基于化學(xué)學(xué)科理解的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)探索

薛磊

摘要：基于化學(xué)學(xué)科理解，將“金屬的冶煉”作為教學(xué)情境，通過深入分析學(xué)科知識系統(tǒng)、剖析學(xué)科核心問題、搭建學(xué)科思維方法和挖掘知識內(nèi)在價(jià)值，幫助學(xué)生掌握必備知識與能力，發(fā)展學(xué)生的證據(jù)推理與模型建構(gòu)素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)學(xué)科理解;金屬的冶煉;教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號：1008-0546（2022）09-0040-04中圖分類號：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中明確提出化學(xué)教師需要增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解，提升課堂教學(xué)能力。對于初中化學(xué)教師而言，增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解有利于“落實(shí)素養(yǎng)為本的教學(xué)目標(biāo)、豐富化學(xué)學(xué)科教學(xué)知識、完善化學(xué)學(xué)科教學(xué)思維等功能實(shí)現(xiàn)”[1]。本文以滬教版化學(xué)九年級上冊“金屬的冶煉”為例，談?wù)勅绾位诨瘜W(xué)學(xué)科理解設(shè)計(jì)課堂教學(xué)活動，把握化學(xué)學(xué)科體系中知識結(jié)構(gòu)之間的關(guān)系，挖掘知識所承載的學(xué)科價(jià)值、育人價(jià)值和社會價(jià)值。

一、化學(xué)學(xué)科理解的涵義

在高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)中指出：化學(xué)學(xué)科理解，是指教師對化學(xué)學(xué)科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識，它不僅僅只是對化學(xué)知識的理解，還包括對具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解。[2]喬國才認(rèn)為“對化學(xué)學(xué)科知識的本原性、結(jié)構(gòu)化認(rèn)識，可以理解為對學(xué)科知識的形成、內(nèi)涵、功能和局限性等多方面的認(rèn)識以及學(xué)科知識之間相互關(guān)系的認(rèn)識;對化學(xué)學(xué)科思維方式和方法的本性、結(jié)構(gòu)化認(rèn)識，可以理解為具有學(xué)科特質(zhì)的化學(xué)認(rèn)識視角和化學(xué)認(rèn)識思路的形成和建構(gòu)”[3]。陳進(jìn)前認(rèn)為化學(xué)學(xué)科理解的內(nèi)容包括學(xué)科整體（內(nèi)容范圍包括化學(xué)科學(xué)、教育學(xué)等多個領(lǐng)域）、單元或課時（內(nèi)容范圍包括核心概念與知識結(jié)構(gòu)、化學(xué)教學(xué)情境、化學(xué)學(xué)科思維和方法、化學(xué)學(xué)科知識的意義等方面的理解）這兩個層面。[4]

在化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)上也明確提出，化學(xué)是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、轉(zhuǎn)化及其應(yīng)用的一門基礎(chǔ)學(xué)科，其特征是從微觀層次認(rèn)識物質(zhì)，以符號形式描述物質(zhì)，在不同層面創(chuàng)造物質(zhì)。義務(wù)教育階段的初中化學(xué)課程更是具有啟蒙性、實(shí)踐性和發(fā)展性的特點(diǎn)，不但需要學(xué)生初步形成“物質(zhì)是多樣的”“物質(zhì)是由元素組成和微粒構(gòu)成的”“物質(zhì)能夠遵循一定的規(guī)律，在一定條件下實(shí)現(xiàn)相互轉(zhuǎn)化”等基本化學(xué)觀念，還需要學(xué)生能在問題解決過程中運(yùn)用比較、分類、分析、綜合、歸納等科學(xué)方法，以及鍛煉基于實(shí)驗(yàn)事實(shí)進(jìn)行證據(jù)推理、構(gòu)建模型、推測判斷等方面能力，更需要學(xué)生能理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境（STSE）之間的相互關(guān)系，從而真正落實(shí)立德樹人根本任務(wù)。

