指向学生创新素养培育的高中化学情境式教学设计和应用

王磊

（山东省淄博第四中学，山东淄博 255100）

在发展学生创新素养为化学课程的重要指标理论下，教师对学生创新素养的培养，具有跨课时、跨学期的特点。高中化学情境式教学设计，旨在打破教学陈旧落后、侧重记忆的传统模式，强调和突出学生的手脑并用，促使学生汲取和学习丰富完整的理论知识，结合展开实验的方法，正确处理系统性学习情境中的内在关系，高效衔接以学科核心素养为教学目标的情境式教学，提炼和筛选化学教学中的创新素养目标，有目标性、针对性地提升学生创新能力和综合素养。

一、教学主题内容及教学现状

本文基于高中化学中的创新素养视角，设计以实验为主的情境式教学活动，根据学生的学习情况，教师引导其解读化学理论的规律及特征，改进和创新实验设计，综合分析实验结果，全面培育并将学科素养落到实处；还要把握教学实际，切实提高学生的创新思维和创造能力。高中化学有较高的逻辑性和抽象性，既有宏观辨识的理论知识体系，又有微观的推理演变和模型构建，还与科学探究、创新理念、创新精神等密不可分。高中化学中有大量实验，是培养学生创新素养的有机载体，为学生整个化学学习奠定基础。

情境式教学贯穿初高中，其知识点是重点考查内容，与人们的生产生活紧密相关，具有高度的教学价值和育人价值。文献资料表明，情境式教学可运用于数据分析和实验探究，帮助学生形成和构建物质变化观，教师也可从其他教学角度展开对化学学科核心素养的阐述。笔者根据高中化学人教版教材《化学反应原理》（选择性必修1），基于其中的创新素养，创设具体的情境式教学活动，例如，化学史料、实验设计等，采取小组合作、自主探索、定性与定量结合等教学方法，编制出以问题链、环节、探究等情境，充分运用化学史料为理论支撑，借鉴基本教学观念及方法，积极探究学生在整个情境式教学设计中的创新素养发展。

二、学生创新素养理念下的情境式教学

新课标下，应重视对学生创新素养的教学，这是高中化学重要的教学目标之一，提倡坚持学生为主体性地位的原则下，创设真实问题的教学情境，实时注重对教学内容的结构化设计。经过合理处理化学核心素养、课堂教学目标及考试目标三者之间的关系（图1）。基于创新素养下的《化学反应原理》，创建情境式化学课程，具有高度的知识指向性，引发学生的思维活动，对此教师应围绕学生创建具有教学价值的真实情境，以真实情境为教学活动的切入点，才能有目标性和针对性地提升及培育学生的化学学科素养，将其中的创新素养稳扎稳打，逐步促进学生综合学习能力及素质提升[1]。

图1 化学核心素养、课堂教学目标及考试目标的关系

（一）创设情境式教学的初期教学，稳步推进教学全过程的情境构建

情境式教学应贯穿化学教学全过程，初期教学中创建良好的开关，这是展开后续教学环节的基础和前提；初期教学前情境教学的铺垫，既要生动有趣，又要能激发学生学习欲望，使其保持持久的动力。在整个教学过程中，还应创建常见知识探究的教学情境，增强学生的自主探索和小组合作意识。例如，情境式教学中的演示实验，教师向学生讲解一些事实性知识，包括化学概念、元素化学物等，学生在实验中，对化学概念进行高度的概括、总结及归纳。

问题情境在情境式教学中应用广泛，教师应明确情境式教学除指导学生动手做实验外，还应有效衔接各种问题，发掘实验背后的价值，使实验知识转化为素质，对此情境式全过程教学中教师需重点把握情境素材的构成要素（图2）。一般来说，问题情境包括回忆型、比较型、论证型等，在某一化学实验中，应灵活运用一种或多种方式，提升递进的教学成果。比如，关于化学元素钠的实验，教师可事先向学生集中展示钠元素的物理性质和化学性质，以此展开师生共同的探究实验，也可以创设问题情境，教师采取问题导向引入教学的方法，充分发挥学生的主观能动性，根据学生自主性探究情况，有效实施针对性教学及分层教学[2]。

