培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的小專題教學(xué)案例分析

楊志杰 杭偉華

關(guān)鍵詞：單元教學(xué);大情境;小問題;核心素養(yǎng)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出：普通高中化學(xué)課程是提升學(xué)生核心素養(yǎng)的重要載體，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是化學(xué)學(xué)科育人價值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過科學(xué)學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力，是學(xué)生終身學(xué)習(xí)和發(fā)展的重要基礎(chǔ)。

目前，化學(xué)教學(xué)中落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)還存在一定的缺憾：以一課時為單位單獨(dú)設(shè)計教學(xué)而造成知識不連貫、結(jié)構(gòu)不完整;單元設(shè)計中每一個知識點(diǎn)的落實(shí)都各自為政從而失去了單元整體設(shè)計的意義等，這些問題的存在都不利于我們培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。因此基于教學(xué)的“啟發(fā)性原則”和“循序漸進(jìn)原則”，我們可以先運(yùn)用“大情境”將整個單元的知識聯(lián)系起來，形成啟發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)和探究的整體框架，再將“大情境”分解為若干“小問題”，學(xué)生以“任務(wù)”的形式，逐步解決這些“小問題”。這樣的設(shè)計不僅注重知識之間的內(nèi)部聯(lián)系與邏輯關(guān)系，突出知識的生成性與整體性，而且能使學(xué)生在思考和解決任務(wù)的實(shí)踐中學(xué)科核心素養(yǎng)得到培育與提升，突出學(xué)生的主體性。

基于此，筆者以“氧化還原反應(yīng)”這一單元的設(shè)計為例，通過“大情境、小問題、重任務(wù)、育素養(yǎng)”的設(shè)計理念進(jìn)行設(shè)計與實(shí)踐。

一、“大情境”與教學(xué)目標(biāo)的確立

1.“大情境”的確立

普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)必修課程“主題2：常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”中的“2.2氧化還原反應(yīng)”的內(nèi)容標(biāo)準(zhǔn)是：認(rèn)識有化合價變化的反應(yīng)是氧化還原反應(yīng)，了解氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)是電子的轉(zhuǎn)移，知道常見的氧化劑和還原劑。

本單元依次從“得失氧”“化合價變化”和“電子轉(zhuǎn)移”角度分析“氧化還原反應(yīng)”的原理，使知識呈螺旋式上升趨勢。在此基礎(chǔ)上理清楚5對概念的關(guān)系：氧化劑與還原劑、氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)、被氧化和被還原、氧化性和還原性，以及它們與化合價、電子轉(zhuǎn)移的對應(yīng)關(guān)系，學(xué)會用雙線橋（單線橋）表示，并探尋氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律：電子守恒規(guī)律和反應(yīng)先后規(guī)律，并以氧化還原反應(yīng)的配平和氧化性、還原性強(qiáng)弱比較為例，進(jìn)行規(guī)律應(yīng)用。

高中學(xué)生的思維能力已經(jīng)接近成年人，辯證思維也迅速發(fā)展，處于具體思維向抽象思維發(fā)展的前期，這為理解和掌握“氧化還原反應(yīng)”的系統(tǒng)知識以及內(nèi)部關(guān)系奠定認(rèn)知基礎(chǔ)。

由以上分析可以看出，氧化還原知識較為抽象，而學(xué)生的抽象思維能力處于發(fā)展的前期，因此，教學(xué)中需要引入與生活密切相關(guān)的“大情境”，基于這一考慮，本文確立以學(xué)生熟悉的生活情境“水果榨汁”為單元教學(xué)的“大情境”。

2.單元教學(xué)目標(biāo)

