基于化学核心素养培养的教学实践——以“元素及其化合物”为例

熊冬柏

一、培养学生化学学科核心素养的重要载体—元素化合物

元素化合物是高中化学的一个非常重要模块，化学核心素养的五个方面，在以元素化合物的教学中均能得到很好的渗透。曾国琼［1］认为以“元素化合物”知识为载体，可以培养学生的“元素观和变化观”、“微粒观”、“分类观”、“实验观”、“化学价值观”。姜言霞、王磊［2］等人认为“元素化合物知识是构成中学化学知识的基础和骨架”，“约占中学化学教学内容的60%”，“新的化学课程体系中元素化合物知识仍处于基础和核心的地位”，“成功的元素化合物知识的教学对提高中学化学教学质量具有极为重要的意义”。

元素化合物主要有以下四个方面的价值或意义：

（1）元素化合物给学生呈现了一个缤纷绚丽的化学世界，学生在了解这个世界的同时也培养了对化学学习的兴趣和求知探索的欲望。

（2）元素化合物的教学与STSE教育密切相关

元素化合物教学中包含有众多与科学、技术、社会、环境密切相关的内容，能很好的落实科学精神与社会责任。

（3）元素化合物知识为化学基本概念和理论的学习奠定了基础。

（4）元素化合物模块的学习是培养和提高学生化学学科能力的重要载体

王磊［2］等人认为：“能力并非是各类知识的简单加和，而是在一系列活动中形成的，并且与学生的主动建构、反思内化和实践应用密不可分。这就要在教学中设计相应的学生活动，让学生在活动中实现知识向能力的转化。”元素化合物教学中，需要设计很多探究活动，如物质的制备、分离提纯与检验、组成与结构、性质和用途、变化及规律等的探究。学生这一系列探究活动中，不只是学习了知识，更重要的是增长了能力，培养了学生的核心素养。

二、元素化合物教与学的现状及存在的问题

1.学生对元素化合物知识的学习现状 由于元素化合物的学习是在必修1完成的，必修2中的元素周期表和周期律还未学习，学生对元素间的认识是孤立的，不能把握相关的联系和转化规律，并且元素化合物知识点琐碎繁杂，导致学生感到知识杂乱无章，容易混淆和遗忘。

2.教师对元素化合物知识教学的现状

（1）忽视或不能充分发挥化学实验探究的重要价值。

由于应试教育及高一化学课时紧、任务重等原因，教师往往将许多学生实验改成演示实验，将探究实验改成了验证实验。即使是探究实验，也没有把探究落到实处，没有在探究中培养相应的能力和相关的科学素养。这样必定不利于学生兴趣的培养、核心素养的培养。

（2）简单认为学习元素化合物就是扩展相关元素和物质的知识点，不重视规律的探讨和总结，不重视化学基本概念和基础理论的构建形成、深化理解和灵活应用，不重视学生学科能力的培养。

（3）不重视STSE教育

（4）部分教师课堂教学方式需要改进

部分教师的上课形式主要是直接呈现知识、陈述知识、传授知识，而缺乏探究、学与问、思考与交流等互动活动。

三、基于核心素养培养目标的元素化合物的教学内容的落实

为了解决上述的问题，我们要重新认识课堂教学价值观，基于核心素养培养目标重构课堂教学模式，实现知识与道德、教书与育人、教学与教育的融合。从单纯三维目标的达成提升到学科核心素养的落实，从以传授知识为核心的教学转变为以核心素养培养为核心的教学。化学核心素养的内涵在元素化合物的教学中的具体落实如下：

1.宏观辨识与微观探析 人教版必修一安排学习了7种元素及其化合物：Na、Al、Fe、Si、Cl、S、N，每个内容都安排了实验和学生活动等，通过观察、辨识一定条件下物质的形态及变化的宏观现象，能从物质的微观层面理解其组成、结构和性质的联系，形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念。“结构决定性质”典型突破的实例有：

（1）SiO2、金刚石、晶体硅、SiC等原子晶体具有立体网状结构，导致它们具有熔点高、硬度大等性质；而CO2、Cl2、SO2、N2等分子因无立体网状结构，是由一个个独立的分子构成，分子间仅有很微弱的分子间作用力，故它们为熔沸点低的气体。

（2）Na等原子的结构（半径大，最外层电子数少）决定了它易失电子，金属性强；Cl等原子的结构（半径小，最外层电子数多）决定了它易得电子，非金属性强。

培养学生具备根据物质的微观结构预测物质在特定条件下可能具有的性质和可能发生的变化的能力，如根据K、Ca、Cs、F、O、S、N等元素的原子结构预测元素的性质和可能发生的变化；“性质决定应用”典型突破的实例有：

