利用情境與問題“雙驅動”提升化學核心素養

黃志清

【摘 要】本文以《氨氣的性質》問題探究性教學設計為例，例析情境與問題“雙驅動”助力化學學科核心素養培養的具體做法，在真實問題情境中借助問題鏈開展教學實踐活動，即以“化學的眼光”和“化學的頭腦”設置有深層價值、貼近 STSE 發展、符合學生心理發展階段和認知發展水平的驅動性問題，引導學生通過自主學習、合作探究、組際交流深刻理解并靈活應用知識，不斷提升思維能力和問題解決能力。

【關鍵詞】化學核心素養 問題情境 問題鏈 探究能力

【中圖分類號】G? 【文獻標識碼】A

【文章編號】0450-9889（2019）06B-0100-03

蘇霍姆林斯基說過，當我們的學生在離開校園的時候，帶走的不應該只有知識，更重要的是對理想的追求。宋心琦教授也曾認為：“中學化學教學能夠使學生終身受益的不是具體的化學專業知識，而是影響他們世界觀、人生觀和價值觀的化學思想觀念;不是諸如分類實驗、計算等特殊的方法和技能，而是影響他們思維方式和問題解決能力的、具有化學特點的認識論和方法論。”

筆者認為核心素養視野下的化學教學不能局限于具體的化學知識的掌握，應該著力引導學生對化學知識的深度理解和靈活應用，注重學生思維能力、問題解決能力、社會擔當意識和科學探究能力的培養，而這些品質是在真實問題情境中、在長期教學實踐中逐漸培養起來的。因此，在教學過程中，必須堅持以化學學科核心素養為導向，精準把握“知識”“情境”“問題”“素養”四個要素的定位與聯系，立足三維教學目標綜合考量學生的認知水平與即將要達成的認知間的差距，以真實教學情境為“導火索”設計深層價值且貼近生活、生產實際的驅動性問題，讓學生在自主、合作（組內、組際）探究問題、解決問題中體驗和感受知識的發生、發展全過程，從而內化與價值問題有關的知識，培養學生的思維能力、社會擔當意識和科學探索精神。本文以《氨氣的性質》問題探究性教學設計為例，例析情境與問題“雙驅動”助力化學學科核心素養落地生根。

一、教學目標分析

（一）知識與技能

1.掌握氨氣的物理和化學性質，了解氨氣的用途。

2.提高規范操作能力、實驗觀察能力及分析歸納的思維能力。

（二）過程與方法

1.通過實驗的觀察和分析，體驗科學探究的過程，強化科學探究的意識。

2.培養觀察能力、思維能力和應用化學實驗發現新知識的學習能力。

（三）情感態度與價值觀

1.通過學習合成氨方法的發明及其對解決人類糧食問題的重大貢獻，認識化學合成在人類社會中的重要地位，體會科學家對科學事業的推動作用。

2.不斷引導學生發揮主觀能動性，培養認真仔細、嚴謹求實的科學態度和努力探索的優良品質，并逐步培養其創新精神。

二、教學過程

（一）引用的教學情境

1.氮的使用。遠古時代—— 自然固氮（“靠天吃飯”）;工業時代—— 人工固氮，“人類向空氣要面包成功了，合成氨是歷史上最偉大的成就之一”。

2.化學史。化學家有關氨的研究曾獲得三次諾貝爾化學獎。

3.冷凍廠及冷凍原理。

4.植物生長、人類生存需要氮肥，自然界中氮循環。

【設計意圖】通過化學史及氨在人類發展史上的作用創設情境，讓學生深刻認識到化學學科對社會的貢獻與任務，激發學生對氨的好奇心。同時，培養學生利用化學知識甚至跨學科知識解決社會問題，并以此為終身目標的意識，增強探究與創新意識，構建科學精神與社會責任。

