基于化学学科核心素养提升的进阶式课堂教学——以“化学反应中的热效应”单元教学为例

欧阳锋 张贤金 吴新建

（1.福州第三中学，福建 福州 350003；2.福建教育学院化学教育研究所，福建 福州 350025）

学科知识和学科活动是学科核心素养形成的主要载体和主要路径，［1］通过课堂教学让中学生在掌握知识技能的同时建构化学学科概念体系，伴随学习阶段的延伸，逐步提升学生的化学科学素养水平。课程内容要以学习认知规律和学生的身心发展规律为基础，在具体教学实践活动中将“学”与“做”融为一体，并结合学习进阶的特点进行教学设计以适应不同阶段学生的认知发展。笔者以苏教版选修教材《化学反应原理》专题1第一单元“化学反应中的热效应”单元教学为例，结合物质化学变化、能量守恒等学科观念，针对化学学科核心素养中的素养发展的四个水平［2］，阐述在课堂教学中采用“分步构建逐级完善”进阶式培养学生化学学科核心素养的尝试。

一、基于中学化学课程设置特点，明确进阶式课堂教学的必要性

学习进阶是学生在一个时间跨度内学习和探究某一主题时，依次进阶、逐级深化的思维方式的描述，在具体教学实践中已得到广泛应用。［3］现阶段中学生化学课程的主要三个阶段为：初中义务教育课程、高中必修课程以及高中选择性必修课程，每个阶段的教学要求有所不同，教学中要指导学生在中学化学各个阶段教学活动中自我发展核心能力，促进化学学科核心素养的水平得以逐步提升。从概念的进阶看，“化学反应中的热效应”涉及多个层次的要求，从宏观现象的理解到微观结构的辨析，进而形成能量守恒观。“化学反应中的热效应”在不同阶段的课程标准要求如表1所示。

表1 不同阶段课程标准要求

化学学科核心素养包括“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”和“科学态度与社会责任”。从表1可以得出，以“变化观念与平衡思想”四个水平为例，义务教育阶段要求学生能从宏观角度认识化学变化伴随着能量变化，高中必修课程要求能够通过微观视角探析宏观现象，从原子、分子水平理解化学变化的本质，并能用热化学方程式定量表示化学变化和伴随的能量转化，高中选择性必修课程要求能从不同视角认识化学变化的多样性，分析说明生产、生活实际中的化学变化，形成能量守恒观。三个阶段不同的教学要求，通过“分步构建逐级完善”的模型建构组织策略，应能有效实现了“化学反应中的热效应”主题知识的认识发展。

二、基于学生认识发展规律，整体设计以提升学生化学学科核心素养水平

学生对科学概念理解有经验—映射—关联—系统—整合等不同的发展层级，［3］教学设计要有符合学生认知水平的结构化学习框架。基于“分步构建逐级完善”认识模型构建及应用，将苏教版选修《化学反应原理》专题1第一单元“化学反应中的热效应”设计成2课时的单元课堂教学，探讨如何逐步提升学生“宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养水平。第1课时侧重于达到化学学科核心素养能力水平一和水平二，素材选取初中化学教材和高中必修教材中熟悉的化学反应及物质等，探查及巩固学生关于“化学反应中的热效应”已有知识水平，通过设置问题引导学生初步自主构建和应用认识模型。第2课时侧重于达到化学学科核心素养水平三和水平四，素材选取综合素材及高考试题，完善认识模型并用于新场景实践。

第1课时通过化学实例情境初步建立的“化学反应中的热效应”认识模型并通过实践应用分析进行巩固。（见表 2）

表2 第1课时教学设计

第2课时通过获取新知识提升学生能力水平来进一步完善认识模型，并能够自主运用到新的实践探究任务中。（见表3）

表3 第2课时教学设计

三、基于教学实证研究，认识模型建构的有效策略

1.教学从知识的记忆转变为研究科学思维的建构

如何通过化学学科知识学习过程逐步提升学生的学科核心素养水平？仅通过基础知识的简单记忆和理解是不能形成高水平的化学学科核心素养的，把学科知识作为形成学科核心素养的载体，让学生在化学实践活动过程中主动思考，通过现象归纳出本质和规律，建构化学概念，同时提升化学学科核心素养水平。基于“分步构建逐级完善”认识模型建构的“化学反应中的热效应”的单元教学实证研究，可以认为体现学科性质和特点的教学实践能促进学生对核心知识的认识发展及学科核心素养的形成，证明了基于模型构建的“化学反应中的热效应”教学的有效性。

