中学化学教学：智慧实践成果

2023-07-31 理论教育版权反馈

【摘要】：基于学科观念建构的教学设计前提是分析课标和教材以明示学科观念，并将所要建构的学科观念融入整个教学设计中。笔者将结合中学化学具体内容，针对基于学科观念建构的教学活动进行设计。三维目标是一个有机联系的整体，因此，基于学科观念建构的教学目标设计也应该将知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观三者相融合，以设计一个完整的教学目标。下面以“硝酸的性质”教学目标的设计为例进行说明。

基于学科观念建构的教学设计前提是分析课标和教材以明示学科观念，并将所要建构的学科观念融入整个教学设计中。主要的教学设计内容包括：通过教学目标的设计以体现学科观念；通过问题情境的设计以聚焦学科观念；通过学习活动的设计以建构学科观念；通过学习总结的设计以应用学科观念。笔者将结合中学化学具体内容，针对基于学科观念建构的教学活动进行设计。

（一）教学目标体现学科观念

教学目标既是课堂教学的出发点，也是课堂教学的终点。所有的课堂教学活动都是为了教学目标的达成而服务的。因此，设计合理的教学目标是教学设计的首要任务。基于学科观念建构的教学目标设计和一般的教学目标设计相比，既有共性也有特性。与一般的教学设计相同，基于学科观念建构的教学目标设计需要分析课程标准、教材以及学生情况。首先，教师在进行教学设计之前，应该认真分析和理解课标标准和教材，把握教学的基本内容和要求，以保证所设计的教学目标符合课程标准和教材的要求。其次，教师在进行教学设计之前，应该深入分析学生已有的化学知识、思维发展水平、学习方式等。分析学情的目的是以学定教，使教学更能适应学生学习和发展的需要，促进学生化学认识水平的发展。此外，基于学科观念建构的教学目标也必须是三维教学目标。新课程改革提出的三维目标包括知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观，旨在让学生处在一定的活动中，运用一定的方法，以获取相应的知识和技能，并实现情感的体验和观念的建构。三维目标是一个有机联系的整体，因此，基于学科观念建构的教学目标设计也应该将知识与技能、过程与方法以及情感态度和价值观三者相融合，以设计一个完整的教学目标。

融合了学科观念的教学目标的设计，需要分析化学知识与学科观念之间的关系。化学教材从表面上看都是具有一定的知识逻辑结构的。依据教材进行教学设计常常会只见知识不见观念。因此，基于观念的教学目标设计需要认真分析教材中的具体知识，以提炼出相应的学科观念，从而使学科观念与三维目标相融合，以达成通过教学目标的设计来体现学科观念的目标。下面以“硝酸的性质”教学目标的设计为例进行说明。

【教学目标】

1.通过对比久置无色试剂瓶中的浓硝酸与新制无色试剂瓶中的浓硝酸，能够依据现象推理形成结论，并能结合元素守恒和电荷守恒书写硝酸分解的化学反应方程式。

2.通过观察铜与浓硝酸、稀硝酸反应的实验，体验发现问题、提出假设、验证假设、得出结论的科学探究过程，并能够分析推测导致铜与浓硝酸、稀硝酸反应的产物和现象不同的原因。

3.了解硝酸的工业制法，形成氮及其化合物之间转化的知识网络。

4.能举例说明硝酸在生产、生活中的重要应用。

【案例分析】

学生通过对比观察久置无色试剂瓶中的浓硝酸与新制无色试剂瓶中的浓硝酸的颜色可以发现，久置浓硝酸与新制浓硝酸颜色不同是黄色的，从而提出猜想：久置浓硝酸发生了分解反应。依据久置浓硝酸溶液的颜色和其上方气体的颜色推测硝酸的分解产物 NO2，接着学生很容易结合氧化还原反应的原理，从元素守恒及化合价升降的角度写出硝酸分解的化学方程式。在此，教学目标的设计不仅可以让学生体验科学探究的过程，而且也深化了学生“基于证据进行推理的科学探究以及化学反应前后元素不变和电荷守恒”的观念。

