核心素养背景下化学课堂教学设计

干 丽,付 军

(湖北省黄冈中学 湖北 黄冈438000)

“核心素养”这一概念最早出现于2014年4月教育部印发的《关于全面深化课程改革 落实立德树人根本任务的意见》中[1]。化学学科核心素养作为学生核心素养的重要组成部分,是需要师生有意识培养的科学核心素养之一。“立德树人”明确反映出教师的职责发生了从教书到育人的转变,而对学生学科核心素养的培养就是化学学科育人价值的一个重要体现[2]。

价值取向在化学课堂教学中历经更迭,在经历知识取向、能力取向这两个阶段后,更要认准素养取向——坚持素养为本。发展“化学学科核心素养”的重中之重就是在化学教学过程中引导和培养学生的科学观念、启迪和发展学生的科学思维。本文以“硫及其化合物”为例,基于化学学科核心素养培育和发展的化学课堂教学设计,其目的不仅仅只是让学生记住某些科学事实,而以知识为载体,使学生在学习中领会蕴含在科学事实背后的科学思想和科学方法,提高学生发现问题及解决具体问题的学科能力。

1 “整体观”——基于主题整体教学设计

基于化学学科核心素养发展的课堂教学设计应围绕化学学科主题来确定其素养发展的价值。不能局限于“局部”进行“标签式”的所谓“素养为本”的教学设计,需要树立“整体观”。

首先需要确定合适的化学学科主题。只有具有统摄性的、能够统摄一类化学知识的化学学科核心概念或化学学科观念与思想才可被称之为化学学科主题[3]。高中化学课程标准采取的就是主题式呈现方式。基于化学学科主题进行化学教学设计,可以更好地体现化学核心概念的统摄作用,使学生的化学学习由相对分散的单个化学知识的“散点化”学习方式,转变为具有统摄性的化学学科核心概念或观念的“结构化”的学习方式。在学生的知识体系中建立化学学科基本概念、化学学科核心概念、化学学科大概念层层递进的知识结构,在此过程中可以更好地体现化学知识的功能化与素养化。教学设计过程中,通过对化学知识的素养发展价值及其所蕴含的学科思想观念的梳理、抽提和概括,确定化学学科的学习主题。

如“水解平衡”主题,它是对盐的类别、水解方程式、盐类水解的条件、盐类水解的影响因素、水解常数、盐类水解的应用等化学学科概念或其所具有的化学学科共同属性的反映,具有较强的统摄性。

然后针对主题内容进行分层化的进阶设计。如何把握化学课堂教学设计中的“整体观”? 这就需要从课时教学和主题教学两个方面去思考。既需要在设计课时教学内容时从化学学科主题的视角来进行“整体性”把握,又需要在确定主题教学内容时从高中化学内容的“整体结构”的视角进行分析。教师在进行课堂教学设计时需要把握好深度和广度进行分层化的进阶设计。

如“原子结构与性质”主题,是对“物质结构的探索是无止境”学科观念的反映。高中化学教材的设计将这一主题分为两部分呈现,教师在进行课堂教学设计时需要把握好深度和广度进行分层化的进阶设计(图1)。

图1 “原子结构与性质”主题分层化进阶设计

最后是设计主题素养发展的实施方法。在制定化学学科主题时已将属性关联度相对较大的化学知识或化学观念归纳到同一个化学学科主题中,所以化学学科主题都具有相对好的完整性。而化学学科主题的完整性又能进一步地帮助学生在主题单元学习时,建立起由基本概念、核心概念、学科大概念共同构成的相对完整的学科知识体系。故而,在全面发展学生的核心素养时,教师可以将化学学科主题视作基本的结构单元,并善于利用这些基本结构单元进行课堂教学的整体性设计。

例如,在进行“典型金属及其化合物的性质”这一主题的教学时,可选S 和Cl作为典型非金属[4]。学生既可学会基于“元素价态”和“物质类别”两个常见视角对S、Cl等非金属及其化合物进行“宏观辨识”的一般研究思路和方法；通过对一般规律的梳理、归纳和总结,构建出价-类二维图,促进学生“证据推理与模型认知”能力提升；又能通过S、Cl以及其相关化合物在环境保护、工业生产、农业发展以及日常生活中的绿色应用,进一步体会到化学这一自然学科的学科价值所在,增强学生们学好化学,造福人类和社会的责任感(表1)。

表1 “典型非金属及其化合物的性质” 主题的素养发展价值体现

2 “任务化”——基于学习任务的课时教学设计

学生化学学科核心素养的发展是一个缓慢的、长期的、持续的过程,在实际教学过程中是通过一节又一节小单元化的、具体的化学课时落实。由此可知,要培养学生化学学科核心素养,就必须重视课时教学设计。

