新課標視野下高中化學教學設計的探索

樓文暇　趙雷洪

摘要： 以“甲烷”為例設計教學，有效統整情境、活動、知識、評價和素養五個方面。根據知識內容特點，確定教學中要側重發展的核心素養維度；以此為導向創設教學情境，圍繞情境設計活動；由活動驅動廣義知識生成，并進行即時評價以實現“教、學、評”一體化。有效促進學生核心素養發展，也由此為新課標視野下的高中化學教學設計帶來新思路。

關鍵詞： 核心素養； 情境教學； 評價； 教學設計； 甲烷

文章編號： 10056629（2018）10006005中圖分類號： G633.8文獻標識碼： B

2018年1月16日發布的《普通高中化學課程標準（2017年版）》相比于實驗版課程標準，進一步強化學科的育人功能，凸顯課程教學與核心素養的內在聯系。其中，就整體內容而言，增加“學科核心素養”模塊；教學提示方面增加對情境素材的建議；教學與評價建議合二為一，倡導“教、學、評”一體化等。這些變動均為高中化學教學設計帶來新思考。

1基于新課標對高中化學教學的思考

1.1依據教學內容特點，確定側重發展的核心素養維度

素養強調知識、能力與態度的統整[1]，具有內隱性和過程性的特點，無法直接教授。而知識是在價值旨趣的驅動下，由人運用一定的方法、體現一定的思想與思維的結果[2]，即知識除其本身外，還蘊含有思維方法、能力與態度。因此，核心素養的培養需以知識為載體。在設計教學時，要考慮教學知識內容特點，確定與之契合的核心素養維度，在教學中側重發展。例如，離子反應是體現宏觀辨識與微觀探析非常好的素材，因此基于宏微結合視角對其進行教學設計[3]。

1.2以素養維度為導向，挖掘素材，創設教學情境

素養的形成和發展與情境密不可分，正是在真實的情境和真實的學習中，知識得以創造，素養得以發展[4]。情境教學不僅有利于激發學生學習興趣，獲得情感體驗，促進態度的形成，而且有助于學生找到知識學習的意義，自主構建知識體系。以教學中要側重發展的核心素養維度為導向，根據學生的個人經驗、生活情境以及知識內容特點，挖掘素材，創設具體教學情境，設計課堂活動。由此促使學生在活動的參與中習得知識、能力、態度等廣義知識，并能夠超越情境，實現知識的遷移與應用。

1.3實現“教、學、評”一體化，診斷并發展學生素養水平

在傳統教學中，教師通常借助練習或考試予以簡單評價，致使教學與評價完全分離。而且評價的內容、方式、主體單一，流于形式。事實上，評價是為決策提供有用信息的過程，目的在于改進而非證明。所以，評價應在教與學的過程中展開，以學生在活動中的表現為依據，結合學生自評、同伴互評和教師評價的方式，即時診斷學生的學習進程與能力發展情況，旨在評估學生核心素養的發展水平。同時，教師從中反思不足，不斷改進教學。

基于以上思考，形成新課標視野下高中化學教學設計的整體構思，見圖1。

2新課標視野下“甲烷”的教學設計

2.1背景分析

甲烷是學生在高中階段學習的第一個有機物。此前，學生對甲烷的認識僅限于來源與用途。而該階段，學生將重點學習甲烷的空間構型和取代反應，并為后續乙烯、乙炔等有機物的學習奠定基礎。值得關注的是，學生雖已學習元素化合物知識，對物質結構有初步認識，但僅停留在二維層面，對有機物的空間立體結構存在認知困難，而且對取代反應這種反應類型非常陌生，這需要教師精心設計教學活動來幫助學生克服。

2.2設計思路

在教學設計中，將情境、活動、知識、評價、素養五個方面整合統一。根據知識內容特點，確定與之契合并將側重發展的素養維度。以此為導向，創設情境，圍繞情境合理設計教學活動，鼓勵學生主動參與學習過程，引導學生深入思考，在活動中習得廣義知識。根據活動中的表現，即時評價學生的學習進程和能力發展情況，評估學生核心素養的發展水平。

基于以上認識，根據“甲烷”一課的知識內容特點，確定側重發展核心素養的其中三個維度，即“科學態度與社會責任”、“證據推理與模型認知”、“宏觀辨識與微觀探析”。以此為導向，創設“可燃冰”情境，通過可燃冰的開采意義，其主要成分甲烷的結構、性質與用途，以及開采現狀和面臨挑戰三個具體情境貫穿教學始終。圍繞教學情境，設計三個學生活動。一是通過定量計算深刻認識甲烷是一種高效燃料。二是搭建甲烷分子球棍模型，分享交流產生疑惑，在教師引導下，根據已有知識和經驗，從鍵角、二氯取代物等多角度論證分析各種可能的合理性，最終根據史料信息確定甲烷的空間結構。三是以甲烷的用途為切入點，引出取代反應，通過宏觀現象與微觀本質相結合，理解并定義取代反應。同時在各環節即時評價，判斷學生在核心素養的這三個維度所達到的水平。具體教學流程見圖2。