建構(gòu)主義教學(xué)理論強(qiáng)調(diào)學(xué)生的主體地位，重視教學(xué)過程中的互動與體驗，強(qiáng)調(diào)知識體系的構(gòu)建。建構(gòu)主義運(yùn)用學(xué)生已有的知識與經(jīng)驗，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)對知識體系的意義建構(gòu)，使學(xué)生實(shí)現(xiàn)對新知識的客觀認(rèn)知。教學(xué)是建立在一定的情境中的，教師可以根據(jù)教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)內(nèi)容，創(chuàng)設(shè)相關(guān)的教學(xué)情境，學(xué)生在真實(shí)的情境中接觸與體驗到化學(xué)現(xiàn)象與本質(zhì)，可以幫助他們更好地理解化學(xué)反應(yīng)過程的原理，并鼓勵學(xué)生主體參與到情境中，使其主動探索與感受知識形成的過程，發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

基于以上“建構(gòu)主義”理論及相關(guān)思考，確定如下教學(xué)目標(biāo)：

【課時1教學(xué)目標(biāo)】能從“蘋果汁變色”等生活現(xiàn)象人手，進(jìn)行氧化還原反應(yīng)知識的科學(xué)探究，通過證據(jù)推理，逐步將氧化還原反應(yīng)的概念從“特征”推向“本質(zhì)”，以此來發(fā)展學(xué)生“科學(xué)探究”“證據(jù)推理”和“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養(yǎng)能力。

【課時2教學(xué)目標(biāo)】能從“蘋果與檸檬混榨不易變色”入手，分析“氧化劑與還原劑、氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)、被氧化和被還原、氧化性和還原性”等概念的關(guān)系，并能用“雙線橋”表達(dá)相應(yīng)關(guān)系，以此來發(fā)展學(xué)生“辯證唯物主義思想”以及“證據(jù)推理”和“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養(yǎng)能力。

【課時3教學(xué)目標(biāo)】能從“蘋果與檸檬混榨久置顏色變深”入手，分析得出氧化還原反應(yīng)的先后規(guī)律，并且通過設(shè)計實(shí)驗驗證規(guī)律;利用“單線橋”分析氧化還原反應(yīng)中“微觀電子”的去向，分析得出“電子守恒”規(guī)律，并能將其應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)方程式的配平，以此來發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”和“宏觀辨識與微觀探析”等核心素養(yǎng)能力。

二、單元設(shè)計構(gòu)想

本單元教學(xué)的知識進(jìn)階為：氧化還原反應(yīng)的概念形成（對應(yīng)課時1）→概念關(guān)系與表示方法（對應(yīng)課時2）→基本規(guī)律及應(yīng)用（對應(yīng)課時3）。

本單元教學(xué)的方法進(jìn)階為：演示實(shí)驗與推理求證（對應(yīng)課時1）→宏微結(jié)合與唯物辯證（對應(yīng)課時2）→設(shè)計實(shí)驗與歸納遷移（對應(yīng)課時3）。

本單元教學(xué)的素養(yǎng)進(jìn)階為：科學(xué)探究一宏觀辨識一微觀探析—證據(jù)推理—創(chuàng)新意識。

本單元分解為3個課時，整體構(gòu)思如下（圖1）：

1.氧化還原反應(yīng)概念形成

大情境——鮮榨蘋果汁為什么會變色？

課堂上，利用榨汁機(jī)現(xiàn)場榨蘋果汁，并將剛榨出來的蘋果汁用若干小燒杯盛裝，分給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行觀察。蘋果汁很快顏色變深，引發(fā)學(xué)生思考：鮮榨蘋果汁為什么會變色？

信息提示：發(fā)生色變反應(yīng)主要是這些植物體內(nèi)存在著酚類化合物。例如：多元酚類、兒茶酚等。酚類化合物易被氧化成醌類化合物，即發(fā)生變色反應(yīng)變成黃色，隨著反應(yīng)的量的增加顏色就逐漸加深，最后變成深褐色。

結(jié)合信息提示，學(xué)生得出結(jié)論：蘋果汁的某些成分被氧氣氧化了，形成了顏色更深的新物質(zhì)。從而引出本節(jié)課的主題：氧化還原反應(yīng)。

