素養(yǎng)為本的元素化合物教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)踐

隨著《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》）的正式頒布實(shí)施，標(biāo)志著高中化學(xué)課程進(jìn)入新的一輪改革，開(kāi)啟了以學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)為目標(biāo)的實(shí)踐探索?！八仞B(yǎng)為本”的課堂教學(xué)對(duì)于促進(jìn)學(xué)生學(xué)科能力的提升以及素養(yǎng)的發(fā)展起著至關(guān)重要的作用，《課程標(biāo)準(zhǔn)》倡導(dǎo)開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的課堂教學(xué)。對(duì)于廣大一線教師而言，如何開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的高中化學(xué)課堂教學(xué)，如何科學(xué)合理地完成環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)與實(shí)施成為當(dāng)下熱點(diǎn)議題和關(guān)注焦點(diǎn)。圍繞發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)問(wèn)題，如何在一線教學(xué)中開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)實(shí)施就顯得十分重要且必要。一、素養(yǎng)為本的教學(xué)設(shè)計(jì)《課程標(biāo)準(zhǔn)》提出化學(xué)教師在教學(xué)與評(píng)價(jià)中應(yīng)緊緊圍繞“發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”這一主旨，優(yōu)化教學(xué)過(guò)程，有效提高教學(xué)質(zhì)量，發(fā)展素質(zhì)教育，落實(shí)立德樹(shù)人根本任務(wù)。課堂教學(xué)是學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)培育的主渠道。教師開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的學(xué)科教學(xué)活動(dòng)，不僅要關(guān)注教學(xué)實(shí)施情境的可接受性，對(duì)情境素材進(jìn)行合理加工；更應(yīng)該重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，遵守知識(shí)生成的邏輯脈絡(luò)，吻合學(xué)生發(fā)展認(rèn)知規(guī)律，創(chuàng)造性利用和開(kāi)放教材，創(chuàng)設(shè)真實(shí)而富有價(jià)值的問(wèn)題活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生從問(wèn)題解決和活動(dòng)達(dá)成中尋找發(fā)現(xiàn)證據(jù)，逐步解決問(wèn)題最終達(dá)成預(yù)訂目標(biāo)?！八仞B(yǎng)為本”的教學(xué)是以真實(shí)的情境為載體，以實(shí)驗(yàn)探究為手段，以內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化為框架，并倡導(dǎo)基于學(xué)業(yè)質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)評(píng)價(jià)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的達(dá)成情況，從而達(dá)到“教、學(xué)、評(píng)”一體化的目的。倡導(dǎo)真實(shí)問(wèn)題情境、重視實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)的“素養(yǎng)為本”的教學(xué)設(shè)計(jì)已成為當(dāng)前課程改革的大浪潮。本文以魯科版普通高中教科書《化學(xué)》（必修第一冊(cè)）（以下簡(jiǎn)稱“必修1”）模塊的元素化合物教學(xué)設(shè)計(jì)為例，嘗試從認(rèn)知模型建構(gòu)、實(shí)驗(yàn)探究和生活等層面切入，探討教學(xué)實(shí)施中如何建構(gòu)知識(shí)模型、提升認(rèn)知規(guī)律，聚焦化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的培育的有效教學(xué)。二、基于化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的高中元素教學(xué)實(shí)例設(shè)計(jì)元素化合物知識(shí)是中學(xué)化學(xué)的重要組成部分。新教材中對(duì)元素化合物知識(shí)的呈現(xiàn)形式與以往有所不同，將相關(guān)的生產(chǎn)生活等知識(shí)滲透其中，同時(shí)也蘊(yùn)含了許多原理。許多學(xué)生在學(xué)習(xí)過(guò)程中存在不知所措且無(wú)從下手的困惑。主要表現(xiàn)在：一是知識(shí)相對(duì)分散，知識(shí)體系不系統(tǒng)，學(xué)生學(xué)習(xí)不到位。二是知識(shí)應(yīng)用情境新，知識(shí)呈現(xiàn)角度多，關(guān)聯(lián)豐富，學(xué)生把握不準(zhǔn)確。