2.3教學過程

2.3.1創設“可燃冰”教學情境，激發學生學習興趣，提高課堂參與度

[導入]展示一次能源消費結構圖及相應儲量圖，根據所提供的信息思考兩大問題： 如何解決煤炭、石油燃燒引發的環境問題，以及常規化石燃料短缺的困境？

[討論]開發使用新能源，如太陽能、潮汐能、氫能等。

[講述]目前，這些能源還無法在短短幾十年內進入商業化應用階段。而另一種新型能源——可燃冰或許可以解決這個難題。

[提問]可燃冰的主要成分是什么？有怎樣的能源特性？

[視頻播放]CCTV科技之光： 沉睡的能量塊——可燃冰。

[學生]可燃冰由甲烷分子和水分子構成，其中甲烷占絕大部分。

[追問]相比于常規能源，它有何優勢？

[學生]能量高、儲量大、清潔無污染。

[追問]為什么說甲烷是一種高效清潔的燃料？請通過計算評估這一說法的合理性。

已知甲烷、煤炭、液化石油氣（主要成分C3H8、 C4H10）的熱化學方程式：

[結論]相比于常規化石燃料，甲烷熱值高，燃燒完全后的CO2排放量低，且不會生成SO2等物質污染環境，因而是一種高效清潔的優質燃料。

設計意圖： 以“可燃冰”作為教學情境導入，把學生即將學習的化學知識與其所經歷的社會生活實際相聯系，有利于激發學生學習興趣，引導學生關注人類面臨的與化學相關的社會問題，提高社會責任意識。通過了解我國一次能源消費結構以及可燃冰的優勢，讓學生體會可燃冰開采的意義所在。同時，引導學生運用所學知識，結合定量計算的手段，對甲烷與常規化石燃料進行性能比較，使之深刻理解“甲烷是一種高效優質燃料”，并發展其評估交流的能力。

2.3.2運用已學知識，通過證據推理，探究甲烷空間結構

[講述]甲烷除作為高效燃料外，還可用于合成氯仿、四氯化碳等有機溶劑。實際生產中是如何實現這一用途的呢？結構決定性質，從甲烷的結構入手分析。

[提問]甲烷分子中，C與H通過什么類型的化學鍵結合？請做簡單分析。

[學生]以共價鍵結合。C最外層有四個電子，分別與4個H的最外層電子作用，形成四對共用電子，即四根共價鍵。

[學生活動]請寫出甲烷的電子式，并以小組為單位利用超輕粘土、塑料吸管搭建甲烷分子的球棍模型。

[展示交流]小組相互展示搭建的模型，產生疑惑。

[提問]搭建的模型主要有三種： 平面正方形、正四面體和正四棱錐。你認為哪一種模型最不合理？為什么？

[學生]正四棱錐最不合理，因為各原子之間相距近，空間分布擁擠。

[提問]原子由什么組成？原子之間存在什么力？當原子與原子相距過近，會有怎樣的趨勢？共價鍵之間呢？最終導致什么結果？

[學生]原子是由帶正電的原子核與帶負電的核外電子構成。原子之間存在引力和斥力。當原子與原子相距過近時，斥力大于引力，就有相互遠離的趨勢，共用電子對之間也會排斥，導致兩根共價鍵之間的夾角變大。

[提問]共價鍵之間的夾角稱為鍵角。請比較這三種模型的鍵角一樣嗎？

[講述]由此得到新思路： 可以測量鍵角作進一步判斷。

[史料支持]1874年，范特霍夫和勒·貝爾各自發表論文，提出碳原子的四面體學說[5]。近代，研究者們借助儀器測量甲烷分子鍵角，得∠H-C-H=109°28′，與正四面體相符。

[講述]除鍵角外，還有一種方法可用于判斷甲烷的空間構型。

[學生活動]嘗試搭建平面正方形、正四面體和正四棱錐這三種構型對應的二氯取代物（CH2Cl2），看看分別有幾種同分異構體。

[交流]平面正方形和正四棱錐的二氯取代物均有兩種，而正四面體對應的二氯取代物僅一種。

[講述]實際研究中，發現甲烷的二氯取代物只有一種結構，無同分異構體。

[結論]甲烷的空間構型為正四面體。

設計意圖： 本環節立足于學生的最近發展區，指導學生根據已有的共價鍵知識分析甲烷的分子結構，認識碳原子成鍵特點；組織學生使用最簡單的素材，動手搭建甲烷分子的球棍模型，并為學生創造機會進行師生、生生之間的交往與對話，評估所搭建模型的合理性，發揮學生主體性，培養批判意識；在教師的充分引導下，學生從鍵角、二氯取代物等多個視角分析論證合理的甲烷空間結構，由此獲得探索體驗，發展自身證據推理能力，建構認知模型。此外，這也讓學生對取代反應和同分異構現象有了感性認識。

