素养为本的元素化合物教学设计与实践

随着《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）的正式颁布实施，标志着高中化学课程进入新的一轮改革，开启了以学生发展核心素养为目标的实践探索。“素养为本”的课堂教学对于促进学生学科能力的提升以及素养的发展起着至关重要的作用，《课程标准》倡导开展“素养为本”的课堂教学。对于广大一线教师而言，如何开展“素养为本”的高中化学课堂教学，如何科学合理地完成环节的设计与实施成为当下热点议题和关注焦点。围绕发展学生的学科核心素养问题，如何在一线教学中开展“素养为本”的教学实施就显得十分重要且必要。一、素养为本的教学设计《课程标准》提出化学教师在教学与评价中应紧紧围绕“发展学生化学学科核心素养”这一主旨，优化教学过程，有效提高教学质量，发展素质教育，落实立德树人根本任务。课堂教学是学生学科核心素养培育的主渠道。教师开展“素养为本”的学科教学活动，不仅要关注教学实施情境的可接受性，对情境素材进行合理加工；更应该重视教学内容的结构化设计，遵守知识生成的逻辑脉络，吻合学生发展认知规律，创造性利用和开放教材，创设真实而富有价值的问题活动，引导学生从问题解决和活动达成中寻找发现证据，逐步解决问题最终达成预订目标。“素养为本”的教学是以真实的情境为载体，以实验探究为手段，以内容的结构化为框架，并倡导基于学业质量标准评价学生学科核心素养的达成情况，从而达到“教、学、评”一体化的目的。倡导真实问题情境、重视实验探究活动的“素养为本”的教学设计已成为当前课程改革的大浪潮。本文以鲁科版普通高中教科书《化学》（必修第一册）（以下简称“必修1”）模块的元素化合物教学设计为例，尝试从认知模型建构、实验探究和生活等层面切入，探讨教学实施中如何建构知识模型、提升认知规律，聚焦化学学科素养的培育的有效教学。二、基于化学学科素养的高中元素教学实例设计元素化合物知识是中学化学的重要组成部分。新教材中对元素化合物知识的呈现形式与以往有所不同，将相关的生产生活等知识渗透其中，同时也蕴含了许多原理。许多学生在学习过程中存在不知所措且无从下手的困惑。主要表现在：一是知识相对分散，知识体系不系统，学生学习不到位。二是知识应用情境新，知识呈现角度多，关联丰富，学生把握不准确。三是知识视野拓展广，知识迁移层次深，学生学习不清晰。学生总是感觉元素化合物相关知识点多、内容繁杂、容易混淆，始终是困扰高中化学学习的难点。基于核心素养培育的视域下，元素化合物教学如何设计更合理有效呢？1.以元素价类二维图的建构为线索，聚焦“证据推理与模型认识”。“模型认知”素养是培养学生关键能力的一种重要方法，也是学生掌握化学基本理论和原理以及分析解决实际问题能力的重要手段。考试大纲对模型划分为三个层次：认识模型、应用模型和建构模型，其中层次最高也是学生需求最迫切的就是建构模型。建构模型作为有效学习元素化合物知识的一种重要的研究方法，是学生学习中最应该发掘的工具和方法。基于此，在元素化合物学习过程中引导学生建构模型，能切实有效地帮助学生建立结构化的知识体系，形成逻辑清晰的框架，有利于学科核心素养的培育。笔者在“必修1”中“氮的循环”教学时，设计了如下活动任务，引导学生动起来，动手、动脑、动笔建构氮元素的元素价类二维图。具体为：[情境导入]氮元素在自然界广泛分布，是如何循环的？[探究活动1]任务1：将氮的循环图中重要的含氮物质找出，并标出N元素的化合价。任务2：以物质类别为横坐标，元素化合价为纵坐标，将各物质填入坐标图中。[探究活动2]任务1：建构含相同价态氮元素物质间的相互转化网络。任务2：建构含不同价态氮元素物质间的相互转化网络。[归纳总结]用价类二维图对氮元素及其化合价进行归类，总结研究元素化合物的一般思路。设计意图：以氮元素在自然界循环为素材，对循环中涉及的物质进行建构——氮元素的价类二维图，引导学生从物质类别和元素价态的两个角度去梳理，尝试将物质转化在二维图中呈现。在建构的过程中，学生逐步理顺并明确元素化合物的认识思路——价类二维，构建单质——氧化物——含氧酸——含氧酸盐的物质转化主线，从而培养学生形成元素观、转化观和价态观等化学学科核心观念，突显“模型认知”在元素化合物认识的重要意义。2.以探究实验的设计为线索，关注“科学探究与创新意识”。化学作为一门自然科学，实验在化学学科的形成与发展中起着至关重要的作用。化学实验是高中化学的重要组成部分，同时也是学生学习化学知识的重要过程。从化学学科核心素养培养的角度看，学生应掌握基本化学实验操作方法和化学实验设计的基本思想。化学实验对于激发学生兴趣，培养学生思维、掌握科学方法，养成学科观念有着极为重要的作用。