指向化學學科關鍵能力培育的教學實踐與思考

關鍵能力既包含知識技能，也涉及情感、態度、價值觀、思維方式等，具有通用性、持久性、遷移性、發展性等特征。它是實現核心素養培育所必需的核心能力，其培育價值在于能夠促使學生將靜態的惰性知識轉化為動態的問題解決能力。化學學科的特點決定了化學學科關鍵能力有它的獨特性和標志性。雖然化學學科關鍵能力在當前還沒有明確的界定，但學界對其也形成了一些共識，比如它應包含實驗探究與實踐能力、模型認知與理論建構能力、科學推理與問題解決能力、跨界思維與遷移應用能力、創新實踐與思維辯證能力等。化學學科核心素養與化學學科關鍵能力均指向學生適應未來社會的終身發展，但二者又有區別：化學學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是價值導航，主要表現為學生對化學知識與技能的掌握，學生的化學思想觀念、科學探究與問題解決能力、創新意識與社會責任等[]，它是決定“為何做\"的問題，具有統領性；化學學科關鍵能力則更具象化，操作性、應用性、測試性更強，它可以為化學學科核心素養的培育與發展提供落地路徑，即解決“如何做”的問題。

一、搭建指向化學學科關鍵能力培育的教學框架

教學的目標不僅是知識的生成與掌握，更重要的是形成化學學科的思維方式、研究方法以及解決復雜問題的能力，但這些關鍵能力的發展需要以知識為載體，離開知識生長談能力發展無異于緣木求魚。這就要求教師轉變認識，從知識傳授轉為活動設計、學習引領、能力促進，突出學生的主體地位，發展學生的關鍵能力，促進學生的終身學習和未來發展。筆者認為，結構化的知識能夠最大程度地轉化為關鍵能力，而結構化知識的形成又要求教學必須圍繞核心問題進行結構化組織、系統化建構，避免碎片化。因此，只有在教學中創設出真實的有價值的問題情境，并將學習置于真實的問題場景中，才能激發學生的學習興趣和問題意識，使學生在活動中習得知識、建構模型，并在問題解決中產生認知沖突，進而反思，實現知識重構和能力遷移。由此，筆者基于知識結構化搭建了指向化學學科關鍵能力培育的教學框架（如圖1所示）。

二、指向化學學科關鍵能力培育的教學設計與實施

落實關鍵能力的培育，關鍵在課堂。下面，筆者以“共價鍵的極性\"（人教版普通高中教科書《化學》選擇性必修2第二單元第三節中的內容）為例，闡述如何在教學中培育關鍵能力。

（一）多維分析教材內容

在教材中，共價鍵的極性既是微觀結構理論的深化點，又是聯結物質結構與性質的核心概念。其作用貫穿于原子結構、分子性質、物質變化等多個知識領域，是物質結構教學的難點，對打通物質結構的理解與性質的應用通道具有突破性的意義。因此，多維分析其內容，可為關鍵能力的培育打好基礎

1.知識樞紐

從知識上看，“共價鍵的極性”居于化學鍵理論的中心地位，是繼離子鍵、共價鍵等基礎概念后的深化內容，銜接了分子極性與物質性質分析，其教學的重要性不言而喻。教材中，它是在電負性、化學鍵類別后引入的，是區分非極性共價鍵與極性共價鍵的關鍵標準，后續它又關聯“分子極性的判斷 $$ 鍵的極性對性質的影響 $$ 分子的極性對性質的影響 $$ 分子間作用力 $$ 物質性質”，可幫助學生實現“結構決定性質”的認知進階。此外，它還滲透于不同的模塊，如在有機化學中的應用（鍵的極性決定反應活性）化學反應原理中的應用（鍵斷裂方式與反應機理）等。知識的進階對應著能力的進階，表現為從對極性的形成本質的基礎認知，到預測分子極性對宏觀性質影響的進階應用，再到解釋超分子手性識別、催化劑選擇等高階拓展，逐步實現能力的發展和素養的培育。

2.理論橋梁

從學科作用上看，“共價鍵的極性”承載了微觀辨析與宏觀解釋的橋梁作用

（1）微觀粒子表征。如電負性數據應用，通過電負性差值判斷鍵的極性程度，解釋烴類物質疏水性與醇類物質親水性的差異。又如，利用極性鍵的向量和判斷多原子分子的極性。

（2）宏觀現象解釋。利用相似相溶原理解釋物質溶解性規律；利用鍵的斷裂規則“極性鍵易發生異裂，非極性鍵易發生均裂”，解釋化學反應的選擇性。

3.思維載體

從教學功能上看，“共價鍵的極性\"對培養學生科學思維、發展學生關鍵能力具有推動意義，尤其在模型認知能力、證據推理能力、跨學科問題解決能力等方面的思維培養上體現得較為明顯。因此，它是學生科學思維培養的良好素材與重要載體。