2.1 教学结构 “模块化”

一节化学可看成一个系统,它是浑然一体的,应作为一个整体去看待,即以“整体观”来进行研究[5],从整体上观察和研究系统,就存在看待系统的多个不同角度。如果是从观察者与系统的相对位置来进行分类的话,可将其分为外部视角和内部视角两种。通过对这两种视角的交叉解读和分析,能够更加全面、正确地认识“化学课堂”这个系统。

外部视角,即观察者站在化学课的外部分析评价一节化学课,会发现任何化学课都是由“教”与“学”两个子系统构成的。其中“学”的系统是主体,“教”的系统是主导,“教”是为“学”服务的；学生、教师、教学内容和教学手段共同构成了“化学课”这个系统,它们是课堂的基本构成要素,这些要素之间相互作用、相互联系最终达到平衡与统一,这就构成了系统。

内部视角,即观察者深入化学课的内部去分析评价一节化学课。化学课堂的教学模块是一节化学课的基本构造单元,各个基本构造单元有机地作用在一起,就能构成了一节化学课堂的整体；模块作为化学课的基本构造单元,自身本就是一个综合整体；各个构造单元之间有着有相对清晰的“边界”,可以理解为它们既是相对独立的,又是浑然一体的[6]。

在课程设计的过程中充分发挥出化学课模块化设计的素养功能,是实施“素养为本”化学课堂教学设计首先要解决的问题。化学课堂教学模块素养化功能的设计既需要明确每一个模块即基本构造单元的素养功能定位,又需要明确模块所连接的素养功能定位。化学课堂教学模块连接方式的设计既要符合教师的教学逻辑又要符合学生的认知逻辑,另外还需要兼顾化学学科的学科逻辑[7]。

例如,化学课“二氧化硫”可设计三个模块:

【模块1】感受二氧化硫的存在——观看卡瓦伊真火山的视频资料,观察装有二氧化硫的集气瓶,初步了解二氧化硫的部分性质。

【模块2】探究二氧化硫的性质——设计实验方案,从化合价与物质类别两个角度加以分析。

【模块3】体会二氧化硫的价值并分析二氧化硫的治理——了解二氧化硫的在生产生活中的作用；通过对硫元素在自然界中循环的学习,结合二氧化硫的性质,提出防止和治理酸雨的方法。

在“二氧化硫”这节课的课程设计中可以看到,模块1的素养功能的定位是“宏观辨识”,从生活现象入手；模块2则在进行科学探究,分析二氧化硫性质的内在原因,从“宏观辨识”进入“微观探析”；模块3则是基于社会应用,体现“科学精神与社会责任”的素养功能定位,赞赏化学对社会发展的重大贡献,培养学生可持续发展的观念和绿色化学的思想,揭示化学学习更高层次的价值追求(图2)。

图2 三个模块设计的内在逻辑关系与素养功能定位

从模块连接情况分析,很明显可以看到三个模块采取了递进式的连接方式,“现象一本质一应用”。从生活现象到化学本质再到社会问题,符合学生认知逻辑；也体现了“从生活走进化学,从化学走向社会”的化学理念,符合教学逻辑；从“宏观辨识”深入“微观探析”,从现象到本质,也反映了化学这一自然学科的学科逻辑,呈现出了化学学科的宏微结合的思维特点。

2.2 教学目标 “素养化”

“学业要求”和“学业质量标准”是确定化学课时教学目标的两个重要依据[8]。在制定课时教学目标时,首先应明确化学学科核心素养的内涵及其发展水平,后将其与课程目标、课程内容及学业质量要求有机地整合在一起,最后再结合学生的学情,对一节化学课进行整体规划和设计[9],协调设计恰当的模块结构、学习任务以及对学生学习活动的安排。

例如,对“硫及其化合物”课时教学目标的设计,可从以下方面展开:

(1)了解二氧化硫的物理性质；掌握硫与氧气的反应；二氧化硫与水的反应；二氧化硫的还原性和漂白性。

(2)通过自然现象观察、实验探究、结论分析、归纳迁移来学习二氧化硫的水溶性、强还原性、弱氧化性及漂白性等,学生体验到科学探究的一般过程和化学学科的科学思维方法,提高学生分析问题、解决问题的能力。

(3)通过了解人类活动对硫在自然界循环的影响,树立人和自然共同生存、共同发展、和谐与共的生态文明观念。

(4)通过硫及其化合物的学习,认识事物的两面性,正确地认识化学的学科价值,树立绿色化学和可持续发展的观念。

2.3 教学情境 “真实化”

