素養為本的元素化合物教學設計與實踐

福建省三明第一中學 劉寶強

隨著《普通高中化學課程標準（2017 年版）》（以下簡稱《課程標準》）的正式頒布實施，標志著高中化學課程進入新的一輪改革，開啟了以學生發展核心素養為目標的實踐探索。“素養為本”的課堂教學對于促進學生學科能力的提升以及素養的發展起著至關重要的作用，《課程標準》倡導開展“素養為本”的課堂教學。對于廣大一線教師而言，如何開展“素養為本”的高中化學課堂教學，如何科學合理地完成環節的設計與實施成為當下熱點議題和關注焦點。圍繞發展學生的學科核心素養問題，如何在一線教學中開展“素養為本”的教學實施就顯得十分重要且必要。

一、素養為本的教學設計

《課程標準》提出化學教師在教學與評價中應緊緊圍繞“發展學生化學學科核心素養”這一主旨，優化教學過程，有效提高教學質量，發展素質教育，落實立德樹人根本任務。課堂教學是學生學科核心素養培育的主渠道。教師開展“素養為本”的學科教學活動，不僅要關注教學實施情境的可接受性，對情境素材進行合理加工；更應該重視教學內容的結構化設計，遵守知識生成的邏輯脈絡，吻合學生發展認知規律，創造性利用和開放教材，創設真實而富有價值的問題活動，引導學生從問題解決和活動達成中尋找發現證據，逐步解決問題最終達成預訂目標。

“素養為本”的教學是以真實的情境為載體，以實驗探究為手段，以內容的結構化為框架，并倡導基于學業質量標準評價學生學科核心素養的達成情況，從而達到“教、學、評”一體化的目的。倡導真實問題情境、重視實驗探究活動的“素養為本”的教學設計已成為當前課程改革的大浪潮。本文以魯科版普通高中教科書《化學》（必修第一冊）（以下簡稱“必修1”）模塊的元素化合物教學設計為例，嘗試從認知模型建構、實驗探究和生活等層面切入，探討教學實施中如何建構知識模型、提升認知規律，聚焦化學學科素養的培育的有效教學。

二、基于化學學科素養的高中元素教學實例設計

元素化合物知識是中學化學的重要組成部分。新教材中對元素化合物知識的呈現形式與以往有所不同，將相關的生產生活等知識滲透其中，同時也蘊含了許多原理。許多學生在學習過程中存在不知所措且無從下手的困惑。主要表現在：一是知識相對分散，知識體系不系統，學生學習不到位。二是知識應用情境新，知識呈現角度多，關聯豐富，學生把握不準確。三是知識視野拓展廣，知識遷移層次深，學生學習不清晰。學生總是感覺元素化合物相關知識點多、內容繁雜、容易混淆，始終是困擾高中化學學習的難點。基于核心素養培育的視域下，元素化合物教學如何設計更合理有效呢？

1.以元素價類二維圖的建構為線索，聚焦“證據推理與模型認識”。

“模型認知”素養是培養學生關鍵能力的一種重要方法，也是學生掌握化學基本理論和原理以及分析解決實際問題能力的重要手段。考試大綱對模型劃分為三個層次：認識模型、應用模型和建構模型，其中層次最高也是學生需求最迫切的就是建構模型。建構模型作為有效學習元素化合物知識的一種重要的研究方法，是學生學習中最應該發掘的工具和方法。基于此，在元素化合物學習過程中引導學生建構模型，能切實有效地幫助學生建立結構化的知識體系，形成邏輯清晰的框架，有利于學科核心素養的培育。筆者在“必修1”中“氮的循環”教學時，設計了如下活動任務，引導學生動起來，動手、動腦、動筆建構氮元素的元素價類二維圖。具體為：

