基于化學核心素養培養的教學實踐
——以“元素及其化合物”為例

熊冬柏

一、培養學生化學學科核心素養的重要載體—元素化合物

元素化合物是高中化學的一個非常重要模塊，化學核心素養的五個方面，在以元素化合物的教學中均能得到很好的滲透。曾國瓊［1］認為以“元素化合物”知識為載體，可以培養學生的“元素觀和變化觀”、“微粒觀”、“分類觀”、“實驗觀”、“化學價值觀”。姜言霞、王磊［2］等人認為“元素化合物知識是構成中學化學知識的基礎和骨架”，“約占中學化學教學內容的60%”，“新的化學課程體系中元素化合物知識仍處于基礎和核心的地位”，“成功的元素化合物知識的教學對提高中學化學教學質量具有極為重要的意義”。

元素化合物主要有以下四個方面的價值或意義：

（1）元素化合物給學生呈現了一個繽紛絢麗的化學世界，學生在了解這個世界的同時也培養了對化學學習的興趣和求知探索的欲望。

（2）元素化合物的教學與STSE教育密切相關

元素化合物教學中包含有眾多與科學、技術、社會、環境密切相關的內容，能很好的落實科學精神與社會責任。

（3）元素化合物知識為化學基本概念和理論的學習奠定了基礎。

（4）元素化合物模塊的學習是培養和提高學生化學學科能力的重要載體

王磊［2］等人認為：“能力并非是各類知識的簡單加和，而是在一系列活動中形成的，并且與學生的主動建構、反思內化和實踐應用密不可分。這就要在教學中設計相應的學生活動，讓學生在活動中實現知識向能力的轉化?！痹鼗衔锝虒W中，需要設計很多探究活動，如物質的制備、分離提純與檢驗、組成與結構、性質和用途、變化及規律等的探究。學生這一系列探究活動中，不只是學習了知識，更重要的是增長了能力，培養了學生的核心素養。

二、元素化合物教與學的現狀及存在的問題

1.學生對元素化合物知識的學習現狀 由于元素化合物的學習是在必修1完成的，必修2中的元素周期表和周期律還未學習，學生對元素間的認識是孤立的，不能把握相關的聯系和轉化規律，并且元素化合物知識點瑣碎繁雜，導致學生感到知識雜亂無章，容易混淆和遺忘。

2.教師對元素化合物知識教學的現狀

（1）忽視或不能充分發揮化學實驗探究的重要價值。

由于應試教育及高一化學課時緊、任務重等原因，教師往往將許多學生實驗改成演示實驗，將探究實驗改成了驗證實驗。即使是探究實驗，也沒有把探究落到實處，沒有在探究中培養相應的能力和相關的科學素養。這樣必定不利于學生興趣的培養、核心素養的培養。

（2）簡單認為學習元素化合物就是擴展相關元素和物質的知識點，不重視規律的探討和總結，不重視化學基本概念和基礎理論的構建形成、深化理解和靈活應用，不重視學生學科能力的培養。

（3）不重視STSE教育

（4）部分教師課堂教學方式需要改進

部分教師的上課形式主要是直接呈現知識、陳述知識、傳授知識，而缺乏探究、學與問、思考與交流等互動活動。

三、基于核心素養培養目標的元素化合物的教學內容的落實

為了解決上述的問題，我們要重新認識課堂教學價值觀，基于核心素養培養目標重構課堂教學模式，實現知識與道德、教書與育人、教學與教育的融合。從單純三維目標的達成提升到學科核心素養的落實，從以傳授知識為核心的教學轉變為以核心素養培養為核心的教學?；瘜W核心素養的內涵在元素化合物的教學中的具體落實如下：

1.宏觀辨識與微觀探析 人教版必修一安排學習了7種元素及其化合物：Na、Al、Fe、Si、Cl、S、N，每個內容都安排了實驗和學生活動等，通過觀察、辨識一定條件下物質的形態及變化的宏觀現象，能從物質的微觀層面理解其組成、結構和性質的聯系，形成“結構決定性質，性質決定應用”的觀念。“結構決定性質”典型突破的實例有：

（1）SiO2、金剛石、晶體硅、SiC等原子晶體具有立體網狀結構，導致它們具有熔點高、硬度大等性質；而CO2、Cl2、SO2、N2等分子因無立體網狀結構，是由一個個獨立的分子構成，分子間僅有很微弱的分子間作用力，故它們為熔沸點低的氣體。

（2）Na等原子的結構（半徑大，最外層電子數少）決定了它易失電子，金屬性強；Cl等原子的結構（半徑小，最外層電子數多）決定了它易得電子，非金屬性強。

培養學生具備根據物質的微觀結構預測物質在特定條件下可能具有的性質和可能發生的變化的能力，如根據K、Ca、Cs、F、O、S、N等元素的原子結構預測元素的性質和可能發生的變化；“性質決定應用”典型突破的實例有：

