培养学生化学核心素养的小专题教学案例分析

杨志杰 杭伟华

关键词：单元教学;大情境;小问题;核心素养

《普通高中化学课程标准（2017年版）》明确指出：普通高中化学课程是提升学生核心素养的重要载体，化学学科核心素养是化学学科育人价值的集中体现，是学生通过科学学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力，是学生终身学习和发展的重要基础。

目前，化学教学中落实化学学科核心素养还存在一定的缺憾：以一课时为单位单独设计教学而造成知识不连贯、结构不完整;单元设计中每一个知识点的落实都各自为政从而失去了单元整体设计的意义等，这些问题的存在都不利于我们培养学生的化学核心素养。因此基于教学的“启发性原则”和“循序渐进原则”，我们可以先运用“大情境”将整个单元的知识联系起来，形成启发学生学习和探究的整体框架，再将“大情境”分解为若干“小问题”，学生以“任务”的形式，逐步解决这些“小问题”。这样的设计不仅注重知识之间的内部联系与逻辑关系，突出知识的生成性与整体性，而且能使学生在思考和解决任务的实践中学科核心素养得到培育与提升，突出学生的主体性。

基于此，笔者以“氧化还原反应”这一单元的设计为例，通过“大情境、小问题、重任务、育素养”的设计理念进行设计与实践。

一、“大情境”与教学目标的确立

1.“大情境”的确立

普通高中化学课程标准必修课程“主题2：常见的无机物及其应用”中的“2.2氧化还原反应”的内容标准是：认识有化合价变化的反应是氧化还原反应，了解氧化还原反应的本质是电子的转移，知道常见的氧化剂和还原剂。

本单元依次从“得失氧”“化合价变化”和“电子转移”角度分析“氧化还原反应”的原理，使知识呈螺旋式上升趋势。在此基础上理清楚5对概念的关系：氧化剂与还原剂、氧化产物与还原产物、氧化反应和还原反应、被氧化和被还原、氧化性和还原性，以及它们与化合价、电子转移的对应关系，学会用双线桥（单线桥）表示，并探寻氧化还原反应的基本规律：电子守恒规律和反应先后规律，并以氧化还原反应的配平和氧化性、还原性强弱比较为例，进行规律应用。

高中学生的思维能力已经接近成年人，辩证思维也迅速发展，处于具体思维向抽象思维发展的前期，这为理解和掌握“氧化还原反应”的系统知识以及内部关系奠定认知基础。

由以上分析可以看出，氧化还原知识较为抽象，而学生的抽象思维能力处于发展的前期，因此，教学中需要引入与生活密切相关的“大情境”，基于这一考虑，本文确立以学生熟悉的生活情境“水果榨汁”为单元教学的“大情境”。

2.单元教学目标

建构主义教学理论强调学生的主体地位，重视教学过程中的互动与体验，强调知识体系的构建。建构主义运用学生已有的知识与经验，在此基础上实现对知识体系的意义建构，使学生实现对新知识的客观认知。教学是建立在一定的情境中的，教师可以根据教学目标与教学内容，创设相关的教学情境，学生在真实的情境中接触与体验到化学现象与本质，可以帮助他们更好地理解化学反应过程的原理，并鼓励学生主体参与到情境中，使其主动探索与感受知识形成的过程，发展学生的学科核心素养。

基于以上“建构主义”理论及相关思考，确定如下教学目标：

【课时1教学目标】能从“苹果汁变色”等生活现象人手，进行氧化还原反应知识的科学探究，通过证据推理，逐步将氧化还原反应的概念从“特征”推向“本质”，以此来发展学生“科学探究”“证据推理”和“宏观辨识与微观探析”等核心素养能力。

【课时2教学目标】能从“苹果与柠檬混榨不易变色”入手，分析“氧化剂与还原剂、氧化产物与还原产物、氧化反应和还原反应、被氧化和被还原、氧化性和还原性”等概念的关系，并能用“双线桥”表达相应关系，以此来发展学生“辩证唯物主义思想”以及“证据推理”和“宏观辨识与微观探析”等核心素养能力。

【课时3教学目标】能从“苹果与柠檬混榨久置颜色变深”入手，分析得出氧化还原反应的先后规律，并且通过设计实验验证规律;利用“单线桥”分析氧化还原反应中“微观电子”的去向，分析得出“电子守恒”规律，并能将其应用于氧化还原反应方程式的配平，以此来发展學生的“证据推理”“科学探究与创新意识”和“宏观辨识与微观探析”等核心素养能力。