[情境導入]氮元素在自然界廣泛分布，是如何循環的？

[探究活動1]任務1：將氮的循環圖中重要的含氮物質找出，并標出N 元素的化合價。

任務2：以物質類別為橫坐標，元素化合價為縱坐標，將各物質填入坐標圖中。

[探究活動2]任務1：建構含相同價態氮元素物質間的相互轉化網絡。

任務2：建構含不同價態氮元素物質間的相互轉化網絡。

[歸納總結]用價類二維圖對氮元素及其化合價進行歸類，總結研究元素化合物的一般思路。

設計意圖：以氮元素在自然界循環為素材，對循環中涉及的物質進行建構——氮元素的價類二維圖，引導學生從物質類別和元素價態的兩個角度去梳理，嘗試將物質轉化在二維圖中呈現。在建構的過程中，學生逐步理順并明確元素化合物的認識思路——價類二維，構建單質——氧化物——含氧酸——含氧酸鹽的物質轉化主線，從而培養學生形成元素觀、轉化觀和價態觀等化學學科核心觀念，突顯“模型認知”在元素化合物認識的重要意義。

2. 以探究實驗的設計為線索，關注“科學探究與創新意識”。

化學作為一門自然科學，實驗在化學學科的形成與發展中起著至關重要的作用。化學實驗是高中化學的重要組成部分，同時也是學生學習化學知識的重要過程。從化學學科核心素養培養的角度看，學生應掌握基本化學實驗操作方法和化學實驗設計的基本思想。化學實驗對于激發學生興趣，培養學生思維、掌握科學方法，養成學科觀念有著極為重要的作用。

選取“必修1”中“氯水的制備及其成分的探究”，借助針筒、紅布條、花瓣等簡單易得的器具，圍繞氯水的用途、制備、成分探究三個環節展開設計，通過創設“氯水有什么用途，如何制備以及保存，氯水中存在的微粒有哪些，如何通過實驗證明所存在的微粒”等一系列問題，引導學生展開實驗探究，在不斷發現問題、解決問題的過程中，感受科學探究的一般流程；同時在問題導向、任務驅動的實驗探究過程中尋找證據，發掘證據鏈實現對“證據推理”素養的強化，從而逐步構建起探究元素化合物的一般思路與方法。在氯水成分探究的實驗過程中，學生通過實驗現象的觀察與相應現象的解釋，發展“宏觀辨識與微觀探析”素養。教學任務設計及其意圖見表1 所示。

表1 氯水的制備及成分探究的教學設計

（1） 用 針 筒吸取3 mL氯水于試管中，再將一小片表面已打磨過的鎂條投入試管中。氯水成分的探究氯氣能溶于水，氯氣與水會發生反應嗎？如何設計實驗驗證氯水中存在的微粒？（2） 用針筒吸取3mL 氯水于試管中，加入硝酸酸化的AgNO3。（3） 用針筒吸取氯水并滴少量氯水在紅色石蕊試紙上，觀察現象。（4） 用 針 筒吸取3mL 氯水，滴在淀粉KI 試紙上，觀察現象。引導學生關注實驗現象的觀察，注重實驗操作規范，樹立安全意識，養成良好的實驗探究素養。培養學生獲取證據的能力，引導學生從宏觀和微觀兩個視角去分析問題，促使學生在提出、思考和解決問題的過程中學習，落實核心素養的培育。

設計意圖：充分利用實驗并合理改良實驗裝置，激發學生的探索欲望，發揮化學實驗在教學中的獨特功能。通過引導學生觀察現象、思考分析，培養學生對實驗現象提出合理、科學的解釋的能力，啟迪學生思考，使實驗真正成為學生學習化學的重要的工具。

3.以生活中的化學為線索，滲透“科學態度與社會責任”。

化學是一門與生命科學、環境科學、材料科學密切相關的學科，也是極具創造力、極具應用價值的中心學科，通過化工生產為人類社會提供了豐富的、繁多的、重要的物質，在促進人類文明進步的發展中發揮著重要的作用。可以毫不夸張地說，人們的日常生活離不開化學，化學與人類社會息息相關，尤其是眾多化合物在日常生活中起著極為重要的作用。

