基于学科育人价值的高中化学课堂教学的实践研究

摘" "要： “育人”是教育的本质要求和价值诉求。为充分发挥学科育人价值，落实“立德树人”根本任务，教师要积极转变教学观念，要从单纯关注化学学科知识教学转向关注学科育人价值，包括知识的获得、技能的提升以及情感、态度、价值观的形成。文章以高中化学鲁科版选择性必修1《化学反应原理》模块“化学反应的方向”为例，探索如何将学科育人价值融入到化学课堂教学当中，并对教学实践进行反思。

关键词：核心素养；学科育人价值；实践研究；化学反应方向

1" 主题价值分析

学科核心素养是学科育人价值的充分体现，学科育人价值的落脚点在于课堂。教师不仅要从化学的知识层面，还要从化学的情感层面、价值层面出发，帮助学生在实际问题探究与解决过程中实现对知识的深度学习与深度理解，进而提升自身的关键能力和必备品格[ 1 ]。将主题确定为“化学反应的方向”，主要基于该主题有以下的教学功能与育人价值：

（1）源于自然与生活。自然界和生活中存在很多与自发过程和自发反应相关的实际例子，这些例子有利于引发学生对“化学反应的方向”知识学习的兴趣与思考，并充分认识化学科学的社会价值。

（2）建立认知结构化。通过对具体化学反应的焓变、熵变的数据分析，引导学生从焓变、熵变及温度等综合视角判断化学反应的方向，建立“化学反应的方向”认知结构，实现从知识向素养的转化[ 2 ]。

（3）培养正确价值观。通过介绍科学家制备钛的百年艰辛历程及熵与环境、熵与社会、熵与生命等之间的关系，促使学生对化学可以改变世界、影响社会、服务人类等方面有更深层次的认知，培养学生的科学态度与社会责任的核心素养。

2" 学习目标

（1）能够分析自然界和生活中自发过程的原因，进而提出自发反应的特点。

（2）能运用化学反应原理对焓变、熵变等数据进行分析，建构起从焓变、熵变、温度等视角综合考虑化学反应方向的认知模型。

（3）能运用微粒观、转化观等学科观念分析反应中焓、熵的变化，提出焓变、熵变与化学反应方向的关系。

（4）能运用化学原理解决真实问题，感受到化学反应方向的研究对工农业生产的重要价值，充分认识化学与科学、技术、社会之间的相互关系。

3" 学习任务及教学流程

以“化学反应的方向”作为总任务，经学生讨论分解为三个子任务，以素养目标为导向，以任务驱动为主线，以项目活动为载体，在真实情境问题解决中促使学生深度学习，培养学生关键能力和社会责任（见图1）。

4" 教学实施过程

任务一：认识自发过程和自发反应。

[活动1] 情境引入。

[化学小实验] 将一杯200 mL的热水与一杯200 mL的冷水依次倒入一个500 mL的烧杯中。

[头脑小风暴] 混合后烧杯中是热水，还是冷水？如果把这杯水倒回原来杯子，还能变回一杯热水与一杯冷水吗？这就是著名的吉布斯之问。

设计意图：本环节从学生非常熟悉的生活现象入手，唤醒学生对生活现象关注与思考，体会到生活即化学、化学即生活，化学与生活息息相关。

[活动2] 感受自发过程。

[投影图片] 投影五张图片：泰宁世界地质公园——寨下大峡谷的三线瀑布及游客在爬状元岩、泰宁九举巷中岭下红飘出米酒的香味、苹果掉到牛顿的头上、红墨水滴到水中。

[问题] 为什么水往低处流、人往高处走，走进巷子老远就能闻到酒的香味？请联系生活实际，列举出其他自发过程的例子，并思考发生的可能原因。

[学生讨论回答] 从重力势能变化的角度分析瀑布和苹果掉落，然后从人的内心渴望积极向上的角度分析往高处走，最后从物质混乱的角度分析分子扩散原因。

[内化整理] 在一定条件下，不借助光、电等外部力量就能自动进行的过程称为自发过程，其特点是指体系趋向于从高能量状态转换为低能量状态或从有序状态转换为无序状态。

设计意图：本环节结合泰宁的著名自然景点及人文景观，引导学生从能量、目标及混乱度等视角进行解释自发过程产生的原因。

[活动3] 感受自发反应。

[播放视频]科学家从钛矿石中制备钛粉的艰辛历程，并介绍钛的用途。

[寻根溯源] 科学家设计的方案主要分两个阶段：TiO2（g） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g），TiCl4（l） + 2Mg（s） = Ti（s） + 2MgCl2（s）。由于第一阶段的反应不能发生，所以长时间无法成功制备钛粉。

[内化整理] 自发反应是指在一定的温度、压强等条件下，不需要外界持续提供帮助，一经引发就可以自动进行的反应。

设计意图：本环节提供真实的问题情境，激发学生解决问题的欲望，借助化学史的育人功能与价值，体会研究反应方向的重要性和科学发展的艰辛，深刻认识到化学对创造物质财富、满足人民美好生活需要的巨大贡献。

