基于化學學科“素養為本”的教學實踐

沈偉藝

[摘 要]

以“質量守恒定律”為例，闡述了“素養為本”的教學應以發展學生的核心素養為目標，以情景、知識、問題為載體，通過活動與評價方式，促進學生認識的全面發展。

[關鍵詞]

素養為本；教學實踐；質量守恒定律

中學化學學科核心素養全面展現了通過化學課程學習形成的關鍵能力和必備品格，包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學精神與社會責任”5個維度?；诨瘜W學科“素養為本”的教學是指教學目標的確定、教學內容的組織、教學活動的實施、教學效果的評價等一系列教學環節均以發展學科核心素養為基準。具體來說，教學目標的確定對接于核心素養、教學內容的組織利于發展核心素養、教學活動的實施利于落實核心素養、教學效果的評價利于診斷核心素養，做到“教、學、評”一體化，促進學生化學學科核心素養的提升。下面，以質量守恒定律為例，談談基于“素養為本”的教學實踐。

一、教學設計分析

（一）教學內容分析

本案例涉及的教學內容為“義務教育教科書人教版上冊第五單元課題1質量守恒定律”。其中，化學知識包括質量守恒定律和微觀實質，過程方法有預測、觀察、解釋等，STS內容有化學史實。從核心概念的功能價值上看，質量守恒定律是物質發生化學變化所遵循的、也是自然界最重要的基本定律之一。它是化學家進行定量研究的過程中總結出來的，為研究化學變化提供依據。學生的認識發展進階包括基于化學變化的定性分析→基于化學變化宏觀質量關系分析→基于化學變化粒子數目關系分析→建立從定量角度認識化學反應的思路和方法。在教學中，以質量守恒定律的發現史實為情景素材，通過學生主動參與探究活動形成科學的定量認識角度，通過宏觀質量和粒子數目相關聯的定量認識形成基本推理和認識思路，通過應用質量守恒定律解決實際問題初步建構化學反應定量認識的思維模型。

（二）教學目標分析

（1）通過實驗探究質量守恒定律，培養化學核心素養——證據推理、科學探究與創新意識、變化觀。

（2）通過質量守恒定律本質的認識過程，培養化學核心素養——宏觀辨識與微觀探析、模型認知。

（3）通過化學史實以及應用質量守恒定律解決實際問題，培養化學核心素養——科學精神與社會責任。

（三）評價目標分析

（1）通過“化學史實”和“白磷燃燒”探究實驗的交流和點評，診斷并發展學生對化學反應認識的定性水平（物質、條件、現象、能量變化、反應類型）和定量思路；

（2）通過“鐵與硫酸銅溶液反應”和“鹽酸和碳酸鈉反應”探究實驗活動，診斷并發展學生實驗探究水平；

（3）通過對粒子數目和宏觀質量的分析和判斷，診斷并發展學生對質量守恒定律本質的認識進階；

（4）通過對“鎂條燃燒”等問題的討論和點評，診斷并發展學生認識思路的結構化水平以及對化學價值的認識水平。

二、基于“素養為本”的教學實施

（一）注重創設化學史實情境

活動主題一：關于“質量守恒”的導入

[資料]（1）三百多年前，英國化學家波義耳在敞口容器中加熱銀白色金屬汞，發現它變成紅色氧化汞（HgO），并且反應后質量增加了。（2）后來俄國化學家羅蒙諾索夫在密閉容器中重復了波義耳的煅燒金屬實驗，結果發現并沒有增加。（3）二百多年前，法國化學家拉瓦錫在前人基礎上，研究了氧化汞（HgO）的生成和分解（加熱條件下）過程，結果發現化學反應前后質量不變。

[問題1]上述資料中，發生了哪些化學變化？判斷的依據是什么？反應類型是否相同？請用符號表達出來。

[學生]思考、交流、表達

[問題2]化學反應前后物質質量間存在什么關系？

[學生]猜想、預測

設計說明：通過呈現化學史料創設情境，一來診斷學生對化學變化定性分析水平，發展從定量角度研究化學變化；二來通過“為什么反應后質量增加了？”“為什么反應后質量不變？”這些真實的史實問題，激發學生的探究興趣，同時對容器的“敞口”“密閉”提出質疑，迫切想經歷與科學家一樣的探究過程，并在這一過程中體會化學的學科價值；三來讓學生體驗到科學家進行實驗是科學探究中的求真過程，是科學精神的追求。

