情境活動“鏈接”下化學知識與核心素養的有機融合

李志新 王祝偉 張亮

[摘 要]化學教學應通過情境再現、科學探究等過程，為學生提供交流和展示的平臺，引導學生從化學的視角去觀察和思考周圍的物質世界，進而形成化學學科觀念和素養。文章通過情境再現、科學探究、信息拓展等環節對“分子的手性”的相關知識進行探究，充分挖掘了情境、知識和學科核心素養之間的密切關系，實現了知識與學科核心素養的深度融合，收到了良好的教學效果。

[關鍵詞]情境活動;分子的手性;學科核心素養;課堂教學

[中圖分類號]? ? G633.8? ? ? ? ? ? [文獻標識碼]? ? A? ? ? ? ? [文章編號]? ? 1674-6058（2022）08-0062-04

化學課堂是動態的課堂，是生成性的課堂，是不斷滿足學生發展需求的課堂。化學課堂教學只有以素養為本，選擇性地設計和重構教學內容，合理運用教學方法，才能轉變學生的學習方式，激發學生的學習熱情。化學課堂教學應以學生的認知發展水平為基礎，不僅要向學生傳授知識，更要讓學生通過對背景知識、課程知識和實踐知識的學習和理解，形成學科觀念，提高分析問題和解決問題的能力，培養學科素養。只有這樣，化學課堂教學的育人價值才能得到充分體現，學生的學科核心素養才能落地生根。

“分子的手性”是筆者的一節示范課，本課嘗試從化學學科核心素養出發，以相關教學主題為引領創設情境，建立化學教學、知識學習、情境育人之間的聯系，讓學生通過知識學習，達到運用知識科學闡釋和解決問題的目的，實現化學知識與核心素養的有機融合。

一、教學設計思路和模式

（一）教學設計思路

本課教學設計應確立好知識、情境和學科觀念之間的關系。情境中蘊含的真實問題是課堂教學設計的根本所在[1]，知識只有置于一定的情境中才能充分激發學生的學習興趣，才能讓學生體會到其與生產生活的聯系，才能把相關學科觀念滲透到教學中。化學學科觀念是學生在系統學習化學課程的基礎上所形成的對化學學科的概括性認識和具有化學學科特色的思維方式[2]。“分子的手性”的教學設計思路如圖1所示，其展示了知識、情境和學科觀念之間的關系。

（二）教學環節和模式

美國教育心理學家巴特勒提出了教學的七要素，并提出“七段”教學論，將教學分為七個環節：創設情境—激發動機—組織教學—應用新知—檢測評價—鞏固練習—拓展與遷移。為了使學生從知識的生成角度認識分子的手性，發揮學生元認知的調節作用，筆者在教學中充分考慮教學七要素，同時根據教學內容的特點，采用如下教學模式（如圖2），重點讓學生通過實物觀察與探究得出結論，生成學習結果，提升學科核心素養。

在課堂上創設情境，可以提高學生的思維關注度，有助于學生深度思考，更好地分析分子的手性的形成原因和結果，進而理解手性藥物的應用，形成良好的社會責任感。

二、教學目標及評價目標

（一）教學目標

化學課堂教學是落實課程目標，引導學生提升學科核心素養的重要途徑。教師在設計探究活動、組織課堂教學時，要凸顯“發展學生化學學科核心素養”的主旨。為了使化學學科核心素養培養能有效落實，筆者根據本節課的內容制訂了如下教學目標：（1）通過旋光儀觀察分子的旋光現象，初步認識分子的旋光性;（2）理解“分子的手性”概念，建立分子與其鏡像之間的相互關系;（3）科學探究分子的手性成因，建立分子呈現手性及手性碳原子的模型分析法;（4）閱讀有關手性藥物的應用、手性分子的選擇、諾貝爾化學獎等的資料，感受手性分子在生產生活和科學技術中的應用價值，樹立正確的科學觀，增強社會責任感。

（二）評價目標

教學目標的實現離不開學生的參與，教師在設計教學活動時要時刻以學生為中心，“教、學、評”要有機結合，從而促進學生學習方式的轉變。本節課的評價目標主要有如下幾點：（1）通過對“分子的手性”概念的講解，促進學生對微觀物質的結構的認知，提升學生的認知水平;（2）通過手性分子的模型探究，讓學生進行交流、模擬并得出結論，提高學生的探究水平和能力;（3）通過對科學家的事跡及諾貝爾化學獎的介紹，讓學生開展討論，發展學生的科學觀，使其樹立正確的科學認知，增強服務社會的責任感。