（二）設計漸進式教學目標

基于對教材的理解和課標的研究，以及對學生認知發展情況的調查，筆者設計了漸進式教學自標，引導學生逐步發展關鍵能力，具體如下：（1）能夠通過“電負性差異”，建立鍵的類別與成因的認知模型；（2）能夠通過實驗觀察和數據分析，培養對比、歸納的科學思維；（3）能夠通過微觀視角與宏觀現象的揭示，激發對未知世界的探索欲望，體會結構與性質的辯證關系。

（三）螺旋式實施教學

筆者以“結構決定性質”思想為統領，創設真實的實驗情境，然后圍繞“從鍵的視角出發，解釋水滴游走的原因”這一核心問題，設計任務問題鏈并以問題解決為導向展開教學，引導學生自主思考并開展合作學習，探究共價鍵的極性成因，使其在分子極性的探究過程中產生新的認知矛盾，即鍵的極性能否決定分子的極性，進而展開新的探究，解決分子的極性判斷及分子的極性對物質性質的影響，暢通“結構決定性質”的認知通路。在此過程中，學生可學習如何運用所學知識和所建模型去解決新的問題，進而實現從感性到理性的思維進階，發展科學探究、模型建構、遷移應用等關鍵能力。

1.激趣引思一—定量分析判斷共價鍵的極性

筆者創設“水‘動'實驗\"情境，以此引發學生的認知沖突，激發其學習興趣，然后以進階式問題促使學生主動思考、積極探究。

[情境導入]實驗：往表面血中滴加一層四氯化碳（較厚），接著向四氯化碳中滴入幾滴蒸餾水，用與毛皮摩擦過的橡膠棒在水滴上方移動，水滴跟隨橡膠棒的移動方向而游走。

問題1：請同學們書寫水分子的電子式和結構式，思考并回答如何從原子成鍵的微觀視角來解釋水滴游走的原因。

師（啟發）： 原子間形成的電子對會發生偏移，這是什么原因造成的？

生1：兩者電負性有差異，H為2.1，0為3.5，電子對向0原子一方偏移。

問題2：水分子中電荷分布情況如何？

生2：0帶部分負電荷，H帶部分正電荷，H-O共價鍵有極性。

間題3：通過剛才的分析，可以從哪幾個方面入手來判斷共價鍵的極性？哪個因素更能從本質上反映共價鍵的極性？

生3：原子組成不同、電負性差異、電荷分布均勻與否等情況。

生4：電負性差異是本質原因，導致電子對產生偏移。判斷共價鍵的極性，從特征上看，是原子組成的差異。

[建模]電子對發生偏移的共價鍵是極性鍵，電子對不發生偏移的共價鍵是非極性鍵。從特征上看，一般而言，不同種原子間易形成極性鍵，同種原子間易形成非極性鍵。

[應用]判斷下列物質中共價鍵的類型：H₂、HCl、O₂、CO₂

[拓展]比較下列分子中極性鍵的強弱：HF、HCl、HBr、HI。

設計意圖：創設真實的實驗情境，引導學生從問題出發，探究共價鍵的極性形成的原因，進而從較多的因素中總結出本質原因，建立共價鍵極性判斷的初步模型。同時，引導學生逐步通過數據分析和理論預測，得出“兩個成鍵原子間的電負性差值越大，共用電子對偏移程度就越大，共價鍵的極性就越強”這一結論。