通过观察铜与浓硝酸和稀硝酸反应的实验，学生可以发现浓硝酸和稀硝酸都可以把铜氧化为硝酸铜，反应的产物和剧烈程度都不同。浓硝酸和铜反应剧烈，迅速生成红棕色的气体 NO2；而稀硝酸和铜反应较为缓慢，生成无色气体 NO。经过一系列基于实验现象的推理，学生可以认识到由于硝酸的浓度不同，其氧化性不同，故产物可能不同。在此，教学目标的设计帮助学生完善了“化学反应是有条件的，它不仅与物质本身的性质有关，也与浓度等外界因素有关。人们可以通过控制这些因素，使化学反应向人们预期的方向进行”的观念。通过了解硝酸的工业制法，学生不仅可以了解工业生产硝酸的流程，而且可以认识到 NH3、NO、NO2以及 HNO3等含氮化合物之间的相互转化关系。在此，教学目标的设计深化了学生的物质变化观。通过举例说明硝酸在制造氮肥、染料、塑料、炸药以及硝酸盐等方面的应用，学生可以更深刻地认识到化学对人类生产、生活的重要作用。在此，教学目标的设计强化了学生的化学价值观。

（二）问题情境聚焦学科观念

问题情境的创设旨在揭示新知识与学生已有知识或经验的矛盾，引起学生认识学习该知识的重要性，从而激发学生的问题意识和对新知识的渴求，使得学生主动思考、探究和发现问题。

基于学科观念建构的问题情境的设计除了必须与真实的生产、生活素材相联系，更要注重与新旧知识之间的联系，这种联系不只停留在问题的表面，更要深入问题的内部结构，即问题所蕴含的观念上的联系。另外，基于观念建构的问题情境的设计还要能够促使学生在解决问题的过程中搜寻与问题相应的一系列知识，并主动思考这些知识与要解决的问题之间的关联，寻求多样化的问题解决方法，以建构起相应的知识体系和新的学科观念，或完善原有的学科观念。下面以“同素异形现象”问题情境的设计为例进行说明。

【问题情境】

金刚石和石墨都是碳元素的单质。金刚石可以做装饰品，用于切割玻璃和花岗岩，可作地质和石油勘探的钻头等；石墨可做润滑剂和电极等。为什么它们的用途有如此大的差异呢？

【案例分析】

在上述问题情境中，学生依据已有观念可以知道物质的组成和结构决定物质的性质，物质的性质决定物质的用途。金刚石和石墨都是由碳元素组成的，因此它们性质的差异可以排除物质组成的影响。通过对金刚石和石墨结构的学习，学生可以知道金刚石中的碳原子是交错整齐地排列成立方体结构的，每个碳原子与相邻的 4 个碳原子以共价键结合，形成牢固的空间网状结构。而石墨中的碳原子是以共价键相结合而形成的层状结构，层间碳原子间的分子间作用力很弱，容易滑散。通过上述对金刚石和石墨的结构的分析，学生可以明晰由于它们结构的不同决定了它们的性质不同，而性质的不同也就决定了它们的用途不同。基于这一问题情境，案例中聚焦了“物质结构决定性质，物质性质决定用途”的观念。

（三）学习活动建构学科观念

融合了学科观念的教学目标的落实需要与一定的学习活动相对应。基于学科观念建构的学习活动设计的目的，就是让学生在学习活动中，运用已有的知识经验和学科观念解决实际化学问题，以促进学生知识的获得、情感的体验以及学科观念的形成。因此，以观念建构为本的学习活动的设计要能指引学生深入思考，带领学生发现蕴含在知识背后的思想、观点和方法，即要保持活动和深层思维的高度一致性，让学生在活动中发展思维，建构观念。化学学习活动有多种方式，包括实验探究、问题讨论、现场调查、学生表演等，具体学习活动的选择要充分考虑学生的学情以及具体教学内容和教学设施，并依据学习活动中的反馈不断做出调整。下面以“元素的金属性强弱探究”学习活动为例进行说明。