任务二：探究化学反应方向的判据。

[活动1] 探究化学反应方向与焓变的关系。

[演示实验] 氢气燃烧和电解水。

[小组讨论] 十九世纪，化学家从氢气燃烧等化学实验中得出这样一个结论：放热反应能自发进行，而吸热反应则不可以。你同意这种观点吗？请举例说明。

[分组实验] 往密封袋中依次加入一钥匙的NH4Cl晶体与Ba（OH）2·8H2O晶体，并放入一张湿润的红色石蕊试纸，然后将其密封好，用手摩擦密封袋，观察实验现象。

[内化整理] H2、CH4等可燃物燃烧、铁生锈、酸碱中和、活泼金属与水或与酸等反应均为放热反应（ΔHlt;0），均具有自发进行的倾向，但是焓变作为判据化学反应的方向不够全面，吸热反应也有能自发进行的。

设计意图：本环节通过对化学家关于“放热反应可以自发进行，吸热反应则不能自发进行”的论断进行思考、讨论，然后通过学生分组实验让学生对化学家的论断进行合理的评判，培养学生实事求是、严谨细致的科学态度，养成批判精神和创新意识的优秀品质。

[活动2] 探究化学反应方向与熵变的关系。

[思考] 观察氯化铵与氢氧化钡晶体反应的特点，判断是什么“推动”了这个吸热反应的进行？

[演示实验] 当将一瓶盛满空气的集气瓶口倒扣在盛满二氧化氮的集气瓶口上，抽开玻璃片；将一盒火柴洒落在讲台桌上。

[资料在线] 德国数学家、物理学家克劳修斯在热力学第二定律与“熵”等方面的卓越贡献。

[内化整理] 熵是描述体系的混乱程度，符号S；不同物质，熵值不同；同一物质，S（g） gt; S（l） gt; S（s）；物质的量越大，熵值越大；熵变ΔS = 生成物总熵 - 反应物总熵。

[小组讨论] 在能量变化不大时，是不是只有熵增反应自发进行？请举例说明。

[分组实验] 将一瓶盛满氯化氢的集气瓶口倒扣在盛满氨气的集气瓶口上，抽开玻璃片；将硝酸银溶液滴入盛有氯化钠溶液的试管中。

[内化整理] 碳酸钙与稀盐酸、碳酸氢钠受热分解等熵增反应（ΔS gt; 0）均具有自发进行的倾向，但是熵变作为判据化学反应的方向不够全面，熵减小的反应也有能自发进行的。

[知识应用] 钾的沸点比钠低，工业上选取的适宜温度能使K蒸汽分离出，此时钠为液体，这是一个熵增的反应，这也就是为什么钾比钠活泼，但是工业上用钠制取钾的原因。

[小组讨论] 熵增原理除了在生产中可以为我所用，那么在生活中，我们又该如何理解化学与生活，如何用熵增定律来理解人生？

[内化整理] 熵与环境：熵增就会导致环境乱，造成污染；熵与社会：熵增就是社会混乱。社会是一个系统，如果不对个体加以引导和规范（法律、法规），这个系统必将趋向于混乱；熵与生命：人体自身就是一个巨大的化学反应库，生命代谢离不开系列的生物化学反应，从一定程度来说，生命的意义就是在于具备抵抗自身熵增、减缓衰老的能力。

设计意图：本环节通过化学实验让学生明确熵变也是影响自发反应的一个关键要素，但是也和焓变一样不是唯一要素，培养学生善于发现、学会思考、敢于质疑的优秀品质；同时通过学生对熵与环境、熵与社会、熵与人生的讨论，让学生对熵的知识价值有更深的理解与感悟。

[活动3] 探究化学反应方向的综合判据。

[小魔术] 点“水”成冰。将粘有醋酸钠粉末的玻璃棒点到过饱和醋酸钠溶液中，观察溶液温度和状态的变化。

[猜想] 焓变和熵变对反应方向影响不一致时，如何判断是否能自发呢？是否说明还和外界因素有关？

[资料在线] 美国物理化学家、数学物理学家吉布斯与化学热力学、化学反应方向。

[拓展视野] 自主阅读教材中反应方向的吉布斯自由能判断。

[内化整理] 在等温、等压及除了体积功以外不做其他功的条件下，反应的方向可依据ΔG = ΔH - TΔS来判断，并将焓变、熵变及热力学温度与反应方向的关系在二维坐标体现。

设计意图：本环节通过小魔术的思考及视野拓展的学习，让学生对化学反应方向的判断建立知识模型，实现知识关联、认识思路及核心观念结构化，逐渐提升学生知识和思维结构化水平，发展学生的学科核心素养。