著名化學(xué)家拉瓦錫在他的著作《化學(xué)基礎(chǔ)論》中有這樣一段描述：與氧化合的反應(yīng)稱為氧化反應(yīng)，含氧化合物失氧的反應(yīng)稱為還原反應(yīng)。以此來進(jìn)一步引發(fā)學(xué)生的思考，并質(zhì)疑：氧化還原反應(yīng)一定要有氧參與嗎？通過反例推翻拉瓦錫的定義，并總結(jié)得出：有化合價升降的反應(yīng)稱為氧化還原反應(yīng)。

著名化學(xué)家凱庫勒1867年提出“化合價”的概念，此“化合價”只有數(shù)值沒有正負(fù)之分，因此讓學(xué)生探討凱庫勒“化合價”的優(yōu)缺點(diǎn)，思考并得出化合價升降的原因是電子的轉(zhuǎn)移。

這樣，氧化還原反應(yīng)概念的形成經(jīng)歷了：“得失氧——化合價升降——電子轉(zhuǎn)移”這一過程，從宏觀辨識到微觀探析，從科學(xué)探究到證據(jù)推理。具體教學(xué)流程如下（圖2）：

設(shè)計意圖：教學(xué)以“鮮榨果汁為什么會變色？”為問題大情境，通過4個小關(guān)聯(lián)問題引導(dǎo)學(xué)生從“生活現(xiàn)象”逐步深入，探究“氧化還原反應(yīng)”的特征與實(shí)質(zhì)，整堂課設(shè)計“由淺入深”“由宏觀到微觀”“由生活到科學(xué)”，步步推理、層層遞進(jìn)，既能激發(fā)學(xué)生興趣，又能便于學(xué)生發(fā)現(xiàn)知識、理解知識，發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理”和“科學(xué)精神”等相關(guān)學(xué)科素養(yǎng)。

2.概念關(guān)系與表示方法

大情境——蘋果與檸檬混榨為什么不易變色？

課堂上，利用榨汁機(jī)，將蘋果與檸檬混榨，并將混合果汁用若干小燒杯盛裝，分給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行觀察。果汁顏色短時間內(nèi)沒有明顯變化，引發(fā)學(xué)生思考：蘋果與檸檬混榨為什么會變色？

信息提示：檸檬汁中富含維生素C，維生素C很容易被氧化。

結(jié)合信息提示，學(xué)生得出結(jié)論：空氣中的氧氣與維生素C發(fā)生了氧化還原反應(yīng)，從而蘋果汁被暫時保護(hù)起來了。

進(jìn)一步分析得出：氧氣在反應(yīng)中把維生素C氧化，充當(dāng)氧化劑，體現(xiàn)氧化性，被維生素C還原，發(fā)生還原反應(yīng);維生素C在反應(yīng)中把氧氣還原，充當(dāng)還原劑，體現(xiàn)還原性，被氧氣氧化，發(fā)生氧化反應(yīng)。

究其本質(zhì)得出，氧氣在反應(yīng)中化合價降低，得到電子;維生素C在反應(yīng)中化合價升高，失去電子。并用雙線橋表示電子轉(zhuǎn)移及氧化還原反應(yīng)關(guān)系。

這樣，學(xué)生通過宏微結(jié)合與證據(jù)推理，最終構(gòu)建了：氧化劑一降、得、還;還原劑一升、失、氧，這一氧化還原反應(yīng)關(guān)系圖。具體教學(xué)流程如下（圖3）：

設(shè)計意圖：教學(xué)以“蘋果與檸檬混榨為什么不易變色？”為大情境，這是第一課時“蘋果榨汁”的延續(xù)與深化。進(jìn)一步引導(dǎo)學(xué)生探討氧化還原反應(yīng)概念關(guān)系，并從“角色一變化一表達(dá)”這樣的“宏一微一符”順序展開教學(xué)。課堂結(jié)構(gòu)完整，思維嚴(yán)密，邏輯嚴(yán)謹(jǐn)，有利于發(fā)展學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”和“證據(jù)推理”等相關(guān)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.基本規(guī)律及應(yīng)用