三是知識(shí)視野拓展廣，知識(shí)遷移層次深，學(xué)生學(xué)習(xí)不清晰。學(xué)生總是感覺(jué)元素化合物相關(guān)知識(shí)點(diǎn)多、內(nèi)容繁雜、容易混淆，始終是困擾高中化學(xué)學(xué)習(xí)的難點(diǎn)?；诤诵乃仞B(yǎng)培育的視域下，元素化合物教學(xué)如何設(shè)計(jì)更合理有效呢？1.以元素價(jià)類二維圖的建構(gòu)為線索，聚焦“證據(jù)推理與模型認(rèn)識(shí)”?！澳Ｐ驼J(rèn)知”素養(yǎng)是培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力的一種重要方法，也是學(xué)生掌握化學(xué)基本理論和原理以及分析解決實(shí)際問(wèn)題能力的重要手段。考試大綱對(duì)模型劃分為三個(gè)層次：認(rèn)識(shí)模型、應(yīng)用模型和建構(gòu)模型，其中層次最高也是學(xué)生需求最迫切的就是建構(gòu)模型。建構(gòu)模型作為有效學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)的一種重要的研究方法，是學(xué)生學(xué)習(xí)中最應(yīng)該發(fā)掘的工具和方法?；诖耍谠鼗衔飳W(xué)習(xí)過(guò)程中引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)模型，能切實(shí)有效地幫助學(xué)生建立結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，形成邏輯清晰的框架，有利于學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。筆者在“必修1”中“氮的循環(huán)”教學(xué)時(shí)，設(shè)計(jì)了如下活動(dòng)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生動(dòng)起來(lái)，動(dòng)手、動(dòng)腦、動(dòng)筆建構(gòu)氮元素的元素價(jià)類二維圖。具體為：[情境導(dǎo)入]氮元素在自然界廣泛分布，是如何循環(huán)的？[探究活動(dòng)1]任務(wù)1：將氮的循環(huán)圖中重要的含氮物質(zhì)找出，并標(biāo)出N元素的化合價(jià)。任務(wù)2：以物質(zhì)類別為橫坐標(biāo)，元素化合價(jià)為縱坐標(biāo)，將各物質(zhì)填入坐標(biāo)圖中。[探究活動(dòng)2]任務(wù)1：建構(gòu)含相同價(jià)態(tài)氮元素物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)。任務(wù)2：建構(gòu)含不同價(jià)態(tài)氮元素物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)。[歸納總結(jié)]用價(jià)類二維圖對(duì)氮元素及其化合價(jià)進(jìn)行歸類，總結(jié)研究元素化合物的一般思路。設(shè)計(jì)意圖：以氮元素在自然界循環(huán)為素材，對(duì)循環(huán)中涉及的物質(zhì)進(jìn)行建構(gòu)——氮元素的價(jià)類二維圖，引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)的兩個(gè)角度去梳理，嘗試將物質(zhì)轉(zhuǎn)化在二維圖中呈現(xiàn)。在建構(gòu)的過(guò)程中，學(xué)生逐步理順并明確元素化合物的認(rèn)識(shí)思路——價(jià)類二維，構(gòu)建單質(zhì)——氧化物——含氧酸——含氧酸鹽的物質(zhì)轉(zhuǎn)化主線，從而培養(yǎng)學(xué)生形成元素觀、轉(zhuǎn)化觀和價(jià)態(tài)觀等化學(xué)學(xué)科核心觀念，突顯“模型認(rèn)知”在元素化合物認(rèn)識(shí)的重要意義。2.以探究實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)為線索，關(guān)注“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”?；瘜W(xué)作為一門自然科學(xué)，實(shí)驗(yàn)在化學(xué)學(xué)科的形成與發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)是高中化學(xué)的重要組成部分，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的重要過(guò)程。從化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的角度看，學(xué)生應(yīng)掌握基本化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作方法和化學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的基本思想?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)對(duì)于激發(fā)學(xué)生興趣，培養(yǎng)學(xué)生思維、掌握科學(xué)方法，養(yǎng)成學(xué)科觀念有著極為重要的作用。選取“必修1”中“氯水的制備及其成分的探究”，借助針筒、紅布條、花瓣等簡(jiǎn)單易得的器具，圍繞氯水的用途、制備、成分探究三個(gè)環(huán)節(jié)展開(kāi)設(shè)計(jì)，通過(guò)創(chuàng)設(shè)“氯水有什么用途，如何制備以及保存，氯水中存在的微粒有哪些，如何通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明所存在的微?！