基于學科育人價值的高中化學課堂教學的實踐研究

摘" "要： “育人”是教育的本質要求和價值訴求。為充分發揮學科育人價值，落實“立德樹人”根本任務，教師要積極轉變教學觀念，要從單純關注化學學科知識教學轉向關注學科育人價值，包括知識的獲得、技能的提升以及情感、態度、價值觀的形成。文章以高中化學魯科版選擇性必修1《化學反應原理》模塊“化學反應的方向”為例，探索如何將學科育人價值融入到化學課堂教學當中，并對教學實踐進行反思。

關鍵詞：核心素養；學科育人價值；實踐研究；化學反應方向

1" 主題價值分析

學科核心素養是學科育人價值的充分體現，學科育人價值的落腳點在于課堂。教師不僅要從化學的知識層面，還要從化學的情感層面、價值層面出發，幫助學生在實際問題探究與解決過程中實現對知識的深度學習與深度理解，進而提升自身的關鍵能力和必備品格[ 1 ]。將主題確定為“化學反應的方向”，主要基于該主題有以下的教學功能與育人價值：

（1）源于自然與生活。自然界和生活中存在很多與自發過程和自發反應相關的實際例子，這些例子有利于引發學生對“化學反應的方向”知識學習的興趣與思考，并充分認識化學科學的社會價值。

（2）建立認知結構化。通過對具體化學反應的焓變、熵變的數據分析，引導學生從焓變、熵變及溫度等綜合視角判斷化學反應的方向，建立“化學反應的方向”認知結構，實現從知識向素養的轉化[ 2 ]。

（3）培養正確價值觀。通過介紹科學家制備鈦的百年艱辛歷程及熵與環境、熵與社會、熵與生命等之間的關系，促使學生對化學可以改變世界、影響社會、服務人類等方面有更深層次的認知，培養學生的科學態度與社會責任的核心素養。

2" 學習目標

（1）能夠分析自然界和生活中自發過程的原因，進而提出自發反應的特點。

（2）能運用化學反應原理對焓變、熵變等數據進行分析，建構起從焓變、熵變、溫度等視角綜合考慮化學反應方向的認知模型。

（3）能運用微粒觀、轉化觀等學科觀念分析反應中焓、熵的變化，提出焓變、熵變與化學反應方向的關系。

（4）能運用化學原理解決真實問題，感受到化學反應方向的研究對工農業生產的重要價值，充分認識化學與科學、技術、社會之間的相互關系。

3" 學習任務及教學流程

以“化學反應的方向”作為總任務，經學生討論分解為三個子任務，以素養目標為導向，以任務驅動為主線，以項目活動為載體，在真實情境問題解決中促使學生深度學習，培養學生關鍵能力和社會責任（見圖1）。

4" 教學實施過程

任務一：認識自發過程和自發反應。

[活動1] 情境引入。

[化學小實驗] 將一杯200 mL的熱水與一杯200 mL的冷水依次倒入一個500 mL的燒杯中。

[頭腦小風暴] 混合后燒杯中是熱水，還是冷水？如果把這杯水倒回原來杯子，還能變回一杯熱水與一杯冷水嗎？這就是著名的吉布斯之問。

設計意圖：本環節從學生非常熟悉的生活現象入手，喚醒學生對生活現象關注與思考，體會到生活即化學、化學即生活，化學與生活息息相關。

[活動2] 感受自發過程。

[投影圖片] 投影五張圖片：泰寧世界地質公園——寨下大峽谷的三線瀑布及游客在爬狀元巖、泰寧九舉巷中嶺下紅飄出米酒的香味、蘋果掉到牛頓的頭上、紅墨水滴到水中。

[問題] 為什么水往低處流、人往高處走，走進巷子老遠就能聞到酒的香味？請聯系生活實際，列舉出其他自發過程的例子，并思考發生的可能原因。

[學生討論回答] 從重力勢能變化的角度分析瀑布和蘋果掉落，然后從人的內心渴望積極向上的角度分析往高處走，最后從物質混亂的角度分析分子擴散原因。

[內化整理] 在一定條件下，不借助光、電等外部力量就能自動進行的過程稱為自發過程，其特點是指體系趨向于從高能量狀態轉換為低能量狀態或從有序狀態轉換為無序狀態。

設計意圖：本環節結合泰寧的著名自然景點及人文景觀，引導學生從能量、目標及混亂度等視角進行解釋自發過程產生的原因。

[活動3] 感受自發反應。

[播放視頻]科學家從鈦礦石中制備鈦粉的艱辛歷程，并介紹鈦的用途。

[尋根溯源] 科學家設計的方案主要分兩個階段：TiO2（g） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g），TiCl4（l） + 2Mg（s） = Ti（s） + 2MgCl2（s）。由于第一階段的反應不能發生，所以長時間無法成功制備鈦粉。

[內化整理] 自發反應是指在一定的溫度、壓強等條件下，不需要外界持續提供幫助，一經引發就可以自動進行的反應。

設計意圖：本環節提供真實的問題情境，激發學生解決問題的欲望，借助化學史的育人功能與價值，體會研究反應方向的重要性和科學發展的艱辛，深刻認識到化學對創造物質財富、滿足人民美好生活需要的巨大貢獻。