2.3.3深入微觀結構，理解宏觀性質，建立“結構性質用途”的聯系

[提問]氯仿、四氯化碳這些有機溶劑是怎樣合成的呢？根據各自的分子式，分析誰替代了誰的位置？

[學生]氯原子替代氫原子的位置。甲烷與氯氣反應，合成氯仿和四氯化碳。

[演示實驗]氯氣與甲烷以4∶1混合，并以高壓汞燈作為光源[6]。課前已搭建好實驗裝置（見圖3），并檢查裝置氣密性良好。

圖3反應發生裝置（左）和產物檢驗裝置（右）

將甲烷慢慢注射入圖3（左）250mL圓底燒瓶中，來回抽拉，使氣體混合均勻，用高壓汞燈照射。待黃綠色褪去后，抽取少量氣體，拔出針筒，注射入圖3（右）的氯化氫檢驗裝置中。打開圖3（左）中的止水夾，形成噴泉。

[學生]觀察反應過程，描述并解釋實驗現象。

[播放動畫]甲烷與氯氣發生取代反應的微觀過程。

[師生]借助模型拼插，從微觀角度分析甲烷與氯氣反應本質。

[提問]甲基自由基除與氯原子結合外，還與誰進行結合？相當于誰取代誰的位置？

[學生]與自身進行結合，相當于甲基取代了氫原子的位置。

[追問]什么是取代反應？

[學生]下定義： 有機化合物分子中的某種原子（或原子團）被另一種原子（或原子團）所取代的反應。

設計意圖：從“合成氯仿等有機溶劑”這一用途入手，讓學生初步感知取代反應的意義，通過對演示實驗現象的宏觀認知，以及借助模型拼插活動對反應本質的微觀分析，加深對取代反應的理解，建立起“結構性質用途”的聯系。最后組織學生下定義，診斷其對取代反應的認識水平。

2.3.4關注可燃冰的開采現狀及挑戰，逐步培養環保意識，擔負社會責任

[拓展視野]從全球天然氣水合物地域分布情況來看，約有97%分布于海洋中，僅3%分布在陸地凍土帶上。目前，我國探明的可燃冰主要分布于青藏高原、青海地區以及南海地區。2017年5月10日至7月9日，由國土資源部中國地質調查局組織實施的南海可燃冰試采工程取得完滿成功。連續試采60天，累計產氣超過30萬立方米。此次試采成功表明，我國在可燃冰開采理論、技術、工程和裝備等方面居于世界領先水平。

[提問]若可燃冰的日開采量超過10萬立方米，便可用于商業化。但現階段開采仍面臨著挑戰，你認為在開采過程中應考慮哪些因素？

[交流討論]設備、技術要能應對海底低溫高壓環境；從環境方面考慮，開采可能影響海底生物的生存環境，可能引發海底滑坡、海嘯等地質災害。

設計意圖： “可燃冰開采”作為本課教學情境貫穿教學始終。針對“可燃冰開采過程應考慮的因素”這一問題的回答，診斷學生的環境保護意識和可持續發展意識水平。也由此引導學生關注資源開發過程中的環境保護問題，考慮可燃冰開采對社會可持續發展帶來的雙重影響，培養學生逐漸形成與環境和諧共處、合理利用自然資源的觀念。

3結語

化學學科核心素養包括宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學探究與創新意識、科學態度與社會責任五個維度。但在實際教學中，尤其是具體到某一課的教學時，往往難以覆蓋所有維度。因此，教師在設計教學時，首先要根據知識內容特點，確定本課要側重發展的核心素養維度。同時，應注重素養指導下學習情境的創設和學生活動的設計。因為認知是發生在與環境、情境相互作用的過程中，而所有知識都依賴于個人的整合和判斷，滲透了個人的情感與信念[7]。只有當學生在情境中親身經歷學習過程，才有可能獲得生動而深刻的認識，形成個人的知識體系，將習得的知識在日后的實踐中遷移與應用。此外，應實施“教、學、評”一體化教學，關注學生課堂中的表現，通過學生自評、同伴互評和教師評價多種方式，即時評價學生的學習進程和能力發展水平，不斷改進教學，從而有效促進學生核心素養的發展。

參考文獻：

[1]柳夕浪. 從“素質”到“核心素養”——關于“培養什么樣的人”的進一步追問[J].教育科學研究， 2014，（3）： 5～11.

[2]李潤洲. 核心素養視域下的知識教學[J].教育發展研究， 2017， 37（8）： 69～76.

[3]俞建鋒. 基于宏微結合導向下的“離子反應”單元整體教學設計[J].化學教育， 2018， 39（1）： 43～47.

[4]張華. 論核心素養的內涵[J].全球教育展望， 2016， 45（4）： 10～24.

[5]周嘉華， 張黎， 蘇永能. 世界化學史[M].吉林： 吉林教育出版社， 1998： 231， 243.

[6]吳育飛， 張中強， 張萍. 甲烷氯代反應條件的系統化探究與教學實施策略的優化[J].化學教育， 2015，36（21）： 57～61.

[7]張良. 論素養本位的知識教學——從“惰性知識”到“有活力的知識”[J].課程·教材·教法， 2018， 38（3）： 50～55.