任务三：探究化学反应复合判据的应用。

[活动1] 探究如何选择合适的反应条件使非自发反应发生

[猜想] 科学家最初设想从钛矿石制取钛粉，经过两个重要反应，其中第一个反应为TiO2（g） + 2Cl2（g） = TiCl4（l） + O2（g），猜想一下为什么这个反应不能发生？

[学生讨论回答] 可能是该反应是一个焓增、熵减的反应，根本没有自发的可能。

[数据呈现] 该反应ΔH = +161.9" kJ·mol-1，ΔS= -38.4" J·mol-1·K-1。

[思考] 该反应的关键是在于焓增、熵减不利于自发的，那么我们如何通过改变获取创造条件呢，比如加入某种或某些物质使其变成焓减、熵增的反应呢？

[师生总结] 加入石墨后，综合反应为：TiO2（g） + 2Cl2（g） + 2C（s） = TiCl4（l） + 2CO（g），ΔH = -59.14 kJ·mol-1，ΔS = +146 J·mol-1·K-1 ，该反应在任何温度都能自发进行。

[活动2] 探究如何选择合适的反应条件使反应加快。

[资料卡片]工业上运用接触法制备三氧化硫：2SO2（g） + O2（g）2=SO3（g），常温常压下ΔH = -197 kJ·mol-1，ΔS = -187.95 J·mol-1·K-1 。

[思考]请判断工业法制备三氧化硫是否能够自发进行？若能自发进行，是不是意味着也能快速进行呢？如果不是，那该如何提高该反应速率呢？

[内化整理] 常温下能自发，但是实际反应速率很慢，工业上常用V2O5作催化剂及适当加热升温等方式加快反应速率。类似的例子还有用贵重金属装入净化器中可以有效地将汽车尾气中的污染物NO和CO同时除去。

[课堂升华] 化学反应有方向，同样人生亦如此，你觉得是选择的方向重要，还是努力更重要？

设计意图：本环节是本节知识的总结升华应用，引导学生通过选择合适的反应条件，让非自发反应变的可以自发进行或让自发反应能够加快进行，从而实现化学反应从“无”到“有”与“慢”到“快”的转变。同时，由化学反应方向迁移到人生方向的选择，让学生真正体会到化学理论指导生产实践和人生规划的多重价值。

5" 教学反思

（1）教师要正确认识学科育人价值的内涵

部分教师对学科育人价值存在认知上的不足，误以为学科育人价值等同于德育价值。德育价值只是学科育人价值的一个重要组成部分，是学科育人价值的子集，德育价值包含于学科育人价值。学科育人价值的真正内涵至少包括以下几个方面：一是让学生在知识中“站起来”，成为知识的主人；二是让学生在学习中“强起来”，具备独特学科能力；三是让学生在思维中“活起来”，让学习真正发生；四是让学生在习惯中“养起来”，形成终身学习的习惯。学科育人价值在一定程度来说就是培育学生具备认识世界及改造世界的独特视角和思维逻辑。

（2）教师要牢固树立学科育人价值的意识

人们在经过化学学科的系统学习之后，懂得从宏观和微观两个视角对物质的组成、结构、性质、转化及规律进行研究，化学为人们进一步认识世界和改造世界创造了必要条件，这充分体现了学科的教学价值。教师教学不只是为了让学生掌握化学学科知识，更是为了让学生在化学学习过程中能够深度理解化学学科观念、学科思想及学科方法等学科本质与价值，而学科本质与价值都一致性地指向了育人。教师要牢固树立学科育人价值的意识，在教学过程中，将学科育人完美地融入到学科教学的各个环节中，真正地落实立德树人的根本任务。

（3）教师要切实做好学科育人价值的开发

教师一旦对学科育人价值的内涵深度理解，牢固树立育人价值的意识之后，就可以借助深度学习以实现学科育人价值的开发与转化。深度学习有助于学生深刻把握学科本质及思想方法，实现学习由“宽而浅”向“少而深”的方向发展[ 3 ]。深度学习离不开真实情境的创设，真实情境是思维的源泉，是学科知识、关键能力及育人价值的重要载体，是教师教学方式和学生学习方式转变的关键素材[ 4 ]。真实问题情境要以有利于学科必备知识学习、关键能力和必备品格的培养等为目标导向，教师要将生产生活实际中真实情境转化为有深度、有价值、有意义的真实问题情境，并通过实验设计、查阅文献及交流研讨等学习活动中实现问题情境的解决，发展学生关键能力的同时，也让学生体会到化学学科的社会价值。

参考文献：

［1］ 张婷，徐惠.基于真实生活的化学主题式情境教学：以“高一氧化还原反应专题复习”为例[J].化学教学，2021（1）：66-71.

［2］ 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020：69-71.

［3］ 刘微.大概念教学：素养导向的单元整体设计[M].北京：教学科学出版社，2022：21-23.

［4］ 江合佩.走向真实情境的化学教学研究[M].福州：福建教育出版社，2020：29-32.