三、教學過程

為了有效實施課堂教學，教師圍繞核心知識設計教學流程，引導學生在真實的情境中探索，幫助學生從事實、原理和應用等方面進行系統學習，讓學生進行深度思考，最終達到能夠運用化學知識闡釋化學現象的教學目標。

（一）情境再現——科學巨匠巴斯德及其貢獻

【情境材料】巴斯德（1822—1895），近代微生物學奠基人，發明了巴氏滅菌法，成功地研制出雞霍亂疫苗、狂犬病疫苗等多種疫苗，在戰勝炭疽病、蠶病等方面也取得了很高的成就。2003年，巴斯德在光學顯微鏡下徒手把酒石酸的左旋型和右旋型分子（如圖3）分開的實驗被評為化學史上十大最美實驗之首。

【過渡問題】左旋型和右旋型的酒石酸分子就像我們的左手和右手，請問二者能否重合在一起呢？

【學生活動】觀察、討論左右手能否重合，并得出結論：不能重合。

設計意圖：以科學巨匠巴斯德作為本節課的情境引入點，希望達到如下目的：（1）讓學生意識到分子有左旋和右旋之分，并初步引發思考;（2）讓學生看到知識的價值，看到化學對人類文明的偉大貢獻，進而樹立崇尚科學的理念，培養學生的“科學態度與社會責任”核心素養。

（二）科學探究——宏微結合，建立模型

【實驗探究】用旋光儀檢測乳酸溶液，發現該溶液會使入射光線出現一定的偏轉，這種現象稱為旋光現象，而丙二酸溶液卻沒有旋光現象。

【學生活動】動手實驗操作，并思考乳酸溶液具有旋光性的原因。

【活動探究1】學生根據提供的乳酸分子結構，搭出乳酸分子及其鏡像分子的球棍模型（如圖4中的A、B），并對二者進行比較。

教師：乳酸分子（如圖4A）及其鏡像分子（如圖4B）能否重合呢？

學生：不能。判斷圖4中的A分子和B分子是否能完全重合，可將B分子繞豎軸旋轉120°（如圖4C）后進行觀察。通過比較A分子和C分子，可以看出兩個分子在結構上不能重合。

教師：那丙二酸分子呢？

學生：用同樣的方法可以判斷丙二酸分子及其鏡像分子可以重合在一起。

教師：當分子與其鏡像分子不能完全重合時，該分子才具有旋光性，我們稱這種分子為手性分子。

設計意圖：差異化的現象能幫助學生獲取更多的感性材料，學生在比較中知道有些分子具有手性，有些分子不具有手性，只有手性分子的溶液才會出現旋光現象。通過本次探究，讓學生建立宏觀現象與微觀結構之間的聯系，樹立結構決定性質的觀念，能夠從微觀結構的角度去認識宏觀性質，從而培養學生宏觀辨識與微觀探析的能力，提升學生的化學學科核心素養。

【過渡問題】如何判斷一個分子是否具有手性？手性分子在結構上有哪些特征？

【活動探究2】搭建分子的球棍模型（如圖5），先從最簡單的碳原子連接四個相同的基團a（如圖5A）入手，再將其中一個基團a換成基團b（如圖5B），讓學生觀察B分子是否具有手性;然后將B分子中的一個基團a換成基團c（如圖5C），觀察C分子是否具有手性;最后將C分子中的一個基團a換成基團d（如圖5D），觀察D分子是否具有手性，從而讓學生逐步認識到當分子中碳原子上連有四個不同的基團時，分子具有手性。

教師：圖5中哪些分子具有手性？

學生：D分子具有手性，而A、B、C分子都不具有手性。當一個碳原子上連有四個不同的基團時，該分子具有手性。

設計意圖：根據碳原子的四面體構型進行“分子模擬”，讓學生由表及里地去觀察、分析、判斷分子的結構特征和手性之間的關系，從模型認知的角度去分析問題，尋找證據鏈，最終結合分子的結構特征找出手性分子的特征。

（三）信息拓展——材料擴充，辯證分析

【信息情境1】（1）雙六螺烯手性材料在3D顯示器中的應用，極大地推動了顯示器的發展和研究;（2）上海交通大學馮傳良教授課題組在仿生手性水凝膠對細胞選擇性黏附領域的研究取得重要進展;（3）浙江大學陳紅勝教授等人報道了以折紙結構為靈感的折紙型可重構手性超材料，其電磁響應可通過轉換Miura-ori（三浦折法）式開口諧振環的折疊態進行動力學手性調控。

