化学核心素养为本的教学实践与研究

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　　[摘 要]化学核心素养是化学教学新的指导思想。在“化学反应的限度”教学中厘清核心素养的培养要求，引导学生深度参与讨论探究，发展认识化学反应的全新视角，并形成解决问题的思路和方法。
　　[关键词]高中化学;素养取向;教学设计
　　化学教学经历了由知识取向到能力取向，再到素养取向的两次重大变革。高中化学核心素养的提出，表明了新形势下化学教学的教学目标、育人要求悄然发生了改变。现代化学课堂的关键在于树立学生的化学核心素养，培养在特定情境中用化学方法解决实际问题的关键能力。如何以化学课堂为载体，在课堂中渗透化学核心素养，培养学生的化学素养，又如何做到教学评一体化，是值得一线教师深思的问题。本文探索改变教学模式，尝试在课堂中渗透核心素养。
　　一、促进素养形成的教学策略
　　素养取向的教学重点在于培养学生学科核心素养，培养学生解决陌生的、综合性问题的能力。素养教学讲究知识、方法、观念三线并重，课堂突出学科特质、突出学科思维方法、突出学科思想观念[1]。素养取向的课堂设计要注意以下教学策略。
　　教学目标的素养化设计。教学目标要知识、方法、观念三位一体，素养为本。既要有建构性目标，如概念知识，又要有迁移性目标，如用概念解决实际问题。既要有达成目标的过程与方法，又要有目标达成的结果与水平要求，还要渗透化学观念和科学价值。
　　教学主线的结构化设计。教学主线清晰，用一个高质量的情景素材贯穿课堂，用一组逻辑本原性问题进行各板块的设计，构建出一个整体的学习思路。
　　教学内容的任务化设计。用层层递进的问题承载学习的内容，问题不仅涉及知识，更要有学科方法和思想观念。
　　教学活动的多样性设计。要有自学与阅读、要有合作与讨论，要有交流与展示、要有实验与探究，还要有对话与反思。
　　教学评的一体化设计。要注重教学目标与评价目标的一致性。课堂中教师要注重诊断与发展功能，及时提问、点评学生的观点，及时发现生成性问题，及时追问。
　　二、教材分析与教学目标的确立
　　化学反应的限度是高中化学最重要的原理。它是认识化学反应一个必不可少的维度，是电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等知识的基础。它对学生“变化平衡观”的建立有着深远的影响。在必修阶段，高中课程标准建议帮助学生建立可逆反应和化学平衡的概念，要求学生建立“化学反应存在限度”“可逆反应达限度时处于化学平衡状态”“外界条件可以改变平衡状态”等观点。但学生的难点在于不能深刻理解可逆反应同条件、双向同时进行的特点，更难理解化学平衡是一种动态平衡。基于此，笔者将本节的教学目标确立为：
　　视角水平：明确反应限度是学生认识反应的重要维度。
　　定性水平：通过已学实验现象分析，体会化学反应限度的存在。通过自主设计实验检验可逆反应，通过科学家同位素原子跟踪实验，加深对可逆反应的特点的认识。
　　定量水平：通过实验真实数据绘制：t-C和t-V图像，从定量角度认识可逆反应，体会化学平衡的建立，形成化学平衡概念，再归纳得出化学平衡状态的特征。
　　内涵水平：通过反应限度的学习帮助学生建立起调控反应的思路方法。
　　三、教学设计思路
　　要在课堂中培养学生的核心素养，首先要厘清本节课在哪些环节可以培养学生的哪些核心素养。本节旨在发展完善学生认识化学反应的视角。帮助学生认识“化学反应存在限度”，认识“化学反应存在限度”的内在原因和实质，并用化学反应的限度解释工农业生产中的现象，建立起调控化学反应进行程度的意识。
