以發展學科核心素養為主旨的化學課堂教學研究

董軍　呂志會

[摘? ?要]以發展化學學科核心素養為主旨，重視開展“素養為本”的教學。在核心素養的導向下，結合教材的呈現方式，用問題來激發學生思維，培養學生的關鍵思維能力，讓學生在解決問題的過程中回顧和理解教學的設計意圖，感悟核心素養。

[關鍵詞]核心素養;教學研究;氣體摩爾體積

[中圖分類號]? ? G633. 8? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2021）05-0078-04

一、基于學科核心素養的化學教學的提出

新課標明確指出，要 以發展化學學科核心素養為主旨，重視開展“素養為本”的教學[1]。 因此，在“立德樹人”的總目標指導下，培育化學學科核心素養是高中化學教學長期而重要的任務。

高一是高中階段的起始年級，是培育核心素養最關鍵的時期。為此，高一年級的教學應重在結合具體的知識內容，深入開展核心素養的培育;要通過具體問題和事例的研究，讓學生體會和感受核心素養，充分認識和理解核心素養，真正把各個學科的核心素養內化為自身的、豐富而全面的科學素養，并應用于今后的學習和研究中。

2019年版高中化學教材的編寫依據是《普通高中化學課程標準（2017年版）》，新教材貫徹了立德樹人為本、突出核心素養、強化思維能力培養的理念[1]。在具體知識的表述中，教材力圖通過呈現方式和活動欄目來引導教師依據核心素養設計教學，并著力培養學生的學科觀點、學科方法和思維能力。教材是高水平專家和學者之知識、經驗和智慧的結晶，以此研究教材、深刻理解教材的編寫意圖，基于核心素養科學設計教學，既是提高學生學習質量，也是提高教師業務水平和教學質量的有效途徑，更是教師長期可持續發展的必由之路。

下面以人教版化學必修1中的“氣體摩爾體積”[2]的教學為例，談談筆者對新教材呈現方式的理解和應用，以及科學設計并實施教學的具體做法和體會。

二、“氣體摩爾體積”在新舊教材中的呈現方式及學情對比

1.從教材中的呈現位置看

2004年版化學必修1對“氣體摩爾體積”的介紹是在第13頁[3]，而2019年版的教材將其安排在第51頁[2]，開始學習的時間相差約一個半月。

2.從知識的呈現方式和編寫意圖看

2004年版教材采取以實驗為基礎的呈現方式（見圖1）[3]，引導學生從實驗學化學，從實驗的結果來認識化學知識。

2019年版教材采取的是以思維為基礎的呈現方式（見圖2）[2]，引導學生用已有的知識和經驗，結合具體的問題情境，以合作交流的方式來展開思考與討論。

兩種呈現方式都是科學探究的方式，但前一種傾向于實驗探究，體現實驗的功能和價值;后一種則傾向于思維探究，體現思維的力量和價值。

3.從學生的知識基礎和思維能力看

2004年版教材在介紹“氣體摩爾體積時”，學生的化學知識經驗有《化學實驗基本方法》[4];2019年版教材在介紹“氣體摩爾體積”時，學生的化學知識經驗包括第一章《物質及其變化》、第二章的《鈉及其化合物》和《氯及其化合物》[5]，并且在學習具體知識的過程，大量的活動、大量的問題和習題，都開啟和激發了學生的思維，使學生具備了一定的化學基礎知識和思維能力。

三、改進教材呈現方式的緣由

教材呈現方式的改變，是與時俱進的體現，主要原因如下：

1.歷史的發展

榮獲全國科學技術大獎的化學家徐光憲先生，2003年在《科學》雜志發表了一篇名為《化學：20世紀的輝煌及其前途》的文章，其中提到：1998年諾貝爾化學獎公告宣告，化學不再是純粹的實驗學科。該觀點的依據是1998年諾貝爾化學獎授予瓦爾特·科恩和約翰·波普爾兩位科學家，而這兩位科學家開創了用理論廣泛而成功地推演和計算化學反應的先河。因此，1998年成為數理方法對化學的貢獻大于博物方法的轉折點。對此，新課標對化學有了新的描述：“認識到化學已經發展成為實驗和理論并重的學科”“引導學生認識化學是一門由實驗和理論共同支撐的科學”[1]。

2.課標的要求

新課標明確要求，化學教學要關注化學理論的歷史演進過程，結合理論模型發展中的重要事實和科學家的推理論證過程，引導學生認識化學理論的建立過程和思想方法，發展學生的高級思維能力及其對科學本質的認識;要發展學生“宏觀辨識與微觀探析”的化學學科核心素養，培養系統思維能力;要發展學生演繹推理、系統假設等思維能力;等等[1]。

