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基于化学学科核心素养的化学教学活动设计
顾春丽

 
  

基于化学学科核心素养的化学教学活动设计

——以“化学反应中的能量变化”为例1

上海师范大学附属外国语中学 顾春丽

  [1]2014年,上海作为高考改革方案的试点城市,将化学及其它五门学科作为“小三门”科目进行考核,旨在提高学生的综合素质水平。也在同一年,教育部颁布了《关于全面深化课程改革,落实立德树人根本任务的意见》,首次提出了“核心素养”这一概念,核心素养是高中生综合素质的具体体现。学生核心素养的培养不是一蹴而就的,而是要在日常的教学中慢慢积累、渗透和转化。通过教学设计,将各学科的核心素养融入到课堂教学中,不仅可以帮助学生更好地掌握知识,而且也能促进学生思维能力的提升和学科素养的形成。
  
一、化学学科核心素养的内涵
  
《中学化学课程标准》将化学定义为:是在原子、分子水平上研究物质组成、结构、性质及其应用的一门基础自然科学。此外,化学作为一门实验的科学,也具有其独特的学科价值与育人价值。化学学科的核心素养是学生在化学学习过程中逐步形成并在解决与化学相关问题中表现出来的关键素养。毕华林教授将化学学科素养概括为“基本的元素观、微粒观、变化观、实验观、分类观和化学价值观”,并将这些观念分为知识类、方法类和情意类三类。本研究将采用以上分类,结合教学实际将化学学科核心素养分为:微粒观、变化观、分类观、实验观、化学价值观五个维度。
  
1.微粒观
  
通过初中阶段和高一第一学期的学习,学生已经了解物质是由肉眼看不见的微粒所构成的,形成了“结构决定性质”的观念。微粒观的形成对于学生了解物质的变化规律至关重要,能帮助学生从不同层次认识物质的多样性,并学会从宏观和微观的视角分析和解决实际问题。
  
2.变化观
  
化学是研究物质化学变化的科学,化学变化又叫做化学反应,是物质运动的方式之一。化学变化观概括着人们对化学变化的特征、本质、规律、价值等问题的认识和看法,其对化学研究和学习都具有非常重要的指导作用。化学守恒观是化学变化观的次级观念,守恒观反映了物质化学变化的本质和规律,在物质变化的过程中遵循质量守恒定律。此外,守恒观还包括了元素守恒、原子守恒、电荷守恒、能量守恒等观点。
  
3.分类观
  
通过分类的方法可以将化学物质及其变化的复杂性、多样性转化为规律性和条理性。化学物质与化学变化,可以按照一定的标准进行归类,我们对物质及其变化进行分类研究,不仅可以掌握相关的化学知识,而且有助于掌握物质及其变化的本质规律。化学分类观的形成,对于学生学习一类物质具有非常好的迁移作用,为学生构建完整的知识体系提供基础。
  
4.实验观
  
实验是化学研究的重要方法,是人类探究未知、发现规律、验证假设的重要实践活动,是推动化学学科发展的主要途径。化学实验作为化学教学中特有的一部分内容,为学生亲身经历科学发展的过程提供了情境,既可以激发学生的学习兴趣,也可以帮助启发学生的思维,培养科学品质。
  
5.化学价值观
  
化学是一门与人类生活密切相关的学科,广泛地影响着现代人类的社会生活。人类利用化学变化生产各种所需的物质,通过化学变化将能量进行储存并运用于社会生产,可以说人类社会的发展离不开化学的发展。这也是化学价值的体现。科学是把双刃剑,除了推动社会发展外,化学价值观也要求学生学会利用相关的化学知识评估化学可能带来的危害,学会解决自然和社会中可能存在的问题。
  
二、基于化学学科核心素养的教学活动设计
  
学科核心素养的培养必须以课堂教学为载体,根据学生的实际情况,创造性地开发和使用教材,这就要求教师必须围绕化学学科核心素养精心设计教学活动。人口、环境和能源是当今世界三大重要的课题。随着科学技术的进步、人民生活消费水平的提高,人们对能源的需求日益增长,开发能源与节约能源的重要性日益显著。因此,本文选用“化学反应中的能量变化”为教学案例,按照化学学科核心素养的要求,对教材内容进行再开发,挖掘其学科核心素养价值。以这些教学内容为载体,通过设计有效的教学活动,达到培养学生化学学科核心素养的目的。
  
【活动一】创设情景
  
电影《奇幻森林》片段节选:人和动物的区别——火的运用
  
教学问题:人类使用火的历史源远流长,早在远古时期,人类就学会了钻木取火,结束了茹毛饮血的时代。那么,薪柴中的能量从何而来?除了薪柴,还有哪些物质具有能量?能量之间是如何实现转化的?
  
