基于學科核心素養培養的高三化學復習教學重構

洪茲田 羅德炳 張賢金

摘要： 以有機制備實驗復習教學為例，展示基于核心素養培養的高三化學復習教學重構案例的設計過程。該案例設計融合必修2、化學反應原理、物質結構與性質、實驗化學等模塊，通過理論分析、演示實驗、實驗改進等，探究乙酸乙酯制備實驗的改進與優化，建構化學實驗體系三要素和形成有機制備實驗的思維模型。獲得如下教學啟示： 專題復習生本化;模塊跨界融合化;素養提升進階化;認知梳理結構化;問題解決模型化;資源捕捉及時化等。

關鍵詞： 學科核心素養; 教學重構; 有機制備實驗; 復習教學案例 ?文章編號： 10056629（2019）6006006??????中圖分類號： G6338??????文獻標識碼： B

1?高三復習課普遍存在的問題

考點清單化，知識習題化

復習內容往往以清單形式總結和梳理大量考點，或者用大量試題組合，以練代講。復習過程更多關注“知識與技能”的落實，而弱化“過程與方法”“情感態度與價值觀”的培養，更談不上建構學科觀念和發展學科核心素養。

模式單一化，知識碎片化

往往采用“知識梳理+例題分析+作業講評+布置作業”模式復習某一專題（或主題）內容，此復習模式雖有專題歸納之形但無結構化之實。課堂教學隨意性大，有的復習課甚至演變成復習筆記抄寫課或簡單的習題講評課。學生通過復習獲得的是碎片化知識，知識遺忘率高。

課堂去情境化，能力應用薄弱化

復習課上雖有師生的對話交流，但生動活潑的教學情景被剝奪了。學生認識問題的視角未變化，不能形成認知沖突，毫無深層次體驗可言。面對陌生情景試題，往往還原模型和遷移應用的能力薄弱，久而久之學生學習欲望減退和成就感缺乏。

2?“教學重構”的提出和概述

布魯納的認知結構理論認為，學習的過程是學生利用已有認知結構，對新知識經驗進行加工改造并形成新認知結構的過程。教學重構是指在理解教學內容基礎上，選擇、整合、優化和開發其他教學資源，對學生進行引導、組織與交流合作，使教學內容更能適應具體教育及教學情境。復習課有喚醒、重組、提升三大功能。教學內容重構有利于學生把再現的教學內容融合、打通，進而構建知識內在聯系，最后綜合和靈活運用，解決實際問題，實現復習效果最優化。在高三復習中進行教學重構，以教學活動流幫助學生多層次多角度建構、體驗復習內容，促進關鍵能力、必備品格和價值觀念內化，提升學科核心素養。

3?指向學科核心素養的教學重構案例設計

制定指向學科核心素養的教學目標

（1） 通過乙酸乙酯制備的演示實驗及實驗改進，學會在實驗過程中發現和解決問題，培養辯證的觀點和敢于質疑、勇于創新、樂于探究的精神，發展“科學探究與創新意識”素養。

（2） 通過對某些實驗意外事故的處理和異常現象的探究，學會鎮靜處理實驗事故和進行實驗探究的方法，培養安全意識、證據推理意識和嚴謹求實、敢于質疑、樂于探究的精神。

（3） 了解回流、洗滌、分液、抽濾等實驗基本操作、基本原理和冷凝管、分液漏斗、抽濾瓶、蒸餾燒瓶、分水器等儀器的使用方法，掌握實驗基本技能和形成實驗基本觀念。

（4） 理解有機制備實驗的一般方法，形成實驗系統化思想并建構化學實驗體系三要素?清華大學宋心琦教授提出化學實驗體系三要素： 作為實驗對象的物質體系;適當的儀器裝置和必要的安全措施;合理的實驗步驟和規范的操作技術。[1]，發展“科學探究與創新意識”素養。

設計教學思路

以高一學生認知水平為起點，參考“實驗化學”模塊內容素材，舊課新上。通過理論分析、演示實驗和實驗改進，探究乙酸乙酯制備實驗改進與優化。歸納提升形成有機物制備實驗思維模型并應用模型解決陌生問題。

設計教學活動

1?實驗分析

（1） 逆向思維，確定試劑

從最經典的有機制備實驗——乙酸乙酯制備引入課題。

[學習任務1]用逆推法引導學生從理論上分析制備乙酸乙酯所需試劑。

綜合考慮酯化反應特點（如產率低、反應慢、產品不純等）、化學反應速率和化學平衡，得出所需試劑是冰醋酸、無水乙醇、濃硫酸。

設計意圖： 指導學生根據目標產物逆推制備試劑，培養逆向思維和運用理論知識解決實際問題的能力。通過實驗試劑及條件確定，學生認識到化學變化遵循一定規律，可根據需要調控反應的方向、限度和速率，發展“變化觀念與平衡思想”素養。

