在選修課教學中培養學生化學核心素養的實踐

于海強++林肅浩

培養學生的核心素養已成為當下和今后學校教育的熱門主題，成為推進素質教育新的著陸點、著力點和生長點。就一門學科而言，核心素養的內涵包括核心知識、核心能力、核心品質。那么就化學學科而言，就是要掌握化學基礎知識，形成化學的基本觀念，了解化學研究基本方法，認識化學思維基本特點，提高化學學習與探究能力等。據教育部專家討論稿，提出高中化學學科核心素養為：宏微結合，分類表征，變化守恒，模型認可，實驗探究，綠色運用。基于學科核心素養，為彰顯化學學科魅力，要用大概念統整化學學科課程內容，在化學選修課程實施中大展身手。現筆者結合自己在化學選修課教學中的實踐案例，談談如何培養學生的化學核心素養，以供同行參考。

一、宏微結合，分類表征，以課本教學內容優化為例

化學思維的基本特點是觀察、了解宏觀的物質及其變化現象，從原子、分子的微觀分析物質及其變化；運用化學符號系統描述物質及其變化的本質和規律。化學研究的基本方法是運用化學實驗、化學計算等科學方法定性、定量地分析、解決有關物質組成、結構、變化與合成的過程。化學是一門以實驗為基礎的中心科學，學生通過化學實驗能體會到化學的引人入勝和深邃精妙，學習從實驗中發現規律。反之，沒有大量宏觀化學實驗現象以及化學反應事實的支持，對化學缺乏豐富的感性體驗，學生就很難牢固建立微觀粒子及其結構的觀念，很難體會化學符號系統豐富深厚的含義。化學中所謂的“四重表征”常指：宏觀（如藥品、裝置、操作、現象）；微觀（如溶質、離子的變化）；符號（如化學方程式或離子方程式）；數據圖表曲線（起點、拐點、終點、走向趨勢等）。

教學實例1筆者在講授蘇教版選修課“化學反應原理”的“強弱電解質”一節內容時，從學生運動后喝水選擇的生活實際引入，讓學生了解電解質對生命活動的重要作用，并引出電解質的概念，引導學生依次設計四組對比實驗探究：一為常見電解質溶液導電能力對比實驗——視頻實驗；二為同濃度醋酸和鹽酸電離程度比較氣球實驗——演示實驗；三為不同濃度醋酸和鹽酸pH測定實驗——自主實驗，四為用傳感器精確測定不同濃度醋酸和鹽酸pH——數字實驗。并通過用直觀現象，燈泡的亮暗、氣球的大小判斷電離程度，用粗略的廣泛pH試紙和精確的pH傳感器測定不同濃度醋酸和鹽酸pH，用科學測定的數據畫出圖表圖像變化，認識強弱電解質電離程度的差別，并引導學生分析數據，為下節弱電離平衡的學習提供鋪墊。實驗設計和分析中，注重滲透實驗設計控制變量思想，注重化學宏觀（實驗現象）——微觀（微觀電離）——符號（電離方程式）——數據（pH測定）四重表征思想，注意培養學生的化學核心素養，培養學生提出問題、探究分析問題和解決問題的能力。

教學實例2筆者在講授蘇教版選修課“有機化學基礎”的“有機化學反應的研究”一節內容時，首先演示了甲烷與氯氣在光照條件下的鹵代反應實驗，總結歸納了該反應的實驗宏觀現象。該取代反應微觀結構主要是碳原子的雜化類型不變，鍵角基本不變，變的是碳原子連接的原子或原子團。然后用球棍模型演示甲烷與氯氣發生取代反應的過程，模型就是放大了的“微觀表征”。將甲烷球棍模型的一個氫原子取下，將兩個氯原子拉開，其中一個氯原子和碳原子相連，另一個氯原子和取下的氫原子相連，該取代反應的（第一步）反應方程式（符號）就活了。宏觀表征，符號表征，微觀表征相通相融，實現了一次三重表征的靈活轉換。接著用微觀和符號解釋該反應的自由基鏈反應機理（鏈引發、鏈增殖、鏈終止）。最后給出一道試題，遷移運用，用科學的數據來定量的分析表征自由基鏈反應機理。