大情境——蘋果與檸檬混榨，久置后為什么顏色變深？

承接上節(jié)課，將久置的蘋果與檸檬混合汁展示給學(xué)生，讓學(xué)生進(jìn)行觀察。引發(fā)學(xué)生思考：蘋果與檸檬混榨，久置后為什么顏色變深？

結(jié)合前兩節(jié)課所學(xué)知識，學(xué)生得出：可能是氧氣氧化了維生素C之后，繼續(xù)氧化蘋果汁中的酚類化合物，結(jié)果造成顏色變深。

進(jìn)一步分析得出：維生素C和酚類化合物均具有還原性，氧氣之所以先氧化維生素C是因為維生素C的還原性強(qiáng)于酚類化合物，從而引出氧化還原反應(yīng)的先后規(guī)律，并設(shè)計實(shí)驗驗證氧化還原反應(yīng)的先后規(guī)律。

用單線橋表示電子轉(zhuǎn)移情況，引出氧化還原反應(yīng)的電子守恒規(guī)律，并將電子守恒規(guī)律應(yīng)用于氧化還原反應(yīng)方程式的配平。

這樣，學(xué)生基本形成氧化還原反應(yīng)的兩大基本規(guī)律：反應(yīng)先后規(guī)律和電子守恒規(guī)律。具體教學(xué)流程如下（圖4）：

設(shè)計意圖：教學(xué)以“蘋果與檸檬混榨，久置后顏色變深”為大情境，與第二課時一脈相承，繼續(xù)從生活實(shí)例入手，將學(xué)生依次帶進(jìn)“氧化還原反應(yīng)先后規(guī)律”和“電子守恒規(guī)律”。并將其分別應(yīng)用于設(shè)計實(shí)驗和氧化還原反應(yīng)方程式的配平，理論與實(shí)踐相結(jié)合，宏觀辨識與微觀探析相結(jié)合，科學(xué)探究與證據(jù)推理相結(jié)合，從而發(fā)展學(xué)生的相關(guān)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、設(shè)計意義和優(yōu)勢

以“大情境、小問題、重任務(wù)、育素養(yǎng)”這樣的設(shè)計理念為指導(dǎo)，通過“氧化還原反應(yīng)”這一單元的設(shè)計與實(shí)踐，總結(jié)與提煉出如下優(yōu)勢：

1.提煉單元主題，指導(dǎo)課時教學(xué)

一個單元便是一類知識的聚集，教學(xué)中有效提煉單元主題將有利于知識的整合，有利于學(xué)習(xí)情境的創(chuàng)建，有利于學(xué)生認(rèn)知結(jié)構(gòu)的構(gòu)建。

本單元教學(xué)提煉出的大主題是“水果榨汁”，以此引出“果汁顏色變與不變”的三個大問題，將整個單元分成三個不同的教學(xué)階段（氧化還原反應(yīng)概念形成一概念關(guān)系與表示方法一基本規(guī)律與應(yīng)用遷移），相當(dāng)于三個課時，這樣，三個課時既是一個“大情境”主題下的整體，又是不同若干“小問題”下的個體。每一課時知識進(jìn)階不同、教學(xué)方法不同、素養(yǎng)培育的層次不同，但每個教學(xué)階段都有清晰而嚴(yán)密的境脈，都為大主題服務(wù)。

2.知識結(jié)構(gòu)完整，素養(yǎng)呈現(xiàn)清晰

以單元為設(shè)計單位進(jìn)行教學(xué)設(shè)計，知識結(jié)構(gòu)完整，知識之間的內(nèi)部聯(lián)系和邏輯關(guān)系明確，相應(yīng)學(xué)科核心素養(yǎng)呈現(xiàn)清晰。