【思考】你從中有什么收獲？

設計意圖：教學中選取與分子手性密切相關的幾個前沿熱點信息和研究熱點，激發學生對化學的好奇心和學習熱情，讓學生看到化學對科技發展和人類文明進步做出的巨大貢獻，從而激發學生的科研熱情，促使學生樹立投身科研事業的志向。

【信息情境2】一種名為沙利度胺的藥物（結構如圖6所示），能迅速減輕孕婦的妊娠反應，稱為“反應停”。然而，該藥物投入使用不久后，世界各地出現了畸形兒。隨著對手性分子性質的認識的深入，人們發現只有其中的右旋分子具有鎮定作用，而左旋分子具有很強的致畸作用，因此需要將左旋分子和右旋分子分開才能應用，以保證人們的生命健康安全。

【思考】我們是否應停止使用手性藥物？怎樣才能避免類似的事件發生？

設計意圖：通過探究“反應停”事件暴露出的問題，讓學生意識到引發問題的原因不是藥物本身存在問題，而是人們對藥物的認識不充分，所以我們在藥物的選擇和使用方面要做更加充分的研究。通過這些討論，可以幫助學生樹立科學意識，培養學生的社會責任感。

四、教學思考和啟示

本課教學圍繞相關教學主題，以問題、情境、探究等形式呈現教學內容，把課程知識學習和課外知識擴充有效銜接，使課程內容結構化，并注重學生情感的培養，將培養學生的科學態度和社會責任感作為一個重要的教學方向，以增強學生的使命感和責任感。

（一）學科特色讓化學課堂更有魅力

化學教學以物質的結構、性質和轉化為中心引導學生進行探索和研究，緊緊圍繞宏觀和微觀幫助學生去認識神奇的物質世界。教學在教學中，不能只關注事實性知識，如沉淀的生成、氣體的產生、顏色的變化等，還應該將化學本質、科學原理、轉化思想貫穿始終，幫助學生養成熱愛探究、勤于思考的良好學習習慣，讓學生掌握系統的學習方式和研究方法。只有這樣，化學課堂才能體現出化學的魅力，才能引導學生在神奇的物質變化中找到背后的本質和規律。

（二）科學探究要符合學生的認知規律

科學探究是化學學習的一種重要形式，它可以讓學生最大限度地體驗、參與、思考與交流，充分激發學生的元認知。課堂教學中要讓科學探究有實效，對學生認知規律的研究是不可或缺的。學生的思維模式、探究能力、知識儲備、方法掌握情況等都需要教師去認真研究，只有科學探究的內容處在學生的最近發展區，教學效果才能達到期望值。同時在科學探究中，目標設定、信息收集、過程評價、問題解決、探究總結、學習指導等都應成為重點關注的對象，這樣的探究才能充分發揮學生的能動性;才能將靜態抽象的知識具體化、形象化、動態化;才能豐富學生的認知體驗，促進學生對問題的思考;才能將化學學科核心素養的培養落到實處，提升學生的綜合素質。

（三）課堂要關注“科學態度與社會責任”

課堂是教學的主陣地，同時也是育人的重要場所，課堂上教師不僅要關注學科知識的傳授，讓學生掌握科學文化知識，還要注重對著名科學家及經典科學研究方法的介紹，以激發學生的探索和求知欲，啟發學生的思維，培養學生的科學精神。化學與生活的方方面面都有聯系，化學教學素材的來源非常廣泛，這為化學教師的教學帶來了許多便利。化學教師可以將相關素材深加工，充分挖掘其中的科學知識，讓學生透過素材看到人類面臨的能源危機、環境污染等問題，讓學生意識到化學可以解決許多人類面臨的問題，從而激發學生的化學學習熱情，培養學生的社會責任感和參與意識。

綜上，化學課堂要滿足學生對科學和文明的渴求，要基于情境活動實現化學知識與學科核心素養的融合，引導學生用化學的眼光去觀察物質世界。化學課堂教學要以新課程理念為引領，將課程目標、教學過程與核心素養培養有機結合起來，幫助學生建立科學的思維方式，逐步形成正確的價值觀。只有這樣，化學課堂教學才能為學生的未來發展提供重要保障。

[? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?]

[1]? 李志新，張宗志，蒲金鳳.在“情”與“境”的交融中培養學生的“科學精神與社會責任”：“SO2的性質和用途”教學體驗與感悟[J].化學教與學，2019（9）：59-61，42.

[2]? 張祥，王國崢.以學科觀念為統領的教學設計例說[J].中學化學教學參考，2018（21）：21-23.

[3]? 宗國平，劉文兵.基于“科學態度與社會責任”素養下的問題導學策略：以“金屬的腐蝕與防護”為例[J].化學教與學，2019（3）：39-42.

（責任編輯 羅 艷）