基于素養導向的高中化學教學主張

經志俊 徐光靜

摘要：?基于新課程理念和新高考要求，探索素養導向的高中化學教學。提出牢記立德樹人

目標、強化學科知識理解、聚焦信息素養提升、引領真實問題解決等教學主張，并結合具體案例對教學主張進行了詮釋。

關鍵詞：?教學主張;?立德樹人;?知識理解;?信息素養;?問題解決

文章編號：?1005-6629（2021）09-0035-06

中圖分類號：?G633.8

文獻標識碼：?B

重視開展素養為本的教學是普通高中化學課程的基本理念，學科核心素養的發展水平是新高考化學學業水平測試的評價目標。故而素養導向的高中化學教學已成為一線教師研究與探索的重要課題。筆者經過三年的探索實踐，認為牢記立德樹人目標、強化學科知識理解、聚焦信息素養提升以及引領真實問題解決等教學主張，是素養導向的高中化學教學的應然選擇。

1??牢記立德樹人目標

立德樹人是教育的根本目標。就化學學科而言，弘揚愛國情懷、彰顯學科價值、強化責任擔當是實現學科教學“立德樹人”目標的重要渠道。

1.1??弘揚愛國情懷

弘揚愛國情懷，教學素材豐富多彩。《詠石灰》等古詩中的化學內涵，《天工開物》等典籍中的化學記載，黑火藥、煉丹術等遠古探索，侯氏制堿、牛胰島素合成等近代成就，青蒿素提取、稀土金屬冶煉等現代貢獻等，充分體現出中華民族的聰明才智。

1.2??彰顯學科價值

彰顯學科價值，教學素材琳瑯滿目。新材料、新能源在航天事業、國防建設、現代通信等領域中的地位，化學肥料、有機農藥在糧食、棉花等農作物增產中的意義，凈水劑、滅火劑、消毒劑在防疫抗災中的使命等，充分體現出化學學科的社會價值。

1.3??強化責任擔當

強化責任擔當，教學素材唾手可得。面對礦產資源枯竭、氣候環境惡化、全球疫情與局部戰爭頻發等人類社會發展的共同危機，合理開發礦產資源、大力保護生態環境、通力協作防疫抗災、簽署禁用化武公約等，充分體現出人類共同的責任擔當。

2??強化學科知識理解

知識是素養發展的載體，而強化學科知識理解是實現學科知識到學科素養轉化的重要前提。教學實踐表明，教學內容結構化、方案設計規范化、模型認知簡約化是強化學科知識理解的有效策略。

2.1??教學內容結構化

教學內容的結構化是實現學科知識向學科素養轉化的關鍵，其中有基于知識關聯、基于認識思路、基于核心觀念等三種內容結構化的重要視角[1]。內容結構化在課堂教學中的落實需要基于知識類型匹配教學內容結構化的視角、基于加工目標優選教學內容結構化的表征、基于教學任務統籌教學內容結構化的實施[2]。

案例1??常見微粒的空間構型與分子極性的判斷

中心原子軌道雜化、微粒空間模型和分子極性等核心概念的邏輯關聯”來組織知識結構;引導學生通過“價層電子對或雜化軌道電子云追求相互間的最小排斥”來理解VSEPR模型和雜化軌道電子云的空間分布;結合“VSEPR模型或雜化軌道電子云的空間分布與分子組成”來理解分子的空間構型;依據“分子結構是否存在對稱中心與分子中鍵的極性能否相互抵消”來理解極性分子和非極性分子。

2.2??方案設計規范化

方案設計是高層次評價學生學科核心素養的發展水平和學業質量標準的達成狀況的重要手段。如有機物合成路線、實驗操作步驟等是中學范圍內常見的方案設計題材。方案設計的優劣是學生學科素養水平高低的真實表現，決定著實際問題解決的質量，而方案設計的規范化是提高方案設計水平的重要保障。