在新課標中多次出現“高級思維能力”[1]一詞，但卻沒有給出解釋。結合高考考試大綱及高考專家的相關文章[6]，我們可以把“高級思維能力”理解為理解與辨析能力、分析與推測能力、歸納與論證能力、探究與創新能力等。

3.力量的積蓄

由“氣體摩爾體積”在新版教材中的位置、學生學習的時間和學生的知識基礎可以確定，到開始學習“氣體摩爾體積”時，學生已經積蓄了足夠的知識、思維能力和核心素養來開展科學思維，突破以“物質的量”為核心的難點，從而實現自主學習、深化思維、勇于探究，進而創造性地學習“氣體摩爾體積”和“物質的量濃度”，使這一系列的重點和難點能夠在核心素養和強大的思維能力的支持下順利突破。

四、基于學科核心素養發展的教學設計

教材不同于教學之處，就在于它自身既要簡約，又要體現知識的結構性和系統性，對于教學方法不能過多涉及;而教學不同于教材之處，就在于要開展具體的、多種形式的探究性活動，以教材呈現的知識為素材來培養學生的核心素養。本節課的教學目標是通過對氣體“氣體摩爾體積”的學習，讓學生認識和感受“宏觀辨識與微觀探析”“證據推理與模型認知”，認識科學研究需要實證與推理，了解假說、模型、分析、推理、比較、分類、實驗等方法在化學科學研究中的運用[1]，在探究性學習中學會構建模型，培養創新意識，發展思維能力。

為此，在2019年版教材“氣體摩爾體積”的教學中，我們采取了基于核心素養的問題導學方式來激發學生的思考與探究，培育學生的核心素養，發展學生的思維能力。

1.設計前置性作業，引導學生建立宏觀與微觀的聯系

“氣體摩爾體積”的學習突破口是能否從微觀的角度分析不同狀態的物質其性質與結構的關系，即是否具有“宏觀辨識與微觀探析”的素養。為此，我們設置了如下前置性作業（見圖3）。

前置性作業是讓學生課前做的作業，其結果不一定要像普通習題那樣要有一個非常明確的答案，而是引導學生產生某種觀念、建立個模型，并能指導本節課的學習。前置性作業于上一節課的課后布置給學生，讓學生獨立思考或與同學合作交流完成，自主建立觀念和模型。為了不增加學生的學習負擔，影響學生的休息，前置性作業以少而精為宜。

雖然此前置性作業與教材第52頁中的活動欄目相似，但完成前置性作業的過程中并不要求學生看書。因為很多需要思考的結論已在教材中展現，如果學生事先看書，則會“不勞而獲”。這樣，學生的學習方式則會由自主學習思考式變為閱讀理解記憶式，學習的本質發生了改變，學習的收獲和質量就會大大降低。在前置性作業中創設問題情境，在核心素養的導向下激發學生自主思考，培養學生的思維能力及“宏觀辨識與微觀探析”素養。

2.設計問題組，引導學生思維深入本質，并實現創新

上課伊始，教師立即提出如下問題組：

問題1：請從流動性和可壓縮性這兩個性質對比分析并歸納總結氣體、液體和固體的特點。

問題2：請從“宏觀辨識與微觀探析”的角度，分析為什么“三態”物質具有各自的特性。

問題3：請對表中1mol的H2和O2在同一條件下的體積相同做出分析和解釋。

問題1著重培養學生的“宏觀辨識”和“證據推理”素養，以及“理解與辨析能力”;問題2著重培養學生“宏觀辨識與微觀探析”素養及“分析與推測能力”“歸納與論證能力”;問題3著重培養學生的“科學探究與創新意識”素養以及“探究與創新能力”。

在獨立思考的基礎上和教師的引導點撥下，學生完成了對問題組的解答與總結。但教學目的并不止于此，而是要讓學生進一步認識到“宏觀辨識與微觀探析”是化學學科特有的認識物質世界的觀點和角度。透過問題組，由表象到本質，實現發展與創新，這就是科學精神的體現。

可見，教學的目的不僅是讓學生學習具體的知識，或解決某個具體的問題，還是要逐步培養學生科學的觀點與核心素養，使其形成科學的思想方法與學習能力，這是更高一級的教育教學目標。為此，科學的教學應在完成基本的學習任務之后及時升華。

3.回顧教學過程，理解核心素養對學習的指導意義

在本節課中，要讓學生理解教師教學設計中的科學原理，引導學生“回頭看”，讓學生從科學方法的角度重新審視學習過程，認識學習方法。例如，要讓學生理解“證據推理與模型認知”素養不僅要具有證據意識，還應能基于證據提出可能的假設，并且能夠通過分析推理加以證實或證偽;學會建立和應用模型，通過“模型認知”來建立觀點、結論和證據之間的邏輯關系。