二、“金屬的冶煉”的學(xué)科理解

1.學(xué)科知識系統(tǒng)的分析

教材中有關(guān)安排在“第5章金屬的冶煉與利用”的“第二節(jié)金屬礦物鐵的冶煉”，其內(nèi)容體系大致為：理論設(shè)想→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→工業(yè)應(yīng)用（見圖1）。教材先由金屬元素在自然界的存在及其常見金屬礦物介紹開始，提出將金屬化合物轉(zhuǎn)化為金屬的可能性，然后通過在高溫條件下一氧化碳與氧化鐵的演示實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證其可行性，最后則由工業(yè)高爐煉鐵設(shè)備及其基本原理的介紹來完成該反應(yīng)的實(shí)用性，而“金屬的冶煉方法”作為“拓展視野”部分進(jìn)行補(bǔ)充。

2.學(xué)科核心問題的剖析

本課時的關(guān)鍵任務(wù)和核心問題為：“如何將金屬礦物轉(zhuǎn)化為金屬？”可將其分解為若干個子問題，如：從元素存在的角度考慮冶煉原料的選擇;從物質(zhì)類別及性質(zhì)的角度考慮轉(zhuǎn)化原理的選擇;從化學(xué)反應(yīng)條件控制的角度考慮反應(yīng)轉(zhuǎn)化率等等，如圖2所示。

3.學(xué)科思維方法的搭建

學(xué)科思維方法就是在解決實(shí)際問題過程中所體現(xiàn)出具有特定學(xué)科特質(zhì)的認(rèn)知和思維方式、學(xué)科觀念和方法等。為解決本課時的核心問題，學(xué)生需要明確“化學(xué)反應(yīng)前后元素種類不變”“化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)就是原子遵循一定的規(guī)律重新組合”“化學(xué)反應(yīng)是在一定條件下進(jìn)行的”等化學(xué)觀念，運(yùn)用分析、歸納、想象等科學(xué)思維方法，從理論推導(dǎo)與實(shí)際應(yīng)用層面考慮物質(zhì)轉(zhuǎn)化的相關(guān)問題。

同時，本章內(nèi)容是以金屬鐵為代表認(rèn)識金屬的性質(zhì)與應(yīng)用、金屬的冶煉以及金屬的銹蝕與防護(hù)等相關(guān)內(nèi)容?！皬奶厥獾揭话悖購囊话愕教厥狻闭J(rèn)知模式的建立，有利于學(xué)生認(rèn)知過程以及知識體系的系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，為學(xué)生后續(xù)“第7章應(yīng)用廣泛的酸、堿、鹽”相關(guān)內(nèi)容學(xué)習(xí)設(shè)置了相應(yīng)的思維腳手架。

4.知識內(nèi)在價(jià)值的挖掘

充分運(yùn)用化學(xué)發(fā)展素材，挖掘其學(xué)科本體價(jià)值、育人價(jià)值、社會價(jià)值，有利于學(xué)生深度理解學(xué)科知識，認(rèn)識科學(xué)的真實(shí)性與完整性。

“金屬的冶煉”這部分教學(xué)內(nèi)容利用古代金屬冶煉工藝創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，將黃金、銅鐵、鋁鎂等金屬冶煉方式分析進(jìn)行串聯(lián)，整理出金屬冶煉方式的一般思考流程。在問題解決的過程中，讓學(xué)生體會到要從元素組成與微粒構(gòu)成相結(jié)合的角度看物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，從而培養(yǎng)學(xué)生“宏微符”（宏觀、微觀、符號）三重表征之間的轉(zhuǎn)換意識，同時滲透微粒觀、元素觀、守恒觀、變化觀等學(xué)科觀念;通過對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與反應(yīng)產(chǎn)物的檢驗(yàn)，使學(xué)生體會到基于事實(shí)的分析推理是探尋化學(xué)知識的科學(xué)方法;通過運(yùn)用化學(xué)知識分析或解答金屬冶煉工業(yè)中有關(guān)物質(zhì)轉(zhuǎn)化與原理使用等相關(guān)問題，使學(xué)生感受到化學(xué)知識的社會價(jià)值與經(jīng)濟(jì)價(jià)值，開拓學(xué)生的學(xué)科視野，激發(fā)學(xué)生的學(xué)科熱情，從而實(shí)現(xiàn)學(xué)科知識的育人價(jià)值。

三、“金屬的冶煉”教學(xué)活動設(shè)計(jì)

