化學思想引領課程教學，培養學生科學素養

摘要：化學素養所包含的中學化學課程標準中規定的學科知識、學科能力、學科思想，是學科體系三個基本要素。文章探討了化學思想的內涵、功能，指明化學思想對學生科學素養的培養具有“方向標”的引領作用，并以人教版選修4《化學反應原理》“第四章電化學基礎”為例，揭示隱含在教材中的化學思想的內容、方法和層次，探討教師如何將所揭示的化學思想轉化為對課程教學的引領，推進教學的有效性。

關鍵詞：化學思想；化學素養；科學探究

文章編號：1008-0546（2016）08-0058-03 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.020

一、化學思想引領課程教學

《普通高中化學課程標準（實驗）》指出“高中化學課程在九年義務教育的基礎上，以進一步提高學生的科學素養為宗旨”?；瘜W思想是教師引導學生對化學基本事實進行化學思維的基本認知角度、出發點，所依據原則或檢驗標度；體現教學主體對化學規律的本質認識和認知結構形成的一種總的看法和觀點?；瘜W思想包含化學觀、認識論、方法論以及滲透在化學知識結構（概念、判斷、推理等）各個層面的物質觀、元素觀、微粒觀、物質變化觀、物質分類觀、物質結構和化學價值觀[1]。這些思想觀念客觀地蘊含于化學知識與技能之中，教師的任務在于從教學材料中充分挖掘隱含的思想觀念，合理的開發運用，引導學生對相關知識與技能進行啟發、探究，著眼于使學生獲得深刻理解知識和技能的化學思維方式，在頭腦里建立相關的化學觀念，然后運用這些思想、觀念在具體情境中的遷移應用，主動建構新知識、新技能，求解新問題。這正如美國杰出科學教育專家拜比（Rodgr W. Bybee）對科學素養的解釋[2]：學習者能夠恰當運用科學和技術術語，依據科學思想、方法、原理，采取科學的思維方式，最終做到不僅能夠理解科學中各主要學術領域的歷史以及科學與技術的性質，而且能夠運用科學知識和技能解決個人生活和社會生活中的問題、做出明智判斷與抉擇?？梢姡瘜W思想在培養學生科學素養中具有“方向標”的引領作用，應成為科學素養的重要組成部分，也是課程目標實施和達成的最高追求。

教師在教學中充分發掘教學內容所蘊含的化學思想，引領課程教學，不僅能有效而深層次地認識化學事實的本質和規律，而且賦予教學以化學知識為載體，發展思維能力，開發學生的潛能的有效動力，其育人的潛在價值是不言而喻的。因此，化學思想應成為教師有效教學的“點金之術”。要求化學教師在課程教學的各個環節，著力對教材內容進行科學思維，對蘊含于教學內容中的過程、觀念、方法提煉出來，自然地將化學知識的學習融合到相關的生活、化學現象和解決具體問題的教與學的全過程。讓化學思想在自己的教學實踐中開花、結果[3]。這正如德國著名物理學家、諾貝爾獎獲得者馮·勞厄（M.vonlaue）所說：“教育給予人們的無非是當一切已學過的東西都忘記后所剩下來的東西?！蔽覀冋J為：當今化學課堂教學的發展，用化學思想引領，教會學生通過化學知識的學習，學會從化學的視角認識事物和探究問題的科學過程、方法、觀點、思維方式，應成為評價教師的有效教學和學生學業成就的出發點和歸宿。

二、挖掘教材中蘊含的化學思想

基于上述認識，以《化學反應原理》（人教版）第四章電化學基礎為例，分析揭示“電化學基礎”知識體系所蘊含的化學思想，用以指導科學構建化學思想引領的課程教學?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準》明確指出，立足于學生適應現代生活和未來發展的需要，著眼于提高21世紀公民的科學素養，構建“知識與技能”、“過程與方法”、“情感態度與價值觀”相融合的化學課程目標體系。知識不再是教學的唯一追求，更重要的是著眼于培養學生的科學素養等，并且可以通過學生所形成的學科思想、學科能力和方法，促進對化學知識的獲取。

“電化學基礎”是在必修教材內容和選修《化學反應原理》前三章（化學反應與能量、化學反應速率和化學平衡、水溶液中的離子平衡）的基礎上展開的討論。它運用物質、能量在一定條件下相互轉化的思想，用實驗和歸納推理的方法，介紹了化學能與電能之間的相互轉化的條件、裝置、電極反應、電解質溶液中離子的移動方向。

結合宏觀實驗現象和微觀粒子的運動方式，進行分析、推斷、歸納提煉，形成化學能轉化為電能的條件、裝置特征、電極反應的表征，自然地提升并得到相關原電池概念、原理的本質性認識。在這個過程中，培養學生的變化觀、微粒觀、實驗觀、元素觀和化學價值觀。

