核心素養(yǎng)導(dǎo)向的真實(shí)情境下5E教學(xué)模式理解與實(shí)踐

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）明確提出要重視學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，要?jiǎng)?chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，要對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)[1]。目前情境教學(xué)已經(jīng)普遍得到廣大教育工作者的認(rèn)同，難點(diǎn)在于如何系統(tǒng)化設(shè)計(jì)融入課堂教學(xué)。課堂教學(xué)時(shí)教學(xué)目標(biāo)相同，但教學(xué)模式可以不同，教學(xué)設(shè)計(jì)差異很大。我們以《水體中含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化》為例，基于元素化合物知識的結(jié)構(gòu)性，將碎片化、煩瑣化、表面化的知識關(guān)聯(lián)，形成符合學(xué)生邏輯性的認(rèn)知框架。幫助他們理解并構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)，厘清知識點(diǎn)，優(yōu)化知識，進(jìn)一步運(yùn)用遷移知識。

一、教學(xué)內(nèi)容主體與目標(biāo)分析

本節(jié)課為高三一輪復(fù)習(xí)課，研讀化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)并分析梳理了教材內(nèi)容，確定了本節(jié)課目標(biāo)為：1.能從物質(zhì)類別、氮的化合價(jià)變化理解氮及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系。2.能從含氮物質(zhì)的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化的視角解釋生產(chǎn)、生活中的相關(guān)現(xiàn)象。3.通過含氮物質(zhì)的用途、組成與結(jié)構(gòu)的關(guān)系，初步建構(gòu)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途三位一體的關(guān)系。含氮廢水的處理是環(huán)境保護(hù)中的一個(gè)重要方面，近年來以含氮廢水為背景的題目在高考中屢見不鮮。這類題目普遍具有的特點(diǎn)是：題目緊貼科技生產(chǎn)、社會(huì)生活，具有一定的現(xiàn)實(shí)意義，屬于熱點(diǎn)、重點(diǎn)問題。高三復(fù)習(xí)選擇恰當(dāng)?shù)慕虒W(xué)情境素材很關(guān)鍵，并且情境要貫穿一節(jié)課，這樣對學(xué)生接受知識、理解知識很有幫助。

本教學(xué)設(shè)計(jì)以真實(shí)情境為載體、以知識線為主導(dǎo)，滲透素養(yǎng)線展開課堂教學(xué)，旨在培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，建立構(gòu)建一分析一應(yīng)用氮價(jià)類二維圖思維模型。在引導(dǎo)學(xué)生解決這個(gè)問題時(shí)，首先是要明確氮元素在污水中的存在形式，即明確微粒，進(jìn)而根據(jù)元素化合物的認(rèn)識角度（類別、化合價(jià)），選擇合適的化學(xué)反應(yīng)，明確反應(yīng)物、生成物和反應(yīng)條件，對反應(yīng)進(jìn)行優(yōu)化。產(chǎn)率、速率和綠色，是優(yōu)化的角度，此環(huán)節(jié)中能發(fā)展學(xué)生運(yùn)用化學(xué)原理來解決實(shí)際問題的能力，同時(shí)依據(jù)文獻(xiàn)圖表數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，能發(fā)展學(xué)生的接受、吸收和整合化學(xué)信息的能力，形成解決實(shí)際問題的一般思路。

二、教學(xué)模式創(chuàng)新點(diǎn)

5E教學(xué)模式分五個(gè)環(huán)節(jié)，環(huán)環(huán)相扣，能夠提高學(xué)生參與度，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科理解能力并能夠遷移應(yīng)用，提升學(xué)生解決真實(shí)問題的能力。

（一）吸引（Engagement）環(huán)節(jié)