　　学习反应限度共设四个学习及评价任务，第一环节通过化学反应的宏观现象帮助学生定性认识“化学反应存在限度”，培养学生“证据推理”的学科素养。第二环节通过可逆反应特点解释“化学反应为什么存在限度”，反应物与生物共存的特点设计探究实验培养学生“科学探究与创新意识”的素养;可逆反应双向进行的特点，则通过科学家的同位素示踪法，培养学生“微观探析”的素养。第三环节化学平衡的建立，通过分析实验数据，绘制t-C和t-V图像，感悟平衡时浓度不变，正逆速率未停止，正逆速率相等的特点，深化对化学平衡的认识，培养学生“模型认知”的素养。第四环节学以致用，通过用化学知识解决工农业生产的实际问题，培养学生的“科学精神和社会责任”。
　　四、教学过程设计
　　第一部分：导入新课
　　【化学史话】炼铁高炉尾气之谜：近代钢铁生产始于17世纪的英国。高炉炼铁的主要反应是：Fe2O3+3CO[高温]2Fe+3CO2。19世纪后期，人们发现从高炉炉顶出来的气体中有相当量的CO。有工程师认为是CO与铁矿石接触时间不够。于是英国人耗费大量资金建成了一個炼铁高炉。令人吃惊的是：高炉增高后，CO的含量竟然没有改变！为什么延长接触时间，CO浓度却没有变化？——这与化学反应的限度有关[2]。
　　设计意图：充分发挥化学史实的作用，将核心概念的建构与核心概念的历史发展过程有机地结合起来。关注概念的来龙去脉，使学生从学科本原上把握化学核心概念发展中所蕴含的学科思想观念。工业生产实际问题是真实化的情景素材，有陌生感、复杂性、综合性，解决复杂情景下的真问题有利于发展学生的核心素养。
　　第二部分：学习反应限度
　　【学习任务1】认识化学反应存在限度
　　【评价任务1】诊断并发展学生认识化学反应的纬度
　　问题1：化学反应都能完全进行吗？举例说明不同反应进行的程度。
　　素材1：展示钠与水反应、氯气与水反应的动画图片——宏观现象
　　问题2：钠和水的反应与氯气和水的反应在进行程度有什么不同？判断依据是什么？
　　得出结论：有一些化学反应，即使有一种反应物过量，另一种反应物也不可能完全转化为生成物，反应物与生成物共存，我们称其为化学反应的限度。 　　问题3：存在限度的反应还有哪些？它们有哪些特点？
　　设计意图：引导学生自己寻找证据，树立证据推理的意识。在熟悉的化学反应素材中，引发学生思考全面认识化学反应需要建立起新视角——化学反应的限度。
　　【学习任务2】定性认识可逆反应
　　【评价任务2】诊断并发展学生对可逆反应的认识，同时发展学生化学实验探究水平
　　问题1：如何用实验方法检验：2Fe3++2I-[           ]2I2+Fe2+是否为可逆反应？
　　[实验 现象 结论 ]
　　学生讨论：如何证明反应是可逆反应？生成物如何检验？反应物如何检验？只检验一种反应物，是否需要考虑反应物之间量的关系[3]？
　　问题2：化学反应的是如何达到一定限度的呢？是一定程度就停止了还是反应在向正反应方向进行的同时逆反应也在进行？
　　动画展示：同位素原子跟踪的科学家实验：向一2L密闭容器中充入2molSO2和1mol18O2，一定条件下，让其反应足够长时间通过一定的方法观察18O的去向。
　　设计意图：教师提出有探究价值的问题，引导学生依据探究目的，设计并优化实验方案，完成实验操作，观察记录实验信息（证据），分析得出结论，自主建构起可逆反应的概念。先让学生对可逆反应的双向性进行假设，再引导学生寻找能够支撑假设的证据，引入同位素示踪法，体会科学家的探究方法。通过两个实验培养学生敢于质疑和批判的创新精神。
　　【学习任务3】定量认识可逆反应
　　【评价任务3】诊断并发展学生对可逆反应的本质认识的进阶
　　素材：下表为2SO2+O2?2SO3反应不同时间各物质浓度，请根据数据绘制：t-C和t-V图像