2.深化理解—追本溯源探究分子的極性

知其然還要知其所以然，這樣，學生才能深化認知，發展關鍵能力。因此，筆者繼續以逐層深入的問題引導學生探究分子的極性。

問題4：你能從水分子電荷分布的角度解釋水滴游走的原因嗎？

生1：摩擦過的橡膠棒帶負電，水流被橡膠棒吸引，說明水分子中存在帶正電荷的正極和帶負電荷的負極，電荷分布不均勻。從結果上看，水是極性分子。

問題5：四氯化碳是極性分子嗎？

[實驗]向表面皿上滴加一層四氯化碳，用與毛皮摩擦過的橡膠棒，靠近四氯化碳，四氯化碳未移動。

生2：說明四氯化碳無正負極之分，應該是非極性分子。

問題6：同樣都是由極性鍵構成的分子，為何水是極性分子，四氯化碳是非極性分子？該如何判斷分子的極性？

[學生活動]合作、討論，根據教材提示，分別畫出 的正負電荷中心，得出結論："H "2O 中，正電中心和負電中心不重合； CCl₄ 中，正電中心和負電中心重合。

[模型1]正電中心和負電中心不重合的分子為極性分子，正電中心和負電中心重合的分子為非極性分子。

師（引導）：參考物理學中力的合成，可以求極性鍵的向量和，令電負性小的指向電負性大的為極性方向。

[學生活動]在教師引導下畫出示意圖。

[模型2]極性向量和為0的為非極性分子，極性向量和不為0的為極性分子。

[應用]根據所學知識，回答下列問題：

（1）以下雙原子分子中，哪些是極性分子，哪些是非極性分子？

H₂ （20 O₂ Cl₂ （204 HCl

（2）P₄ 和 C₆₀ 是極性分子還是非極性分子？

（3）以下化合物分子中，哪些是極性分子，哪些是非極性分子？

CO₂ （204號 HCN NH₃ （204號 BF₃ （20 CH₃Cl

[學生活動]討論合作，自主思考，得出結論（答案略）。

[拓展]如何判斷 SO₃ 是極性分子還是非極性分子？

生3：可以嘗試用雜化軌道理論預測。 SO₃ 分子的中心原子是S，S原子采用了 sp² 雜化軌道，S原子和三個0原子通過0鍵連接，而S原子上沒有孤對電子，三個0原子均勻地分布在S原子周圍，形成一個 120^° 的角，使得 SO₃ 分子呈現出平面三角形的幾何構型。 SO₃ 是非極性分子。

[模型3]對于 AB_n 型的分子來說，若中心原子A的最外層有孤對電子，分子有極性，反之，無極性。

[預測]試應用雜化軌道理論預測 H₂O₂ 是極性還是非極性分子。

生4： H₂O₂ 中O原子采用 sp³ 雜化，每個0原子的4個 sp³ 雜化軌道中，有兩個軌道與H原子形成共價鍵，另兩個軌道則含有孤電子對。這些孤電子對與成鍵電子對間的排斥作用影響了分子的幾何構型，使得H-O-O-H不在一條直線上，也不在一個平面上，而是呈現出一種扭曲的結構。分子結構不對稱， H₂O₂ 是極性分子。

[投影] |H₂O₂| 分子結構（圖略）。

問題7： SO₂ 空間結構為V形，你能根據SO₂ 結構預測 O₃ 的空間結構，并判斷 O₃ 是極性分子還是非極性分子嗎？判斷 O₃ 分子中共價鍵的類型。

生 5：O₃ 空間結構為V形，是極性分子。 O₃ 分子中的共價鍵是極性鍵。

[模型修正]同種原子間形成的共價鍵不一定是非極性鍵。原子間共用電子對沒有偏移，原子核的正電荷和成鍵電子對負電荷的重心重疊在一起，產生的共價鍵就是非極性鍵[2]。

設計意圖：設計關聯問題，從共價鍵的極性自然轉接到分子的極性，創設認知沖突，引導學生自主思考后展開討論合作，探究問題的答案，使其在問題解決中遇到新的問題，從而引出新的探究和解決，最終達成對問題本源的探究并修正初建模型。此過程可發展學生的邏輯推理能力與科學思維，使其關鍵能力不斷提升。

3.聯系實際——宏微結合探究極性對物質性質的影響

為推動學生對“結構決定性質”這一思想的理解，筆者繼續以問題鏈引導學生從宏微結合角度探究共價鍵的極性對物質性質的影響，幫助其拓展知識結構，發展關鍵能力。

[投影]NaCl固體溶解形成水合離子（圖略）。

問題8：為什么 H₂O 可以溶解NaCl固體？NaCl固體溶解后， $_ ＼mathrm { H } _ { 2 } ＼mathrm { O }$ 分子與 Na⁺ 、CI的吸引方式有什么差異？

生 1：H₂O 是極性分子， NaCl 中 Na⁺ 和CI分別與 _H2O 分子中帶有部分負電荷的0的一端和帶有部分正電荷的H的一端相互吸引，在這兩種離子的周圍形成一層水膜，把 Na⁺ 和CI分開，使得NaCl固體溶于水。出現這樣的現象主要歸因于水的極性。