本單元依次從得失氧、化合價變化和電子轉(zhuǎn)移的角度“科學(xué)探究”氧化還原反應(yīng)的原理，使知識從表面特征逐步推向本質(zhì)。在此基礎(chǔ)上逐步厘清了：“氧化劑與還原劑、氧化產(chǎn)物與還原產(chǎn)物、氧化反應(yīng)和還原反應(yīng)、被氧化和被還原、氧化性和還原性”這五對概念的“宏觀辨識”，以及它們與化合價、電子轉(zhuǎn)移對應(yīng)關(guān)系的“微觀辨析”，學(xué)會了用雙線橋（單線橋）表示電子轉(zhuǎn)移情況，通過“證據(jù)推理”氧化還原反應(yīng)的基本規(guī)律：電子守恒規(guī)律和反應(yīng)先后規(guī)律，并以氧化還原反應(yīng)的配平和氧化性、還原性強(qiáng)弱比較為例，進(jìn)行了規(guī)律應(yīng)用。整個過程完整呈現(xiàn)了氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識，在情境與任務(wù)的完成過程中，培養(yǎng)學(xué)生“創(chuàng)新意識”。

如果推廣到其它單元的設(shè)計，也非常容易做到“知識結(jié)構(gòu)完整，素養(yǎng)呈現(xiàn)清晰”，因此這種單元設(shè)計的做法容易推廣，也值得推廣。

3.情境貼近生活，激發(fā)學(xué)習(xí)動機(jī)

單元教學(xué)中選取貼近生活的“大情境”能夠充分吸引學(xué)生的注意，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)。

本單元教學(xué)圍繞貼近生活的“水果榨汁”這一大情境展開，依次通過“蘋果汁變色”“蘋果與檸檬混榨不易變色”和“蘋果與檸檬混榨久置顏色變深”三個同一情境不同階段呈現(xiàn)的問題逐步展開教學(xué)，面對“果汁顏色的變與不變”，學(xué)生表現(xiàn)出濃厚的學(xué)習(xí)興趣，被充分調(diào)動的好奇心激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)動機(jī)，促使學(xué)生一直處于思維活躍階段，為啟發(fā)式教學(xué)的順利開展提供良好基礎(chǔ)。

如果推廣到其它單元的設(shè)計，大多數(shù)單元也能找到貼近生活的“大情境”，比如“氯及其化合物的性質(zhì)”可以選用“漂白粉的使用、失效、危害”來分別展開教學(xué)等，因此這一做法的推廣的價值顯而易見，并且也較為容易。

4.任務(wù)循序漸進(jìn)，素養(yǎng)教學(xué)落地

人們對客觀事物的認(rèn)識，有一個由簡到繁，由低級到高級，由直觀到抽象的循“序”過程，人們對任何事物都不可能一步就達(dá)到對其本質(zhì)的認(rèn)識。因此，在教學(xué)中應(yīng)充分尊重學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，按照“循序漸進(jìn)原則”進(jìn)行教學(xué)設(shè)計。

本單元從“水果榨汁”的大情境出發(fā)，先按不同階段將“大情境”一分為三：“蘋果汁變色”“蘋果與檸檬混榨不易變色”和“蘋果與檸檬混榨久置顏色變深”，然后針對每一階段的果汁顏色變化，分解為四到五個“小問題”，這樣任務(wù)情境由大到小，逐層分解，每一層都蘊(yùn)含不同的知識，都承載培養(yǎng)素養(yǎng)的不同功能，知識逐層展開，循序漸進(jìn)，素養(yǎng)分層達(dá)成，梯次推進(jìn)。

借助于“大情境、小問題、重任務(wù)、育素養(yǎng)”的形式來創(chuàng)新教學(xué)設(shè)計，探究每個單元的本質(zhì)特征和內(nèi)在規(guī)律，建構(gòu)出化學(xué)教學(xué)模式，能培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)密的邏輯思維和遷移創(chuàng)新的高階思維，發(fā)展學(xué)生既有廣度又有深度的學(xué)科認(rèn)識能力，這是化學(xué)教學(xué)成熟的現(xiàn)實(shí)路徑，也將會為提煉學(xué)科素養(yǎng)內(nèi)涵找到一條現(xiàn)實(shí)有效的路徑，因此具有較高的推廣價值。