设计意图:复习旧识,衔接新知,培养学生的化学变化观和守恒观。
  
学生认识发展:在初中阶段学生已经知道化学反应伴随着能量的变化,知道能量具有各种不同的形式,并且在转化和传递的过程中,遵循能量守恒定律。通过思考和学习,进一步认识到,这种潜藏在物质内部,只有在化学反应时才释放出来的能量,称为化学能。化学反应伴随着能量的变化,它通常表现为热量的变化。
  
物质世界充满了化学变化,正是由于化学变化,人类才能开发和利用自然界中的物质,甚至于创造自然界没有的物质来满足人类的需要、提高生存质量、保证生存安全。化学变化可能对人类的生存产生积极的影响,但是如果运用不当,也可能产生消极的影响。因此,在化学教学中需要设置一定的活动和情境帮助学生形成正确的化学变化观。化学变化又叫做化学反应,化学反应是化学运动的具体表现,物质发生化学反应,就是进行化学运动。能量则是物质运动的表现和一般量度。守恒观是一种重要的思想,也贯穿了化学学习的始终。通过初中阶段的学习,学生已经掌握了元素守恒和质量守恒,对于能量守恒的观念不难理解,因此,在此基础上设计一定的学习情境,可以促进学生化学守恒观的形成和完善。
  
【活动二】设计实验
  
实验目的:设计实验证明镁和稀盐酸反应中的热量变化,并学会从宏观角度分析能量变化的原因。
  
实验原理:运用气体热胀冷缩的原理,通过观察双球U形管中液面的变化来判断反应的热量变化。
  
设计意图:形成设计实验的一般思路和方法,培养学生的化学实验观。
  
学生认识发展:学生已知热量的变化一定伴随着温度的变化,放出热量温度升高,吸收热量温度降低。除了通过温度计观察温度变化外,在实验室还有许多的方法。通过实验设计锻炼学生发散思维和创新思维。并进一步明确,一个反应是放热还是吸热取决于反应物和生成物能量的相对高低。
  
建构主义理论认为,知识不是通过教师传授而得到的,而是学习者在一定情境下,借助于其他人的帮助,如合作交流等,通过意义的建构而获得的。化学是以实验为基础的学科,化学实验为学生创设了亲身参与实践的情境。实验的设计不仅能够促进学生化学实验观的形成,而且具有激发兴趣、培养品质、启迪思维、学习研究方法等教育功能。化学实验具有可操作性的特点,通过实验的设计和演示,使得学科问题变得更具象化,帮助学生构建先前所学知识与新知识的内在联系。通过问题驱动学生的思维,在活动中促进学生的体验和感悟,使化学实验观的学习得到渗透和落实。
  
【活动三】解锁迷思概念
  
视频:氢气和氯气的反应
  
教学问题:描述一下氢气和氯气反应的实验现象?这个反应是放热反应还是吸热反应?如果是放热反应,为什么还要光照或点燃?
  
设计意图:设置认知冲突,引发思考与讨论,培养学生从微观角度分析物质能量的变化。
  
学生认识发展:氢气与氯气的反应现象是学生已知的知识,反应伴随着光和热的产生,也较易得出这是个放热反应的结论。基于以上认识,设置认知冲突,为什么本身放热的反应还需要加热或者点燃。通过师生互动和生生互动,引导学生从化学反应的本质出发,运用第三章化学键的知识,从微观角度分析反应需要光照或点燃的原因。并进一步明确,一个反应是放热还是吸热,取决于断键吸收的能量和成键放出的能量的相对大小。
  
化学反应的本质是旧键的断裂和新键的生成。所以,使学生能够建立物质的微粒性认识,并从微粒观的角度解释一些自然现象,形成对物质及其变化的科学认识是中学化学教学的一项重要任务。从宏观角度过渡到微观角度的过程中,必然存在一些认知上的矛盾和冲突,需要教师巧妙的设置一些教学活动,使学生更好的掌握相应的知识。除了举例迷思概念,激发认知冲突,克服思维障碍外。还可以通过交流和讨论,创设情景等方法克服知识方面及认识角度方面的障碍。用微粒观对实际问题进行科学解释,加深学生对微观概念的理解。
  
【活动四】学会定量表征
  
实验探究:将两组体积相同、浓度不同的酸碱溶液进行反应,对反应前后温度变化进行测量。
  
教学问题:酸碱中和是放热反应还是吸热反应?反应中放出的热量与什么有关?
  