二、单元设计构想

本单元教学的知识进阶为：氧化还原反应的概念形成（对应课时1）→概念关系与表示方法（对应课时2）→基本规律及应用（对应课时3）。

本单元教学的方法进阶为：演示实验与推理求证（对应课时1）→宏微结合与唯物辩证（对应课时2）→设计实验与归纳迁移（对应课时3）。

本单元教学的素养进阶为：科学探究一宏观辨识一微观探析—证据推理—创新意识。

本单元分解为3个课时，整体构思如下（图1）：

1.氧化还原反应概念形成

大情境——鲜榨苹果汁为什么会变色？

课堂上，利用榨汁机现场榨苹果汁，并将刚榨出来的苹果汁用若干小烧杯盛装，分给学生，让学生进行观察。苹果汁很快颜色变深，引发学生思考：鲜榨苹果汁为什么会变色？

信息提示：发生色变反应主要是这些植物体内存在着酚类化合物。例如：多元酚类、儿茶酚等。酚类化合物易被氧化成醌类化合物，即发生变色反应变成黄色，随着反应的量的增加颜色就逐渐加深，最后变成深褐色。

结合信息提示，学生得出结论：苹果汁的某些成分被氧气氧化了，形成了颜色更深的新物质。从而引出本节课的主题：氧化还原反应。

著名化学家拉瓦锡在他的著作《化学基础论》中有这样一段描述：与氧化合的反应称为氧化反应，含氧化合物失氧的反应称为还原反应。以此来进一步引发学生的思考，并质疑：氧化还原反应一定要有氧参与吗？通过反例推翻拉瓦锡的定义，并总结得出：有化合价升降的反应称为氧化还原反应。

著名化学家凯库勒1867年提出“化合价”的概念，此“化合价”只有数值没有正负之分，因此让学生探讨凯库勒“化合价”的优缺点，思考并得出化合价升降的原因是电子的转移。

这样，氧化还原反应概念的形成经历了：“得失氧——化合价升降——电子转移”这一过程，从宏观辨识到微观探析，从科学探究到证据推理。具体教学流程如下（图2）：

设计意图：教学以“鲜榨果汁为什么会变色？”为问题大情境，通过4个小关联问题引导学生从“生活现象”逐步深入，探究“氧化还原反应”的特征与实质，整堂课设计“由浅入深”“由宏观到微观”“由生活到科学”，步步推理、层层递进，既能激发学生兴趣，又能便于学生发现知识、理解知识，发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理”和“科学精神”等相关学科素养。

2.概念关系与表示方法

大情境——苹果与柠檬混榨为什么不易变色？

课堂上，利用榨汁机，将苹果与柠檬混榨，并将混合果汁用若干小烧杯盛装，分给学生，让学生进行观察。果汁颜色短时间内没有明显变化，引发学生思考：苹果与柠檬混榨为什么会变色？

信息提示：柠檬汁中富含维生素C，维生素C很容易被氧化。

结合信息提示，学生得出结论：空气中的氧气与维生素C发生了氧化还原反应，从而苹果汁被暂时保护起来了。

进一步分析得出：氧气在反应中把维生素C氧化，充当氧化剂，体现氧化性，被维生素C还原，发生还原反应;维生素C在反应中把氧气还原，充当还原剂，体现还原性，被氧气氧化，发生氧化反应。

究其本质得出，氧气在反应中化合价降低，得到电子;维生素C在反应中化合价升高，失去电子。并用双线桥表示电子转移及氧化还原反应关系。

这样，学生通过宏微结合与证据推理，最终构建了：氧化剂一降、得、还;还原剂一升、失、氧，这一氧化还原反应关系图。具体教学流程如下（图3）：

设计意图：教学以“苹果与柠檬混榨为什么不易变色？”为大情境，这是第一课时“苹果榨汁”的延续与深化。进一步引导学生探讨氧化还原反应概念关系，并从“角色一变化一表达”这样的“宏一微一符”顺序展开教学。课堂结构完整，思维严密，逻辑严谨，有利于发展学生“宏观辨识与微观探析”和“证据推理”等相关学科核心素养。

3.基本规律及应用

大情境——苹果与柠檬混榨，久置后为什么颜色变深？

承接上节课，将久置的苹果与柠檬混合汁展示给学生，让学生进行观察。引发学生思考：苹果与柠檬混榨，久置后为什么颜色变深？

结合前两节课所学知识，学生得出：可能是氧气氧化了维生素C之后，继续氧化苹果汁中的酚类化合物，结果造成颜色变深。

进一步分析得出：维生素C和酚类化合物均具有还原性，氧气之所以先氧化维生素C是因为维生素C的还原性强于酚类化合物，从而引出氧化还原反应的先后规律，并设计实验验证氧化还原反应的先后规律。