学生化学学科核心素养形成和发展的重要载体和平台就是真实、具体的问题情境[10]。将化学学习任务放入一个个具体而真实的学习情境,能更好地激发学生的学习热情和学习兴趣。根据化学学习情境对于培养学生核心素养的方向上的差异,可以将化学学习情境可分两大类。其中一类情境的设置是为了帮助学生构建化学学科的核心概念和化学学科的基本观念,可称之为构建性学习情境；另一类情境的设置则是为了协助学生学以致用,让学生可以运用所建构的化学核心概念和学科基本观念去解决生产、生活中的实际问题,可称之为迁移性学习情境。

化学学习情境在创设时还应考虑到化学学习情境最基本的功能——“激疑”与“激思”,注意引发学生产生各种疑惑,甚至使学生出现“认知冲突”,刺激学生对问题的思索。

例如,“硫及其化合物”相关知识教学时,结合视频和图片信息,设计引导学生思考:为什么卡瓦伊真火山的熔岩是“蓝色的”? 明显“蓝色的熔岩”与学生对“熔岩”的认知有一定偏差,能给学生带来更多地的探究欲望和求知意识,以兴趣为导师,能降低学生的学习难度。

任何化学概念的构建都是有其真实的情境,任何化学知识的社会价值也只有在情境中才能更具体地体现出来。构建性化学学习情境的设计可以尝试将化学核心概念的构建与化学核心概念的发展过程联系起来。通过对化学核心概念过程的学习与分析,学生更容易从学科本原上把握住化学核心概念的发展所蕴含的学科思想和学科观念。迁移性化学学习情境的设计则需要关注真实的STSE问题。在科学、技术、社会和环境问题的解决过程中化学核心概念的应用与作用能得到充分的体现,从而学生能从学科价值的层面上理解化学科学的社会功能和社会责任[11]。

例如,“硫及其化合物”的教学中,教师可以提供有关“硫在自然界的循环过程、二氧化硫对生态环境的影响”等相关图片、文字、视频素材,促使学生产生利用化学相关知识和方法解决环境问题的欲望；引发对于预防和治理二氧化硫排放带来的环境问题的思考。如何减少SO2的生成量? 如何降低SO2的排放量? 如何治理被酸化的土壤和水体? ……使学生能有意识地运用所学知识并寻求相关资料与证据,参与各类社会性科学议题的相关分析与讨论。比如,酸雨防治问题、食品安全问题、水体的防护与治理问题等。由此即可突出体现硫元素所特有的STSE 角度的教育价值,也会使学生认识到化学科学知识与科学态度和社会责任之间存在的必然的联系,只有学好和用好元素化合物知识才能更好地尽到社会责任。

2.4 教学内容 “任务化”

模块既是一个整体,又是一个系统。化学课堂教学模块作为一节化学课的结构单元,是一个相对完整的过程。由学习情境引入、学习任务引导、学习活动设计、学习活动实施和学习评价等多个要素构成。其中“学习任务引导”是核心要素,对于模块素养功能的发挥具有决定性作用。在具体的化学课堂教学中,学习任务引导着学生对化学内容的学习,学习内容以学习任务的方式呈现出来。

【师】:现在请你设计实验——SO2在水溶液中能转变成硫酸吗? 你准备怎么做?

【师】:先讲述思路,然后再实际操作。

【生】:用一支试管取少量(约2m L)SO2水溶液,加入氯化钡溶液,不断振荡,然后加入盐酸。

从案例可以看出,“SO2与硫酸的转化”是学生的学习内容,教师教学设计时将这一学习内容以让学生完成“设计实验:SO2在水溶液中能转变成硫酸吗?”这一任务的形式呈现出来。学习任务可看成是在教学过程中,教师和学生为实现某个化学教学目标、落实某个化学教学内容,而合作完成的一个化学学习课题。学习任务比学习内容的可操作性更强。学习任务可以使相对孤立、抽象的学习内容变得更加真实而富有情境性,从而对学生的学习兴趣更富有激发性,对学生的思考有着更加的优异的激励和驱动作用。针对相同的学习内容,可以设计不同的具有教师和学生个性的学习任务。

在设计学习任务时需要明确“做什么”和“怎么做”,即内容要素和方法要素。两者分别表征学习任务的内容和学习任务的完成途径或方法。对于同一教学内容其内容要素必须是一致的,而其方法要素由于课堂教学的价值取向、学生能力、教师教学理念与水平、教学的硬件资源的不同而呈现出不同程度的差异性,从而导致了教学内容一致而教学任务不同的情况出现。故任务设计前需明确化学学习内容的素养功能定位,才能选择合适的方法要素。

