基于學科理解的中學化學高端教研
——科學態磨課

曾曉軍

在新課程改革日趨深入的今天，教育形勢的發展對教師教學提出了更高的要求。《普通高中化學課程標準》中指出要開展基于學生化學學科核心素養發展的課堂教學，對化學教師的專業素養提出了更高的要求，要求教師進一步增進化學學科理解?；瘜W學科理解是指教師對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結構化的認識，應充分發揮化學教研組、備課組的作用，結合具體的教學內容，有針對性地開展課題教學內容的理解研討。磨課，它是指在公開課之前，教師運用自己的教學經驗和智慧，反復思考和試講的過程。一堂好的公開課是教研組教師集體的智慧結晶，也反映了教研組的教研文化氛圍。

一、問題提出

在以往的磨課經歷中，往往是其他教師根據自己的教學經驗對講課教師進行指導，是經驗型磨課。有幸參加了一次鄭長龍教授的教育碩士教學實踐的磨課過程，筆者深受震撼，對磨課有了顛覆性認識。鄭教授把以前的磨課方式叫經驗態磨課，而將這樣的磨課稱為科學態磨課——強化學科理解，深入教學內容的本質，利用課堂教學行為的CPUP 模型對教學內容進行分析，解決“教什么”的問題，然后對文獻進行梳理，對課堂進行行動研究，解決“怎么教”的問題，打造高端備課模式?？茖W態磨課，為教師的教學能力提升提供了一個新的思路[1]。

二、過程實錄

對“金屬的化學性質”一節進行磨課，磨課分四個環節：一是學科理解文獻綜述——有關“金屬的化學性質”，二是有關“金屬的化學性質”教學設計的文獻綜述——基于CPUP 結構模型的視角，三是在前兩個環節的基礎上試講，四是評課。

（一）第一環節： 學科理解文獻綜述——有關“金屬的化學性質”

1.核心知識結構化

分析初高中和大學對這部分知識的不同要求，使內容結構化，重點分析金屬與氧氣、金屬與化合物的反應在不同階段的不同要求（見圖1）。

圖1 核心知識結構化

在高中化學的教學過程中，有課標、教學要求以及教材，但往往對理解表面上的東西的要求比較多。在對核心知識的解析上，鄭長龍教授從本質上解釋原因，如關于為什么金屬有這樣的性質，從金屬的結構決定金屬的化學性質和金屬鍵的本質的角度回答，以能帶理論解釋金屬鍵的本質和金屬的物理性質等。這都是中學教材中沒有的內容，但作為教師必須要懂，這是化學學科本原性的內容[2]。

2.重點學科知識解析

重點解析兩方面內容：金屬活動順序和氧化鋁。

（1）金屬活動性順序表

首先是動力學金屬活動性順序表。

1812年，瑞典化學家貝采里烏斯根據大量實驗，依據金屬在酸性介質中298K 時，能形成穩定存在的金屬簡單離子的標準電極電位，得到了動力學金屬活動性順序表，即K、Na、Ca、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Au。

動力學金屬活動性順序表的局限性：在動力學的研究領域內，Na 和Ca 的活潑性是依據其單質與水反應的劇烈程度判斷的，有些因素并未考慮在內。熔點的差別：Na 的熔點為97.81℃，Ca 的熔點為839℃。溶解性的差別：NaOH 的溶解度遠遠大于Ca(OH)2。

其次是熱力學金屬活動性順序表。

隨著電化學的發展，人們逐漸認識到，金屬在溶液中的置換反應與其電極電勢有關。由吉布斯自由能判斷自發反應的條件，得出熱力學金屬活動順序表：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Au。

熱力學金屬活動性順序表的局限性：第一，只能用于標準狀態下。Cu 與稀鹽酸（HCl）在常溫下，不能反應。但Cu 與濃鹽酸在加熱時，能夠生成H2。第二，只能針對純金屬。在順序表中，Al＞Fe，但由于Al 表面存在氧化膜，其與酸反應的順序一般為Al＜Fe。第三，只適用于水溶液中。第四，不能作為氣態金屬原子還原性強弱的比較依據。