（1）金屬與非金屬分界線附近元素的單體既有金屬性又有非金屬性，可做半導體材料，如晶體硅；

（2）金屬鎂和鋁具有質輕、易生成致密氧化膜抗腐蝕等優良性質，用于制造合金，在航空材料、日常生活等方面有廣泛的用途。

（3）氯氣和次氯酸鹽具有強氧化性，廣泛用于殺菌消毒和漂白。

2.變化觀念與平衡思想 NO與O2混合的實驗、分別蘸有濃氨水和濃鹽酸的玻璃棒靠近的等實驗能認識物質是在不斷運動的；很多反應如N2與O2、N2與H2、SO2與O2的反應說明物質的變化是有條件的；Na等金屬與水，Mg、Al等金屬與酸，Na2O2與H2O，Na2CO3與少量H2O形成晶體，NH4Cl與Ba（OH）2·8H2O晶體混合，蔗糖與濃硫酸混合等反應讓學生關注了化學變化中的能量轉化；引導學生從離子反應、氧化還原反應等角度對紛繁復雜的化學變化進行分類研究，逐步揭示各類變化的特征和規律；學生通過SO2與H2O的反應建立平衡的思想，用對立統一、聯系發展和動態平衡的觀點考察、分析化學反應，預測在一定條件某種物質可能發生的化學變化。

3.證據推理與模型認知 元素及其化合物的學習牽涉到很多化學反應及實驗，通過這些反應及實驗現象能培養學生證據推理與模型認知的素養；

如SO2性質的推導教學可進行如下的設計：

（1）課前布置作業，讓學生初步學會收集各種證據。如SO2能形成酸雨；SO2能制硫酸；SO2通入氫硫酸溶液中能產生黃色沉淀；SO2能使石蕊變紅；SO2能使加有酚酞的NaOH溶液褪色；SO2能使高錳酸鉀溶液褪色；SO2能使品紅溶液褪色；SO2能使食物增白，但食用這類食品，對人體的肝、腎臟有嚴重損害，并有致癌作用；葡萄酒中一般都添加了微量的SO2等等。

（2）課上引導學生根據這些現象推導SO2可能具有的性質并提出假設。

（3）基于證據進行分析推理，證實或證偽假設，學習解釋證據與結論之間的關系，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑；

也可通過模型認知來推測SO2的性質，如先建立模型：

再通過所建構的模型來認知SO2的性質并寫出相應的反應方程式：

注：SO2的特性：漂白性（化合漂白，不穩定，可逆）

引導學生通過模型認知物質性質并培養的能力，從理解和感悟模型到自主建構模型。

最后要求學生設計實驗探究SO2的物理性質和化學性質：①SO2的溶解性②SO2的漂白性③SO2的氧化性④SO2的還原性。并利用所提供試劑進行實驗。

4.實驗探究與創新意識 元素化合物板塊有很多實驗，啟發學生發現和提出有探究價值的化學問題，依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作，引導學生對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結論；鼓勵同學之間交流實驗探究的成果，并提出進一步探究或改進實驗的設想；鼓勵學生尊重事實和證據，不迷信權威，具有獨立思考、敢于質疑和批判的創新精神。

突破的典型實例有：驗證鐵與水蒸氣是否發生反應及產物的檢驗；FeCl3溶液與適量的鐵粉反應后溶液中組成離子的分析和檢驗；Fe（OH）2的制備及實驗裝置的優化；氯水成分的分析和檢驗；氯水中有漂白作用微粒的假設、分析和驗證；木炭與濃硫酸反應產物的分析和檢驗；怎樣設計實驗，盡可能多地使NO2或NO被水吸收。

5.科學精神與社會責任 元素及其化合物模塊學習中牽涉到的科學精神和社會責任內容很多。如SO2、NO等的功與過；硫的氧化物和氮的氧化物與空氣質量和酸雨的問題；綠色化學問題：濃硫酸、濃硝酸做氧化劑反應時的實驗設計，氯氣的制備及性質實驗等。

四、兩種教學實踐結果的對比

2016學年我承擔高一4個班的化學教學，班級人數均為53人。在必修一的元素化合物教學中，6班和13班我采用基于核心素養培養目標的教學實踐，8班和15班還是采用傳統的教學方式。教學結束后，我設計下圖橫坐標的10個方面的題目給4個班的學生做，每個方面問題的題目共10分，總分100分，下圖縱坐標為每個方面問題的得分。

由統計數據和圖可以看出，核心素養教學模式下學生的總平均分（73.25分）比非核心素養教學模式下學生的總平均分（60.80分）有明顯提升，學生在10個方面題目的得分均高于非核心素養教學模式，其中微觀探析、宏微觀間關聯、證據推理和模型認知、實驗探究能力、創新意識、科學精神和社會責任這些方面的得分提升更明顯。這體現出核心素養教學模式的明顯優勢。

總之，元素化合物是培養學生化學核心素養的重要載體，基于核心素養培養目標的教學能有效的解決現實中教與學中存在的問題，更好地培養學生適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。