基于学科整体理解的“金属性质及其应用”的教学

高少宏

摘要：基于学科整体理解，以一节乡村中学的“金属性质及其应用”的公开课教学为案例，从“身边的化学物质”主题的内容及价值理解和学生发展空间两个方面进行点评，从中挖掘该堂课在学科内容理解、教学价值认识、课程理解与把握及教学内容组织方面的处理方法和亮点，并从学生已有基础、发展需求等方面探析学生学习化学的发展空间，为乡村教师基于学科整体理解研究和反思教学提供参考。

关键词：学科整体理解；金属性质；科学探究；内容及价值；学生发展空间

文章编号：1008-0546（2021）12-0018-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.005

*本文系福建省教育科学“十四五”规划2021年度课题“学科整体理解视域下提升初中化学教学质量策略研究”（课题编号：FJJKZX21-209）阶段性研究成果。

《普通高中化学课程标准（2017年版）》第一次提出要增强教师的学科整体理解[1]，《中小学幼儿园教师培训课程指导标准（义务教育化学学科）》（以下简称“指导标准”）提出学科整体理解是教师教学能力提升的关键，“指导标准”非常重视教师的学科理解能力的提升，在培训内容中，把“学科整体理解”列在一级主题的首项[2]。作为初中化学教师，从学科整体理解的视角来研究具体的课时教学内容，对于提升自身的学科整体理解水平和教学能力水平是有意义的，对于帮助学生对化学学科整体价值的认识也是有意义的。基于学科整体理解的多项一级主题内容，“指导标准”分别从五个方面进行深入系统的分析。笔者尝试从学科整体理解的内涵入手，并以“身边的化学物质主题”为例，阐述如何对具体的教学内容进行学科整体理解的研究和反思。在此基础上，笔者以一节乡村中学化学教师执教的“身边的化学物质”主题内容的“金属性质及其应用”公开课为例，采用“指导标准”中“身边的化学物质”主题学科整体理解前两个方面即“身边的化学物质主题的内容及价值理解”和“身边的化学物质主题的学生发展空间分析”对该课进行深入的剖析，试图为乡村教师基于学科整体理解研究和反思教学提供参考。

一、学科整体理解的内涵分析

如前所述，学科整体理解首次出现在《普通高中化学课程标准（2017年版）》，并出现在了《中小学幼儿园教师培训课程指导标准（义务教育化学学科）》中。《普通高中化学课程标准（2017年版）》并未对学科整体理解的内涵进行阐述。郑长龙教授认为，化学学科整体理解是指教师对化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原性、结构化的认识[3]。王云生教授认为，明确“学科整体理解”的内涵是提高教师课程理解与实施能力的关键，提高“学科整体理解”能力是提升教师教学能力的基础，应该采用多样、灵活的培训研修方式，提高教师的“学科整体理解”能力。同时明确了学科整体理解是认识问题也是教学实践问题，要提高认识并体现于教材理解、把握和教学设计、组织中[4]。

那么，可以从哪些方面来测量和评价教师对具体教学主题的学科整体理解能力和教学能力水平呢？“指导标准”从内容及价值理解、学生的发展空间、教学目标确定和教学评价设计及诊断指导、教学过程设计、教学实施等五个方面进行学科整体理解能力和教学能力水平的观测，五个方面又分别包括了四个具体的方面。具体如表1所示。

“指导标准”建构以上的观测指标，主要想用来诊断和测评教师的学科整体理解能力和教学能力水平。笔者认为，“指导标准”建构的观测指标具有很强的操作性和借鉴性。为促进乡村教师学科整体理解能力和教学能力水平的提升，我们尝试将上述观测指标作为公开课观测的指标，并按照相关的指标，进行观课评课，在实践中产生了良好的效果。

二、基于學科整体理解的“金属性质及其应用”教学案例

最近笔者有幸在郊区某中学观摩了一堂“金属性质及其应用”公开课，该节内容为“身边的化学物质”主题中的“金属与金属矿物”。课程标准要求了解金属的物理性质，认识常见金属的化学性质，并要求在课堂上展开分组或演示实验，通过实验加深认识金属的化学性质，而对于金属活动性强弱的探究实验并没有要求，但无论沪教版还是人教版教材在“酸碱盐”的章节中盐的化学性质的学习内容都有提及，来说明活泼性排在氢前面的金属才能和稀盐酸及活泼性在其后面的金属的盐溶液反应。由于该内容安排在下册教材中，下学期中考临近，学生学习压力很大，此时又让学生识记金属活动性顺序，学生在仓促中掌握，也容易在仓促中将知识忘掉。