图2 情境素材的构成要素

（二）创建深化知识小结及反思的情境，配备高效衔接课内外的生活情境

教师结合化学教学全过程，应以学生主体性地位为基础，自身对知识小结及反思的情境创建，以此促进学生对知识的巩固，采取有效的梳理和整合，不仅使学生了解和掌握本节课的重点知识及知识实质，还侧重对教学活动的体验及感悟。除了对课堂知识的巩固，还应灵活运用到生活实践中，如何将课堂教学中丰富学生的认知经验转化为生活能力，需要教师高效衔接课内外的生活场景，为学生创建思考、探索及实践的教学情况，给予充足的手脑并用的时间，以此增强学生的思维能力，切实培育及训练学生的创新素养。

“影响化学反应速率的因素”这节课根据哈伯发现合成氨工艺的发现史引入教学活动，已知合成氨的前提条件，调动学生的学习兴趣，深入展开对影响化学反应速率的因素分析全程；教师结合学生的学习交流情况，循序渐进地提出问题，设计问题导向的教学情境，将课堂充分让位于学生，积极发挥学生主观能动性，丰富“学中做、做中学”的教学活动，使学生获取探究性学习的体验及快乐，随机将学生分成若干小组，加强自主性学习和交流活动，满足学生的个性化及均衡发展。在教学活动中，教师要给予学生合理性和针对性引导，鼓励学生运用表格工具，整理自己掌握的知识点。此外，教师还要根据教学目标及任务，创设师生共同反思的教学情景，运用宏观与微观结合方式，切实发展学生创新素养[3]。

三、教学目标及教学任务设计

首先，运用实验探究方法，观察反应物的浓度变化，着重分析对化学反应速率的影响。

其次，通过情境式教学，使学生掌握和了解外界环境（温度、浓度、催化剂及压强）等指标对化学反应速率的影响，总结分析影响规律及特征，构建相应的认知理论模型，形成系统的理论知识架构。

最后，师生共同开展以研究化学反应速率为主的实验活动，在实验过程中逐渐选取和优化化学反应条件，引领学生边学习、边操作、边实验，增强学生的创新意识和学习水平。

四、情境式教学案例分析

【引入新课】自2000 年以来，各国农业发展态势迅猛，对氮肥的需求量日益加剧，为进一步增加农作物高产高量，许多专家及学者将研究重点放在将游离态的氮朝着化合态的氮演变及发展。德国著名化学家哈伯潜心研究，打造出一套有关合成氮的生产工艺。

【PPT】运用多媒体技术教师展示合成氮的生产工艺，向学生直观展开该工艺处理及解决粮食供不应求的问题，缓和了与地球上有限的耕地资源之间的矛盾。

【教师】请同学们根据课件中合成氮的化学方程式，分析这个化学反应的必要条件，试想一下若是在低温低压（有催化剂）的情况下，是否还能产生化学反应，并解释其中的缘由。

【学生】低温低压状态下，有无催化剂，合成氮均会产生化学反应，整个化学反应的过程十分缓慢。

【教师】不错。如果需要调整化学反应的速率，需要具备哪些条件？如何控制这些条件？才能推进化学反应的正常生成，这是需要师生一同重点解决的内容。例如，合成氮之所以具有较高的生产效率，是因为高温高压且有催化剂的前提和基础。联系我们的生活场景，面包中的小包除氧剂、煤粉、汽车加大油门等现象，都是采取控制条件的方法，来提高或降低反应速率的。下面，我们共同研究影响化学反应速率的因素，请看以下化学反应产生的条件（图1）（达到衔接新旧知识关联性的目的）。

图1 化学反应产生的条件

【教师】化学分子需要满足合适的取向后产生化学反应，这个化学反应过程中，其速率高低，在微观层面讲与有效碰撞的频率有关，值得注意的是，有效碰撞离不开活化分子，对此可采取调整单位体积内的活化分子数以及百分数，以此来保障化学反应速率。下面我们一起进行以下两种实验，经过边操作、边观察，来发现化学反应速率的高低。