“分步构建逐级完善”的模型建构组织策略普适性较高，符合大部分学生逐步建构完善并应用的思维过程。在进阶式课堂教学采用“分步构建逐级完善”的模型建构组织策略，通过知识的理解和应用过程，把学生关注点从化学反应中物质的性质变化逐步引导到能量的转化，通过热化学方程式、实验及综合实践试题分析等形式帮助学生自主建构“能量守恒观”。

本单元教学基本过程也体现了对化学学科核心素养“证据推理与模型认知”四个水平发展的实践：实例引课（从物质及其变化的事实中提取证据）——结合能量图和化学键能归类“反应热”概念（能从宏观和微观结合上收集证据，依据证据从不同视角分析并推出合理的结论）——初步建构和应用化学核心概念（解释或推测物质的组成、变化及原理）——新知识提升融入概念系统（能从定性与定量等多角度理解）——完善化学核心概念建构并实践应用（能对关于反应热的复杂化学问题情境中的关键要素进行分析以建构模型）。

2.以核心概念为基点，进阶式课堂教学提升学生核心素养水平

中学关于“化学反应中的热效应”知识的三个阶段课程内容是逐步提升知识水平的关系。有利于核心素养“科学探究与创新意识”四个水平的逐级形成。初中化学教学属于启蒙性和基础性，并通过简单的实验操作，要求学生能观察物质及其变化的现象，并做出解释。高中化学必修阶段应明确该阶段的基本要求，掌握知识点的深广度，通过吸热和放热反应实验从微观和宏观进一步探究化学反应中的热量变化，基于实验事实得出结论，并为选修课程的学习打下基础。高中化学选择性必修课程有较为完整和系统的化学知识，能用数据、图表、符号等处理实验信息，通过理解掌握化学与社会生活关系的大量实例，提升学生化学学科核心素养水平。

化学学科核心素养可以通过化学课程学习和实践应用进行逐步积累而获得，并综合反映在能力、意识情感价值观等各方面，素养水平的提升必须循序渐进，不同阶段采用不同的思维技能和策略是十分必要的。例如，在“化学反应中的热效应”的单元教学中，初中义务教育阶段的化学课程，以粤教版九年级《化学》为例，主要通过认识氧气的性质及燃料的使用，初步认识化学变化时伴随能量变化，培养学生从化学的角度分析有关的社会现象及自然与环境的关系。

高中化学必修模块的功能要求是学生的学科核心素养全面提高，为选修模块奠定基础。这样的功能和定位决定了必修的课程内容要求面广而不深挖，了解化学的核心概念，但不要求理解的程度很深，更深入的认识将在选修模块的学习中达成。以苏教版高中化学《必修2》为例，教学内容主要包括建构吸热反应和放热反应的概念，分析化学反应中热量变化的原因，反应归类并用化学符号的方式进行表达，在实验探究的过程中，形成从化学知识的角度理解分析实际问题的意识。

高中选择性必修课程不仅要进一步提升化学新知识理论，还应该承担建构和发展学生认识方式以提高化学学科核心素养，以苏教版高中化学选修4《化学反应原理》为例，主要教学内容包括通过实验探究、讨论分析得出反应热和焓变的概念，通过示例得出热化学方程式的表示意义，通过图表分析理解盖斯定律，要求通过化学知识与生活生产实践相结合，激发学生多方面、多角度、多层次去思考问题，逐步形成化学学科核心素养。形成较强的问题意识，讨论并提出探究的问题和假设，提出实验方案并完成。基于现象和实验数据和图表分析并得出结论，交流探究成果或进一步探究。

3.综合运用进阶式课堂教学方法促进化学学科核心素养的形成

培养动手实践能力有助于学生化学学科核心素养的形成，仅靠化学试题分析、纸上谈兵的化学实验，缺乏具体实践经验是无法使学生形成高水平的化学学科核心素养水平的。分步构建逐级完善开设进阶式的“化学反应中的热效应”的单元教学，从简单的燃烧实验到多种形式的吸放热实验再到“暖手宝”制作实验等，学生的化学学科核心素养水平可以得到逐步提升。

在课堂教学中，综合运用多学科知识有助于进阶式培养学生的“科学态度与社会责任”，从主动关心与环境保护和资源开发等社会热点问题，到运用所学知识分析和探讨某些化学过程，并能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。近年来高考化学试题，常常引入一些新的信息，要求学生结合生产生活实践进行信息分析处理，进阶式课堂教学中还可以通过针对某些化学工艺设计存在的各种问题，要求学生利用信息工具和信息资源来提出处理或解决问题的具体方案，从而培养提升学生的化学信息素养。