而電能和化學能的相互轉化，則是貫穿整個電化學的又一大主線。一方面，從化學能到電能的轉化，揭示原電池的工作原理，認識該原理應用于化學電源，以及金屬腐蝕的原理和防護。另一方面，從電能到化學能的轉化，認識電解精煉和電鍍，以及在金屬防護中的應用。能量轉化是以物質轉化為基礎的，可以結合能量、物質轉化來培養學生的科學素養。

按照以上思路，設計、落實“培養學生科學素養”的課程理念，充分挖掘教學素材中蘊含的化學思想。踐行用化學科學思想觀念，引領并整體把握知識與技能、過程與方法、情感態度與價值觀的教學體系，主導課堂教學過程，使教學更為有效的基本思路。如圖1：

三、教學設計過程

在教學設計的過程中，以“培養學生的科學素養”作為教學的追求，根據課程目標，充分挖掘課程標準中所包涵的學科思想。并將通過具體的教學設計，轉化為學生的學科能力、方法。下面，將以“原電池”為例，設計教學過程（教學流程見圖2）：

環節一：播放水果電池視頻，視頻中主人公在為橙子的酸性糾結時聯想到原電池中以酸作為電解質溶液，組成原電池的實驗，決定用約2380個橙子瓣組成原電池，給手機充電。視頻中橙子給手機充電應用的是什么原理？

設計意圖：一方面通過震撼的情景吸引學生注意，激活對原電池的記憶，導入課堂。另一方面啟示學生，化學存在于平常的生活中，可以將化學應用于生活中解決我們的難題。

環節二：（演示實驗）以銅、鋅和稀硫酸組成單液原電池。

問題1：形成原電池的條件有哪些？

問題2：哪種材料作負極、發生什么反應？電極方程式如何書寫？

問題3：電子的移動方向？溶液中陽離子、陰離子的移動方向？

問題4：該反應過程中是否伴隨著能量的變化？是從什么能轉化為什么能？

設計意圖：以必修Ⅱ的單液原電池作為切入點，幫助學生回憶原電池的工作原理，以物質的轉化作為載體，引導學生從微觀、宏觀、符號等方面認識原電池。從實驗出發，形成直觀感受。

環節三：單液原電池的缺陷。

問題1：從宏觀上看，電流是否穩定？原電池的負極有什么現象？

問題2：從微觀的角度來看，為什么負極上也有氣泡產生？

問題3： 從能量的角度來看，能量的轉換效率高嗎？

問題4：如果需要設計一個高效的原電池，最起碼需要避免哪些問題？

設計意圖：從宏觀、微觀的角度觀察認識單液原電池的不足，并從能量的角度認識到，單液原電池的轉化效率不高，為后續改進原電池明確改進的方向。

環節四：（演示實驗）分析雙液原電池。

問題1：鋅片與稀硫酸是否直接接觸？當閉合開關時，導線上是否會有電流通過？

問題2：鹽橋的作用是什么？（信息材料——鹽橋的作用）

問題3：該裝置是否滿足形成原電池的條件？正極、負極材料分別是什么？電子的流動方向？電極方程式如何書寫？溶液中離子的移動方向？電流的流動方向？

問題4：觀察、比較單液電池和雙液電池上的電流計指針偏轉情況，有什么異同？

問題5：如果斷開開關，鋅片是否仍會溶解？你從中得到什么啟示？試從能量轉化的角度比較單液和雙液電池的優缺點。

設計意圖：由于雙液原電池的設計需要建立在學生對原電池工作原理非常熟悉的基礎之上，因此，在課堂教學中需降低難度。演示雙液原電池的實驗，通過引導學生從宏觀角度去觀察雙液原電池裝置，讓學生直觀認識到雙液原電池的可行性，再通過設計關鍵問題，引導學生從微觀和符號角度分析原電池工作原理，幫助學生建構相關表征。同時，經過單液、雙液原電池的實驗演示，不僅讓學生在頭腦中的理解和認識得到確認，還可以在一定程度上培養學生“進行假設并通過實驗進行驗證分析”的科學探究意識。

環節五：設計雙液原電池。

設計意圖：為強化學生對原電池工作原理的理解和記憶，設計課堂活動，讓學生學以致用?？紤]到不同層次的學生的接受能力，筆者設計了兩個不同的反應，供學生選擇。

四、結論

課程教學需要先進的課程理念，需要體會課程內容中蘊含的化學思想，并以培養學生科學素養作為教學的首要目標。教師在教學過程中首先要挖掘教材內容中蘊含的化學思想，圍繞三維教學目標精心設計教學過程。

參考文獻

[1] 李佳.廣東省普通高中新課程學科老師培訓系列教材（化學）[M].廣州：廣東教育出版社，2005

[2] Bybee，R. Achieving scientific literacy： From purposes to practices[M]. Portsmouth，NH：Heinemann，1997

[3] 鐘立.科學素養中化學素養的探析與培養[J].化學教育，2013，（11）：3-5