任務二：探究化學反應方向的判據。

[活動1] 探究化學反應方向與焓變的關系。

[演示實驗] 氫氣燃燒和電解水。

[小組討論] 十九世紀，化學家從氫氣燃燒等化學實驗中得出這樣一個結論：放熱反應能自發進行，而吸熱反應則不可以。你同意這種觀點嗎？請舉例說明。

[分組實驗] 往密封袋中依次加入一鑰匙的NH4Cl晶體與Ba（OH）2·8H2O晶體，并放入一張濕潤的紅色石蕊試紙，然后將其密封好，用手摩擦密封袋，觀察實驗現象。

[內化整理] H2、CH4等可燃物燃燒、鐵生銹、酸堿中和、活潑金屬與水或與酸等反應均為放熱反應（ΔHlt;0），均具有自發進行的傾向，但是焓變作為判據化學反應的方向不夠全面，吸熱反應也有能自發進行的。

設計意圖：本環節通過對化學家關于“放熱反應可以自發進行，吸熱反應則不能自發進行”的論斷進行思考、討論，然后通過學生分組實驗讓學生對化學家的論斷進行合理的評判，培養學生實事求是、嚴謹細致的科學態度，養成批判精神和創新意識的優秀品質。

[活動2] 探究化學反應方向與熵變的關系。

[思考] 觀察氯化銨與氫氧化鋇晶體反應的特點，判斷是什么“推動”了這個吸熱反應的進行？

[演示實驗] 當將一瓶盛滿空氣的集氣瓶口倒扣在盛滿二氧化氮的集氣瓶口上，抽開玻璃片；將一盒火柴灑落在講臺桌上。

[資料在線] 德國數學家、物理學家克勞修斯在熱力學第二定律與“熵”等方面的卓越貢獻。

[內化整理] 熵是描述體系的混亂程度，符號S；不同物質，熵值不同；同一物質，S（g） gt; S（l） gt; S（s）；物質的量越大，熵值越大；熵變ΔS = 生成物總熵 - 反應物總熵。

[小組討論] 在能量變化不大時，是不是只有熵增反應自發進行？請舉例說明。

[分組實驗] 將一瓶盛滿氯化氫的集氣瓶口倒扣在盛滿氨氣的集氣瓶口上，抽開玻璃片；將硝酸銀溶液滴入盛有氯化鈉溶液的試管中。

[內化整理] 碳酸鈣與稀鹽酸、碳酸氫鈉受熱分解等熵增反應（ΔS gt; 0）均具有自發進行的傾向，但是熵變作為判據化學反應的方向不夠全面，熵減小的反應也有能自發進行的。

[知識應用] 鉀的沸點比鈉低，工業上選取的適宜溫度能使K蒸汽分離出，此時鈉為液體，這是一個熵增的反應，這也就是為什么鉀比鈉活潑，但是工業上用鈉制取鉀的原因。

[小組討論] 熵增原理除了在生產中可以為我所用，那么在生活中，我們又該如何理解化學與生活，如何用熵增定律來理解人生？

[內化整理] 熵與環境：熵增就會導致環境亂，造成污染；熵與社會：熵增就是社會混亂。社會是一個系統，如果不對個體加以引導和規范（法律、法規），這個系統必將趨向于混亂；熵與生命：人體自身就是一個巨大的化學反應庫，生命代謝離不開系列的生物化學反應，從一定程度來說，生命的意義就是在于具備抵抗自身熵增、減緩衰老的能力。

設計意圖：本環節通過化學實驗讓學生明確熵變也是影響自發反應的一個關鍵要素，但是也和焓變一樣不是唯一要素，培養學生善于發現、學會思考、敢于質疑的優秀品質；同時通過學生對熵與環境、熵與社會、熵與人生的討論，讓學生對熵的知識價值有更深的理解與感悟。

[活動3] 探究化學反應方向的綜合判據。

[小魔術] 點“水”成冰。將粘有醋酸鈉粉末的玻璃棒點到過飽和醋酸鈉溶液中，觀察溶液溫度和狀態的變化。

[猜想] 焓變和熵變對反應方向影響不一致時，如何判斷是否能自發呢？是否說明還和外界因素有關？

[資料在線] 美國物理化學家、數學物理學家吉布斯與化學熱力學、化學反應方向。

[拓展視野] 自主閱讀教材中反應方向的吉布斯自由能判斷。

[內化整理] 在等溫、等壓及除了體積功以外不做其他功的條件下，反應的方向可依據ΔG = ΔH - TΔS來判斷，并將焓變、熵變及熱力學溫度與反應方向的關系在二維坐標體現。

設計意圖：本環節通過小魔術的思考及視野拓展的學習，讓學生對化學反應方向的判斷建立知識模型，實現知識關聯、認識思路及核心觀念結構化，逐漸提升學生知識和思維結構化水平，發展學生的學科核心素養。