授课教师基于上述原因，大胆将金属活动性的强弱顺序的知识在金属的性质及其应用在这堂课中提前介入，把原本的一课时拓为两课时，金属的物理性质及金属与氧气反应归为一课时，将金属与稀酸和盐的反应整合为一课时。金属物理性质和金属与氧气反应作一课时内讲授，根据该师为我们提前分享第一课时的教学视频分析，课堂过程是基于金属物理性质以介绍性展示认识为主，金属与氧气反应则在学习第二章氧气性质内容已掌握部分，以回忆复习加演示实验为主，由于内容不多，加上演示实验由学生在讲台上完成，课堂气氛宽松，通过学案作为评价手段，反馈良好。接下来笔者将该师的第二课时的教学精彩过程完整呈现出来。

1.金属与稀酸反应教学及拓展过程

授课老师在课前介绍，他们所在的学校地处城乡结合部，属乡村初中校，进行分组探究实验条件不足，故改课堂演示探究；又因学生学情基础普遍薄弱，实验探究对学生的要求有相对的高度和难度，教学过程需要逐步引导，有条不紊进行。

（1）演示探究实验，引学生质疑探究细节的规范性

进行简短的新课引入过程后，该师取出不同形状的四种金属，镁条、锌粒、铁丝及铜片，打磨后分别演示与稀盐酸反应，引导学生观察现象，提醒以反应剧烈程度的视角来观察反应的现象，并记录在课堂的学案中。

让学生说出演示的实验现象，教师作出规范描述，依次如下：①反应剧烈，镁条表面有大量气泡产生，镁条很快消失；②锌粒表面有气泡产生，锌粒逐渐变小；③铁丝表面有少量气泡缓慢产生，反应后，溶液颜色最终变为浅绿色；④铜片表面无明显变化。学生基本能根据实验现象剧烈程度不同大致判断四种金属活动性由强到弱的顺序，接着提出问题，“这样仅根据实验现象就得出实验结论是否符合科学探究过程的要求？”，再将实验时所用的金属形状不同作引子，部分学生进行思考，并提出看法，对上述实验步骤细节点出了漏洞，学生很快想到控制变量的方法，纷纷提出要控制金属的质量、形状（反应接触面积），盐酸的浓度以及盐酸的质量，试管规格，环境的温度云云，甚至有学生提出锌粒与盐酸反应的剧烈程度其实与镁条相差不多，无法简单得出镁的活动性大于锌，课堂的探究气氛达到高潮。

（2）补充必要的实验步骤再探究，培养学生正确的科学探究方法

义务教育阶段的化学教育，不仅要激发学生学习化学的好奇心，还要引导学生体验科学探究的过程。在学生提出探究过程需要控制的诸多变量后，该师按照学生的要求，重新拿出预先备好形状大小都一样的镁片（条）、锌片、铁片及铜片，四支规格一样的试管，将金属放入试管中并置于试管架，由同学上来从同一瓶稀盐酸的试剂瓶中量取一样的体积的盐酸分别倒入四支试管中，再引学生观察现象。根据第二次实验现象，镁、铁、铜与盐酸反应现象与第一次基本相同，但锌片和镁片与酸反应的速度区别明显。其实，实验探究到此，绝大部分同学都已认为可以得出四种金属的活动性强弱，或者基于该校学生的学情，学生能理解整个实验探究过程已经相当不错了。有专家说过一堂好课应该具有三个层级，“即让全体学生展开学习，让全体学生发生学习和让部分学生深度学习。”笔者认为本堂到此已达到让全体学生发生学习了，未想该师会让部分学生深度学习，将探究过程继续完善，继续引导并作出深度提问，“化学反应的速率能仅用肉眼观察到气泡产生快慢的现象来判断吗？”该师引学生联想学习氧气制取时，在探究哪种催化剂的效果更好，曾经学过的知识，让学生懂得要判断反应快慢应在相同时间内比较收集氢气的体积大小，或者收集相同体积的氢气比较所用时间的长短，该师从表2让学生加深认识，有助提高部分学生解题能力。

从创设实验步骤不完整的实验探究，在探究过程中由学生自主发现不足之处，提出质疑，引导学生讨论设计正确的实验步骤，老师重新演示并最终得出实验结论。整个过程，学生探究兴趣盎然，让学生体验科学探究过程的乐趣，并为金属活动性顺序的提前介入埋下伏笔。

2.介绍金属活动性，为铁能与硫酸铜溶液反应的理由提供支撑

在学生掌握金属镁、锌、铁及铜的活动性强弱順序后，由学生将四种金属由强到弱填到以下的表3中，引出金属活动性顺序。

该师告诉学生以上的金属活动性顺序是科学家经过多次实验得出经验结果，排在越前面的金属越活泼，钾排首位，最活泼，接着向学生提问：“为何是钾是最活泼的金属？”该师为此简单介绍钾原子的原子结构示意图，金属钾之所以活泼，是由于最外层的电子数只有一个，离核又远，能量高，极易逃离原子核束缚，让学生明白宏观现象背后都有微观的本质。