（二）問題設置

1.氨氣能夠直接作為氮肥施用嗎？（分組討論：①直接施用;②轉為液態施用;③制成固態物質施用）

2.如何將氨轉化為液態物質？

3.什么叫氮的固定？它有哪些途徑？

4.從中你能總結出氨氣的哪些物理性質？

【設計意圖】引導學生體驗科學探究的過程：問題—假設—方案—驗證—分析—評價—結論，提升學生發現、分析和解決實際問題的能力和培養學生總結歸納的能力和語言表達能力。

思考：如何設計實驗，證明氨的溶解性？

分組實驗：實驗 1-2（噴泉實驗，如圖 1）。

（三）自主—合作探究

1.探究：噴泉實驗問題分析。

（1）如何引發噴泉？

（2）噴泉實驗原理是什么？

（3）實驗成功的關鍵是什么？

（4）噴泉實驗可用于說明什么？

（5）膠頭滴管的作用是什么？

（6）如果用濕潤的紅色石蕊試紙接觸氨，那么它會發生什么變化？為什么？

（7）燒瓶中所得溶液的物質的量濃度是多少？

【設計意圖】通過實驗教學和特定情境下的“問題鏈”教學法，進一步提高學生觀察、分析能力，形成科學的實驗觀。而且，組際交流合作探究提升了學生的認知能力，培養學生的思考能力和推理能力。

2.探究：噴泉實驗深度剖析。

（1）在中學化學里，能用圖 1 裝置完成噴泉實驗的氣體有哪些？

（2）能用圖 2 裝置進行噴泉實驗嗎？若能，請說明引發噴泉的操作？

（3）溶解性較小的 H2S、Cl2、CO2 等氣體也能做噴泉實驗嗎？請設計 CO2 的噴泉實驗。

（4）奇妙的“雙噴泉”實驗。如圖 3 所示的裝置，實驗前 a，b，c 活塞均關閉。

①若要在該裝置中產生噴泉現象，其操作方法是_________________。

②若要在該裝置中產生雙噴泉現象，其操作方法是_________________。

【設計意圖】使學生掌握氨的噴泉實驗原理，并找到形成噴泉的常見組合及其組合條件，培養學生證據推理的能力。

教師：氨是極易溶于水的，1 體積水可溶解 700 體積的氨氣，它的水溶液呈堿性。氨水為什么呈堿性，堿性強弱如何呢？請同學們帶著這兩個問題閱讀 P 99 的資料卡片。

【設計意圖】幫助學生更加牢固地掌握氨的化學性質，在保護學生好奇心的同時，培養學生科學的學習精神。理解氨堿性氣體的獨特性，完善以往的分類觀、元素觀，形成辯證的思維。

思考與交流：氨氣溶于水的溶液是氨水，為何氨水不能成為氮肥的主角？結合氯水成分的分析原理，對比分析氨水中有哪些分子和離子？

3.探究：氨水成分分析。

討論液氨、一水合氨與氨水的不同，并完成下列表格：

【設計意圖】引導學生從微粒觀的角度對比分析，加強學生的宏觀—微觀—符號三重表征意識，突破教學難點，培養學生的變化觀念與平衡思想的核心素養，培育學生的整合能力和高階思維能力。

4.探究：氨屬于堿性氣體，氨是如何轉化為固態氮肥，應用于農業的？

分組實驗：“造煙實驗”。

將蘸有濃氨水的玻璃棒分別和蘸有濃鹽酸、濃硝酸、濃硫酸的玻璃管接近時，能否產生白煙現象？簡述理由并寫出相應化學方程式。

【設計意圖】提升學生觀察、分析、解決問題的能力，形成科學的實驗觀。

思考與交流：（1）三類干燥劑對氨氣的干燥分析？（2）如何檢驗氨氣？

【設計意圖】培養學生環保意識和“綠色化學”思想。

教師：剛才研究氨的性質，涉及的反應都是非氧化還原反應，氨中氮元素的化合價沒有發生變化，那么，—3 價是否可以改變？變化時氨表現出氧化性還是還原性？

5.探究：從氧化還原反應或化合價的角度分析氨氣的性質，試用化學反應方程式來解釋氨氣與 Cl2、O2、CuO 反應情況。若無催化劑，氨氣在純氧中燃燒，產物是什么？

【設計意圖】利用氧化還原反應原理，從化合價角度推斷氨的還原性。根據證據推理與模型認知，預測同一反應物在不同反應條件的反應產物，引發強烈的認知沖突，在思考、師生互助等交流過程中，培養學生探究與創新意識的核心素養和實事求是的科學態度。

