基于化学学科“素养为本”的教学实践

2018-03-26沈伟艺

中小学教学研究 2018年2期

关键词：化学核心素养

沈伟艺

[摘要]

以“质量守恒定律”为例，阐述了“素养为本”的教学应以发展学生的核心素养为目标，以情景、知识、问题为载体，通过活动与评价方式，促进学生认识的全面发展。

[关键词]

素养为本；教学实践；质量守恒定律

中学化学学科核心素养全面展现了通过化学课程学习形成的关键能力和必备品格，包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度。基于化学学科“素养为本”的教学是指教学目标的确定、教学内容的组织、教学活动的实施、教学效果的评价等一系列教学环节均以发展学科核心素养为基准。具体来说，教学目标的确定对接于核心素养、教学内容的组织利于发展核心素养、教学活动的实施利于落实核心素养、教学效果的评价利于诊断核心素养，做到“教、学、评”一体化，促进学生化学学科核心素养的提升。下面，以质量守恒定律为例，谈谈基于“素养为本”的教学实践。

一、教学设计分析

（一）教学内容分析

本案例涉及的教学内容为“义务教育教科书人教版上册第五单元课题1质量守恒定律”。其中，化学知识包括质量守恒定律和微观实质，过程方法有预测、观察、解释等，STS内容有化学史实。从核心概念的功能价值上看，质量守恒定律是物质发生化学变化所遵循的、也是自然界最重要的基本定律之一。它是化学家进行定量研究的过程中总结出来的，为研究化学变化提供依据。学生的认识发展进阶包括基于化学变化的定性分析→基于化学变化宏观质量关系分析→基于化学变化粒子数目关系分析→建立从定量角度认识化学反应的思路和方法。在教学中，以质量守恒定律的发现史实为情景素材，通过学生主动参与探究活动形成科学的定量认识角度，通过宏观质量和粒子数目相关联的定量认识形成基本推理和认识思路，通过应用质量守恒定律解决实际问题初步建构化学反应定量认识的思维模型。

（二）教学目标分析

（1）通过实验探究质量守恒定律，培养化学核心素养——证据推理、科学探究与创新意识、变化观。

（2）通过质量守恒定律本质的认识过程，培养化学核心素养——宏观辨识与微观探析、模型认知。

（3）通过化学史实以及应用质量守恒定律解决实际问题，培养化学核心素养——科学精神与社会责任。

（三）评价目标分析

（1）通过“化学史实”和“白磷燃烧”探究实验的交流和点评，诊断并发展学生对化学反应认识的定性水平（物质、条件、现象、能量变化、反应类型）和定量思路；

（2）通过“铁与硫酸铜溶液反应”和“盐酸和碳酸钠反应”探究实验活动，诊断并发展学生实验探究水平；

（3）通过对粒子数目和宏观质量的分析和判断，诊断并发展学生对质量守恒定律本质的认识进阶；

（4）通过对“镁条燃烧”等问题的讨论和点评，诊断并发展学生认识思路的结构化水平以及对化学价值的认识水平。

二、基于“素养为本”的教學实施

（一）注重创设化学史实情境

活动主题一：关于“质量守恒”的导入

[资料]（1）三百多年前，英国化学家波义耳在敞口容器中加热银白色金属汞，发现它变成红色氧化汞（HgO），并且反应后质量增加了。（2）后来俄国化学家罗蒙诺索夫在密闭容器中重复了波义耳的煅烧金属实验，结果发现并没有增加。（3）二百多年前，法国化学家拉瓦锡在前人基础上，研究了氧化汞（HgO）的生成和分解（加热条件下）过程，结果发现化学反应前后质量不变。

