“素養為本”背景下的化學創新意識培養策略

摘 要：在課程標準的核心素養教學模式下，高中化學教師應貫徹“素養為本”的基本理念，將課內知識與課外實踐相結合，注重培養學生敢于質疑和勇于創新的意識與能力，提升學生綜合素養。本文以魯科版高中化學必修二中的“原電池”教學設計為例，貫徹素養為本的理念，深入探討在教學過程中怎樣培養學生的創新意識等核心素養問題。

關鍵詞：課程標準；高中化學；原電池原理；素養為本；創新意識

《普通高中化學課程標準》（2017年版2020修訂）在課程性質中指出，化學學科核心素養是學生必備的科學素養，是學生終身學習和發展的重要基礎[1]。

化學學科的核心素養涵括了五個方面的內容，其中對科學探究與創新意識的要求有：能發現和提出有探究價值的問題，運用化學實驗、調查等方法進行探究，敢于質疑，勇于創新。為契合課程標準要求，近年來高中化學各版本的教材隨著課程標準的出臺進行了新的修訂。如新修訂的北師大“新世紀”，山東科技出版社普通高中化學教材（以下簡稱魯科版）與其舊教材相比，內容和程序更為合理和新穎，是對舊版教材的傳承與創新，更能促進高中化學教學有效落實化學學科核心素養的培養。本文從化學學科的基礎課程出發，以魯科版高中化學必修第二冊第二章第2節中的“化學電池”教學為例，進行探究式教學研究，結合教材和課程標準要求，討論如何在素養為本的基礎理念上開展高中化學學科教學活動，探索有效培養學生創新意識的途徑。

一、創新意識的內涵和培養意義

互聯網上關于創新意識的論述為：創新意識是指人們根據社會和個體生活發展的需要，引起創造前所未有的事物或觀念的動機，并在創造活動中表現出的意向、愿望和設想，是人們進行創造活動的出發點和內在動力。創新意識的培養和開發是培養創新人才的前提和起點，一個具有創新意識的民族才有希望成為知識經濟時代的科技強國。在基礎教育階段，落實創新教育，培養學生的創新精神和創新能力，促使學生全面健康發展已是適應時代要求的當務之急。課堂教學作為學校教育的主陣地，理應成為培養學生創新能力的主要途徑。

創新意識是化學學科核心素養的關鍵內容之一，主要是在問題解決的過程中自覺形成的一種意識。教師在教學過程中可以通過加減法、類比聯想法，以及逆向思維法等進行化學創新意識的培養。原電池原理作為高中化學中的重點學習內容，若只是按照原來的舊教材編排進行知識傳授式教學，將難以培養學生的科學探究意識和創新思維能力。如果對原電池相關的知識如構成條件、電流產生的原因、電子流動方向，以及電解質中離子移動方向等原理知識進行“死記硬背”，學生就無法理解和應用當今各種層出不窮的新型化學電池，更難以形成創新意識和能力。魯科版必修第二冊中關于“原電池”編排大膽創新，以燃料電池構建原電池模型，在燃料電池的教學中，引入正極反應物與負極反應物、離子導體與電子導體等新術語，結合電極組成材料的判斷，展開對應原電池裝置結構的要素分析，以有序性的分析角度進行各要素的概述，為原電池的認識模型構建打下基礎[2]。因此，不僅教學中要編寫有利于培養創新意識的教學設計，在課堂實踐中更要注重培養學生的創新能力，為順應時代發展的需要，推進新時代的教育教學改革，也為培養科技創新型人才打好基礎。

二、基于創新意識培養的原電池教學設計

（一）有關原電池教學設計的理論依據

根據課程標準的素養要求，對原電池相關模型設計，可以通過分析、推理等方法研究原電池的本質特征、構成要素以及對應元素之間的關系，在建立認知模型的基礎上運用模型解釋化學現象，從而揭示現象的本質規律。而對原電池的課程教學而言，原電池教學適用于模型構架教學方式，在教學環節中融入宏微結合、證據推理等其他學科素養。因此，關于原電池的教學設計是從氧化還原反應、離子反應以及能量轉化觀等方面進行深入探究，將化學學科核心知識滲透進教學過程，并且引導學生認識原電池的構成和原理，將學生的實驗以及科學探究能力培養進行融合，提高學生在真實的實驗情境、問題情境中分析問題、解決問題的能力，進一步促進學生深度思維的形成，發展學生的創新意識[3]。

（二）有關原電池教學的地位與價值

根據我國目前高中化學課程的相關標準，原電池的相關課程教學要求應以原電池為例，充分認識到化學能與電能之間的轉換關系，并且從氧化還原反應的角度認識到原電池的工作原理。原電池的教學課程內容在化學反應與能量的章節下，尤其是在魯科版必修教材中，更為注重原電池的原理教學，基于能量角度將化學反應能量轉化的具體應用與原電池的工作原理進行相互融合。電池是人們日常生活中必不可少的物品，而學生通常情況下只知其物，不知其理，原電池與化學能量之間的關系具有高度的融合性。與此同時，將原電池的相關內容安排在化學反應與能量轉化這一章節內容中，可以合理培養學生的重要學科思維，具有重要學科育人價值，為學生在高中繼續研修化學學科選擇性必修課程，以及在高考必備知識和關鍵能力的積累中具有重要地位。