（2） 展示數據，分析用量

[學習任務2]展示試劑物理參數，分析試劑用量關系（見表1）。

學生從表1獲取物質性質，從“物質結構與性質”中的“相似相溶原理”理解“水中溶解性”。

問題1： 提高轉化率時，為什么采用乙醇過量，而不是乙酸過量？

學生普遍認為是因為乙醇較便宜。教師引導學生澄清錯誤，形成正確認識： 實驗室制法由于所制取物質一般較少，可不考慮成本。由表4沸點數據知，采取乙醇過量主要是乙醇更易揮發，導致其利用率偏低。

問題2： 加少量濃硫酸即可起催化作用，實際用量為什么相對較多卻不宜過多？

濃硫酸可吸收生成的水，使平衡向酯化方向移動，提高酯的產率，故實際用量較多。同時，濃硫酸有脫水性和強氧化性，會使有機物炭化，降低酯的產率，故不宜過多。

設計意圖： 引導學生從數據中獲取信息，為分離和提純方案設計做鋪墊。利用“相似相溶原理”理解物質溶解性，形成“結構決定性質”觀念，發展“宏觀辨識與微觀探析”素養。分析藥品用量，引導學生從量變與質變以及對立統一角度、聯系發展、動態平衡觀點分析化學反應，預測在一定條件下可能發生的化學變化，發展“變化觀念與平衡思想”素養。

（3） 展示裝置，分析用途

[學習任務3]展示課本實驗裝置（見圖1），分析實驗裝置用途和飽和碳酸鈉溶液作用。

學生結合物質相關性質和“相似相溶原理”理解飽和碳酸鈉溶液作用： 吸收乙酸、溶解部分乙醇、降低乙酸乙酯在水中的溶解度。

設計意圖： 引導學生變“照方抓藥、機械操作”為思考“怎么做”“為什么這么做”，形成實驗整體認識和實驗基本觀念，加深認識化學實驗體系三要素。

演示實驗

（1） 演示實驗，分析細節

教師演示乙酸乙酯制備實驗。發生裝置藥品加入順序： 碎瓷片、無水乙醇（6mL）、濃硫酸（4mL）、冰醋酸（4mL）;收集裝置的飽和碳酸鈉溶液中滴加幾滴酚酞。

學生分析實驗細節： ①試管傾斜45°（增大受熱面積）;②無水乙醇、濃硫酸、冰醋酸加入順序：“無水乙醇→濃硫酸→冰醋酸”或“冰醋酸→濃硫酸→無水乙醇”;③導管不能伸入飽和碳酸鈉溶液中（防止倒吸）;④加碎瓷片（防止暴沸）;⑤向飽和碳酸鈉溶液中滴入幾滴酚酞（便于觀察飽和碳酸鈉溶液與乙酸乙酯的分層界面）。

設計意圖： 刨根問底，深入探究實驗關鍵問題，幫助學生認識化學實驗體系三要素，形成嚴謹求實、樂于探究的科學態度。

（2） 實驗生成，引導探究

資源1： 實驗過程中連接導管的醫用橡皮管斷掉。指導學生處理實驗意外事故： 移開酒精燈，重新更換橡皮管。繼續實驗時，橡皮管再次斷掉。引導學生分析實驗失敗原因，乙酸乙酯是一種有機溶劑，橡皮管易被有機溶劑溶解，從而考慮如何改進裝置。

資源2： 當滴入酚酞的紅色溶液表面出現油狀液體時，振蕩試管，紅色消失，溶液仍然分層。學生起先普遍認為紅色消失是由于乙酸與碳酸鈉反應所致。后來引導學生進行實驗探究，發現上述假設的錯誤。經過一番討論后重新提出假設，酚酞可能被乙酸乙酯萃取。再次設計實驗探究，發現紅色消失果然為酚酞被乙酸乙酯萃取所致。

設計意圖： 利用實驗意外事故處理，學生學會冷靜處理實驗事故，樹立安全意識。實驗異常現象探究，培養學生證據推理意識和嚴謹求實、敢于質疑、樂于探究的精神，糾正師生的思維誤區，發展“證據推理”“科學探究與創新意識”素養。