吸引環(huán)節(jié)的目的在于能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，為接下來的探究活動(dòng)做好準(zhǔn)備，甚至貫穿一節(jié)課。要基于真實(shí)情境下進(jìn)行教學(xué)思路設(shè)計(jì)，在設(shè)計(jì)問題情境時(shí)有幾個(gè)要點(diǎn)要考慮：1.組織教學(xué)內(nèi)容結(jié)構(gòu)或教學(xué)順序，使其圍繞真實(shí)情境下的教學(xué)設(shè)計(jì)展開，讓學(xué)生能夠?qū)⒄n堂所學(xué)與實(shí)際情境下的應(yīng)用緊密聯(lián)系。2.在設(shè)計(jì)時(shí)要以實(shí)際生產(chǎn)生活為背景，具備價(jià)值導(dǎo)向，讓學(xué)生感受化學(xué)與生產(chǎn)生活的緊密聯(lián)系，符合綠色化學(xué)思想，選的課題要有積極向上的意義。3.設(shè)計(jì)的任務(wù)要能夠有效銜接學(xué)生的已有先備知識和即將新授的教學(xué)內(nèi)容，環(huán)節(jié)要一環(huán)扣一環(huán)，由易到難，由點(diǎn)到面，穩(wěn)步推進(jìn)，防止出現(xiàn)學(xué)生因知識脫節(jié)或跨度過大而感到困惑或沮喪的情況。

（二）探究（Exploration）環(huán)節(jié)

探究環(huán)節(jié)是5E教學(xué)模式的核心環(huán)節(jié)。學(xué)生以小組為單位，分工合作搜集、整理資料，將廢水中含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化具體探究任務(wù)進(jìn)行項(xiàng)目化，在探究過程中能主動(dòng)地探索、發(fā)現(xiàn)和解決問題，使學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力和創(chuàng)新思維得到鍛煉和提升。在這個(gè)過程中，教師密切關(guān)注學(xué)生課堂中的合作情況、問題解決策略以及他們對學(xué)習(xí)過程的反思和總結(jié)，同時(shí)對學(xué)生的表現(xiàn)進(jìn)行恰當(dāng)?shù)脑u價(jià)，并提供及時(shí)的反饋。學(xué)生通過積極體驗(yàn)自主進(jìn)行意義建構(gòu)[2]，不僅能掌握新知識和技能，還可以內(nèi)化知識，有效補(bǔ)齊傳統(tǒng)教學(xué)中實(shí)踐能力培養(yǎng)不足的短板。

在探究過程中要以情境線為載體、知識線為主導(dǎo)、滲透素養(yǎng)線展開，有助于學(xué)生建立構(gòu)建一分析一應(yīng)用氮價(jià)類二維圖思維模型。在探究過程中讓學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識分析問題解決問題，培養(yǎng)學(xué)生知識遷移能力，能應(yīng)用變價(jià)元素的價(jià)類二維圖解決實(shí)際問題，有效地提高學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

（三）解釋（Explanation）環(huán)節(jié)

解釋環(huán)節(jié)的目的是促進(jìn)實(shí)現(xiàn)知識內(nèi)化，指向?qū)W科理解的本原性思考。應(yīng)從本原性問題出發(fā)引導(dǎo)學(xué)生深入思考問題的本質(zhì)。如果問題有一定難度，課堂教學(xué)時(shí)可先讓學(xué)生通過小組討論，讓學(xué)生小組的代表分別向全班展示他們的探究成果，在討論過程中可能會(huì)產(chǎn)生認(rèn)知沖突，教師在其中適當(dāng)引導(dǎo)，最后形成結(jié)論。

解釋環(huán)節(jié)能深化學(xué)生對知識的理解，學(xué)生以現(xiàn)有知識為載體，在分析問題討論問題過程中不斷深入思考，逐步深入問題的本質(zhì)，能用所學(xué)化學(xué)知識解釋或解決實(shí)際問題，過程中能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理能力。

（四）遷移（Elaboration）環(huán)節(jié)