【学习活动】

根据提示信息：通常情况下，元素的金属性越强，它的单质越容易从水或弱酸中置换出氢。设计实验获取钠、镁、铝单质的金属性强弱的证据，并基于证据进行推理。

【案例分析】

学生依据提示信息，设计钠、镁、铝单质与水、酸反应的对比实验，并观察和记录实验现象。学生通过实验可以发现，钠与冷水剧烈反应，钠融化为小球在水面上四处游动，发出嘶嘶响声；镁与冷水反应缓慢，与热水迅速反应，放出气体。而镁、铝都与盐酸反应产生气体，且镁的反应速率较快。

通过对实验现象的比较分析，学生可以知道金属性：Na＞Mg＞Al。结合钠、镁、铝元素在周期表中处于同一个周期，且其最外层电子数依次递增，学生便可以认识元素周期表中“位—构—性”的关系，从而建构“元素的性质是由元素的原子结构决定的，它随原子核外电子排布的周期性变化而呈现周期性变化”的观念。

（四）学习总结应用学科观念

为了更好地帮助学生建构学科观念，在学习活动结束后应该引导学生进行学习总结。具体学习总结的内容主要包括对具体核心概念的理解、对解决问题的思路和方法的掌握以及对基本理解的认识。通过对这些内容的总结，使学生将所要学的具体知识、问题情境以及蕴含在知识背后的学科观念相融合，让学生在解决问题的过程中掌握具体知识及它们之间的相互联系，形成学科观念。同时，在总结过程中还可结合一些习题和访谈等评价方式不断地反馈、调整，以修正和完善形成的学科观念。下面以“影响化学反应速率的因素”学习总结设计为例进行说明。

【学习总结应用】

【问题1】

工业上用氮气与氨气反应合成氨时，常在高温、高压下进行，并使用适当的催化剂。这些反应条件对于合成氨的反应速率有何影响？

【问题2】

如何从微观角度解释和概括外因对化学反应速率的影响？

【案例分析】

在具体知识方面，学生通过对合成氨条件的分析，可以巩固温度、压强以及催化剂等外界因素对化学反应速率的影响。在学科观念方面，学生结合有效碰撞理论，可以从微观上分析出化学反应速率实质上与单位时间内反应物分子间的有效碰撞次数成正比。

从浓度的角度来说，反应物的浓度越大，相应的单位体积内反应物的活化分子数目越多，反应物发生的有效碰撞的次数越多，则反应速率越大。从压强的角度来说，对于气体反应物，若处于密闭容器中且保持温度不变，则增大压强，气体分子间的距离必然减小，即增大了反应物的浓度，故反应速率变大，而由于液体和固体反应物的微粒之间的距离本身就较小，故压强对它们的反应速率的影响可以忽略。从温度的角度来说，温度升高，分子运动加快，活化分子有效碰撞的次数增加，故反应速率增大。因此，通过对反应物的微观粒子的数目、微粒之间的距离以及微粒的运动情况的分析，学生不仅明晰了浓度、压强以及温度对化学反应速率影响的规律，而且也巩固了物质的结构观。

从催化剂的角度来说，依据过渡态理论，反应物转化为生成物的过程中要经过能量较高的过渡状态，过渡状态的平均能量与反应物分子的平均能量差为反应的活化能，而催化剂是通过降低反应所需的活化能来增大反应速率的。通过对催化剂这一影响因素的分析，学生可深化“化学反应伴随能量变化”的观念。

当然，学生在归纳总结时，影响化学反应速率的因素还包括反应物之间的接触面积、光、电磁波以及超声波等，这也强化了学生“化学反应是有条件的，人们可以通过控制反应的条件，使化学反应朝向所期望的方向进行”的观念。

在思路方法方面，通过对浓度、温度和压强等影响因素的分析，学生可以知道分析化学反应速率变化的一般思路，即分析外界条件对反应物的活化分子数的数目以及它们之间有效碰撞次数的影响。当然，有时还要从能量的角度考虑催化剂的影响及其他因素。

总而言之，这一学习总结的设计不仅总结了影响化学反应速率的因素，而且帮助学生从微观角度深入理解了外界因素对化学反应速率影响的规律，同时也帮助学生强化了相应的结构观和变化观。

中学化学教学：智慧实践成果

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