4.設計論證性問題，提升學生的思維品質

為發展學生的思維能力，即使教材上已經詳細呈現的敘述，教師也應該在學生閱讀教材之前，把相關內容設計成問題，讓學生運用剛形成的知識和觀念進行思維、推導、闡述，這不僅能夠培養學生的思維能力，還可以提升學生文字、語言的邏輯性，培養學生的表述能力以及準確使用學科術語的能力。這一切都是學生發展核心素養的重要內涵。同時，教師要創設“模型認知”學習方式，讓學生結合學科理論自己歸納設計基本的“模型”，踐行“模型認知”，從而感受和理解“證據推理與模型認知”素養，提升思維品質。為此我們設計如下論證性問題：

問題4：在19世紀初，科學家已經論證了“在相同條件下的不同氣體，其粒子之間的距離基本相等”。請你結合“物質體積大小的要素模型”，就“在相同的溫度和壓強下，相同物質的量的不同氣體，其體積的大小是否基本相同”提出自己的假設，并予以論證。

這個問題不僅讓學生能夠及時應用剛學到的知識和剛形成的觀念及核心素養，加深理解，還為學生提升“歸納與論證能力”和“探究與創新能力”提供了平臺。

隨著學生的獨立思考、匯報，教師的不斷引導、點評、表揚和鼓勵，學生的學習熱情被激發，同時看到自己思維能力的不足之處，找到學習的科學方式方法。

教學中，通過緊扣教材中“在科學研究或實際生產中，涉及氣體物質時，測量體積往往比稱量質量更方便”[2]的表述，提出：如果我們不知道體積與分子數目之間的關系，就不能定量而精準地控制反應。而“氣體摩爾體積”這一概念的創立，解決了化工生產的實際問題，這就是其價值的體現，是概念的價值、科學的價值，學生從中感受到了“創新”的價值、化學的貢獻和社會責任。學生通過大膽的科學探究、主動的科學思維，實現了理論和概念上的創新，體會了核心素養之“科學探究與創新意識”。

5.設計驗證性實驗，體現學科特色，彰顯科學態度

當學生沉浸在成功創新的成果中時，教師則冷靜地提出：今天我們取得的創新成果雖然令人激動，但還只是思維的創新，而科學是冷靜、嚴肅和實事求是的，一切沒有經過科學實驗檢驗的思維創新都只是假說，而要成為理論和概念，則必須經過科學實驗的檢驗。教師進而提出以下問題;

問題5：用初中學過的電解水的實驗，能否驗證處理剛才通過思維創新得到的“氣體摩爾體積”的概念？請你預測實驗的現象，并寫出你預測的依據。

（說明：在用霍夫曼水電解器做電解水實驗的準備期間，在陰、陽極管中的水要事先分別用氫氣和氧氣做飽和處理，這樣實驗的結果才更科學準確。）

簡樸、高效而現象鮮明的實驗結果證明了“氣體摩爾體積”概念的正確性，實驗的過程既是化學反應方程式與“氣體摩爾體積”概念在學生頭腦中不斷交織并形象化的過程，也是化學學科特點內化于學生心中的過程，更是學生科學態度形成的過程。在學生歡呼實驗結果的時刻，教師在祝賀之余，投影出高中化學學科核心素養的五個維度，讓學生將學習過程、學習結果與核心素養一一對應，通過實例來解讀核心素養。最后，師生齊聲朗讀化學學科核心素養的主要內容，將核心素養真正烙在學生心中。

五、通過研究與實驗獲得自我提升

在開始進行實驗探究時，總感覺核心素養大而空，難以落實;但在深入研究與開展實驗的過程中不難發現，各項核心素養與具體的教學內容相吻合，都能高屋建瓴地指導教師的教與學生的學。為此，教師首先要真正理解核心素養;其次要從核心素養的視角分析教材和課堂教學，最好能夠把相關的教學心得記錄好，并進行調整和完善。久而久之，教學素材就豐富了，更主要的是理念提升了，境界提高了，再設計實驗探究時自然就會上升到核心素養的高度，就有了基本的教學設計思路。

綜上，教師要有從核心素養的視角看化學、看教學的自覺和高度，要真正理解核心素養并將其烙印在心中，盡量實現科科都是教書育人之科、課課都是教書育人之課、事事都是教書育人之事、時時都是教書育人之時。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

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

[2]? 人民教育出版社，課程教材研究所.普通高中教科書·化學（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2019：51-52.

[3]? 人民教育出版社，課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2004：13-14 .

[4]? 人民教育出版社，課程教材研究所.普通高中課程標準實驗教科書·化學（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2004：1-13 .

[5]? 人民教育出版社，課程教材研究所.普通高中教科書·化學（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2019：1-51.

[6]? 單旭峰.基于高考評價體系的化學科考試內容改革實施路徑[J].中國考試，2019（12）：45-51.

（責任編輯 張 簡）