實驗改進

（1） 針對裝置缺陷，進行實驗改進

[實驗改進1]指導學生發現反應裝置缺陷并進行改進與優化。

① 裝置缺陷： 試管容量較小，制備的有機物較少;缺少冷凝回流裝置，乙酸、乙醇易揮發，原料利用率低;產物乙酸乙酯易損失。

② 提出改進方案（見圖2）： 針對容量較小問題，改“試管”為“圓底燒瓶”→針對易揮發問題，在圓底燒瓶上口膠塞開個洞，放根長玻璃導管作冷凝回流→針對熱交換效果差，改“長玻璃導管”為“直形冷凝管”→進一步提高冷凝效果，改“直形冷凝管”為“球形冷凝管”（甚至“環形冷凝管”）[2]。

③ 介紹新裝置和新儀器： 介紹冷凝回流裝置，介紹空氣冷凝管、直形冷凝管、球形冷凝管、環形冷凝管（見圖3）的使用方法及用途（內容略）。

④ 針對裝置缺陷： 無法控制溫度，易發生副反應;無法添加藥品。

⑤ 再次改進： 增加出口，接溫度計、加料管、攪拌器等。改進如下： 圓底燒瓶→二口燒瓶（見圖4，中間口接回流冷凝管等，側口接溫度計或加料管等）→三口燒瓶（見圖5，中間瓶口裝攪拌器，兩個側口裝回流冷凝管和滴液漏斗或溫度計等）。

設計意圖： 分析裝置缺陷，提出改進方案，培養學生發現問題并解決問題的能力和敢于質疑、勇于創新的精神，發展“科學探究與創新意識”素養。

[實驗改進2]對比兩種乙酸乙酯制備裝置，發現中學裝置優點和回流裝置缺點，提出實驗改進設想并設計分水器。

① 評價裝置優劣： 中學裝置優點為產物易與反應物分離，可提高轉化率;回流裝置缺點為反應物和產物同時回流到反應裝置中，產物無法與反應物分離，轉化率低。

② 提出改進方案： 應保證揮發出的反應物能冷凝回流，且產物能及時分離，使平衡正向移動，提高原料利用率和產物產率。可在冷凝回流裝置下方連接能將水分離開的裝置（油水分離器，又叫分水器）。頭腦風暴，師生共同繪制出分水器輪廓圖。

③ 介紹分水器，分析如何判斷反應基本完成。

展示并說明分水器結構（見圖6）與使用方法。引導學生得出判斷反應基本完成的方法： 將分水器中先裝滿水，再放掉V0的水（V0略大于理論出水體積），待分水器全部被水充滿即達反應終點。

設計意圖： 通過兩個裝置優缺點比較，培養學生辯證觀點。基于實驗方案優化視角，提出改進方案（圖7），養成敢于質疑、勇于創新的精神。在教師指導下設計分水器，體驗科學發明過程，發展“科學探究與創新意識”素養。

（2） 分析混合液成分，設計分離提純方案

[實驗改進3]分析回流后混合液成分（乙酸乙酯、乙酸、乙醇、水、硫酸），引出分離提純問題。指導學生設計并分析水洗、堿洗、干燥、蒸餾等實驗環節。

分離提純方案： ①水洗（蒸餾水洗）——除硫酸、乙酸、乙醇;②堿洗（飽和碳酸鈉溶液洗）——除少量硫酸、乙酸、乙醇;③水洗（蒸餾水洗）——除碳酸鈉;④干燥（無水氯化鈣干燥）——除水和乙醇;⑤蒸餾（收集76～78℃餾分）——得到乙酸乙酯。

介紹水洗中的分液操作、干燥后的抽濾操作、蒸餾操作與蒸餾裝置（冷凝管如何選擇），說明實驗注意事項（裝置和內容略）。

設計意圖： 學習分液、抽濾、蒸餾等實驗基本操作及裝置特點。通過一系列實驗方案設計，培養實驗系統化思想并建構化學實驗體系三要素，發展“科學探究與創新意識”素養。

總結提升

以多出產品、快出產品、出好產品、實驗安全、綠色化學為指導進行實驗改進與優化，建構有機制備實驗思維模型（見圖8）[3]。

設計意圖： 重點引導學生以思維導圖形式進行梳理歸納，形成有機制備實驗思維模型，發展“模型認知”素養。

遷移應用

（2014年全國卷Ⅰ）乙酸異戊酯是組成蜜蜂信息素的成分之一，具有香蕉的香味，實驗室制備乙酸異戊酯的反應式、反應裝置示意圖和有關數據如下：

相對分子質量密度/（g·cm3）沸點/℃水中溶解性異戊醇8808123131微溶乙酸6010492118溶乙酸異戊酯13008670142難溶??實驗步驟： 在A中加入44g異戊醇、60g乙酸、數滴濃硫酸和2～3片碎瓷片，開始緩慢加熱A，回流50min，反應液冷至室溫后，倒入分液漏斗中，分別用少量水，飽和碳酸氫鈉溶液和水洗滌，分出的產物加入少量無水硫酸鎂固體，靜置片刻，過濾除去硫酸鎂固體，進行蒸餾純化，收集140～143℃餾分，得到39g乙酸異戊酯。回答下列問題：