（二）注重“探究活動”

探究活動是連接核心知識和具體知識點的橋梁和紐帶，是實現知識結構化的重要環節?；顒又黝}二設計了3個探究活動，強調“實驗探究質量守恒”，體現質量守恒的認識進階，從“質量守恒”到“是什么質量守恒”，從“密閉體系”到“開放體系”。通過設置針對學生認知障礙點和發展點的問題，發揮學習活動的診斷評價水平以及素養導向功能。

活動主題二：關于“質量守恒”的探究

[問題1]利用給定裝置，如何設計方案探究白磷燃燒前后質量關系？

[學生]分析討論：稱量反應前總質量→進行反應→稱量反應后總質量→比較得出。

[教師]演示白磷燃燒實驗探究。

[問題2]白磷燃燒時的現象怎樣？過程中氣球有何變化？變化的原因是什么？白磷燃燒發生了什么化學反應？請用符號表示。

[問題3]根據天平仍然平衡可得出什么結論？請用總質量守恒關系式表示。

[學生]分析氣球先變大是由于燃燒放熱，后變癟則是氧氣消耗，氣壓變小。

M（參加反應P）+M（參加反應O2）=M（生成P2O5）。

[問題4]如果白磷足量，燃燒停止并冷卻后，倒扣在水槽中，可能會出現什么現象？氣球的作用是什么？

[學生]反思：氣球的作用一是緩沖，二是形成密閉體系，驗證質量守恒。

[教師]提供儀器和藥品；

提示：Fe+CuSO4→Cu+FeSO4、Na2CO3+HCl→NaCl+H2O+CO2；

提出要求：設計實驗方案→討論交流→進行實驗→記錄現象→得出結論→反思。

[學生]完成Fe與CuSO4、Na2CO3和HCl探究實驗→小組展示裝置、匯報方案、現象、結論。學生自主設計的Na2CO3和HCl反應裝置如下：①錐形瓶+小試管+棉線+橡皮塞；②錐形瓶+帶膠頭滴管的橡皮塞；③錐形瓶+小試管+氣球；④礦泉水瓶+小試管+棉線等。

[問題5]Fe與CuSO4反應，參加反應的是哪些物質？是什么和什么質量相等？

[學生]根據現象分析，生成Cu和FeSO4是Fe與CuSO4反應的結果，雖然都有剩余，但反應掉的Fe與CuSO4的總質量等于生成的Cu和FeSO4的總質量。

[問題6]Fe與CuSO4在敞口容器中反應總質量不變，Na2CO3和HCl反應為什么要在密閉容器中進行？

[問題7]你能解釋課前資料中波義耳和羅蒙諾索夫的實驗現象嗎？從中獲得什么結論？

[學生]解釋在敞口容器中反應有氣體生成使總質量減輕，有氣體參加使總質量增加，并且減輕或增加的質量為氣體的質量。根據3個守恒式得出質量守恒定律的內容。

設計說明：采用問題指向學生障礙點和發展點，驅動探究進程，診斷素養達成水平。問題1幫助學生建立定量研究化學反應的思路、方法，發展學生從分步稱量到整體稱量的實驗思維轉換；問題2進一步診斷評價學生對化學變化的定性分析水平；問題3培養學生基于證據解釋得出結論的探究能力，同時建立了認識質量守恒的關系式模型；問題4在挖掘探究因素的基礎上，體現了控制實驗條件的探究理念，為后續學生探究活動提供支撐；問題5針對學生到底是什么質量守恒的認知障礙點，幫助學生認識“參加”、“質量總和”的含義；問題6幫助學生建立基于反應體系探究質量守恒的認識角度，通過不同裝置的設計，滿足個性化實驗需求，培養學生的科學探究與創新精神；問題7以評價的方式診斷學生對質量守恒定律的應用水平，通過自主建構質量守恒定律的內容，親身經歷科學家的探究過程，發展了預測、現象、解釋的科學探究能力，體會了嚴謹求實的科學精神。