圍繞發生在學生身邊的一些不起眼的現象，針對性創設出有層次、有梯度、有價值的問題，引領學生運用所學知識進行合理而科學的解釋，逐步建立起化學學科與生活的緊密聯系，體會化學學科的重要價值。如：家里蒸饅頭時加少量小蘇打，鎖生銹了加少量鉛筆芯粉末就很順滑，切割玻璃用金剛石刀一劃截面平整不割手等。關注并收集生活中的相關現象、用途，由用途反推其結構或性質，并整合設計成一系列問題，啟發學生思考，從而有效地幫助學生理解并吸收元素化學化合物相關知識。與生活常識有關的問題，學生更容易接受，比知識點的生灌硬塞更有親切感。再如：熱水瓶膽中的水垢用什么去除？食鹽為什么加碘？蒸饅頭時為什么要加純堿？炸油條時加明礬能起什么作用？拋出這些與學生生活密切關聯的問題，激發學生的興趣，調動學生的求知欲望。

設計意圖：充分利用將這些生活中的化學整合并有機融入教學中，使化學知識生活化，淺顯化、實用化，能夠有效調動學生學習興趣，有利于學生學科素養的養成。基于化學在人類生產、生活中的巨大作用，教學中牢牢地把握化學的實用價值，挖掘并發揮化學的應用性，密切聯系實際，圍繞元素化合物在生活中的應用創設真實而有意義的情境，引領學生正確認識化學在為人類進步和社會發展方面所作出的巨大貢獻。

三、教學建議及啟示

化學學科核心素養的落實與發展必定是一個漫長的過程，需要“教”與“學”兩方面共同努力，絕不可能一蹴而就。教師需要對教學內容與教學目標進行整劃和構思，通過關注知識結構化設計，圍繞教學內容開展實驗探究活動，創設真實問題情境，或聯系生產生活中，引導學生開展分類與概括、證據與推理、模型與解釋、符號與表征等具有化學學科特質的學習活動，形成知識的結構化、網絡化、系統化，從而促進學生學習方式的轉變。

1.充分認識知識結構化意義，滲透物質轉化觀念。

教學內容的結構化，有利于學生將零散的元素化合物知識有序化、條理化、關聯化。通過元素化合物知識的結構化，形成一幅以物質分類為橫軸、元素化合價為縱軸的價—類二維圖。通過同價態和不同價態元素化合物相互轉化兩條主線，梳理清晰物質間的相互轉化，掌握物質的性質、反應及其轉化規律。教學時應引導學生獨立思考并建構其他元素的價類二維圖，提升教學的系統性，在建構認識物質性質的基本思路和一般方法中實現學生基礎知識和基本能力的培養。

2.充分認識實驗價值，精心設計化學實驗。

化學實驗不是對教材中文字的簡單重復，不是表面式的、泛化的再現。實驗不能停留在紙上談兵、或是觀看視頻演示，應盡可能開足開滿分組實驗課。學生在體驗實驗探究的過程中，不僅能培養觀察能力、動手能力和分析推理能力，而且有助于理解和鞏固化學基本概念、思路和觀念。上文中，對氯水成分的探究，對于培養學生的獨立思考、分析判斷、小組合作等各方面的能力有積極的作用。實驗教學應從實驗現象入手，而不是一味死記硬背，能有效地提升教學的有效性。

3.充分認識元素化合物的生活價值，緊密聯系生活。

學生對生活中經常接觸到的物質容易引發興趣，生活現象能夠充分調動學生的探究欲望。教師引導學生關注生活中的各種有趣的現象，從身邊物質的實際用途出發，養成善于將生活情境或常識與所學知識聯系的習慣。教師在元素化合物教學設計時，應緊密聯系生活實際，發掘與生活相關的素材，從而有效創設合理的問題情境，在情境——任務——活動過程中不斷啟迪學生思維，提升教學的實用性。

總之，“素養為本”的化學課堂教學設計與實施，是一個富有挑戰的艱巨任務。需要教師在探索實踐中摸索、完善教學設計，并在教學實踐中嘗試應用，培育并發展學生的核心素養。課堂是高中化學課程改革實施的主陣地，教師是課堂教學的組織者和實施者，應當積極應對教學研究，從行動上、方法上和策略上逐步摸索有效的途徑，為培養學生的關鍵能力和正確價值觀念而努力。