試題：氯分子的解離是一個吸熱過程，ΔH=243.6 kJ/mol，光可以引起氯的解離。可能引起氯解離的光照射Cl2和H2的混合物時，將生成HCl。設混合氣體受到汞紫外燈（λ=253.6 nm）照射，燈的輸入功率為10 W，其中2%的能量被裝在10 L容器中的混合氣體吸收。在照射2.5 s期間生成了0.065 mol的HCl氣體。

試回答：（1）預期引起氯解離的光波長多大？

（2）比計算的臨界值長或短的光也能引起氯解離嗎？

（3）量子產額多大？（量子產額=吸收每一個光子得到產物的分子數）

（4）解釋如何得到上題數值，并描述反應歷程。

二、變化守恒，模型認可，以化學競賽建模輔導為例

化學基本思想是在一定的化學知識和方法基礎上形成的，化學思想對理解、掌握、運用化學知識和化學方法，解決化學問題起到促進和深化的作用。透徹理解化學守恒思想的內涵，如利用“質量守恒、能量守恒、電子守恒”等諸多守恒思想會為解決化學問題帶來了不盡的便利。化學模型可分為物質模型和思想模型（也稱思考模型、觀念模型）兩大類。運用模型是化學常用的教學方法和手段，善于運用模型能夠培養學生的科學探究意識。參加化學競賽的學生僅僅具有一定的化學基礎還是不夠的，還需要具有一定程度的綜合能力，這些能力包括觀察力、思維力、想象力和創造力等。化學競賽的試題強調考察學生具有的對化學學科特有的分子三維立體結構的空間想象能力或者說空間感受能力。利用變化守恒思想，科學建模是解決該類問題的重要途徑和方法。

教學實例1請學生畫出C4H4的所有可能的結構式。這個問題的知識水平還是高中水平，但能力要求遠遠超過高中生已有的水平，需要高度空間想象力，發散思維能力和創造力。通過討論，需滿足3個不飽和度（守恒思想），思考如何滿足3個不飽和度，雙鍵，三鍵和環的綜合運用（變化思想），思路打開后，學生畫出如圖1所示結構。

教學實例2寫出白磷在氧氣中燃燒生成的P4O6、P4O10的結構簡式。此題源于教材，但又高于教材，雖然P4O6、P4O10在中學教材中是沒有的，但學生對教材中P4的正四面體結構還是熟悉的。通過分析結構、價態，可以推斷出它們的結構式如圖2所示。

再進一步，要求學生寫出As4O6S4，C6N4H12的結構式。雖然上述分子對學生來說是極其陌生的，但將上題學到的知識進行遷移，再根據P、As與N，O與S同族，同時抽象出CH2相當于“O”，就可以解決，寫出正確的結構式如圖3所示。

化學競賽中分子結構、配合物結構、晶體結構方面的問題都需要學生具有豐富的空間想像力才能解決。人類研究物質結構的過程中，形成了一種很有效的科學方法，那就是建立模型（簡稱建模）如配合物的八面體、四面體等結構、分子的立體結構、晶體中晶胞的結構等都建立了模型，平時學習中要能很好的理解這些模型，在解決問題時就能得心應手。

三、實驗探究，綠色運用，以化學課外活動開展為例

化學要形成的基本觀念為理解并認同看待化學與化學品的基本觀點，如物質結構決定性質；物質在變化中，物質變化決定于它的本性，外界條件可以影響物質的變化；物質對于人類和環境都有客觀性與兩面性；人們利用化學原理進行實踐活動，要考慮“能不能做”，更應考慮“該不該做”等。化學教學要提高學生化學學習與探究能力，在課堂教學中，教師和學生經常可發現值得研究的問題。通過研討、探究、辯駁，最終實現問題解決并達到對知識的理解升華。學生在探究學習過程中，會激活自己化學學習中的知識儲存，在解決實際問題的探索性活動，提高化學學科素養。化學的綠色運用是化學學科的終極目的，化學在保證和提高人類生活質量、保護自然環境以及增強化學工業的競爭力方面均起著關鍵作用。我們必須為化學正名，提高全民的化學科學素養。