案例2??實驗探究操作的規范化設計

如圖2所示，實驗探究方案的設計流程一般為：

依據實驗目的匹配實驗原理;基于實驗原理分析干擾因素;結合實驗原理和排除干擾的需要控制實驗條件、選擇儀器藥品、確定操作環節;基于實驗操作的規范化關注操作細節，表述實驗步驟等。

2.3??模型認知簡約化

模型認知是一種重要的化學學科學習方法，是化學學科核心素養的重要構成要素。基于研究對象的本質特征、構成要素及其相互關系建構直觀的認知模型，引導學生運用模型解釋化學現象、揭示現象的本質和規律[3]。因此，模型的簡約化是引導學生理解和運用模型、發展模型認知水平的關鍵。

案例3??電化學系統的模型認知

如圖3所示，聚焦電極材料、電極反應、電子導體、離子導體等電化學系統的四大構成要素，整合原電池與電解池，引導學生系統認識電極名稱、電極反應、電流方向、離子遷移以及能量轉化等電化學核心概念，優化分析問題的方法。

3??聚焦信息素養提升

情境問題的解決需要良好的信息素養。通過情境載體有效地獲取信息，根據問題情境的需要合理地組織調動知識儲備、加工方法與表達方式、完成信息加工與信息輸出等活動是信息素養的重要構成要素。

3.1??信息獲取

信息的獲取是情境問題解決的先決條件。調動各種相關知識與能力，多渠道地獲取問題解決所需要的關鍵信息是中國高考評價體系中學科素養的重要指標[5]。依據情境信息的表征方式，面對文字表述、化學用語、化學圖表等情境載體，基于圖像類型把握解讀要領是信息獲取的關鍵（見表1）。

從結構看變化，關注有機物結構及其變化關系。如圖4所示，通過合成路線中物質轉化條件的宏觀辨識，官能團轉化、碳骨架重構的微觀探析，為反應類型判斷、化學方程式書寫、陌生物質結構推斷等尋求證據，為“陌生有機物合成路線的設計”探索路徑。

3.2??信息加工

信息加工是情境問題解決的關鍵環節。信息加工包括信息篩選和判別、分類和排序、分析和研究，從中找出本質的規律性的東西，并基于問題解決的需要通過原型匹配、類比遷移、歸納演繹、猜想論證、證據推理等方法對信息進行加工。

案例5??工藝流程圖的信息加工

物質轉化流程通常包含預處理、核心反應、分離提純等主要環節，涉及判斷物質化學式、書寫反應的方程式、選擇化學試劑、控制轉化條件、分析產品純度以及解釋實驗事實等典型問題。過程為：?從元素看物質變化，基于守恒觀和變化觀分析物質轉化;基于反應規律選擇化學試劑、控制轉化條件;基于分離目標和物質性質選擇分離方法;基于數學分析處理實驗數據、得出實驗結論;基于綠色化學思想解釋物質循環與三廢處理是物質轉化流程圖信息加工的基本思路。

3.3??信息輸出

信息輸出是情境問題解決的結果呈現，是將自己的思想、結論進行有效表達的過程。只有正確地輸出信息，才能順利地表達思想，與同伴進行有效交流。如化學用語的正確使用、文字表述的邏輯嚴密與言簡意賅，是信息輸出的關鍵。

案例6??實驗方案設計的信息輸出

（2019年江蘇省高考卷第19題節選）

以水洗后的濾渣（CaCO3）為原料，制取CaCl2溶液的實驗方案：?????????。[已知pH=5時Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全;pH=8.5時Al（OH）3開始溶解。實驗中必須使用的試劑：?鹽酸和Ca（OH）2]在攪拌下向足量稀鹽酸中分批加入濾渣，待觀察不到氣泡產生后，過濾。向濾液中分批加入少量Ca（OH）2溶液，用pH試紙測量溶液pH，當pH介于5～8.5時，過濾。