选取“必修1”中“氯水的制备及其成分的探究”，借助针筒、红布条、花瓣等简单易得的器具，围绕氯水的用途、制备、成分探究三个环节展开设计，通过创设“氯水有什么用途，如何制备以及保存，氯水中存在的微粒有哪些，如何通过实验证明所存在的微粒”等一系列问题，引导学生展开实验探究，在不断发现问题、解决问题的过程中，感受科学探究的一般流程；同时在问题导向、任务驱动的实验探究过程中寻找证据，发掘证据链实现对“证据推理”素养的强化，从而逐步构建起探究元素化合物的一般思路与方法。在氯水成分探究的实验过程中，学生通过实验现象的观察与相应现象的解释，发展“宏观辨识与微观探析”素养。（1）用针筒吸取3mL氯水于试管中，再将一小片表面已打磨过的镁条投入试管中。氯水成分的探究氯气能溶于水，氯气与水会发生反应吗？如何设计实验验证氯水中存在的微粒？（2）用针筒吸取3mL氯水于试管中，加入硝酸酸化的AgNO3。（3）用针筒吸取氯水并滴少量氯水在红色石蕊试纸上，观察现象。（4）用针筒吸取3mL氯水，滴在淀粉KI试纸上，观察现象。引导学生关注实验现象的观察，注重实验操作规范，树立安全意识，养成良好的实验探究素养。培养学生获取证据的能力，引导学生从宏观和微观两个视角去分析问题，促使学生在提出、思考和解决问题的过程中学习，落实核心素养的培育。设计意图：充分利用实验并合理改良实验装置，激发学生的探索欲望，发挥化学实验在教学中的独特功能。通过引导学生观察现象、思考分析，培养学生对实验现象提出合理、科学的解释的能力，启迪学生思考，使实验真正成为学生学习化学的重要的工具。3.以生活中的化学为线索，渗透“科学态度与社会责任”。化学是一门与生命科学、环境科学、材料科学密切相关的学科，也是极具创造力、极具应用价值的中心学科，通过化工生产为人类社会提供了丰富的、繁多的、重要的物质，在促进人类文明进步的发展中发挥着重要的作用。可以毫不夸张地说，人们的日常生活离不开化学，化学与人类社会息息相关，尤其是众多化合物在日常生活中起着极为重要的作用。围绕发生在学生身边的一些不起眼的现象，针对性创设出有层次、有梯度、有价值的问题，引领学生运用所学知识进行合理而科学的解释，逐步建立起化学学科与生活的紧密联系，体会化学学科的重要价值。如：家里蒸馒头时加少量小苏打，锁生锈了加少量铅笔芯粉末就很顺滑，切割玻璃用金刚石刀一划截面平整不割手等。关注并收集生活中的相关现象、用途，由用途反推其结构或性质，并整合设计成一系列问题，启发学生思考，从而有效地帮助学生理解并吸收元素化学化合物相关知识。与生活常识有关的问题，学生更容易接受，比知识点的生灌硬塞更有亲切感。再如：热水瓶胆中的水垢用什么去除？食盐为什么加碘？蒸馒头时为什么要加纯碱？炸油条时加明矾能起什么作用？抛出这些与学生生活密切关联的问题，激发学生的兴趣，调动学生的求知欲望。设计意图：充分利用将这些生活中的化学整合并有机融入教学中，使化学知识生活化，浅显化、实用化，能够有效调动学生学习兴趣，有利于学生学科素养的养成。基于化学在人类生产、生活中的巨大作用，教学中牢牢地把握化学的实用价值，挖掘并发挥化学的应用性，密切联系实际，围绕元素化合物在生活中的应用创设真实而有意义的情境，引领学生正确认识化学在为人类进步和社会发展方面所作出的巨大贡献。三、教学建议及启示化学学科核心素养的落实与发展必定是一个漫长的过程，需要“教”与“学”两方面共同努力，绝不可能一蹴而就。教师需要对教学内容与教学目标进行整划和构思，通过关注知识结构化设计，围绕教学内容开展实验探究活动，创设真实问题情境，或联系生产生活中，引导学生开展分类与概括、证据与推理、模型与解释、符号与表征等具有化学学科特质的学习活动，形成知识的结构化、网络化、系统化，从而促进学生学习方式的转变。1.充分认识知识结构化意义，渗透物质转化观念。教学内容的结构化，有利于学生将零散的元素化合物知识有序化、条理化、关联化。通过元素化合物知识的结构化，形成一幅以物质分类为横轴、元素化合价为纵轴的价—类二维图。通过同价态和不同价态元素化合物相互转化两条主线，梳理清晰物质间的相互转化，掌握物质的性质、反应及其转化规律。教学时应引导学生独立思考并建构其他元素的价类二维图，提升教学的系统性，在建构认识物质性质的基本思路和一般方法中实现学生基础知识和基本能力的培养。2.充分认识实验价值，精心设计化学实验。化学实验不是对教材中文字的简单重复，不是表面式的、泛化的再现。实验不能停留在纸上谈兵、或是观看视频演示，应尽可能开足开满分组实验课。学生在体验实验探究的过程中，不仅能培养观察能力、动手能力和分析推理能力，而且有助于理解和巩固化学基本概念、思路和观念。上文中，对氯水成分的探究，对于培养学生的独立思考、分析判断、小组合作等各方面的能力有积极的作用。实验教学应从实验现象入手，而不是一味死记硬背，能有效地提升教学的有效性。3.充分认识元素化合物的生活价值，紧密联系生活。学生对生活中经常接触到的物质容易引发兴趣，生活现象能够充分调动学生的探究欲望。教师引导学生关注生活中的各种有趣的现象，从身边物质的实际用途出发，养成善于将生活情境或常识与所学知识联系的习惯。教师在元素化合物教学设计时，应紧密联系生活实际，发掘与生活相关的