教學實例1銀鏡反應是中學化學教學中較為重要的實驗之一，也是中學教師在上課時必做的演示實驗。教學中每次做到乙醛的銀鏡反應這個實驗，若按照課本的試劑和條件做，由于三聚乙醛等原因效果一般都不太理想。為了保證上課時能取得好的效果，實驗員都會建議在乙醛中加入葡萄糖。這似乎成了做乙醛銀鏡反應時的“潛規則”。另外，在實驗注意事項里，有兩條也是一定會和學生強調的：（1）銀鏡反應需要加熱，而且須在水浴中加熱；（2）銀鏡反應過程中，不要振動試管。雖然，這可以讓學生體驗到實驗成功的喜悅，但嚴重地違背了實事求是的科學精神。為此，查閱資料，在學生的化學課外實踐活動中做了如下改進實驗：取1個潔凈的試管，加入3 mL 5% AgNO3溶液，滴加0.5 mL 10% NaOH溶液，繼續滴加10%氨水至沉淀剛好消失，再加入乙醛（或葡萄糖），在常溫下充分振蕩。實驗現象在試管壁上直接產生光亮的銀鏡，效果很是震撼。

然后和學生一起探討銀鏡反應的機理：首先，醛基先跟OH-發生加成反應得到負離子，然后，該負離子在堿性溶液中失去一個質子得到雙負離子，該物質不穩定，很容易失去一個氫負離子變成酸根離子，氫負離子具有較強的還原性，它能夠把+1價的銀還原為單質銀，當然在該反應中是還原銀氨絡離子中+1價的銀，從反應機理看，保證溶液呈強堿性是反應的關鍵，可見配制銀氨溶液的時候加少量氫氧化鈉，可取得意想不到的效果。

教學實例22015年發生過著名的PX低毒還是劇毒的“詞條保衛戰”，還有某品牌化妝品推出“我們恨化學”的廣告，洗腦般的重復“我們恨化學”，引發了很大的爭議。北大教授周公度遞交聲明要狀告相關部門，理由是，這是一則壞廣告，毫無基本科學素養，反科學、破壞化學教育。周教授的行動提出了一個人們早就關注的問題：化學科學或產品對人類社會和自然社會的雙重效應，以及該如何看待化學及其產品。但對國人而言，恰恰是“喝牛奶知道了三聚氰胺，吃紅心的咸鴨蛋知道了蘇丹紅，喝白酒知道了塑化劑，吃豬肉知道了瘦肉精……”，由此可見，提升學生的化學核心素養和普及化學的綠色運用理念已迫在眉睫。綠色化學是指設計沒有或者只有盡可能小的環境負作用并且在技術上和經濟上可行的化學品和化學過程。它是實現預防污染重要科學手段，包括許多化學領域，如合成、催化、工藝、分離和分析監測等。綠色化學的最大特點在于它是在始端就采用實現污染預防的科學手段，因而過程和終端均為零排放或零污染。綠色化學主張在通過化學轉換獲取新物質的過程中充分利用每個原子，具有“原子經濟性”，因此它既能夠充分利用資源，又能夠實現防止污染。筆者為此專門給學生做了《綠色化學》為主題的專題講座，普及綠色化學運用知識和理念。回答了什么是綠色化學，綠色化學應用的原則有哪些，綠色化學研究什么，目前綠色化學的研究重點是什么等問題。

總之，培養學生化學核心素養任重道遠，化學選修課教學以人文本，運用靈活，大有可為，以上教學實例只是點滴實踐，拋磚引玉。美國教育學家克羅韋爾指出：“教育面臨的最大挑戰，不是技術，不是資源，不是責任感，而是……去發現新的思維方法。”化學教學要培養學生學會用事實、實證、邏輯、推理和論證進行思維的能力。

（收稿日期：2016-05-15）