（三）有關原電池教學設計的目標

本節課根據課程標準的核心素養要求進行目標設計。主要是從氧化還原反應的概念出發，對氫氧燃料電池的構成要素以及相關工作原理進行探究，進而能夠初步構建原電池的基本模型，拓展學生的能量觀、轉化觀。同時，化學原電池的構成要素以及基本工作原理是學生學習原電池的基礎，在課程教學中應結合原電池的教學內容和要求，指導學生開展實驗探究，設計簡單的原電池，在教師的理論指導與自身的實驗探究過程中，正確組裝原電池模型，以微觀視角自覺做好原電池的工作原理探析。再從其他角度發現新問題，引發新思考，并且進一步做好科學探究與化學創新意識的發展，提高化學核心素養中宏觀辨識與微觀探析、證據推理和模型認知等的素養培養。除此之外，原電池的課程教學內容還要求學生能夠運用原電池模型、氧化還原反應相關知識，進行生活中部分復雜化學電池的分析，能夠充分了解到氫氧燃料電池在航天工程中的重要性，要求學生能夠學會用辯證法看待事物及其變化，將綠色化學思想滲透融入可持續發展理念，發展科學精神素養，以此有效增強學生的社會責任意識。

（四）原電池教學的設計思路

關于原電池的課程教學，應貫徹落實到素養為本的基礎上，以化學學科中核心素養的創新意識培養為基本理念，設計相關教學環節，構建學習任務群，探究氫氧燃料電池、制作簡單銅鋅原電池、分析生活中實用的電池、課后制作水果電池等。主要流程：根據演示實驗簡易的“氫氧燃料電池”建立原電池的四要素，從而構建原電池模型。在初步了解原電池的原理基礎上，設計“制作一個簡單的銅鋅原電池”的實驗活動，通過探究自制的電池探究原電池工作原理，進而深化思維認知模型。再應用所學知識分析生活實際過程中的各種化學電池，體現化學在生活中的重要應用的基本思路。原電池的教學過程旨在以建立模型的方式，幫助學生深入理解原電池的相關原理，進而在模型構建的基礎上激發學生的創新意識，引導學生建立分析角度、構建模型以及應用模型的認知思路，以氫氧燃料電池為基礎構建原電池的工作原理以及一般性模型，進而有效指導學生在課程標準以及核心素養要求下完成原電池相關的學習任務。

三、基于創新意識培養的原電池教學過程設計

精心設計教學環節，發展學生創新素養，關于原電池的教學具體環節主要分為三個方面，分別是構建模型、探究模型以及應用模型，前后聯系，環環相扣。

環節一：構建原電池模型

本節課以燃料電池為主要情境素材，主要是為了讓學生能夠初步理解原電池的構成要素以及工作原理。首先以氫能源汽車的動力源——氫氧電池導入教學，再以簡單模型引導學生進行氫氧燃料原電池的分析，指導學生觀察、思考和分析氫氧燃料原電池的構成，進而形成原電池的基本模型。在此過程中教師要能夠引導學生從個別的實物模型抽象出一般原電池的構成要素和基本模型，啟發學生認識新事物的思路和角度，能用氧化還原大概念的知識分析原電池的基本原理，并能將模型進行遷移，以此提高學生的實際創新思維能力。

環節二：探究原電池模型

原電池的探究模型建立，主要是指導學生開展相關實驗探究，提出任務清單、方法導引和方案框架，以此引導學生進行銅鋅原電池的設計實驗探究，鍛煉學生實驗操作能力，再啟發學生思考，由實驗現象觀察探尋原電池的微觀原理。學生在原電池的模型基礎上能夠利用實際發生的實驗過程，在微觀角度討論和分析問題，從而深化理解原電池的構成要素和原理。學生在實驗探究過程中能夠進一步深化對原電池結構和原理的認知，能夠引導學生從宏觀現象探尋到對應的微觀本質，再根據原電池相關原理分析化學電池，以此提高學生對原電池的分析推理能力。

在此實驗探究環節，步驟細化，問題驅動，有利于培養學生證據推理及解決問題的能力，使學生思維的外顯，為創新意識的培養創造條件。由宏觀現象分析銅鋅原電池微粒變化，寫出兩電極反應式，作圖表示銅鋅原電池的工作原理，標出電子轉移方向，離子移動方向等，形成從宏觀到微觀再到符號表征的化學研究基本程序模型。形成根據氧化還原反應設計原電池的一般思路和方法，從微觀角度理解、能用關系圖表示原電池工作原理，并能用電極反應式表示簡單的原電池的電極反應。