（2）氧化鋁

Al2O3，即三氧化二鋁，相對密度3.9～4.0g/cm3，熔點2054℃，沸點2980℃，可用作耐火材料。

對比初高中對氧化鋁的要求，把握教材的深度。

（二）第二環節： 有關“金屬的化學性質” 教學設計的文獻綜述——基于CPUP 結構模型的視角

1.設計分析報告

學情分析：確立目標、豐富素材、多元視角，包括教材分析、學生分析和教法分析。

教材分析：第八單元——金屬和金屬材料。

課題一：金屬材料。

課題二：金屬的化學性質。包含金屬與氧氣的反應，金屬與稀鹽酸、稀硫酸的反應，以及金屬活動性順序。

課題三：金屬資源的利用和保護。

實驗活動：金屬的物理性質和某些化學性質。

學生分析：本節課學生來自東北師范大學附屬實驗中學初三（26）班，學生成績較好，活躍度高，自主探究能力強，已有相關金屬物理性質和化學性質的基礎知識。

教法分析：歸納、對比、推測、總結。

教學目標：體現化學學科核心素養對學生發展的具體要求。

通過實驗探究常見金屬與氧氣、稀酸、鹽溶液的化學反應，認識金屬的主要化學性質；經歷比較完整的實驗探究過程，增強對科學探究的理解；體會小組合作的意義和快樂。

教學重點：一是通過實驗，探究金屬的化學性質；二是掌握金屬活動性順序。

教學難點：一是金屬發生置換反應的順序判斷，二是用置換反應和金屬活動性順序解釋某些與生活有關的化學問題。

2.常見教學思路及連接順序

化學課堂教學內容結構的CPUP 模型是由鄭長龍教授提出的（見圖2）。鄭長龍教授認為化學課堂教學內容是由一個個基元內容（Primitive Content）構成的：一個或幾個基元內容構成了一個單元內容（Unit Content），單元內容是指化學課堂教學中由一個或多個教學行為鏈所承載的化學學習任務中所體現的教學內容；一個或幾個單元內容構成了一個板塊內容（Plate Content），板塊內容是指化學課堂教學中一個教學板塊下所承載的教學內容；一個或幾個板塊內容構成了一節課堂內容（Class Content），課堂內容即該節化學課堂的全部教學內容。

圖2 CPUP 課堂結構模型

并且，鄭長龍教授對于教學行為進行了詳細的劃分，提出了教學行為鏈的五種結構，其中從A 到E，學生學習的自主程度逐漸降低（見表1、表2、表3、表4）。

表1 常見教學行業鏈類型

表2 教學思路及連接順序1

表3 教學思路及連接順序2

表4 教學思路及連接順序3

3.亮點采擷

主要從情景素材、問題設計、活動展示三個方面對文獻中部分教學設計進行分析，從中得到啟發。

4.基于CPUP 理論的教學設計

基于CPUP 理論的教學設計如圖3 所示，該教學設計的特色是尊重學生的認知特點與學習興趣，以情境為載體將學生已有的知識經驗與社會生活常識緊密結合；秉承“觀念為本”的教學設計理念，圍繞理念設計和組織教學；重視以問題為導向的探究活動的設計，通過問題調動學生積極思考和探究。