（1）金属与非金属分界线附近元素的单体既有金属性又有非金属性，可做半导体材料，如晶体硅；

（2）金属镁和铝具有质轻、易生成致密氧化膜抗腐蚀等优良性质，用于制造合金，在航空材料、日常生活等方面有广泛的用途。

（3）氯气和次氯酸盐具有强氧化性，广泛用于杀菌消毒和漂白。

2.变化观念与平衡思想 NO与O2混合的实验、分别蘸有浓氨水和浓盐酸的玻璃棒靠近的等实验能认识物质是在不断运动的；很多反应如N2与O2、N2与H2、SO2与O2的反应说明物质的变化是有条件的；Na等金属与水，Mg、Al等金属与酸，Na2O2与H2O，Na2CO3与少量H2O形成晶体，NH4Cl与Ba（OH）2·8H2O晶体混合，蔗糖与浓硫酸混合等反应让学生关注了化学变化中的能量转化；引导学生从离子反应、氧化还原反应等角度对纷繁复杂的化学变化进行分类研究，逐步揭示各类变化的特征和规律；学生通过SO2与H2O的反应建立平衡的思想，用对立统一、联系发展和动态平衡的观点考察、分析化学反应，预测在一定条件某种物质可能发生的化学变化。

3.证据推理与模型认知 元素及其化合物的学习牵涉到很多化学反应及实验，通过这些反应及实验现象能培养学生证据推理与模型认知的素养；

如SO2性质的推导教学可进行如下的设计：

（1）课前布置作业，让学生初步学会收集各种证据。如SO2能形成酸雨；SO2能制硫酸；SO2通入氢硫酸溶液中能产生黄色沉淀；SO2能使石蕊变红；SO2能使加有酚酞的NaOH溶液褪色；SO2能使高锰酸钾溶液褪色；SO2能使品红溶液褪色；SO2能使食物增白，但食用这类食品，对人体的肝、肾脏有严重损害，并有致癌作用；葡萄酒中一般都添加了微量的SO2等等。

（2）课上引导学生根据这些现象推导SO2可能具有的性质并提出假设。

（3）基于证据进行分析推理，证实或证伪假设，学习解释证据与结论之间的关系，确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径；

也可通过模型认知来推测SO2的性质，如先建立模型：

再通过所建构的模型来认知SO2的性质并写出相应的反应方程式：

注：SO2的特性：漂白性（化合漂白，不稳定，可逆）

引导学生通过模型认知物质性质并培养的能力，从理解和感悟模型到自主建构模型。

最后要求学生设计实验探究SO2的物理性质和化学性质：①SO2的溶解性②SO2的漂白性③SO2的氧化性④SO2的还原性。并利用所提供试剂进行实验。

4.实验探究与创新意识 元素化合物板块有很多实验，启发学生发现和提出有探究价值的化学问题，依据探究目的设计并优化实验方案，完成实验操作，引导学生对观察记录的实验信息进行加工并获得结论；鼓励同学之间交流实验探究的成果，并提出进一步探究或改进实验的设想；鼓励学生尊重事实和证据，不迷信权威，具有独立思考、敢于质疑和批判的创新精神。

突破的典型实例有：验证铁与水蒸气是否发生反应及产物的检验；FeCl3溶液与适量的铁粉反应后溶液中组成离子的分析和检验；Fe（OH）2的制备及实验装置的优化；氯水成分的分析和检验；氯水中有漂白作用微粒的假设、分析和验证；木炭与浓硫酸反应产物的分析和检验；怎样设计实验，尽可能多地使NO2或NO被水吸收。

5.科学精神与社会责任 元素及其化合物模块学习中牵涉到的科学精神和社会责任内容很多。如SO2、NO等的功与过；硫的氧化物和氮的氧化物与空气质量和酸雨的问题；绿色化学问题：浓硫酸、浓硝酸做氧化剂反应时的实验设计，氯气的制备及性质实验等。

四、两种教学实践结果的对比

2016学年我承担高一4个班的化学教学，班级人数均为53人。在必修一的元素化合物教学中，6班和13班我采用基于核心素养培养目标的教学实践，8班和15班还是采用传统的教学方式。教学结束后，我设计下图横坐标的10个方面的题目给4个班的学生做，每个方面问题的题目共10分，总分100分，下图纵坐标为每个方面问题的得分。

由统计数据和图可以看出，核心素养教学模式下学生的总平均分（73.25分）比非核心素养教学模式下学生的总平均分（60.80分）有明显提升，学生在10个方面题目的得分均高于非核心素养教学模式，其中微观探析、宏微观间关联、证据推理和模型认知、实验探究能力、创新意识、科学精神和社会责任这些方面的得分提升更明显。这体现出核心素养教学模式的明显优势。

总之，元素化合物是培养学生化学核心素养的重要载体，基于核心素养培养目标的教学能有效的解决现实中教与学中存在的问题，更好地培养学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。