基于关键能力培养的高中化学教学实践

李耀佳

摘 要：以“钠及其化合物”的高三复习课为例，尝试利用“情境—问题—能力”设计教学，通过巧设情境、重组实验、设置认知冲突、创建开放性问题等策略引出深阶问题，在问题的解决中发展学生的关键能力。

关键词：关键能力;化学表征;重组实验;实验探究;认知冲突;开放性问题

高三第一轮复习由于时间短、内容多，很多老师急于赶进度，已经习惯于“知识梳理，考题选讲，练习强化”这种模式教学，导致课堂过于沉闷，不能激发学生的学习兴趣。这种复习还有另外一个弊端，对知识点复习只是蜻蜓点水，课堂上学生没有经过深度学习、深度思考，学生的关键能力没有得到培养。因此学生会出现这样的现象：知识点背诵熟练，做了很多的题目，但是考试成绩依然无法提高。高考是能力测试为主导的考试，对学生的逻辑思维、整合信息等能力有一定的要求。能力是可以经过训练得到的，绝不是一蹴而就的，简单的知识传授不能全面培养学生的能力。因此在平常的教学过程中，教师需要关注学生能力的培养。

化学关键能力的要素包括化学表征能力、实验与探究能力、化学方法和分析能力、化学信息处理能力、发现与提出问题的能力、证据推理与论证能力、模型认知能力[1]。这些能力都属于高阶能力，培养能力最有效的策略在于思维的训练，而引发思维训练需要问题引领。因此课堂设置深度的问题可以引发思维向深度发展，从而发展关键能力。

如何设置深度问题培养化学学科关键能力？以下笔者以“钠及其化合物”高三复习课为例，通过巧设情境、重组实验、设置认知冲突、创建开放性问题等策略复习元素化合物知识所进行的实践研究，具体教学设计如下图：

一、教学目标

1.完成“以氯化钠为原料制备碳酸钠”转化任务，促进学生自主构建钠及其化合物的知识网络，夯实基础。

2.以钠及其化合物性质的探究，通过“情境—设问—解决策略”培养学生的信息获取和加工、实验探究和证据推理、批判性思维和方案评价等关键能力。

二、教学流程

环节一：完成“转化任务”，为能力发展打下坚实的基础。

课前给学生设置完成“转化任务”的作业[2]，该作业分为两部分，第1部分是结合Na、Na2O、Na2O2、NaOH、Na2CO3、NaHCO3、NaCl类别和化合价，建立价类二维图;第2部分是根据价类二维图，以氯化钠为原料，制备纯碱，其他试剂任选，尽可能多地设计转化过程，并写出相关化学反应方程式。

【设计意图：课堂前5分钟，让1～2个小组展示“转化任务”设计，学生相互点评。通过完成“转化任务”帮助学生完善钠及其化合物的知识网络，夯实基础。根据布鲁姆目标分类学，元素化合物的知识属于陈述性知识。陈述性知识掌握水平越好，越有利于程序性知识和认知性知识的建构，也越有利于这个过程中发展关键能力。反过来能力水平提高也有利于对陈述性知识的理解。】

环节二：巧设情境，发展关键能力。

【情境1】1807年，英国H·戴维用电解氢氧化钾熔体的方法制得较纯净金属钾，但在实际生产中却不能用此法。现在金属钾的生产方法都采用金属钠与氯化钾的反应：Na+KCl=K↑+NaCl。 有关反应如下表：

问题1：金属钠与氯化钾反应置换出单质钾是在水溶液中进行的吗？为什么？

问题2：该反应的温度应该如何控制？

问题3：把钠分别投入硫酸、饱和氢氧化钙溶液、硫酸铜溶液、氯化铵溶液中。

请解释相关实验现象。

问题4：2013年3月，我国科学家公布了如下图所示的水溶液锂离子电池体系。

该电池负极材料是什么？能否把电极锂外层裹包的聚合物电解质去掉？

【设计意图：设置问题1主要是为了唤醒旧知识，理解钠与盐溶液反应的本质。设置问题2是为了培养学生信息获取与加工能力。学生需要从情境中获取产物K为气体以及反应中各物质的溶沸点，并结合平衡移动的思想，综合得出结论。设置问题3让学生从平衡移动思想、三重表征等解释实验现象，发展学生的化学表征能力。设置问题4是为了培养学生的创新思维，通过知识的迁移解决新问题。】

环节三：重组实验，发展关键能力。

【情境2】向饱和NaOH溶液（滴加酚酞）中加入少量的过氧化钠粉末，观察实验现象。

实验现象：有大量无色气泡产生，溶液红色褪去，并放出热量，有少量晶体析出。

问题1：Na2O2与水反应的氧化剂和还原剂是？

问题2：为什么有晶体析出？恢复到室温后，溶液中的c（Na+）和c（OH-）如何变化？

问题3：根据反应前后的可变量，你认为造成溶液红色褪去的原因可能有哪些？

问题4：请以小组为单位设计实验方案证明红色褪去的原因。（提供试剂：NaOH溶液、过氧化钠粉末、酚酞、二氧化锰、H2O2、MnO2）

【设计意图：设置问题1～2是为了唤醒旧知识，并经过推理证实反应有氢氧化钠产物生成，培养推理能力;设置问题3～4是为了让学生从实验的可变量（温度、O2、H2O2）出发，分析红色褪去的原因，并设计探究实验证实或证伪，培养学生的实验探究能力。】

环节四：设置认知冲突，发展关键能力。

【情境3】在讲台上展示两瓶溶液，标签上只标示浓度，沒有标明物质的化学式，其中一瓶浓度为0.6mol/L，另一瓶为0.3mol/L。这两瓶溶液一瓶为碳酸钠，另一瓶为碳酸氢钠，请大家提出鉴别这两种溶液的方法。