遷移環(huán)節(jié)的目標(biāo)是將所學(xué)知識擴(kuò)展到新的真實(shí)情境中，實(shí)現(xiàn)舉一反三，實(shí)現(xiàn)所學(xué)知識的有效遷移，將知識轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)。也就是學(xué)生要能將已學(xué)到的知識和概念應(yīng)用到新的情境中，能在陌生情境中解決真實(shí)化學(xué)問題，從而提高對化學(xué)知識的理解能力。如本節(jié)課我們在分析含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化時(shí)可以將知識遷移到氮?dú)狻⒁谎趸⒍趸踔聊蛩氐绕渌袡C(jī)物中去。

學(xué)習(xí)過程是積極主動(dòng)高效的建構(gòu)過程，我們要引導(dǎo)學(xué)生主動(dòng)運(yùn)用科學(xué)知識和思維方法去分析、探究要解決的實(shí)際問題，并做出科學(xué)的判斷、解釋和結(jié)論，遷移應(yīng)用知識并逐漸學(xué)會(huì)解決真實(shí)問題。

（五）評價(jià)（Evaluation）環(huán)節(jié)

如何檢測學(xué)生學(xué)科知識和關(guān)鍵能力等核心素養(yǎng)達(dá)成程度？需要有診斷性和發(fā)展性的評價(jià)環(huán)節(jié)。評價(jià)環(huán)節(jié)不能只采用傳統(tǒng)的考試和課后作業(yè)反饋，應(yīng)采用多元化的評價(jià)機(jī)制。下面以“預(yù)測一證明一結(jié)論”（模型構(gòu)建—模型應(yīng)用一模型優(yōu)化）這種認(rèn)識模型水平設(shè)計(jì)評價(jià)模式談?wù)剬Ρ竟?jié)課的評價(jià)設(shè)計(jì)[3]。

預(yù)測：模型建構(gòu)，真實(shí)情境下廢水中氨氮成分如何產(chǎn)生的？根據(jù)含氮廢水的成分及已知信息，推斷含氮廢水的形成原因。學(xué)生能通過氮循環(huán)示意圖，熟悉氮及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系并能分析含氮廢水的產(chǎn)生原理。

證明：模型運(yùn)用，從氮價(jià)態(tài)二維圖認(rèn)識氮的轉(zhuǎn)化原理，凸顯元素化合物的二維認(rèn)識角度在物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的指導(dǎo)作用，發(fā)展學(xué)生分析和書寫陌生氧化還原方程式的能力。鼓勵(lì)學(xué)生積極運(yùn)用所學(xué)化學(xué)知識解決實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生重視和關(guān)心環(huán)境問題，具有綠色化學(xué)理念。

結(jié)論：模型優(yōu)化，通過探究工業(yè)生產(chǎn)中常見的含氮廢水治理處理方法，掌握去除含氮廢水中的氨氮、亞硝酸鹽和硝酸鹽的方法，總結(jié)實(shí)際問題解決的一般思路。結(jié)合問題中難點(diǎn)的分析，提高學(xué)生接收、吸收、整合化學(xué)信息的能力和閱讀分析流程圖能力。

三、教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

本節(jié)課采用真實(shí)情境下含氮廢水的處理，基于學(xué)生認(rèn)知的思路，結(jié)合5E教學(xué)模式展開探究活動(dòng)，設(shè)置五個(gè)環(huán)節(jié)如下：

環(huán)節(jié)一：吸引（Engagement）環(huán)節(jié)，創(chuàng)設(shè)問題情境。

教師展示氮循環(huán)的示意圖，學(xué)生思考廢水中氨氮、亞硝酸鹽及硝酸鹽是如何產(chǎn)生的？通過分析氮循環(huán)的示意圖，吸引學(xué)生的思考，拉近學(xué)生與含氮廢水的距離，讓學(xué)生逐步構(gòu)建氮元素不同價(jià)態(tài)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化模型，進(jìn)一步去分析含氮廢水的產(chǎn)生原理，進(jìn)行 STSE教育[4]。導(dǎo)入環(huán)節(jié)設(shè)置的問題1：生產(chǎn)生活中含氮廢水的來源？問題2：如何除去廢水中的N元素？引入問題3：水體中氮元素可能的存在形式是什么？同時(shí)展示（資料卡）水體中 NO₃^- 的危害。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，提煉需要解決的化學(xué)問題，明確廢水中氨氮的存在形式和具體探究任務(wù)。