圖3 基于CPUP 理論的教學設計

（三）第三環節： 根據教學設計進行試講

在本環節主要是在課堂上將學習內容分成幾個板塊來落實相關學習任務。

通過回憶生活中常見的學過的幾種金屬的相關物理性質和化學性質提出是否所有金屬都能發生同樣的化學反應的問題，引發學生思考。

1.金屬與氧氣的反應

提出問題：生活中常見的金屬與氧氣反應的條件是否相同？是否所有的金屬都能與氧氣發生反應？比較這幾種金屬跟氧氣的反應，它們的活動性是否一樣？根據什么來判斷？

學生可以通過小組討論、閱讀教材等獲知判斷金屬活動性差異的初步依據。

設計的意圖：主要是考查學生對問題的歸納能力，同時為引入金屬活動性打下基礎。

2.金屬與酸的反應

提出問題：金屬與稀鹽酸、稀硫酸的反應現象是否也像金屬與氧氣反應一樣存在差別呢？哪些金屬能與稀鹽酸、稀硫酸發生反應？哪些金屬不能與稀鹽酸、稀硫酸發生反應？

實驗探究：要求學生先提出自己的假設，設計實驗方案，通過實驗探究此問題。引導學生根據實驗現象進行討論、交流，最后得出結論。

設計意圖：培養學生實驗操作能力、觀察能力、思維推理能力、實驗設計能力和團隊合作能力。在討論交流中，吸取別人有益的意見，為引入置換反應作鋪墊。

3.置換反應

提出問題：哪些金屬能與稀鹽酸、稀硫酸發生反應？哪些金屬不能與稀鹽酸、稀硫酸發生反應？對于能發生的反應，請從反應物和生成物的物質類別角度分析，這些反應有什么特點？

學生思考、交流并得出結論。

設計意圖：讓學生初步了解置換反應的特點和規律，并為后面學習金屬活動順序時為什么會出現氫元素打下基礎。

4.金屬與鹽溶液的反應

提出問題：實驗室制取氫氣時，為什么選用金屬鋅和稀硫酸反應？在學習質量守恒定律時，把鐵絲浸入硫酸銅溶液，會看到什么現象？銅能否與硫酸亞鐵溶液反應生成銅？

學生思考、交流并作匯報，嘗試歸納總結常見金屬的活動性順序。

設計意圖：回憶已有知識，引入新知識，運用逆向思維，使知識結構更合理。培養學生分析能力，加強學生對金屬活動性順序的了解。

最后通過對鑒別黃金飾品真假的方法的討論，來培養學生應用所學知識解決實際問題的能力，將理論聯系實際，使學生認識到學習化學知識的重要性。

由于是磨課的過程，在試講時沒有學生，只有幾位指導教師和幾位試講教師的同學充當學生，教學過程雖然按預定設計完成，但因不是真實課堂，課堂的生成略顯不足，學生活動體現還不很充分。

（四）第四環節： 專家評課

鄭長龍教授最后講到，磨課的目的是打造高質量的教學，內容就是行為研究?；诨瘜W學科理解的教學，由原來的經驗態磨課向科學態磨課轉化，本次的磨課體現了教育科研與教學實踐的結合。基于學生化學學科素養發展的課堂教學，對化學教師專業素養提出了更高的要求，要求教師進一步增進化學學科理解。高端備課是今后的趨勢，要關注理論在實踐中的運用[3]。

三、啟示與建議

第一，化學教學正在逐步完成從經驗態研究向理論態和科學態研究的嬗變。這些研究不再僅僅是各種化學教育教學經驗的簡單積累和總結，而是運用科學、規范的質化和量化研究方法，在嚴密分析的基礎上得出較為科學的結論，使研究成果建立在科學的化學教學事實基礎之上，建立在科學、規范的研究方法基礎之上。

第二，磨課是教師互動交流的平臺，磨課的過程首先就是對化學學科的深刻理解的過程，是對化學知識的系統的、結構化的理解。它的實質是建立以主體的特征考察認識的對象和現象、分析和解決問題的思維，在主體思維的指導下構建對主體本質和整體性的認識。教師之間的相互交流都是從自己的觀點出發的，思想的碰撞能激發新的火花，合理的借鑒是創新的開始。教師的創新在教師的課堂展示和研磨材料中隨處可見。個體行為轉變為群體行為，強調了集體智慧的發揮，提高了教師個體的學科理解力。

第三，對教學精細化的追求永無止境，教學研究也仍在繼續。合理利用CPUP 模型進行課堂精細化研究，是我們推廣優質課程的有效途徑，也是提高一線教師專業素質、教研能力和科研水平的必由之路。磨課的價值在于學校與教師的共同成長，磨課的結果應該是教師個體創新與參與者碰撞結果的融合[4]。

學者張廷凱、牛瑞雪在《回歸學科研究——課程改革的深化邏輯》一文中提出，應當遵循“實踐邏輯”，從學科研究中歸納總結學科教學理論，加強學科課程建設研究，豐富和深化對學科課程的理解[5]。要想教好化學，在教學過程中至少需要遵守兩條基本原則，一是掌握化學的本質，二是設計和實施科學合理的教學活動。因此，深化對化學教學學科認識問題的研究，需要在相關化學科研成果的基礎上，不斷探索化學學科性質，進而從實際的化學教學實踐中對現有課堂教學經驗進行總結，對問題理論進行反思和升華，揚長避短?；诨瘜W思維和方法的邏輯起點，在科學掌握化學學科基本知識的前提下，引導學生形成正確的化學學科思維方式，有效提高化學學科課堂教學的有效性，通過建立對學科的準確而深刻的理解，有效地培養學生的學科核心素質。

總之，磨課是打造精致課的過程，是提高課堂教學效果的保證，也是提高教師專業素質的有效方法。對教學精細化的追求永無止境，教學研究也仍在繼續，每一次的磨課實踐，都使教師積淀下了對課堂教學更為深入、更接近于本質的思考。教育教學研究走進真實課堂，才是有生命力的。因此，在學科教學與研究中，深化對學科的認識，重視學科的教與學，是一項迫切而重要的工作。