设计意图:通过学生实验,让学生感知酸碱中和反应中放出的热量与反应物的用量有关。结合实验结论和思考与讨论,让学生从定性认识转化为定量的表征——热化学方程式。
  
学生认识发展:无论是宏观的感知,还是微观的辨析,学生对化学反应的能量变化都只停留在定性的认识,还不清楚如何用化学语言进行表示。通过实验探究,让学生认识到对于同一个反应来说,反应物用量的不同反应放出的热量也不同,帮助学生更好地从定性的认识转化为定量的表征。通过比较化学反应方程式和热化学反应方程式的区别,为学生搭建脚手架,进行自我知识的构建,完成知识的内化。
  
“化学变化中的能量变化”是中学化学的重要理论知识,并且作为主要的知识线索贯穿在整个中学化学的教学中,具有非常重要的学科价值。教学内容揭示了物质与能量的关系以及化学变化与能量变化之间的关系,从而建构化学反应中能量变化的实质、原因以及形式等一系列的知识体系,为后续学习原电池、化学平衡等内容提供了知识基础。整个知识构建的过程中经历了实验感知、理论探析、问题表征、实际应用四个阶段,而热化学方程式作为定性与定量的结合体,为学生深入了解化学知识在现实问题中的应用打下了基础。
  
【活动五】链接能源革命
  
演讲《穹顶之下》片段节选:环境问题——雾霾
  
教学问题:从2012年开始,我国的天气预报开始播报每日的PM2.5含量和空气质量情况。那么,雾霾是如何产生的?它与我们现在所使用的能源有什么关联?我们应该怎样应对环境问题和能源危机?
  
设计意图:让学生运用课内外所积累的知识,链接到能源与人类发展的密切关系,并对研究化学反应及其能量变化的意义有进一步的认识。
  
学生认识发展:随着人类社会的进步和发展,我们所使用的能源也在不断的变革。现在我国所使用的能源从第一代的薪柴过渡到了第二代的化石能源。中国的主要能源结构以煤炭为主,石油次之,而核能、风能、太阳能等第三代能源所占比重很小。正是由于第二代能源的不当处理和过度使用,才造成了现在的环境问题。在讨论和交流的过程中,帮助学生建立绿色化学和可持续发展的理念,形成正确的化学价值观。
  
学习的过程既是学生形成一定的知识、技能和能力的过程,同时也是学生的情感、态度、价值观的培养的过程。在化学课堂教学中培养学生的科学价值观是指教师在传授化学知识的同时,引导学生探讨科学与社会发展的关系以及科学与个人在未来社会中的生存和发展的关系等。在探讨的过程中,使学生懂得:科学与技术所取得的成果应该为社会的生存和发展服务,应该为公众的利益服务。对于科学与技术应用中所出现的各种社会问题持辩证的态度,并通过多种方式参与未来社会与科学技术密切相关的生产、生活和发展的决策。能源问题历来都是社会关注的热点问题,通过连接能源革命,将化学问题放在社会的大背景下,启发学生思考,促使学生形成正确的化学价值观。让学生在充分认识化学与人类进步、与社会发展的密切关系外,增强学生的环境保护意识和可持续发展理念。
  
三、基于化学学科核心素养教学设计的几点思考
  
核心素养的培养是为学生未来的发展奠定基础。随着上海新高考改革方案的不断深入,培养学生的综合素质水平和终身学习的能力已经得到了很多教育工作者的共识。课堂教学是培养核心素养的主要载体,也是落实核心素养的主要途径。学校和教师应该围绕“核心素养”开发和优化适合于不同学生的课堂教学和校本课程,满足学生的发展需求。在基于学科核心素养的教学设计和探索中,难免会遇到一些问题,需要教师在不断打磨中进行优化。如:
  
1)缺乏教学设计的整体意识,为了发展核心素养而忽视了知识结构的完整性,容易出现与教学目标脱节和背离的现象。
  
2)过度地进行教材的再开发,无限扩大教学设计的边界,对教学内容进行盲目的挖掘,将不相关的材料与教学主题扯上关系,结果淡化了教学的主旨,无形中增加了学生的学习负担,教学效果反而更差。
  
3)侧重于知识和能力素养的培养,而对于情感、态度和价值观的培养少之又少。在教学设计中,知识和能力的培养是易测量的行为目标,而价值观的培养不易考察,因此,在课堂教学设计中往往是蜻蜓点水般一笔带过。这些被忽视的核心素养对于学生的成长和发展也是至关重要的,应该引起我们的重视。
【参考文献】
  
[1]吴俊明,吴敏.刍议化学变化观的形成、内容和结构[J].化学教学,2014(2):1314.
  
[2]吴俊明.化学课程中的化学观念教育——关于科学观念和科学观念教育的思考之二[J].化学教学,2014(5).
  
[3]毕华林.化学基本观念的内涵及其教学价值[J].中化学教学参考,2016(6).
  
[4]吴平平.基于学科观念建构的高中化学教学设计个案研究[D].扬州大学,20165.
  
[5]宋飞飞.初中化学教师微粒观教学的个案研究[J].山西师范大学学报(自然科学版),2013(6):4950.
  
[6]钟启泉.基于核心素养的课程发展:挑战与课题[J].全球教育展望,2016(1):125.


[1]本文系上海市青年教师教育教学研究项目——“3+3”模式下,高中化学教材“二次开发”的实践研究(Y2016A1015S1146V2770)成果之一。

 

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