環(huán)節(jié)二：探究（Exploration）環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)方案合作探究。

本環(huán)節(jié)探究的任務(wù)：要求學(xué)生設(shè)計(jì)方案，盡可能采用簡單的化學(xué)方法來加快鐵去除水體中 NO₃^- 的速率。

教師安排學(xué)生討論下面三個(gè)問題。問題1：寫出能降低 NO₃^- 濃度的方法。問題2：預(yù)測鐵還原NO₃^- 得到的還原產(chǎn)物，寫出反應(yīng)的離子方程式。提示：鐵還原水體中的 NO₃^- 時(shí)，被氧化為 Fe²⁺ 。問題3：寫出加快鐵去除水體中 NO₃^- 的措施。

設(shè)計(jì)意圖：寫出所涉及的化學(xué)反應(yīng)，可以發(fā)展學(xué)生利用氧化還原原理預(yù)測、分析和書寫陌生氧化還原方程式的能力，凸顯從氮價(jià)類二維圖思維模型在物質(zhì)轉(zhuǎn)化過程中的指導(dǎo)作用。過程中滲透“物質(zhì)變化是有條件的”化學(xué)學(xué)科思想，體現(xiàn)出情境對化學(xué)反應(yīng)的影響，為下面環(huán)節(jié)研究實(shí)際生產(chǎn)生活中氨氮廢水的處理方法做好前提條件。

環(huán)節(jié)三：解釋（Explanation）環(huán)節(jié)，小組討論后交流匯報(bào)。

本環(huán)節(jié)任務(wù)：要求學(xué)生根據(jù)已學(xué)的含氮廢水處理方法，分析并解釋氨氮去除率升高或降低的原理，并歸納所學(xué)內(nèi)容。解釋問題可進(jìn)一步提升學(xué)生思維能力，促進(jìn)綜合素質(zhì)的提高。提出問題：pH越低， NO₃^- 的去除率越高，請分析可能的原因。學(xué)生分小組討論后交流匯報(bào)。

設(shè)計(jì)意圖：通過真實(shí)情境的問題，深化學(xué)生對知識的理解，重新建構(gòu)氨氮去除原理。通過具體案例，培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)反應(yīng)原理角度，收集題目或圖表中信息，逐步領(lǐng)悟化學(xué)學(xué)科解釋類題目解題模型。

環(huán)節(jié)四：遷移（Elaboration）環(huán)節(jié)，應(yīng)用含氮廢水處理的其他方法。

提出任務(wù)：教師通過具體工業(yè)生產(chǎn)中常見的幾種方法：吹脫法、折點(diǎn)氯化法、生物硝化、反硝化法和電解法的具體例子讓學(xué)生用化學(xué)平衡移動(dòng)原理解釋，幫助學(xué)生構(gòu)建條件與控制等變化觀念，理解去除氨氮時(shí)反應(yīng)控制的原理。

設(shè)計(jì)意圖：通過問題串，幫助學(xué)生提煉化學(xué)學(xué)科解釋類問題的思維模型。教師引導(dǎo)學(xué)生深化理解體現(xiàn)化學(xué)反應(yīng)原理在溯因分析類問題的核心地位，從本原性問題去深入認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)，突出化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

環(huán)節(jié)五：評價(jià)（Evaluation）環(huán)節(jié)，總結(jié)與評價(jià)，引導(dǎo)學(xué)生形成解決實(shí)際問題的一般思路。