（2018年江蘇省高考卷第19題節選）

補充完整由NaHSO3溶液制備無水Na2SO3的實驗方案：?????????，用少量無水乙醇洗滌，干燥，密封包裝。（Na2SO3的溶解度曲線如圖所示）邊攪拌邊向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，測量溶液pH，pH約為10時，停止滴加NaOH溶液，加熱濃縮溶液至有大量晶體析出，在高于34℃條件下趁熱過濾。

（2017年江蘇省高考卷第19題節選）

設計從“過濾II”后的濾液[含Ag（NH3）2Cl]中獲取單質Ag的實驗方案：?????????（實驗中須使用的試劑有：?2mol·L-1水合肼溶液、1mol·L-1?H2SO4）。[已知：?常溫時N2H4·H2O（水合肼）在堿性條件下能還原Ag（NH3）+2：?4Ag（NH3）+2+N2H4·H2O4Ag↓

+N2↑+4NH+4+4NH3↑+H2O]向濾液中滴加2mol·L-1水合肼溶液，攪拌使其充分反應。同時用1mol·L-1?H2SO4吸收反應中放出的NH3，等溶液中無氣泡產生，停止滴加，靜置，過濾，洗滌，干燥。

補充實驗方案的規范化表達必須交代清楚操作的細節、操作完成的狀況以及溫度、試劑濃度、pH范圍等具體數據的表征（見表2）。

4??引領真實問題解決

以化學知識為工具解決實際問題，促進和評價學生學科核心素養的發展水平，是素養導向的高中化學教學的重要策略。通過模型建構、證據推理、學科跨界等視角引領真實問題解決，旨在促進學生學科核心素養的高水平發展。

4.1??模型建構

模型建構是模型認知的前提，也是化學問題難點突破的重要策略。如圖6所示，針對陌生情境中反應的方程式的書寫，建構聚焦目標（基于規律推理或信息判斷找出關鍵反應物與產物）、正確配平（依次采用電子守恒、電荷守恒、質量守恒，依據體系酸堿性分析缺項物質）、完善細節（標明反應條件，正確使用↑、↓等）的問題解決思維模型，引導學生優化問題解決策略。

4.2??證據推理

證據推理是化學學科核心素養之一，也是化學真實問題解決的重要策略。依據證據呈現的方式和需要解決的問題，可采用類比遷移、歸納演繹、溯因分析、猜想論證等方法挖掘化學事實背后的原因，尋找化學措施實施的依據。

如圖7所示，對于化學事實究因類的問題解決，可以采用溯因推理的方式，剝繭抽絲、層層逼近，發掘化學事實背后的原因。

案例8??CO2催化加氫合成二甲醚是一種CO2轉化方法，過程中主要發生下列反應：

反應Ⅰ：?CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）??ΔH=41.2kJ·mol-1

反應Ⅱ：?2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）??ΔH=-122.5kJ·mol-1

在恒壓、CO2和H2的起始量一定的條件下，CO2平衡轉化率和平衡時CH3OCH3的選擇性隨溫度的變化如下圖所示。

其中：?CH3OCH3的選擇性=2×CH3OCH3的物質的量反應的CO2的物質的量×100%

（1）?溫度高于300℃，CO2平衡轉化率隨溫度升高而上升的原因是????????。

（2）?220℃時，在催化劑作用下CO2與H2反應一段時間后，測得CH3OCH3的選擇性為48%（圖中A點）。不改變反應時間和溫度，一定能提高CH3OCH3選擇性的措施有????????。

問題（1）屬于化學事實究因類問題，采用溯因分析的方式解決;問題（2）屬于工藝措施選擇類問題，可采用演繹推理分析的方式解決（見表3）。

問題（1）溯因分析：?①?反應物平衡轉化率受溫度、濃度、壓強等多種因素影響（在本題情境下，只考慮溫度對平衡移動的影響）。

②?反應ⅠΔH>0，溫度升高平衡正向移動，導致CO2平衡轉化率上升;反應ⅡΔH<0，溫度升高平衡逆向移動，導致CO2平衡轉化率下降（溫度對反應Ⅰ、反應ⅡCO2平衡轉化率的影響相互對立）。