2.5 教学活动 “多样化”

化学课时学习任务只是提纲挈领式的、方向性的指导,学习任务的完成需要有一个更为具体的操作过程——化学学习活动。在教师的引导和组织下,学生为完成某一化学学习任务而采取的一系列学习步骤,这个过程即可称为化学学习活动。因此,化学学习活动是实现化学学习任务的重要且有效的途径。在实现化学教学目标的过程中需保证化学学习活动与化学教学活动两者的有机结合,这是落实化学学习任务、促进学生化学学科核心素养的发展的必要方法。

例如,学生为完成“为什么因降雨而形成的火山湖呈强酸性?”这一化学学习任务,先小组讨论分析出火山周围大气中含有较多的二氧化硫,然后进行了相关的实验探究活动:

实验探究一:SO2的水溶液是酸性的吗? 用无针头的注射器向盛有SO2的矿泉水瓶中加入约15m L水,立即盖紧瓶盖,上下振荡。用一支试管取少量矿泉水瓶中的SO2水溶液,滴入2～3滴紫色石蕊试液,观察溶液颜色的变化。

实验探究二:SO2在水溶液中能转变成硫酸吗? 用一支试管取少量矿泉水瓶中的SO2水溶液,加入氯化钡溶液,不断振荡,然后加入盐酸。

针对学生分组探讨现象出现的可能原因,设计实验方案,进行实验探究,详细而准确地记录实验现象,得出实验结论,并对实验结论进行分析和解释。总结分析二氧化硫转变为硫酸的可能途径。在完成这一学习任务的过程中,学生采取分析推测、实验设计、实验操作、实验记录、结论分析、归纳总结等多种行为,并按照实验探究的思路与方法,将这一系列行为有序地组织在一起。因此,学生在学习活动中的“一系列步骤”可以理解为学生的“一系列的学习行为”。

学生可以在化学学习活动中形成和发展化学学科核心素养,学生的化学学科核心素养又可以在化学学习活动中呈现出来。由此可见,对化学学习活动进行素养化功能设计在化学课堂教学设计中占据着重要的地位。

在“硫及其化合物”的教学设计中,根据课程标准显示——“能从物质种类和元素价态两个视角去分析硫及其化合物之间的相互转化关系”是这一单元主题教学的重要目标之一。在依据教学目标明确化学学习活动的素养功能定位后,为达成教学目标,教师可设计合适的教学任务,引导小组展开组内交流讨论(教学活动),运用实验设计、分析比较、实验验证、实验评价、方案选择等方法(学习活动),从原料成本、反应条件、绿色环保等多个角度分析思考,最终遴选出硫及硫的化合物之间的最佳转化路径。在此过程中,学生开展了分析、评价、选择等科学思维活动,使学生的“证据推理与模型认知”的科学素养得到提升与发展。

教学活动过程中伴随着科学思维活动的培养,两者的多样性和协调性可以使“素养为本”化学课堂教学的有效性得到较大幅度的提升。

2.6 教学评价 “具体化”

具有系统的和自觉的课时评价通常可以分为形成性评价与诊断性评价两种,而非系统或不自觉的课时评价则会贯穿一节课的始终。诊断性评价在课时教学设计之初就应该具体化、明确化。教师根据课时的教学目标,具有目的性设计出观察、提问、测试等多种方式,以便系统地收集到学生在学习过程中认知行为上的变化信息和相关证据,从而能对学生的知识水平做出更为准确的价值判断。

如在“硫与二氧化硫”的课时教学设计中可制定相应的评价目标。

(1)分组进行实验探究——探究二氧化硫的漂白性,然后汇报实验现象和结论。

(2)课时教学结束前请学生从化合价、物质类别和物质特性三个维度对课程内容进行归纳与总结。

评价应该具体化——学生实验操作正确,能准确描述实验现象,结论正确,老师评价为满意；学生实验思路清晰、表达清楚、流畅,老师评价可加分。在对学生的学习情况做出判断和评价的同时,也能使学生体会从分类观、氧化还原(转化观)及物质特性三个维度学习物质性质的方法。

在课堂教学设计中应高度重视有利于化学学科核心素养发展的功能性设计,采取有效的化学教学设计与实施策略,引导学生积极主动地参与化学高阶思维活动,在高水平建构化学知识的同时,促进学生们化学高阶思维能力和化学学科核心素养的有效发展。