【实验一】取三支试管（清洁后）均添加HCI 溶液（5mL 1mol/L），每支分别放入规格统一的Mg条、Fe片、Cu 片，观察实验现象后，总结结论（表1）。

表1 实验一现象及结论

【教师】请同学们自由发表下你所观察到的实验现象吧。

【学生】三支试管中，铜与盐酸无反应，铁与盐酸反应速率低，镁与盐酸反应速率高。

【教师】能够得出审什么结论？

【学生】反应物与化学反应速率有着直接关系，反应物各异，化学反应速率自然有快慢。

【教师】不错，这是反应物自身属性（内因）。

【实验二】取两支试管（洁净后），先后加入高锰酸钾性溶液（2 滴浓度为0.01mol/L），一支加入草酸溶液（4mL 1mol/L 的H2C2O4），认知观察实验现象，表明溶液产生褪色现象的时间，另加入草酸溶液（4mL 2mol/L 的H2C2O4），具体操作如下，总结结论（见表2）。

表2 实验二现象及结论

【教师】这个实验中，大家又看到怎样的现象，说出你的看法。

【学生】草酸溶液和高锰酸钾溶液的混合中，草酸溶液浓度小，褪色反应慢。

【教师】进而得出的结论如何？

【学生】改变反应物浓度的方法，可改变化学反应速率，浓度大，化学反应速率快，反之则慢。

【教师】以上是微观角度对化学反应速率与浓度的关系，下面我们继续研究温度这一指标，生活中储存食物离不开冰箱，不仅使食物保鲜，还降低或延缓食物腐烂时间。这样看来，温度越高，化学反应速率越高，反之则越低，哪位同学可以阐述下原因？

【学生】温度越低，分子能量越低，活化分子数越少，化学反应速率越低，相反则越高。

【教师】非常棒，那又如何从微观层面来分析压强呢？压强只产生于有气体参加的化学反应。根据合成氮的化学方程式：“N2+3H2⇌2NH3”，请各小组自由讨论。

【讨论】恒容条件下，将适量He 气充入容器内，产生怎样的化学反应？恒压条件下，将适量He 气冲入容器内，又会产生怎样的化学反应？

【师生总结】恒容条件下，充入He 气，压强、反应物浓度、反应速率呈上升趋势；充入其他气体（惰性），只有压强增大，体积、反应物浓度和反应速率无变化。恒压条件下，充入其他气体（惰性），体积增大，而反应物浓度和反应速率则降低。

【讨论】集中讨论生活案例，例如，食物存放在冰箱、汽车加大油门、面包内放入除氧剂等。

【教师总结】我们应结合实际情况，合理分析影响化学反应速率的因素，例如，光照、溶剂等，这样才能使事物朝着良好的方向发展。

五、教学反思

（一）与情境式教学相关的化学素养的概念和构成模型

基于化学学科的创新素养，情境式教学发挥着重要作用，教师应不断提升自身专业能力素质，围绕学生主体性地位，高度概括和归纳相关化学素养的概念，积极发挥学生主观能动性，构建认知模型[4]。例如，本课设计前，需要充分查阅资料，深入学习一些专家及学者提出的关于创新素养发展的文章，按照理论模型提出对食品添加剂的认知——实践模型。经过采取调查问卷的方式，绝大多数教师充分认知到情境式教学的重要性，为提升学生的创新素养，应深化学习及生活领域联系。

（二）关注学生创新素养构建过程及特点，强调长期积累过程

针对高中化学学生创新素养的培育，并非两三天内就能完成，这是一个长期积累的过程。教师应深度剖析学生创新素养的形成及特点，根据其学习情况，了解学生的兴趣爱好及心理特点，运用情境式教学为学生搭建学习平台，教学全程中贯彻“化学史导入——设置问题情境——创设实验方案——师生共同实验——讨论及总结实验”的路线，逐渐拓展和扩充教学内容的深度及广度。此外，教学中还要以生活场景为立足点和落脚点，寻找情境式教学与生活的融合契机，有效实施创新素养教学，结合教学实际情况，作出相应的调整和改变，注重问题情境的创设，优化教学内容的系统结构，发掘学科本质及内涵，以此达到事半功倍的教学效果[5]。