③?溫度高于300℃，溫度升高反應Ⅰ?CO2平衡轉化率的增大超過了反應ⅡCO2平衡轉化率下降的影響（確定決定事物發展方向的矛盾的主要方面）。形成結論：?升高溫度，反應Ⅰ?CO2平衡轉化率升高，反應Ⅱ?CO2平衡轉化率降低。溫度高于300℃，反應ⅠCO2平衡轉化率升高幅度大于反應ⅡCO2平衡轉化率降低幅度。

問題（2）演繹推理：?①?圖中A點位置低于平衡時CH3OCH3選擇性曲線，此時CH3OCH3選擇性高低取決于反應Ⅱ的反應速率。

②?影響反應Ⅱ反應速率的條件有溫度、濃度、壓強、催化劑等（在本題情境下，只考慮壓強、催化劑對反應Ⅱ反應速率的影響）。

③?增大壓強，能加快反應Ⅱ的反應速率;使用對反應Ⅱ催化活性更強的催化劑，能加快反應Ⅱ的反應速率。措施選擇：

①?增大壓強。

②?采用對反應Ⅱ催化活性更強的催化劑。

4.3??學科跨界

知識融合、學科滲透是信息時代對問題解決提出的新要求，從哲學的視角理解化學事實，用數學的方法解決化學問題，借物理的注釋啟迪化學思維已成為化學領域真實問題解決中不可或缺的手段（見表4）。

哲學視角哲學觀念：?透過現象看本質，抓矛盾的主要方面，揭示事物變化的因果關系，洞察事物變化的內因;辯證思維：?歸納與演繹，分析與綜合，類比與遷移，猜想與論證[9]。

數學方法對數與指數：?pH、?Ksp計算;排列組合：?同分異構體數目分析;三角函數：?甲烷分子鍵角計算;立體幾何：?晶胞計算，空間多面體分析;配方與等量代換：?溶液中微粒濃度分析;方程與不等式：?物質組成分析;數形結合：?化學曲線與函數關系建立。

物理注釋光的散射：?膠體的丁達爾現象;熱量與比熱容：?反應熱測定;理想氣體：?阿伏伽德羅定律及其推論;靜電作用：?元素周期律、膠粒的吸附能力、化學鍵強度、氫鍵、價層電子對互斥模型。

如圖8所示，通過基于氣體性質、實驗探究、化工生產等具體問題的壓強注釋，引導學生認識氣體溶解度、物質沸點、氣體密度等物質的物理性質與壓強的關系;把握檢驗裝置氣密性、量取氣體體積、防止液體倒吸、減壓蒸餾、真空干燥等實驗操作的物理原理;理解氣體計量、反應速率、反應限度、生產成本等化工工藝的壓強選擇。整合“壓強”這一物理注釋在化學問題解決中的應用，引導學生運用壓強視角認識氣體的物理性質、理解實驗裝置或操作原理、選擇工業生產的適宜條件等。

素養導向的高中化學教學在教學課堂上的落地生根需要學科專家的專業引領和廣大一線教師的創新實踐，期望筆者的分享能起到拋磚引玉的作用。

參考文獻：

[1][3]中華人民共和國教育部制定.?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][10]經志俊.?基于教學內容結構化的教學主張[J].?化學教學，?2019，?（10）：?28～32.

[4]魏雯，?經志俊.?基于學業質量標準的“電化學原理及其問題解決”復習課教學設計[J].?化學教與學，?2021，?（4）：?69～73.

[5]教育部考試中心.?中國高考評價體系[M].?北京：?人民教育出版社，?2019：?20.

[6]經志俊，?劉江田.?基于“問題解決”的有機合成教學設計[J].?化學教學，?2020，?（8）：?80～84.

[7][8]經志俊.?綜合探究題在江蘇高考中的評價功能及其問題解決策略[J].?化學教學，?2020，?（8）：?80～84.

[9]經志俊.?用化學學哲學??學化學用哲學[J].?中學化學教學參考，?2006，?（10）：?8～9.