思考與交流：閱讀 P 98，工業上制 HNO3 的流程圖，寫出各步反應的化學方程式。

【設計意圖】鼓勵學生成為“化學人”，走入社會，宣傳、普及化學知識，幫助民眾了解與化學相關的食品、農藥、醫藥等知識，讓民眾由“恨化學”轉變為“懂化學”，正確使用化學物質，關愛環境。

圖示分析：氮及其化合物二維圖。

圖 4? 含氮物質的“價態—類別”圖

【設計意圖】利用含氮物質的“價態—類別”圖，可以從不同角度研究含氮物質的性質及其轉化關系，以發展“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念”等化學核心素養。

6.探究：氨的用途。

將氨的用途與對應的性質用線連起來。

（1）作制冷劑? ? ? ? ? ? ? A.溶于水呈堿性

（2）制氮肥? ? ? ? ? ? ? ? ?B.與酸反應

（3）制硝酸? ? ? ? ? ? ? ? ?C.易液化

（4）制純堿? ? ? ? ? ? ? ? ?D.催化氧化

【設計意圖】形成“結構—性質—用途”微粒觀;緊密聯系生產生活實際，汲取 STSE 發展的優秀成果，滲透學以致用的思想，使學生全面發展。

【拓展】侯德榜制堿法。

化學原理：

NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3↓ + NH4Cl（可作氮肥）

2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2↑（CO2 循環使用）

先添加 NH3 而不是 CO2，CO2 在 NaCl 中的溶解度很小，先通入 NH3 使食鹽水顯堿性（用無色酚酞溶液檢驗），能夠吸收大量 CO2 氣體，產生高濃度的 HCO3-，才能析出 NaHCO3 晶體。

【設計意圖】利用科學史，讓學生樹立正確的科學價值觀，強化“從化學走進生活，走進社會”的教學理念，培養學生社會擔當意識和科學探究能力。

【總結】（1）收獲;（2）問題與質疑;（3）要求與希望。

三、板書設計：思維地圖

【設計意圖】以元素為核心輻射單質、化合物等物化性質構建思維導圖和運用分類觀、轉化觀等方式讓學生掌握學習元素化合物知識的方法，幫助學生理解、掌握相關內容，形成相應的知識結構和網絡，使知識條理化。

四、教學反思

1.新課程標準要求：“學生具有較強的問題意識，能夠發現和提出有探究價值的化學問題，敢于質疑，勤于思考。”為此，本節課以“問題鏈”為主線，貫穿全堂。以具體的事實、實驗探究為依據，堅持以人文本、立德樹人，激發學生的求知欲，鼓勵質疑。通過自主學習、合作探究，不斷提高學生邏輯推理能力，分析、解決問題能力和總結歸納能力，體現探究性學習的特點。

2.新課程標準理念之一是“從學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際出發，幫助學生認識化學與人類生活的密切關系，關注人類面臨的與化學相關的社會問題，培養學生的社會責任感，參與意識和決策能力”。在氨的知識學習中，我們著眼于現實問題解決，增強學生社會擔當意識，形成環保觀，并能不斷實施科學探究。

3.核心素養是在問題情景中借助問題解決的實踐培育起來的。在教學過程中，在學生的腦海中根植了分類觀、元素觀、方法觀、實驗觀、變化觀、微粒觀、平衡觀、對比分析和學科價值觀等化學學科觀念的種子，使其真正體驗“由生活走進化學，由化學走向社會”的新課程理念，體現應用價值的導向，突出“科學精神和社會責任”教育。

【參考文獻】

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[2]丁秀蘭.一則廣告的思考：化學史教學是理解化學的有效方法[J].中學化學教學參考，2016（3）

[3]鐘啟泉.基于核心素養的課程發展：挑戰與課題[J].全球教育展望，2016（1）

[4]中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017）[M].北京：人民教育出版社，2018

【基金項目】廣西教育科學“十三五”規劃 2017 年度 C 類課題“基于科學素養培育的化學深層價值問題教學研究”（2017 C 244）研究成果之一。

（責編 盧建龍）