[问题1]上述资料中，发生了哪些化学变化？判断的依据是什么？反应类型是否相同？请用符号表达出来。

[学生]思考、交流、表达

[问题2]化学反应前后物质质量间存在什么关系？

[学生]猜想、预测

设计说明：通过呈现化学史料创设情境，一来诊断学生对化学变化定性分析水平，发展从定量角度研究化学变化；二来通过“为什么反应后质量增加了？”“为什么反应后质量不变？”这些真实的史实问题，激发学生的探究兴趣，同时对容器的“敞口”“密闭”提出质疑，迫切想经历与科学家一样的探究过程，并在这一过程中体会化学的学科价值；三来让学生体验到科学家进行实验是科学探究中的求真过程，是科学精神的追求。

（二）注重“探究活动”

探究活动是连接核心知识和具体知识点的桥梁和纽带，是实现知识结构化的重要环节。活动主题二设计了3个探究活动，强调“实验探究质量守恒”，体现质量守恒的认识进阶，从“质量守恒”到“是什么质量守恒”，从“密闭体系”到“开放体系”。通过设置针对学生认知障碍点和发展点的问题，发挥学习活动的诊断评价水平以及素养导向功能。

活动主题二：关于“质量守恒”的探究

[问题1]利用给定装置，如何设计方案探究白磷燃烧前后质量关系？

[学生]分析讨论：称量反应前总质量→进行反应→称量反应后总质量→比较得出。

[教师]演示白磷燃烧实验探究。

[问题2]白磷燃烧时的现象怎样？过程中气球有何变化？变化的原因是什么？白磷燃烧发生了什么化学反应？请用符号表示。

[问题3]根据天平仍然平衡可得出什么结论？请用总质量守恒关系式表示。

[学生]分析气球先变大是由于燃烧放热，后变瘪则是氧气消耗，气压变小。

M（参加反应P）+M（参加反应O2）=M（生成P2O5）。

[问题4]如果白磷足量，燃烧停止并冷却后，倒扣在水槽中，可能会出现什么现象？气球的作用是什么？

[学生]反思：气球的作用一是缓冲，二是形成密闭体系，验证质量守恒。

[教师]提供仪器和药品；

提示：Fe+CuSO4→Cu+FeSO4、Na2CO3+HCl→NaCl+H2O+CO2；

提出要求：设计实验方案→讨论交流→进行实验→记录现象→得出结论→反思。

[学生]完成Fe与CuSO4、Na2CO3和HCl探究实验→小组展示装置、汇报方案、现象、结论。学生自主设计的Na2CO3和HCl反应装置如下：①锥形瓶+小试管+棉线+橡皮塞；②锥形瓶+带胶头滴管的橡皮塞；③锥形瓶+小试管+气球；④矿泉水瓶+小试管+棉线等。

[问题5]Fe与CuSO4反应，参加反应的是哪些物质？是什么和什么质量相等？

[学生]根据现象分析，生成Cu和FeSO4是Fe与CuSO4反应的结果，虽然都有剩余，但反应掉的Fe与CuSO4的总质量等于生成的Cu和FeSO4的总质量。

[问题6]Fe与CuSO4在敞口容器中反应总质量不变，Na2CO3和HCl反应为什么要在密闭容器中进行？

[问题7]你能解釋课前资料中波义耳和罗蒙诺索夫的实验现象吗？从中获得什么结论？

[学生]解释在敞口容器中反应有气体生成使总质量减轻，有气体参加使总质量增加，并且减轻或增加的质量为气体的质量。根据3个守恒式得出质量守恒定律的内容。

设计说明：采用问题指向学生障碍点和发展点，驱动探究进程，诊断素养达成水平。问题1帮助学生建立定量研究化学反应的思路、方法，发展学生从分步称量到整体称量的实验思维转换；问题2进一步诊断评价学生对化学变化的定性分析水平；问题3培养学生基于证据解释得出结论的探究能力，同时建立了认识质量守恒的关系式模型；问题4在挖掘探究因素的基础上，体现了控制实验条件的探究理念，为后续学生探究活动提供支撑；问题5针对学生到底是什么质量守恒的认知障碍点，帮助学生认识“参加”、“质量总和”的含义；问题6帮助学生建立基于反应体系探究质量守恒的认识角度，通过不同装置的设计，满足个性化实验需求，培养学生的科学探究与创新精神；问题7以评价的方式诊断学生对质量守恒定律的应用水平，通过自主建构质量守恒定律的内容，亲身经历科学家的探究过程，发展了预测、现象、解释的科学探究能力，体会了严谨求实的科学精神。