有了该师前面高超的铺垫艺术，本堂课余下部分的知识讲解就是水到渠成的事了。以金属活动性顺序的知识作载体，反过来解释四种金属为何与稀盐酸反应的现象有所不同，对铜和稀盐酸不反应都能懂得是因为铜的活动性排在氢的后面。将镁、锌、铁与稀盐酸反应的反应式列于黑板上，并让同学模仿三个反应式写出金属铝与稀盐酸的反应方程式，让他们从物质分类的视角去说出四个反应式的共同点，从而又引出本节又一个重点：置换反应。

金属活动性顺序的应用不仅适用于金属与稀盐酸反应，同样也适用金属与盐溶液的反应，介绍铁与硫酸铜溶液的现象及反应式就顺理成章了。学生不仅兴趣于反应的现象，更知道为何铁与硫酸铜反应的原因。在课堂的尾声进行简要的小结时，再次强调探究实验控制变量的重要性，以学生齐读金属活动性顺序后结束本堂课的教学。

三、基于学科整体理解从两个方面剖析本堂课的特点

下面，笔者尝试从“指导标准”中“身边的化学物质主题”学科整体理解前两个方面即“身边的化学物质主题的内容及价值理解”和“身边的化学物质主题的学生发展空间分析”两个视角对本堂课进行剖析，挖掘本堂课的特点。

1.内容及价值理解

（1）学科内容理解

本节课内容是沪教版第五单元第一节即金属的性质和利用，从属于一级主题身边的化学物质，学生由以前单一学习身边的化学物质到一类物质金属的学习，授课时间教参建议为一课时。授课教师将金属与酸及金属与盐的反应的演示探究作为第二课时来教学。在教学中以复习氧气性质中金属与氧气反应引入课堂，引导学生做到“温故而知新”，又以演示实验让学生探究金属的活动性强弱，为今后学习盐的性质打下基础。因此本堂课笔者认为在学科内容的理解的指标中，该师能做到将教材内容中不同主题之间建立系统联系，并使不同阶段的化学知识融会贯通。

（2）教学价值认识

本堂课在分别演示了四种金属与稀盐酸的反应，来说明活泼金属能与酸反应的知识，前后连贯，有效避免知识被孤立零散化。能引导学生观察每种金属与稀盐酸反应实验现象的亮点与区别，为引出四种金属的活动性强弱的知识讲解埋下伏笔。同时能基于活泼金属能与酸反应的化学性质这主题知识，引导学生展开金属活性顺序的探究活动，激发学生学习化学的好奇心，让学生体验科学探究的过程，培养学生科学探究素养，体现化学学科的本体价值。

（3）课程理解与把握

本堂课由于将原本计划一课时的教学内容拓为两课时，在全面描述学科主题内容的课程定位及其关系显得更有空间，更有机会系统全面地把握主题内容在不同学段的内容安排。该师在课堂上与学生分享了图1中的内容，基于沪教版教材内容的整体理解，展示不同学段课程内容互相关联的建构模型，通过对已经学习了身边化学物质中的氧气知识的复习，引出同属于身边化学物质的金属性质的学习，达到温故而知新；同时又以实验探究提前介入金属活动性顺序的知识，为今后也同属于身边化学物质的盐的相关知识的学习埋下伏笔，具体如图1所示。

授课老师将以上建构模型与学生在课堂上一起分享，让学生认识教材知识内容之间的相互关联，帮助学生对教材的学习内容的整体了解，使学生的学习更加深刻，展现了该师娴熟于教材的课程内容的整体理解与把握。

（4）教科书理解与教学内容组织

纵观本堂课的教学内容，明线和暗线两条教学主线还是很明显的，主线是系统描述金属化学性质，以演示四种金属与稀盐酸反应，让学生知道金属能与稀盐酸反应的化学性质，并思考四种金属的活动性强弱，引出金属活动性强弱顺序，最后再介绍铁与硫酸铜的反应。暗线则是教师主动组织调整教学内容，以创设不规范的探究情境让学生发现问题，并由学生提出解决问题的方法，以此达到在激发学生学习化学好奇心的基础上，培养学生科学探究精神，提高学生科学素养，使本堂课的教学内容更有价值。

2.学生发展空间分析

（1）学生已有基础分析

从教材整体内容的视角以及课堂评价方面分析，在学习氧气的性质以及催化剂的概念，学生对镁条及铁丝能与氧气的反应，单质及化合物概念，元素符号、化学式及化学方程式书写等都是本堂课开展及学生深入学习必须具有的知识储备。金属与氧气的反应有氧气的性质中的镁、铁在氧气中燃烧的知识作基础；探究金属活动性顺序则有在氧气制取中，催化剂种类对反应速率影响的探究过程形成的控制变量思维作支撑；置换反应概念的建立以及相应化学方程式的书写则有教材中的第三章及第四章等诸多已学过的化学用语的知识作积累，具体如图2所示。