钡纫幌盗袉?wèn)題，引導(dǎo)學(xué)生展開(kāi)實(shí)驗(yàn)探究，在不斷發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、解決問(wèn)題的過(guò)程中，感受科學(xué)探究的一般流程；同時(shí)在問(wèn)題導(dǎo)向、任務(wù)驅(qū)動(dòng)的實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中尋找證據(jù)，發(fā)掘證據(jù)鏈實(shí)現(xiàn)對(duì)“證據(jù)推理”素養(yǎng)的強(qiáng)化，從而逐步構(gòu)建起探究元素化合物的一般思路與方法。在氯水成分探究的實(shí)驗(yàn)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察與相應(yīng)現(xiàn)象的解釋，發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)。（1）用針筒吸取3mL氯水于試管中，再將一小片表面已打磨過(guò)的鎂條投入試管中。氯水成分的探究氯氣能溶于水，氯氣與水會(huì)發(fā)生反應(yīng)嗎？如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證氯水中存在的微粒？（2）用針筒吸取3mL氯水于試管中，加入硝酸酸化的AgNO3。（3）用針筒吸取氯水并滴少量氯水在紅色石蕊試紙上，觀察現(xiàn)象。（4）用針筒吸取3mL氯水，滴在淀粉KI試紙上，觀察現(xiàn)象。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，注重實(shí)驗(yàn)操作規(guī)范，樹(shù)立安全意識(shí)，養(yǎng)成良好的實(shí)驗(yàn)探究素養(yǎng)。培養(yǎng)學(xué)生獲取證據(jù)的能力，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀和微觀兩個(gè)視角去分析問(wèn)題，促使學(xué)生在提出、思考和解決問(wèn)題的過(guò)程中學(xué)習(xí)，落實(shí)核心素養(yǎng)的培育。設(shè)計(jì)意圖：充分利用實(shí)驗(yàn)并合理改良實(shí)驗(yàn)裝置，激發(fā)學(xué)生的探索欲望，發(fā)揮化學(xué)實(shí)驗(yàn)在教學(xué)中的獨(dú)特功能。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生觀察現(xiàn)象、思考分析，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象提出合理、科學(xué)的解釋的能力，啟迪學(xué)生思考，使實(shí)驗(yàn)真正成為學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要的工具。3.以生活中的化學(xué)為線索，滲透“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”。化學(xué)是一門與生命科學(xué)、環(huán)境科學(xué)、材料科學(xué)密切相關(guān)的學(xué)科，也是極具創(chuàng)造力、極具應(yīng)用價(jià)值的中心學(xué)科，通過(guò)化工生產(chǎn)為人類社會(huì)提供了豐富的、繁多的、重要的物質(zhì)，在促進(jìn)人類文明進(jìn)步的發(fā)展中發(fā)揮著重要的作用?？梢院敛豢鋸埖卣f(shuō)，人們的日常生活離不開(kāi)化學(xué)，化學(xué)與人類社會(huì)息息相關(guān)，尤其是眾多化合物在日常生活中起著極為重要的作用。圍繞發(fā)生在學(xué)生身邊的一些不起眼的現(xiàn)象，針對(duì)性創(chuàng)設(shè)出有層次、有梯度、有價(jià)值的問(wèn)題，引領(lǐng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識(shí)進(jìn)行合理而科學(xué)的解釋，逐步建立起化學(xué)學(xué)科與生活的緊密聯(lián)系，體會(huì)化學(xué)學(xué)科的重要價(jià)值。如：家里蒸饅頭時(shí)加少量小蘇打，鎖生銹了加少量鉛筆芯粉末就很順滑，切割玻璃用金剛石刀一劃截面平整不割手等。關(guān)注并收集生活中的相關(guān)現(xiàn)象、用途，由用途反推其結(jié)構(gòu)或性質(zhì)，并整合設(shè)計(jì)成一系列問(wèn)題，啟發(fā)學(xué)生思考，從而有效地幫助學(xué)生理解并吸收元素化學(xué)化合物相關(guān)知識(shí)。與生活常識(shí)有關(guān)的問(wèn)題，學(xué)生更容易接受，比知識(shí)點(diǎn)的生灌硬塞更有親切感。再如：熱水瓶膽中的水垢用什么去除？食鹽為什么加碘？蒸饅頭時(shí)為什么要加純堿？炸油條時(shí)加明礬能起什么作用？拋出這些與學(xué)生生活密切關(guān)聯(lián)的問(wèn)題，激發(fā)學(xué)生的興趣，調(diào)動(dòng)學(xué)生的求知欲望。設(shè)計(jì)意圖：充分利用將這些生活中的化學(xué)整合并有機(jī)融入教學(xué)中，使化學(xué)知識(shí)生活化，淺顯化、實(shí)用化，能夠有效調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有利于學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的養(yǎng)成。