在此環節，探究活動不僅關注學生的操作步驟和結果，還應該關注學生分析過程的思維能力培養。如實驗過程中有的學生關注到鋅片上也有氣泡產生，提出疑問，教師此時不要直接告訴原因，課堂中生成性的問題是進行探究教學最好的資源，培養學生發現問題、提出問題是發展創新思維的前提條件，可以引導學生從電極材料的純度、電極反應的環境分析等提出猜想，指導學生查閱資料，設計新的方案，通過實驗論證，由于時間關系，可以設計成課后探究活動和課上展示成果的方式，有利于學生提高辯證思維和實驗創新能力。

環節三：應用原電池模型

在原電池模型的應用環節有三個活動。活動一是學生根據教材自主將生活中使用的化學電池進行分類，簡要敘述其性能特點，訓練語言表達能力，發展分類觀，明白利用氧化還原反應還可以設計出各種實用的電池。宣傳本地有名的電池企業，形成化學理論源于實踐并應用于實踐的道理。活動二是應用已學知識具體分析化學電池。由鋅錳電池、鉛蓄電池、燃料電池的裝置圖和電池總反應式判斷電池構成要素簡單工作原理，培養學生的遷移應用能力，學會遷移也是發展學生創新意識的重要途徑。活動三是觀看視頻——氫燃料電池汽車，分析氫能源汽車的優缺點和發展前景，以及在減少碳排放方面將有重要的戰略意義。氫氧燃料電池是本節課的主要的情境素材，氫燃料電池汽車介紹，與導課首尾呼應，讓學生感受化學與生活的密切聯系及在人類社會發展中的巨大貢獻，滲透“綠色化學”理念，發展學生辯證唯物觀，激勵學生學習科學技術，致力于新能源和新技術的開發，培養學生社會責任意識的素養。

四、關于教學中培養學生創新思維的思考與建議

在當下教育不斷創新的背景下，教師更要有“敢創新、能創新”的魄力，不僅只是擁有創新理念和意識，更要致力于探索具有創新性的“新教學”實踐。要想去改變，要去“折騰”，要能“折騰”，但又不能亂“折騰”，因為有課程標準的詳細指導可以參考，有高考評價體系明確目標的參照，有教材創新性的范式可以模仿，更有許多“先行者”包括一線教師做了深入研究，總結出許多寶貴的經驗。如胡久華、安鵬等[4]的優秀課例“鐵鹽和亞鐵鹽”的單元教學就是在課程標準指引下，結合魯科版和人教版的教材基礎上的嘗試和創新，該課例展示創造者深厚的學術功底，且是吸收優秀研究成果，經多次改進而做出的精品，很值得一線教師參考、學習和借鑒。先學習再研究，行動起來，開始嘗試改變本身就是一種創新，有了新的思路、方法就大膽在教學中嘗試和實踐，主動設計有利于培養創新意識的課例，厚積薄發，亦能促進教師專業成長。

要培養學生的創新意識，教師除了設計有利于培養創新意識的教學活動，也要在課堂上善于捕捉學生“閃光點”，同樣的活動情境，不同的學生會有不同的認識和思維，有時學生的見解很有差異性和新穎性，這正是創新意識具有的特征，只要是合理的見解，就要創造條件讓學生去探索，這種實際的課堂中生成性的創新思維更具有發展的意義，需要教師呵護、引導和培育。

在實踐層面，教師應該多開展有趣的可鍛煉創新能力的實踐活動，除了課標中要求的探究實驗，還要多設計探究式的實驗情境或活動。如北京四中的高杰、劉銀[5]就長期研究創造性探究教學設計，擅長運用各種情境設計開展探究式教學活動，很好地落實化學學科核心素養，尤其有利于培養學生的創新意識和創造性思維等高階思維能力，他們也是敢“折騰”、能“折騰”的典范，值得認真學習。此外，可以結合當前熱點，開展與教學相關的項目式教學活動，魯科版教材最大的創新亮點就是在每章最后都安排與本章重點內容有關的微項目，這給教師開展項目教學提供很好的方法指導和參考范式，因為項目式教學被認為是培養學生創新能力的最佳途徑之一。

結束語

以上僅是本人基于化學核心素養之對創新意識的理解和實踐，創新意識是對學生較高層次的素養要求，結合對我國當前高中化學課程標準的研究，化學學科的核心素養就是要在基礎教育中，提高學生的思維創新能力。因此，創設有意義的情境素材，激發學生興趣，開展探究為主的教學，自覺實施創新教育，提高學生的創新能力，更快更好為國家培養創新型人才。

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2020年修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：1-73.

[2]王磊，陳光巨.化學必修第二冊[M].濟南：山東科學技術出版社，2020：50-53.

[3]林倩，王健濤，蔡開聰.魯科版新舊教材中“原電池”主題對比研究[J].中學化學，2021（8）：10-13.

[4]胡久華，安鵬，邢鑫，等.促進學生化學學科核心素養發展的“鐵鹽和亞鐵鹽”的單元教學[J].化學教育（中英文），2022，43（1）：36-41.

[5]高杰，劉銀.化學創造性探究教學設計[M].北京：教育科學出版社，2020.