通过新课引入阶段在课堂上对学生的提问以及相关学案评价手段分析，大部分学生对氧气的性质及元素符号等化学用语等知识的储备良好。近一半学生对单质、化合物的概念的掌握尚可，只有少数学生在探究催化剂种类对化学反应速率影响的探究实验中，懂得必须用控制变量的思维探究，符合大多数乡村中学学生学情的现状。

（2）学生发展需求分析

学生从本章内容开始，由之前学习单一化学物质变为学习一类化学物质，学习方式方法和学习内容与之前都有所不同，要求学生学会在学习过程中找出一类物质性质的相同点及不同点。在本堂课中，根据学生在已有的知识储备掌握情况不同，在介绍金属能与盐酸的反应的共性中，又让学生找出它们反应现象的剧烈程度不同，激发部分学生对探究金属活动性的兴趣，即让大部分学生均能发生学习，又让部分学生深度学习，满足不同层次学生的发展需求。

（3）學生学习障碍点分析

①在讲解金属与稀盐酸反应时，因时间限制，授课教师无法再一一做金属与稀硫酸反应的演示实验，但在描述常见的置换反应时，为了拓展学生的视野，也将金属铝与稀盐酸的反应式罗列于板书上，过后学生有反应在此有被强迫接受的感觉。该师给学生的解释是现象与稀盐酸大同小异，具体的实验等到学习另一类物质酸的性质时再补充，即让学生展望将来的学习，又为今后酸碱的学习埋下伏笔。

②在介绍金属钾、钙、钠为何在金属活动性顺序时，为了让学生懂得宏观现象的背后都有微观本质的道理。该师介绍了三种金属的原子结构示意图来加深认识，因时间关系及超纲问题也只能一带而过，让具有深度学习能力的少部分学生带来一定的困惑。教师为何不把剩下的金属的原子结构示意图讲完？为此，针对该部分同学，该师利用课余时间为其拓展了泡利原理及洪特规则等电子排布的高中化学知识。

③在学生提出锌粒与镁条和稀盐酸反应的剧烈程度没有明显区别，而换成锌片时反应的速度却明显没有锌粒来的快，学生并没有进一步提出质疑。笔者分析该师和学生当时可能满足于镁片与锌片反应现象区别明显而得出镁比锌活泼的结论，或者该师认为相同体积的锌片和锌粒，锌粒的接触面积应大得多。但笔者课后参观了该师准备的实验药品，发现锌粒为粗锌，表面粗糙且不具光泽，锌粒与盐酸反应剧烈实为粗锌在盐酸中形成原电池反应，使反应速度加快。

（4）学生获取知识的发展路径

该堂课在学生获取知识的发展路径的设计非常清析。教师在教学引入过程先将引导全体学生复习氧气的性质及单质化合物等知识，作为学生获取知识发展路径的起点，接着以温故而知新、演示实验为发展路径的主要内容，并以探究金属活动顺序为发展路径的至高点，最终以学生获得新知识及科学素养得到提升作为路径的结点。

四、结语

本文仅从“指导标准”中“身边的化学物质”主题学科整体理解前两个方面即“身边的化学物质主题的内容及价值理解”和“身边的化学物质主题的学生发展空间分析”对该堂课进行点评，若以教学目标与教学评价设计、教学过程设计、教学实施三个视角分析，本堂课还有很多亮点及有价值的东西值得挖掘。如该师在取镁条，锌片，铁片及铜片，数量仅取一片，并给学生解释除了控制变量还有节约药品的因素，可见该师平时很注重学生品格素养的培育，这里因篇幅所限，就不再详列了。当然这堂课本节课整体内容的体量去思考也是值得商榷，如将该内容分为两课时，第一课时只讲金属物理性质及金属与氧气反应内容是否过少；第二课时即要探究金属活动性顺序又讲解置换反应等知识，虽然勉强上完，内容是否过多，两节课是否显得“头轻脚重”，学生过后掌握如何，有待该师将评价继续反馈。

基于以上分析，笔者认为基于学科整体理解对具体的课堂教学案例进行研究和反思，有助于提升乡村教师的学科整体理解水平，有助于提升乡村教师的学科教学能力，有助于提升乡村教师的学科育人能力。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2]中华人民共和国教育部.中小学幼儿园教师培训课程指导标准（义务教育化学学科教学）[S].北京：高等教育出版社，2019：5

[3]郑长龙.化学学科理解与“素养为本”的化学课堂教学[J].课程·教材·教法，2019（9）：120-125

[4]王云生.教师的“学科理解”能力及其提升[J].基础教育课程，2019（24）：72-77