用单线桥表示电子转移情况，引出氧化还原反应的电子守恒规律，并将电子守恒规律应用于氧化还原反应方程式的配平。

这样，学生基本形成氧化还原反应的两大基本规律：反应先后规律和电子守恒规律。具体教学流程如下（图4）：

设计意图：教学以“苹果与柠檬混榨，久置后颜色变深”为大情境，与第二课时一脉相承，继续从生活实例入手，将学生依次带进“氧化还原反应先后规律”和“电子守恒规律”。并将其分别应用于设计实验和氧化还原反应方程式的配平，理论与实践相结合，宏观辨识与微观探析相结合，科学探究与证据推理相结合，从而发展学生的相关学科核心素养。

三、设计意义和优势

以“大情境、小问题、重任务、育素养”这样的设计理念为指导，通过“氧化还原反应”这一单元的设计与实践，总结与提炼出如下优势：

1.提炼单元主题，指导课时教学

一个单元便是一类知识的聚集，教学中有效提炼单元主题将有利于知识的整合，有利于学习情境的创建，有利于学生认知结构的构建。

本单元教学提炼出的大主题是“水果榨汁”，以此引出“果汁颜色变与不变”的三个大问题，将整个单元分成三个不同的教学阶段（氧化还原反应概念形成一概念关系与表示方法一基本规律与应用迁移），相当于三个课时，这样，三个课时既是一个“大情境”主题下的整体，又是不同若干“小问题”下的个体。每一课时知识进阶不同、教学方法不同、素养培育的层次不同，但每个教学阶段都有清晰而严密的境脉，都为大主题服务。

2.知识结构完整，素养呈现清晰

以单元为设计单位进行教学设计，知识结构完整，知识之间的内部联系和逻辑关系明确，相应学科核心素养呈现清晰。

本单元依次从得失氧、化合价变化和电子转移的角度“科学探究”氧化还原反应的原理，使知识从表面特征逐步推向本质。在此基础上逐步厘清了：“氧化剂与还原剂、氧化产物与还原产物、氧化反应和还原反应、被氧化和被还原、氧化性和还原性”这五对概念的“宏观辨识”，以及它们与化合价、电子转移对应关系的“微观辨析”，学会了用双线桥（单线桥）表示电子转移情况，通过“证据推理”氧化还原反应的基本规律：电子守恒规律和反应先后规律，并以氧化还原反应的配平和氧化性、还原性强弱比较为例，进行了规律应用。整个过程完整呈现了氧化还原反應相关知识，在情境与任务的完成过程中，培养学生“创新意识”。

如果推广到其它单元的设计，也非常容易做到“知识结构完整，素养呈现清晰”，因此这种单元设计的做法容易推广，也值得推广。

3.情境贴近生活，激发学习动机

单元教学中选取贴近生活的“大情境”能够充分吸引学生的注意，提高学生学习的兴趣，激发学生的学习动机。

本单元教学围绕贴近生活的“水果榨汁”这一大情境展开，依次通过“苹果汁变色”“苹果与柠檬混榨不易变色”和“苹果与柠檬混榨久置颜色变深”三个同一情境不同阶段呈现的问题逐步展开教学，面对“果汁颜色的变与不变”，学生表现出浓厚的学习兴趣，被充分调动的好奇心激发了学生的学习动机，促使学生一直处于思维活跃阶段，为启发式教学的顺利开展提供良好基础。

如果推广到其它单元的设计，大多数单元也能找到贴近生活的“大情境”，比如“氯及其化合物的性质”可以选用“漂白粉的使用、失效、危害”来分别展开教学等，因此这一做法的推广的价值显而易见，并且也较为容易。

4.任务循序渐进，素养教学落地

人们对客观事物的认识，有一个由简到繁，由低级到高级，由直观到抽象的循“序”过程，人们对任何事物都不可能一步就达到对其本质的认识。因此，在教学中应充分尊重学生的认知规律，按照“循序渐进原则”进行教学设计。

本单元从“水果榨汁”的大情境出发，先按不同阶段将“大情境”一分为三：“苹果汁变色”“苹果与柠檬混榨不易变色”和“苹果与柠檬混榨久置颜色变深”，然后针对每一阶段的果汁颜色变化，分解为四到五个“小问题”，这样任务情境由大到小，逐层分解，每一层都蕴含不同的知识，都承载培养素养的不同功能，知识逐层展开，循序渐进，素养分层达成，梯次推进。

借助于“大情境、小问题、重任务、育素养”的形式来创新教学设计，探究每个单元的本质特征和内在规律，建构出化学教学模式，能培养学生严密的逻辑思维和迁移创新的高阶思维，发展学生既有广度又有深度的学科认识能力，这是化学教学成熟的现实路径，也将会为提炼学科素养内涵找到一条现实有效的路径，因此具有较高的推广价值。