未有新的金屬單質(zhì)生成,而是產(chǎn)生白色沉淀。②Mg與可溶性鋁鹽溶液發(fā)生反應(yīng),未觀察到新金屬單質(zhì)生成,鎂片上產(chǎn)生大量細(xì)小氣泡,溶液逐漸變渾濁。原因何在?問題①:通過必修第一冊(cè)的學(xué)習(xí),學(xué)生很容易從微觀角度想到Na遇到H2O、可溶性鎂鹽時(shí),反應(yīng)順序是先水后鹽。問題②:Mg與可溶性鋁鹽溶液反應(yīng),涉及選擇性必修1中鹽類水解的內(nèi)容,此時(shí)教師可通過問題鏈引導(dǎo)學(xué)生深入思考:Ⅰ.產(chǎn)生大量氣泡可能是生成了什么氣體?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。氣體是溶液中哪些微粒反應(yīng)產(chǎn)生的?Ⅱ.這些微粒在鋁鹽溶液中存在嗎?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明這些微粒的存在。Ⅲ.這些微粒與Mg反應(yīng)的順序是什么?猜測(cè)并動(dòng)手實(shí)驗(yàn)后,學(xué)生可以得出:鋁鹽溶液呈酸性,Mg先與溶液中的H+反應(yīng)生成H2。因此,不能利用金屬單質(zhì)與鹽溶液的置換反應(yīng)判斷Na、Mg、Al元素原子失電子能力的強(qiáng)弱。對(duì)該實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)預(yù)測(cè)之外的現(xiàn)象解析要求學(xué)生從微觀層面分析反應(yīng)原理,認(rèn)識(shí)反應(yīng)本質(zhì),提高從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析與解決實(shí)際問題的能力[6]。

    環(huán)節(jié)3,宏微結(jié)合得出結(jié)論,建構(gòu)思維模型。

    1.根據(jù)這節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容,得出第2周期元素原子得失電子的遞變規(guī)律。

    2.比較第2周期元素性質(zhì)的遞變規(guī)律。

    3.總結(jié)元素周期表中同周期元素原子得失電子的遞變規(guī)律。

    設(shè)計(jì)意圖:通過認(rèn)識(shí)元素“位”“構(gòu)”“性”之間的內(nèi)在聯(lián)系,引導(dǎo)學(xué)生形成物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定物質(zhì)性質(zhì),物質(zhì)性質(zhì)反映物質(zhì)結(jié)構(gòu)的化學(xué)觀念,協(xié)助學(xué)生遵循“微觀→宏觀”“宏觀→微觀”的思維建立同周期元素性質(zhì)遞變規(guī)律的認(rèn)知模型。

    為讓學(xué)生對(duì)“位”“構(gòu)”“性”之間的聯(lián)系有深刻認(rèn)識(shí),可進(jìn)行簡(jiǎn)單的課堂訓(xùn)練。如進(jìn)行小組開火車搶答競(jìng)賽,由教師提問,各小組學(xué)生按座位順序搶答,若答案錯(cuò)誤,可由其他小組繼續(xù)搶答。搶答的試題對(duì)學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)”觀念的作用應(yīng)簡(jiǎn)單、直接、高效,如下(針對(duì)第2周期):

    ①失電子能力最強(qiáng)的元素是哪一個(gè)?

    ②最外層電子數(shù)最多的元素是哪一個(gè)?

    ③最高正價(jià)最大的元素是哪一個(gè)?

    ④最高價(jià)含氧酸酸性最強(qiáng)的元素是哪一個(gè)?

    ⑤氣態(tài)氫化物穩(wěn)定性最強(qiáng)的元素是哪一個(gè)?

    ⑥第一個(gè)非金屬元素處于第幾位?

    ⑦與酸反應(yīng)生成氫氣最慢的元素是哪一個(gè)?

    三、教學(xué)反思

    (一)注重技巧,尋找最適教學(xué)實(shí)施路徑

    “宏微”素養(yǎng)發(fā)展在高中化學(xué)教學(xué)中大多涉及微觀視角分析問題,具有抽象性強(qiáng)、直觀性弱、思維難度高等特點(diǎn),教學(xué)過程往往枯燥無味。教師可從熟悉的知識(shí)點(diǎn)入手逐步過渡到陌生知識(shí)點(diǎn)的掌握;從常見易理解的情境入手訓(xùn)練,逐步加深難度到可適應(yīng)陌生情境的問題解決;從化學(xué)實(shí)驗(yàn)入手,逐步將抽象化的微觀本質(zhì)通過宏觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象或數(shù)據(jù)呈現(xiàn),降低學(xué)生理解并內(nèi)化知識(shí)的難度。

    (二)循序漸進(jìn),符合學(xué)生認(rèn)知規(guī)律

    “宏微”素養(yǎng)是在一定知識(shí)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的化學(xué)學(xué)科能力。高中不同學(xué)段學(xué)生知識(shí)基礎(chǔ)和心理發(fā)展程度存在差異,根據(jù)學(xué)生在不同學(xué)段的知識(shí)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)設(shè)定相應(yīng)難度梯度進(jìn)行針對(duì)性教學(xué),走穩(wěn)每一步。

    (三)合理規(guī)劃,設(shè)置導(dǎo)引性問題鏈

    化學(xué)教學(xué)中設(shè)置問題鏈引導(dǎo)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的情況較為多見。問題鏈的設(shè)置應(yīng)為教學(xué)目標(biāo)服務(wù),帶有明確的目的性,若目的是解決問題,問題鏈的設(shè)置需考慮思維活動(dòng)開展的深度,問題鏈要有一定的難度梯度,由淺入深、由表及里、前后銜接、問問相扣,化學(xué)教學(xué)中的知識(shí)性教學(xué)設(shè)置的問題鏈多為此類;若目的是強(qiáng)化訓(xùn)練,問題鏈的設(shè)置需考慮思維活動(dòng)開展的廣度,問題鏈可以沒有層次性,只在同一水平重復(fù),但需考慮問題鏈覆蓋知識(shí)的全面性,化學(xué)教學(xué)中的認(rèn)知性習(xí)題訓(xùn)練設(shè)置的問題鏈多為此類。

    結(jié)束語

    本節(jié)課使學(xué)生初步改變了化學(xué)觀念,強(qiáng)化了化學(xué)學(xué)習(xí)中物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)之間的聯(lián)系,凸顯了“宏微”結(jié)合思想在解決化學(xué)問題中的重要作用,實(shí)現(xiàn)了從化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)的學(xué)習(xí)向培養(yǎng)學(xué)生“宏微”素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變,真正提升了學(xué)生“宏微”素養(yǎng)的水平。

    參考文獻(xiàn)

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    本文系福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃2020年度課題“基于高中化學(xué)學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)的‘宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng)培養(yǎng)的實(shí)踐研究”(立項(xiàng)批準(zhǔn)號(hào):FJJKX20-905)的階段性研究成果。

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