任務三：探究化學反應復合判據的應用。

[活動1] 探究如何選擇合適的反應條件使非自發反應發生

[猜想] 科學家最初設想從鈦礦石制取鈦粉，經過兩個重要反應，其中第一個反應為TiO2（g） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g），猜想一下為什么這個反應不能發生？

[學生討論回答] 可能是該反應是一個焓增、熵減的反應，根本沒有自發的可能。

[數據呈現] 該反應ΔH = +161.9" kJ·mol-1，ΔS= -38.4" J·mol-1·K-1。

[思考] 該反應的關鍵是在于焓增、熵減不利于自發的，那么我們如何通過改變獲取創造條件呢，比如加入某種或某些物質使其變成焓減、熵增的反應呢？

[師生總結] 加入石墨后，綜合反應為：TiO2（g） + 2Cl2（g） + 2C（s） = TiCl4（l） + 2CO（g），ΔH = -59.14 kJ·mol-1，ΔS = +146 J·mol-1·K-1 ，該反應在任何溫度都能自發進行。

[活動2] 探究如何選擇合適的反應條件使反應加快。

[資料卡片]工業上運用接觸法制備三氧化硫：2SO2（g） + O2（g）2=SO3（g），常溫常壓下ΔH = -197 kJ·mol-1，ΔS = -187.95 J·mol-1·K-1 。

[思考]請判斷工業法制備三氧化硫是否能夠自發進行？若能自發進行，是不是意味著也能快速進行呢？如果不是，那該如何提高該反應速率呢？

[內化整理] 常溫下能自發，但是實際反應速率很慢，工業上常用V2O5作催化劑及適當加熱升溫等方式加快反應速率。類似的例子還有用貴重金屬裝入凈化器中可以有效地將汽車尾氣中的污染物NO和CO同時除去。

[課堂升華] 化學反應有方向，同樣人生亦如此，你覺得是選擇的方向重要，還是努力更重要？

設計意圖：本環節是本節知識的總結升華應用，引導學生通過選擇合適的反應條件，讓非自發反應變的可以自發進行或讓自發反應能夠加快進行，從而實現化學反應從“無”到“有”與“慢”到“快”的轉變。同時，由化學反應方向遷移到人生方向的選擇，讓學生真正體會到化學理論指導生產實踐和人生規劃的多重價值。

5" 教學反思

（1）教師要正確認識學科育人價值的內涵

部分教師對學科育人價值存在認知上的不足，誤以為學科育人價值等同于德育價值。德育價值只是學科育人價值的一個重要組成部分，是學科育人價值的子集，德育價值包含于學科育人價值。學科育人價值的真正內涵至少包括以下幾個方面：一是讓學生在知識中“站起來”，成為知識的主人；二是讓學生在學習中“強起來”，具備獨特學科能力；三是讓學生在思維中“活起來”，讓學習真正發生；四是讓學生在習慣中“養起來”，形成終身學習的習慣。學科育人價值在一定程度來說就是培育學生具備認識世界及改造世界的獨特視角和思維邏輯。

（2）教師要牢固樹立學科育人價值的意識

人們在經過化學學科的系統學習之后，懂得從宏觀和微觀兩個視角對物質的組成、結構、性質、轉化及規律進行研究，化學為人們進一步認識世界和改造世界創造了必要條件，這充分體現了學科的教學價值。教師教學不只是為了讓學生掌握化學學科知識，更是為了讓學生在化學學習過程中能夠深度理解化學學科觀念、學科思想及學科方法等學科本質與價值，而學科本質與價值都一致性地指向了育人。教師要牢固樹立學科育人價值的意識，在教學過程中，將學科育人完美地融入到學科教學的各個環節中，真正地落實立德樹人的根本任務。

（3）教師要切實做好學科育人價值的開發

教師一旦對學科育人價值的內涵深度理解，牢固樹立育人價值的意識之后，就可以借助深度學習以實現學科育人價值的開發與轉化。深度學習有助于學生深刻把握學科本質及思想方法，實現學習由“寬而淺”向“少而深”的方向發展[ 3 ]。深度學習離不開真實情境的創設，真實情境是思維的源泉，是學科知識、關鍵能力及育人價值的重要載體，是教師教學方式和學生學習方式轉變的關鍵素材[ 4 ]。真實問題情境要以有利于學科必備知識學習、關鍵能力和必備品格的培養等為目標導向，教師要將生產生活實際中真實情境轉化為有深度、有價值、有意義的真實問題情境，并通過實驗設計、查閱文獻及交流研討等學習活動中實現問題情境的解決，發展學生關鍵能力的同時，也讓學生體會到化學學科的社會價值。

參考文獻：

［1］ 張婷，徐惠.基于真實生活的化學主題式情境教學：以“高一氧化還原反應專題復習”為例[J].化學教學，2021（1）：66-71.

［2］ 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）[S].北京：人民教育出版社，2020：69-71.

［3］ 劉微.大概念教學：素養導向的單元整體設計[M].北京：教學科學出版社，2022：21-23.

［4］ 江合佩.走向真實情境的化學教學研究[M].福州：福建教育出版社，2020：29-32.