（三）注重认识思路的结构化和显性化

“结构化”是实现知识向素养转化的有效途径，“结构化”水平直接决定着素养发展水平。引导学生对化学反应从定性到定量分析、粒子数目到宏观质量两个视角进行揭示，在此基础上提炼出质量守恒定律的一般认识思路，并用框图的形式对这一认识思路显性化，学生按此认识思路就能够进行迁移判断。

活动主题三：关于“质量守恒”的本质

[学生]以小组为单位，利用球棍模型，拼摆出2H2+O2=2H2O的反应模型。

[教师]分析变化前后，你能得到哪些定量关系？

[学生]推理1由于H、O原子个数、质量一定→2个H2分子质量+1个O2分子质量=2个H2O分子质量→参加反应H2质量+参加反应O2质量=生成H2O质量；推理2 参加反应H2和O2以及生成H2O分子间存在固定的个数比例关系为2∶1∶2；推理32个H2分子、1个O2分子、2个H2O分子的相对分子质量之比代表着参加反应H2和O2以及生成H2O的各物质间质量比。

设计说明：通过学生拼摆反应模型展开认知过程，使得抽象问题形象化。在老师的引导下，学生经历了从粒子数目到宏观质量的逻辑推理，不仅从微观视角建立了质量守恒，还确立了各物质间的质量关系，培养学生的宏观辨识与微观探析以及模型认知等化学核心素养。通过推理过程，诊断、评价并发展学生对质量守恒定律本质的认识思路和水平。

活动主题四：关于“质量守恒”的应用

[教师]演示镁带燃烧实验。你预计这个反应前后的称量结果会有什么变化？如果在燃着的镁条上方罩上罩，使生成物全部收集起来称量，天平会平衡吗？

[问题]绿色植物光合作用发生如下反应：6CO2+6H2O=葡萄糖+6O2。葡萄糖含有哪些元素？哪些原子？其质量比多少？

[学生]建立从定量角度认识化学反应的思路：宏观（物质、元素）→化学反应←微观（原子种类、数目）。

设计说明：通过镁带燃烧实验探究，进一步诊断学生对质量守恒定律的实际应用水平。问题的解决有助于发展学生形成化学反应的研究思路和方法，形成核心知识结构化，建立质量定恒定律应用的思维模型，实现知识向素养转化。

三、反思

（一）“素养为本”的教学要有问题引领

以问题的提出（发现）与解决展开课堂教学活动。设置的问题应能统领课堂教学并能针对学生的发展点和障碍点，激发学生求知欲望和探究意识，帮助学生在解决问题过程中建构知识，增加认识思路和方法，促进学生认识发展。

（二）“素养为本”的教学要有活动支撑

学生进行以实验为主的多种探究活动，是落实“素养为本”的关键所在。在探究活动过程中，运用学科思维（基于证据建构思维模型）进行学科实践（科学探究和创新意识），培养学科观念（宏微结合、变化平衡相统一），体现学科价值（科学精神与社会责任），最终实现学生素养的全面发展。

（三）“素养为本”的教学要有效果评价

应紧紧围绕发展学生化学学科核心素养这一主旨，注重教学目标与评价目标、学习任务与评价任务、学习方式与评价方式的一致性设计。根据学生在开展实验探究、方案设计、小组讨论等活动中的具体表现，运用提问、点评、交流等方式，对学生的化学学科核心素养的发展水平给予把握，发挥化学日常学习评价的诊断与发展功能。