問題和答案（略）。

設計意圖： 將思維模型遷移應用到新情景中，根據完成情況評價學習效果。

4?教學案例反思與啟示

專題復習生本化

針對學生認知水平與發展水平，選擇切口小、視角新、針對性強的專題進行復習。乙酸乙酯制備是高考熱點和學生認知薄弱點，涉及化學反應速率、化學平衡等理論知識和實驗操作、實驗設計、實驗工藝等實驗知識。本案例立足學生認知水平，設計復習發展水平。不斷揭示深層次問題，引發學生認知沖突，延伸出新的知識生長點。讓學生對實驗原理、裝置設備和操作方法等逐一理解深化，提高其創新設計和遷移應用能力。

模塊跨界融合化

化學各模塊知識間本無明顯界限，解決某個問題可能需跨界多個模塊。在某一主題復習中融合多個模塊，用多層面、多角度問題穿針引線，實現模塊跨界知識融合。本案例融合必修2的乙酸乙酯制備、“實驗化學”中的有機制備實驗、“化學反應原理”中的化學反應速率和化學平衡、“物質結構與性質”中的相似相溶原理等核心知識和綠色化學、證據意識、定量思想等實驗基本觀念。通過模塊跨界融合，變換學生認識問題視角，形成正確、科學的學科思想方法與基本觀念，提升學生的思維品質。

素養提升進階化

學科核心素養不是教師能直接教給學生的，素養提升也不是一蹴而就的，而是在真實問題的解決中不斷進階發展的。本案例實現從高中到大學實驗能力和素養提升的進階。首先，通過理論分析，領會實驗背后的原理性知識，發展“變化觀念與平衡思想”“宏觀辨識與微觀探析”素養。其次，通過演示實驗并捕捉實驗生成資源，引導學生學會實驗意外事故的處理和異常現象的探究，發展“證據推理”“科學探究與創新意識”素養。再次，深入探究實驗改進與優化，形成實驗系統化思想并建構化學實驗體系三要素，發展“科學探究與創新意識”素養。最后，建構有機制備實驗思維模型并遷移運用，發展“模型認知”素養。

認知梳理結構化

形成問題解決能力不是僅僅靠掌握更多的事實性內容，而是要建立對復習內容清晰、牢固的認知結構。學習的重心應更多理解可遷移的核心概念和對更為根本的知識結構進行深層理解。本案例通過理論分析、演示實驗、實驗改進與優化等，建構化學實驗體系三要素，形成結構化的有機制備實驗思維模型。若停留在傳統復習模式： 復習乙酸乙酯制備+有機制備實驗拓展+習題實戰操練，復習效率看似高效，但學生知識遺忘率高，問題解決能力弱。

問題解決模型化

學生問題解決能力薄弱，很重要的原因在于不能建構思維模型并對模型進行遷移運用。本案例以多出產品、快出產品、出好產品、實驗安全、綠色化學為指導進行實驗改進與優化，建構有機制備實驗思維模型，將內在思維過程可視化。同時，遷移運用思維模型解決陌生問題。體現“構建原型→構建模型→問題解決”的問題解決程序。

資源捕捉及時化

學科核心素養是學生在解決未知性、復雜性的問題時表現出的綜合品質。教學中的生成性資源是培養核心素養的重要素材。本案例及時捕捉實驗生成性資源，引發對實驗意外事故處理的思考和實驗異常現象探究，發展學生“證據推理”“科學探究與創新意識”素養。

參考文獻：

[1]?宋心琦. 化學實驗教學改革建議之一[J]. 化學教學， 2012， （4） ： 3～5.

[2]?張玉勇. 用乙酸乙酯制備實驗培養學生兩種思維能力[J]. 中學化學教學參考， 2017， （7）： 40～42.

[3]?李曉明. 實驗教學中要進行觀念的滲透——以“乙酸乙酯的制備”實驗復習為例[J]. 化學教育， 2016， 37（09）： 52～55.