[實驗]在碘水中加入適量 CCl₄ ，振蕩，出現分層，溶液顏色加深。

問題9：為什么I易溶于 CCl₄ ，而難溶于H₂O^? ？

生2：因為 _H2O 是極性分子，I和CCl4都是非極性分子。

[講述]通過許多實驗的觀察和研究，得出“相似相溶”的經驗規律：極性溶質一般易溶于極性溶劑，非極性溶質一般易溶于非極性溶劑。

[信息] （1）0₃ 分子的空間結構與 H₂O 分子相似。 （2）O₃ 分子的極性為水分子的 28% ○

問題10：預測臭氧在 _H2O 的溶解度（填“高于\"或“低于\"）在 CCl₄ 中的溶解度，并說明原因。

生 3：H₂O 具有明顯的極性，從信息上看，O₃ 分子的極性是比較弱的，更傾向于溶解于CCl₄ ，在 CCl₄ 中的溶解度更高些。

問題11： O₃ 具有強氧化性，與分子的極性有關嗎？

生4：有關系， O₃ 分子具有極性，分子內的電荷分布不均勻，導致其化學性質非常活潑，容易與其他物質發生反應，體現其氧化性。

[投影]有一大類被稱為表面活性劑的有機分子，分子的一端有極性，稱為親水基團，分子的另一端沒有或者幾乎沒有極性，稱為疏水基團（圖略）。

[跨學科鏈接]細胞膜是雙分子膜，為什么它以頭向外而尾向內的方式排列？

生5：水溶液分布在細胞膜周圍，水是極性分子，構成膜的兩性分子的頭基是極性基團，而尾基是非極性基團。

設計意圖：設置NaCl溶于水的原因及Na⁺，Cl^- 與 _H2O 的吸引方式的差異，引導學生展開思考研究，意在回應學生之前學習電解質時的困惑，并與當前知識自然關聯。設置分子的極性對物質性質的影響探究，則為下節課探究鍵的極性對物質的影響埋下伏筆。從性質到結構，再從結構到性質，在承接轉換中，強化學生對“結構決定性質”思想的認知。

三、教學思考

在這節課中，筆者采用情境問題化、問題活動化、能力遷移化、知識價值化等教學策略，通過層進式活動設計，將抽象概念具象化，引導學生從宏觀感知深人到微觀探究，逐步發展關鍵能力。在實踐中，筆者有如下思考。

（一）設計分層任務

教師應從“知識傳授者”自覺轉向“學習引導者”，通過情境導入、實踐探究、模型建構、創新應用、多元評價等手段，建構“知識一能力一素養”三位一體的教學體系，并面向全體學生，設計包含基礎層、進階層、拓展層的分層任務，讓不同層次的學生均有所發展，實現從“解題”到“解決問題”的跨越。此外，課后作業也可以設計成基礎題加挑戰題的形式，對學生的知識、能力進行檢測反饋。例如：“判斷NF是極性還是非極性分子”是基礎題，“比較NH和NF₃ 的極性強弱”就是挑戰題；“為什么乙醇可以溶于水”是基礎題，“如何設計實驗證明乙醇分子中的O-H鍵是極性鍵\"就是挑戰題。這樣就可引導學生像科學家一樣思考與實踐，使學生通過查閱資料、收集信息、分析信息、聯想假設、調查研究、實驗探究等多種方法，進行分析篩選、推理論證、遷移應用等活動，從而建立解決復雜問題的思維框架。

（二）培養問題解決能力

培育關鍵能力，需要注重培養學生靈活運用所學知識解決實際問題的能力。教師應關注與化學相關的社會熱點、焦點問題，關心學生痛點、難點問題，將它們整合起來設計真實的問題情境，并聯結學生的最近發展區，在知識與能力之間搭建橋梁，使學生在解決問題的過程中不斷提升關鍵能力。

（三）辨別認知誤區

在引導學生建構模型時，教師要審慎考慮，仔細辨別學生的認知誤區。如“同種原子間形成的共價鍵為非極性鍵”這種誤區，是機械認知的結果。事實上，同種元素的原子吸引電子的能力并不一定相同，而與其所處的化學環境有關，像 CH₃CH₂OH，CH₃COOH 等結構不對稱的分子中的C-C鍵就不是非極性鍵，而是極性鍵。由于模型建構的過程往往也包含模型解構與重建，故其教學宜循序漸進，并充分發揮學生的主動性，以真正實現對學生關鍵能力的漸進式培育。

總之，培育關鍵能力的方法、策略有很多，教師應尊重學生的主體地位，著眼全體學生的發展，因材而異、因生而異選擇合適的方式，為學生的未來奠基，這值得每位教師在實踐中不斷摸索和探究。

參考文獻：

[1]劉亮.高中化學教學中高中生核心素養和學科關鍵能力的培養策略研究［J].高考，2024（19）：71-73.

[2]吳星.中學化學學科理解疑難問題解析[M].上海：上海教育出版社，2020：97-98.