本節(jié)課的主要教學(xué)活動設(shè)計(jì)如表1所示。四、教學(xué)反思1.建立宏微符結(jié)合的思維方式物質(zhì)及其變化的“宏微符”三重表征是化學(xué)學(xué)科的特征。在物質(zhì)的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化的教學(xué)中，注重“宏微符”之間的轉(zhuǎn)換與關(guān)聯(lián)能夠幫助學(xué)生理解化學(xué)知識的內(nèi)涵與價(jià)值，能夠幫助學(xué)生形成相應(yīng)的思考框架與路徑，從而形成具有一定“化學(xué)味”的思維模式。

教材將“利用氫氣、一氧化碳或碳等物質(zhì)還原氧化銅”內(nèi)容安排在“拓展視野”欄目，并未對其有明確的教學(xué)要求。但在教學(xué)實(shí)踐過程中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生通過“宏微符”相結(jié)合的方式去理解，能夠獲得比較好的教學(xué)效果，即：首先從宏觀角度考慮，即從元素層面上理解“氧化銅被碳奪去氧元素而轉(zhuǎn)化為金屬銅”，進(jìn)而思考“氫氣、一氧化碳、木炭等奪得氧元素后形成對應(yīng)氧化物”;繼而在微觀角度上理解，即“一個氫分子能獲得一個氧原子而形成一個水分子，一個一氧化碳分子能獲取一個氧原子形成一個二氧化碳分子”，而“一個碳原子獲得一個氧原子形成一個一氧化碳分子或獲得兩個氧原子而形成一個二氧化碳分子”;最后在宏微結(jié)合的思維模式指導(dǎo)下，學(xué)生書寫相應(yīng)化學(xué)方程式，不但能比較準(zhǔn)確地判斷出反應(yīng)物與生成物，而且能夠比較快速地通過氧原子個數(shù)守恒完成化學(xué)方程式的配平。

2.強(qiáng)化推理與質(zhì)疑的實(shí)證精神

眾所周知，化學(xué)是一門建立在實(shí)驗(yàn)研究基礎(chǔ)上的自然學(xué)科。實(shí)驗(yàn)研究并不局限于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與分析，它更注重實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)與思考，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)果的論證與質(zhì)疑。在整個實(shí)驗(yàn)研究的過程中的真實(shí)討論學(xué)習(xí)，能夠讓學(xué)生切實(shí)體會到科學(xué)的發(fā)展就是質(zhì)疑、爭論和反復(fù)驗(yàn)證的過程。

本節(jié)課設(shè)計(jì)“點(diǎn)燃分別粘有銅綠和氧化鐵濾紙”實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，旨在通過一系列問題的思考與回答，幫助學(xué)生建立比較完整的基于事實(shí)的證據(jù)推理的思維模型。如：實(shí)驗(yàn)原料中并沒有木炭，那么反應(yīng)物之一的碳從何而來？如何檢驗(yàn)反應(yīng)生成的銅和鐵？在教學(xué)實(shí)踐中，學(xué)生能夠結(jié)合“蔗糖、面粉等物質(zhì)灼燒能產(chǎn)生碳”這一事實(shí)，很容易想到濾紙燃燒炭化能形成碳，能夠根據(jù)“銅綠為綠色粉末，銅粉為紅色粉末”這一事實(shí)，提出觀察固體顏色變化判斷反應(yīng)的發(fā)生。但學(xué)生也容易忽略了濾紙?zhí)炕纬傻暮谏镔|(zhì)對氧化鐵產(chǎn)生黑色鐵粉的干擾，同時學(xué)生也會因?yàn)橹R儲備有限的緣故，提出“產(chǎn)生紅色物質(zhì)一定是金屬銅”以及“能被磁鐵吸引的黑色固體一定是鐵粉”等觀點(diǎn)。教師在教學(xué)過程中通過“點(diǎn)滴式”提供相關(guān)信息，引導(dǎo)學(xué)生深入思考，引發(fā)學(xué)生的質(zhì)疑意識，培養(yǎng)學(xué)生的批判思維，鍛煉學(xué)生的邏輯思維能力與實(shí)驗(yàn)分析能力。

3.重視完整思考過程的課堂評價(jià)