本環(huán)節(jié)實(shí)施時(shí)，首先安排學(xué)生分別在課前和課后完成自我評價(jià)的調(diào)查問卷，讓學(xué)生在信息提取、化學(xué)方程式、解釋角度選擇、分析原因、證實(shí)與證偽、規(guī)范表述等6個(gè)角度進(jìn)行自評[5]。1分為存在嚴(yán)重問題，2分（不足）未達(dá)到最低標(biāo)準(zhǔn)，3分（合格）基本達(dá)標(biāo)，仍有改進(jìn)空間，4分（良好）完全符合要求，5分（卓越）超過預(yù)期。教師在課堂教學(xué)前要根據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)、教學(xué)內(nèi)容和學(xué)生學(xué)情，合理設(shè)計(jì)本節(jié)課的評價(jià)內(nèi)容。

設(shè)計(jì)意圖：教師要及時(shí)處理分析數(shù)據(jù)，根據(jù)評價(jià)結(jié)果，為不同層次學(xué)生提供個(gè)性化的指導(dǎo)方案，指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。通過總結(jié)評價(jià)環(huán)節(jié)，教師引導(dǎo)學(xué)生形成系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識，形成解決問題的一般思路，構(gòu)建氨氮廢水去除的思維模型。

四、教學(xué)效果與反思

本節(jié)課基于“水體中含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化”這一課題，形成真實(shí)問題解決的一般思路，在復(fù)習(xí)重要物質(zhì)性質(zhì)和原理的基礎(chǔ)上，使學(xué)生將本節(jié)課的思路內(nèi)化為思考問題的方法。從課堂反饋情況來看，基于真實(shí)情境的5E教學(xué)模式容易激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)探究興趣，學(xué)生初步學(xué)會(huì)收集各種證據(jù)，能夠基于證據(jù)進(jìn)行推理分析，提高了學(xué)生證據(jù)推理意識，有利于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

由于學(xué)科解釋類問題難度較大，不少學(xué)生還沒有掌握方法，學(xué)習(xí)方式還需要進(jìn)一步適應(yīng)和改變。在化學(xué)教學(xué)時(shí)我們必須結(jié)合現(xiàn)實(shí)生活中的實(shí)際問題，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識、化學(xué)思維方式去分析與解決問題，讓學(xué)生體驗(yàn)到化學(xué)知識的價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生對化學(xué)知識的理解，體會(huì)化學(xué)學(xué)科的價(jià)值與魅力。

結(jié)束語

5E教學(xué)模式通過創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，學(xué)生能根據(jù)已有知識結(jié)構(gòu)在探究過程中逐步分析并解決問題，交流中認(rèn)識問題的本質(zhì)，能夠應(yīng)用并遷移知識，通過評價(jià)完善思維模型，能夠有效地培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。五個(gè)環(huán)節(jié)相互關(guān)聯(lián)，逐步提升學(xué)生對化學(xué)知識的理解，引導(dǎo)學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究、證據(jù)推理、模型認(rèn)知等核心素養(yǎng)。本教學(xué)模式在實(shí)施中要關(guān)注兩個(gè)問題，一是創(chuàng)設(shè)的情境問題要服務(wù)于社會(huì)生產(chǎn)生活，具有一定的研究價(jià)值，二是提出的學(xué)科解釋類問題難度要控制好，難度太大基礎(chǔ)薄弱的學(xué)生不能深度參與學(xué)習(xí)活動(dòng)。

在當(dāng)今的化學(xué)課堂上教師要引進(jìn)不同的教學(xué)模式，讓學(xué)生實(shí)現(xiàn)知識到能力再到素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變，創(chuàng)設(shè)情境讓學(xué)生在合作交流中驗(yàn)證假設(shè)，充分發(fā)展學(xué)生的創(chuàng)新能力、團(tuán)隊(duì)協(xié)作能力，在學(xué)科解釋類問題中培養(yǎng)學(xué)生思維能力、結(jié)論表達(dá)能力，在遷移應(yīng)用中培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)已有證據(jù)進(jìn)行推理能力、問題解決能力。在教學(xué)過程中，教師要充分發(fā)揮課程育人功能，關(guān)注學(xué)生全面發(fā)展，促進(jìn)學(xué)生科學(xué)態(tài)度養(yǎng)成，實(shí)現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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