学生思考并提出如下方案：

学生1：分别测定两瓶溶液的PH，PH较大的是碳酸钠。

学生2：不可行，因为两瓶溶液的浓度不相同。

这时全班学生恍然大悟，明白需要控制变量使得两瓶溶液的浓度相同，这样比较才有意义。

教师：准确稀释溶液浓度，应该如何操作？

学生3：取25ml0.6mol/L溶液于50ml容量瓶中，然后加水稀释至50ml。

学生基于浓度相同情况下，继续提出如下实验方案：

方案1：分别测定浓度相同的两瓶溶液的pH值，pH值大的是碳酸钠。

方案2：各取5ml0.3mol/L待测溶液于试管中，分别加入5ml等浓度的稀盐酸，反应速率快的是碳酸氢钠。

方案3：各取5ml0.3mol/L待测溶液于试管中，分别加入几滴等浓度的氯化钙溶液，有白色沉淀生成的是碳酸钠。

针对每一种方案，老师都请一位学生到讲台前完成实验验证。方案1和2都证实了原来0.6mol/L溶液就是碳酸氢钠。导致方案3实验前已经有些学生迫不及待地预计原0.6mol/L待测溶液没有沉淀生成。实验后却发现两支试管都有白色沉淀生成，这时学生再次陷入认知冲突中。

问题1：碳酸氢钠溶液与氯化钙溶液反应得到的沉淀是碳酸钙吗？如果是，那么碳酸根来自哪里？

问题2：从沉淀溶解平衡角度思考，碳酸氢钠溶液与氯化钙溶液生成沉淀需要满足什么条件？

问题3：你能改进方案3，用氯化钙溶液也能鉴别碳酸钠和碳酸氢钠吗？

【设计意图：学生遇到认知冲突时，要能大胆假设，提出解决方案。在解决问题的过程中，使学生明白原有知识的使用需要满足一定条件才能成立。这既加深了学生对原有知识的理解，也培养了学生的批判性思维能力。】

环节五：创建开放性问题，发展关键能力。

【情境4】纯碱有广泛的用途，是化学工业中的基础物质。工业生产的纯碱中常含有少量的NaCl杂质。请设计合理的实验方案测定工业生产的纯碱的纯度。

学生提出的设计方案大多只是停留在原理的层面上，比如：

方案1：称量一定质量的样品后，加入过量的硝酸，再加入过量的硝酸银溶液，测定氯化银的质量。

方案2：称量一定质量的样品后，加入过量氯化钙溶液（或者氯化钡溶液），测定生成沉淀的质量。

方案3：称量一定质量的样品后，加入硫酸，测定生成二氧化碳的体积（或质量）。

问题1：从误差大小分析，方案1～2测定氯化银的质量、测定碳酸钙质量或测定氯化钡的质量，哪一种的误差更小，更符合要求。

问题2：针对方案3，请画出试验装置。若要测定二氧化碳的质量，如何保证装置内生成的二氧化碳完全被吸收。

【设计意图：开放性问题的答案不是唯一的，可以从多个角度思考问题，提出解决问题的办法，这样有利于提升学生思维的灵活度，发展学生的创新能力。】

三、教学反思

本节课按“情境—问题—能力”三条明暗线铺开进行教学，针对钠、过氧化钠、碳酸钠与碳酸氢钠的性质，通过创设情境、重组课本实验、设置认知冲突、创建开放性问题引出问题。学生进入高三前已经系统学习了元素周期律、化学平衡、水解平衡、盐类水解、沉淀溶解平衡等知识，因此学生能利用化学反应原理知识对问题进行思考，比如钠与饱和氢氧化钙溶液反应或钠与氯化铵溶液反应，可以利用沉淀溶解平衡、盐类水解平衡的知识解决。又如解释氯化钙和碳酸氢钠溶液反应有沉淀生成，可以利用Qc与Ksp相对大小进行解释。这样既能夯实基础，又能实现必修知识和选修知识的有效衔接。能力是素养的本质，是蕴含在实际问题解决中的。因此问题是形成能力的核心要素，尤其是深阶问题。如何有效设置深阶问题，笔者认为需要注意三点：

1.问题的广度：问题或问题的解决涉及的知识面越广，越容易帮助学生整合各个知识板块，提高一轮复习的有效性。

2.问题的梯度：最好的问题应该是能调动学生思考，学生“跳一跳”就能解决，同时解决问题的过程中又能诱发学生继续向问题的本质思考，生成新的問题，这样层层深推，实现深度思考。

3.问题的深度：有效的课堂实际就是深阶问题解决的课堂。什么是深阶问题？那些简单“对不对”“是不是”的提问对思维能力的启发没有意义，因此不利于能力的形成。那是不是越难的问题就会越有深度呢？显然不是。问题的提出首先要符合学生的实际情况，同时问题要能引发学生从化学反应原理角度思考问题，深挖知识本质以及内在关系。

课堂对多个问题的深入研究，可能会因为生成性问题或学生适应程度等导致课时紧张。但是教师不能因此而放弃课堂的探究氛围，不能因学生无法提出方案，就直接把答案告诉学生，这样无异于穿新鞋走老路，不利于关键能力的培养。教师应该从生产生活、科学发展史、课本实验、学生认知冲突等不断挖掘深阶问题情境，精心提出层层深入的思考问题，让学生在问题解决过程中发展和提升关键能力。

参考文献：

[1]杨季冬，王后雄.高中化学关键能力的内涵及构成要素研究[J].化学教学，2019（2）：3-6.

[2]曾国琼.基于“观念建构”的中学化学教与学策略研究：以“铜及其化合物”复习为例[J].中学化学教学参考，2018（1-2）：18-21.