（三）注重認識思路的結構化和顯性化

“結構化”是實現知識向素養轉化的有效途徑，“結構化”水平直接決定著素養發展水平。引導學生對化學反應從定性到定量分析、粒子數目到宏觀質量兩個視角進行揭示，在此基礎上提煉出質量守恒定律的一般認識思路，并用框圖的形式對這一認識思路顯性化，學生按此認識思路就能夠進行遷移判斷。

活動主題三：關于“質量守恒”的本質

[學生]以小組為單位，利用球棍模型，拼擺出2H2+O2=2H2O的反應模型。

[教師]分析變化前后，你能得到哪些定量關系？

[學生]推理1由于H、O原子個數、質量一定→2個H2分子質量+1個O2分子質量=2個H2O分子質量→參加反應H2質量+參加反應O2質量=生成H2O質量；推理2 參加反應H2和O2以及生成H2O分子間存在固定的個數比例關系為2∶1∶2；推理32個H2分子、1個O2分子、2個H2O分子的相對分子質量之比代表著參加反應H2和O2以及生成H2O的各物質間質量比。

設計說明：通過學生拼擺反應模型展開認知過程，使得抽象問題形象化。在老師的引導下，學生經歷了從粒子數目到宏觀質量的邏輯推理，不僅從微觀視角建立了質量守恒，還確立了各物質間的質量關系，培養學生的宏觀辨識與微觀探析以及模型認知等化學核心素養。通過推理過程，診斷、評價并發展學生對質量守恒定律本質的認識思路和水平。

活動主題四：關于“質量守恒”的應用

[教師]演示鎂帶燃燒實驗。你預計這個反應前后的稱量結果會有什么變化？如果在燃著的鎂條上方罩上罩，使生成物全部收集起來稱量，天平會平衡嗎？

[問題]綠色植物光合作用發生如下反應：6CO2+6H2O=葡萄糖+6O2。葡萄糖含有哪些元素？哪些原子？其質量比多少？

[學生]建立從定量角度認識化學反應的思路：宏觀（物質、元素）→化學反應←微觀（原子種類、數目）。

設計說明：通過鎂帶燃燒實驗探究，進一步診斷學生對質量守恒定律的實際應用水平。問題的解決有助于發展學生形成化學反應的研究思路和方法，形成核心知識結構化，建立質量定恒定律應用的思維模型，實現知識向素養轉化。

三、反思

（一）“素養為本”的教學要有問題引領

以問題的提出（發現）與解決展開課堂教學活動。設置的問題應能統領課堂教學并能針對學生的發展點和障礙點，激發學生求知欲望和探究意識，幫助學生在解決問題過程中建構知識，增加認識思路和方法，促進學生認識發展。

（二）“素養為本”的教學要有活動支撐

學生進行以實驗為主的多種探究活動，是落實“素養為本”的關鍵所在。在探究活動過程中，運用學科思維（基于證據建構思維模型）進行學科實踐（科學探究和創新意識），培養學科觀念（宏微結合、變化平衡相統一），體現學科價值（科學精神與社會責任），最終實現學生素養的全面發展。

（三）“素養為本”的教學要有效果評價

應緊緊圍繞發展學生化學學科核心素養這一主旨，注重教學目標與評價目標、學習任務與評價任務、學習方式與評價方式的一致性設計。根據學生在開展實驗探究、方案設計、小組討論等活動中的具體表現，運用提問、點評、交流等方式，對學生的化學學科核心素養的發展水平給予把握，發揮化學日常學習評價的診斷與發展功能。

[參 考 文 獻]

[1]普通高中課程標準修訂組.普通高中化學課程標準（征求意見稿）[Z].2016.

[2]王星喬.基于化學核心素養的教學設計[J].化學教學，2017（5）.

[3]王云生.課堂轉型與學科核心素養培養[M].上海教育出版社，2016（8）.

（責任編輯：張華偉）