基于化學(xué)在人類生產(chǎn)、生活中的巨大作用，教學(xué)中牢牢地把握化學(xué)的實(shí)用價(jià)值，挖掘并發(fā)揮化學(xué)的應(yīng)用性，密切聯(lián)系實(shí)際，圍繞元素化合物在生活中的應(yīng)用創(chuàng)設(shè)真實(shí)而有意義的情境，引領(lǐng)學(xué)生正確認(rèn)識(shí)化學(xué)在為人類進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展方面所作出的巨大貢獻(xiàn)。三、教學(xué)建議及啟示化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)與發(fā)展必定是一個(gè)漫長(zhǎng)的過(guò)程，需要“教”與“學(xué)”兩方面共同努力，絕不可能一蹴而就。教師需要對(duì)教學(xué)內(nèi)容與教學(xué)目標(biāo)進(jìn)行整劃和構(gòu)思，通過(guò)關(guān)注知識(shí)結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，圍繞教學(xué)內(nèi)容開(kāi)展實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，或聯(lián)系生產(chǎn)生活中，引導(dǎo)學(xué)生開(kāi)展分類與概括、證據(jù)與推理、模型與解釋、符號(hào)與表征等具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動(dòng)，形成知識(shí)的結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化、系統(tǒng)化，從而促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變。1.充分認(rèn)識(shí)知識(shí)結(jié)構(gòu)化意義，滲透物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀念。教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，有利于學(xué)生將零散的元素化合物知識(shí)有序化、條理化、關(guān)聯(lián)化。通過(guò)元素化合物知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，形成一幅以物質(zhì)分類為橫軸、元素化合價(jià)為縱軸的價(jià)—類二維圖。通過(guò)同價(jià)態(tài)和不同價(jià)態(tài)元素化合物相互轉(zhuǎn)化兩條主線，梳理清晰物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化，掌握物質(zhì)的性質(zhì)、反應(yīng)及其轉(zhuǎn)化規(guī)律。教學(xué)時(shí)應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立思考并建構(gòu)其他元素的價(jià)類二維圖，提升教學(xué)的系統(tǒng)性，在建構(gòu)認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的基本思路和一般方法中實(shí)現(xiàn)學(xué)生基礎(chǔ)知識(shí)和基本能力的培養(yǎng)。2.充分認(rèn)識(shí)實(shí)驗(yàn)價(jià)值，精心設(shè)計(jì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?；瘜W(xué)實(shí)驗(yàn)不是對(duì)教材中文字的簡(jiǎn)單重復(fù)，不是表面式的、泛化的再現(xiàn)。實(shí)驗(yàn)不能停留在紙上談兵、或是觀看視頻演示，應(yīng)盡可能開(kāi)足開(kāi)滿分組實(shí)驗(yàn)課。學(xué)生在體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中，不僅能培養(yǎng)觀察能力、動(dòng)手能力和分析推理能力，而且有助于理解和鞏固化學(xué)基本概念、思路和觀念。上文中，對(duì)氯水成分的探究，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的獨(dú)立思考、分析判斷、小組合作等各方面的能力有積極的作用。實(shí)驗(yàn)教學(xué)應(yīng)從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象入手，而不是一味死記硬背，能有效地提升教學(xué)的有效性。3.充分認(rèn)識(shí)元素化合物的生活價(jià)值，緊密聯(lián)系生活。學(xué)生對(duì)生活中經(jīng)常接觸到的物質(zhì)容易引發(fā)興趣，生活現(xiàn)象能夠充分調(diào)動(dòng)學(xué)生的探究欲望。教師引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的各種有趣的現(xiàn)象，從身邊物質(zhì)的實(shí)際用途出發(fā)，養(yǎng)成善于將生活情境或常識(shí)與所學(xué)知識(shí)聯(lián)系的習(xí)慣。教師在元素化合物教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)緊密聯(lián)系生活實(shí)際，發(fā)掘與生活相關(guān)的