化學(xué)的學(xué)習(xí)評價(jià)是化學(xué)教學(xué)活動中不可或缺的有機(jī)組成部分，而課堂教學(xué)交互活動過程中對于學(xué)生表現(xiàn)的評價(jià)是化學(xué)學(xué)習(xí)評價(jià)的一種重要表現(xiàn)形式。在日常課堂教學(xué)過程中，教師對學(xué)生表現(xiàn)的評價(jià)不但能夠有效反饋學(xué)生知識掌握情況，而且能促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。對學(xué)生回答問題的評判不能僅僅停留在“對”或“錯”的二元評價(jià)上，應(yīng)該允許存在“有道理”“有可能”之類的過渡態(tài)。教師在沒有充分證據(jù)的情況下，不應(yīng)輕易駁回學(xué)生的回答，而是應(yīng)該從學(xué)生完整的思考過程、邏輯順序等方面，全面給予反饋與評價(jià)。

本課對于“以赤鐵礦為例，古法煉鐵過程中發(fā)生的主要化學(xué)反應(yīng)方程式有哪些”這一問題，整理出學(xué)生寫出的相關(guān)化學(xué)方程式如下：

假若教師基于教材內(nèi)容所提供的信息以及以往習(xí)題解答的經(jīng)驗(yàn)，學(xué)生所呈現(xiàn)的化學(xué)方程式中①～③會評價(jià)為正確，而對于④～⑥則可能是被認(rèn)為錯誤。但從學(xué)生角度來考慮，反應(yīng)④～⑥的發(fā)生并非完全不可能，教師在評價(jià)學(xué)生的答案過程中，不可僅僅停留在呈現(xiàn)的答案本身，更要注重學(xué)生形成答案過程中的思維方式、邏輯關(guān)系、建構(gòu)過程等，一切知識應(yīng)該是可征詢、可批判、可分析和可研討的對象，也就是評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)從“是什么”轉(zhuǎn)變?yōu)椤盀槭裁础钡姆较颉?/p>

4.關(guān)注化學(xué)學(xué)科知識的內(nèi)在價(jià)值

啟蒙階段的初中化學(xué)教學(xué)，要求教師在學(xué)生解決問題的過程中幫助其形成對化學(xué)學(xué)科知識的基本認(rèn)知，構(gòu)建化學(xué)學(xué)科特有的認(rèn)知模型，理解化學(xué)學(xué)科具有的內(nèi)在價(jià)值。也就是在理解科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境相互關(guān)系的基礎(chǔ)上，正確認(rèn)識化學(xué)學(xué)科促進(jìn)人類文明和社會可持續(xù)發(fā)展的積極作用。

本節(jié)課教學(xué)設(shè)計(jì)中“古今煉鐵方式的比較”環(huán)節(jié)，教師通過相關(guān)視頻與圖文材料的展示，引導(dǎo)學(xué)生從現(xiàn)代化學(xué)學(xué)科的角度對“如何提高煉鐵爐內(nèi)爐溫”以及“現(xiàn)代煉鐵技術(shù)的改進(jìn)方式”等問題進(jìn)行深入思考。前期系統(tǒng)學(xué)習(xí)“認(rèn)識化學(xué)變化”相關(guān)內(nèi)容后，學(xué)生在新情境下也能夠比較容易考慮利用改變?nèi)剂戏N類（使用高熱值燃料）、增大反應(yīng)物接觸面積（粉碎礦石等）、增加氧氣供應(yīng)量（提高氧氣含量）等方式加快反應(yīng)速率、提高物質(zhì)轉(zhuǎn)化效率。結(jié)合提供數(shù)據(jù)與資料，師生課堂上針對石灰石形成爐渣及其合理化利用、高爐排放尾氣的熱量、燃料的回收與利用等方面的探討，能夠有利于學(xué)生對于工業(yè)生產(chǎn)中提高經(jīng)濟(jì)效益與環(huán)境效益的理解，增強(qiáng)社會責(zé)任感。

五、結(jié)語

教育的本質(zhì)在于學(xué)生思維能力的培養(yǎng)，其教學(xué)目標(biāo)是以學(xué)生思維訓(xùn)練的需要為核心。教師只有提升自身對于化學(xué)的學(xué)科理解能力，提高對化學(xué)學(xué)科知識及其內(nèi)在思想方法的本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識水平，才能更好地通過教學(xué)過程提升學(xué)生的學(xué)科理解能力，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

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