　　设计意图：基于实验数据进行分析处理，建立化学现象与数学模型之间的联系，是促进学生形成科学概念的重要手段。引导学生由定性到定量分析，是培养学生核心素养的重要手段。
　　【学习任务4】建立化学平衡的认识模型
　　【评价任务4】诊断并发展学生对化学平衡认识思路的结构化水平
　　问题1：建立平衡后，改变条件可逆反应会发生移动吗？
　　实验探究：将装有NO2和N2O4的混合气体烧瓶分别浸入冷水和热水中。
　　学生交流：1.化学平衡状态的概念  2.化学平衡的特征
　　设计意图：通过实验探究，多角度地认识可逆反应。完善可逆反应特点，形成化学平衡的核心概念。
　　第三部分：学以致用
　　【学习任务5】运用化学平衡的原理揭秘高炉炼铁CO含量不变的原因
　　【评价任务5】诊断并发展学生对化学知识价值的认识水平
　　设计意图：学以致用，前后呼应。学生通过学习解决工程师的疑难问题，感受到学习的乐趣。
　　第四部分：开拓视野
　　课后作业：1.与大家分享交流生产生活中存在的化学反应限度的事例。
　　2.结合本节所学知识，你会考虑采取哪些措施来提高合成氨工厂经济效益？
　　设计意图：留下开放式的作业，学生站在企业家的角度思考生产效益的问题，让学生感受化学知识的价值。
　　五、教学反思及启示
　　整节课贯穿“提出问题、寻找证据论证、得出结论”的科学探究方法。课堂中学生深度参与讨论和探究，发展认识化学反应的全新视角，并形成解决问题的一般思路方法。以核心素养为取向的教学设计，笔者有以下体会：
　　（一）注重创设真实问题情境
　　以工业生产实际问题“炼铁高炉尾气之谜”引出课题，真实问题能激发学生的求知欲。课后作业中布置了提高合成氨厂经济效益的实际问题，让学生体会化学的社会价值，树立学好化学、用好化学的情怀。
　　（二）注重认识思路的结构化
　　认识思路的结构化是形成学生化学素养的根本途径，学生只有将知识上升为结构化的思路才能解决真实复杂问题。本设计为帮助学生理解可逆反应，采用了案例分析法和实验探究法。引导学生分析熟悉反应、设计实验探究陌生反应。为了帮助学生理解化学平衡状态的概念，采用了图表分析绘图法，增加了学生的感性认识，便于学生理解抽象概念、建构新知识。
　　（三）注重学习任务驱动，渗透核心素养
　　设计了5个学生任务来实现具体知识的建构，同时渗透核心素养。“学习任务1”突出“证据推理”，从大量已学的反应中认识化学存在限度;“学习任务2”突出“实验探究”，实现“宏观辨识“到”微观探析”帮助认识可逆反应的特征;“学习任务3”突出学科的本原，从定量角度认识可逆反应，实现可逆反應的认识进阶;“学习任务4”学生自我建构概念，实现建立概念的认识思路结构化;“学习任务5”深刻体会了化学的实用价值，增强了学生化学的学科价值和社会价值。
　　（四）注重挖掘素材的价值
　　本设计用了化学史实、实验数据等素材，当已有认知与新问题发生冲突时，充分展现思维过程，不断引导学生思考，实现“变化与平衡思想”等学科素养的培养。
　　（五）注重“教学评”一体化
　　本设计以学生为主体、教师为主导，充分引导学生实验方案设计、实验探究、交流研讨，在各种活动中，教师和学生及时点评，优化改进。
　　[参 考 文 献]
　　[1]朱怀义.“化学反应的限度”教学设计[J].化学教学，2010（11）.
　　[2]黄俊，黄勇，杜开颜.基于问题设计的知识建构与理论教学研究——以“化学反应的限度”为例[J].中学化学教学参考，2016（3）.
　　[3]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
　　（责任编辑：张华伟）
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