基于化学学科核心素养落实的课堂行动

[摘 要] 提高课堂学习质量需要深度学习，课堂深度学习需要有行动的抓手。课堂走向深度学习需要学习者在学习过程中，对学习内容在理解基础上开展“应用、分析、综合、评价”习得知识和事实。由此在诠释“宏微结合、模型认知、分类表征、实验探究”等四个化学学科核心素养具体内涵的基础上，结合典型的课例，阐述学科核心素养在课堂中落实的行动策略，在为化学学科课堂走向深度学习的同时，培养学生的学科核心素养。

[关键词] 深度学习；核心素养；宏微结合；模型认知；分类表征

布鲁姆将教育目标分为六类，从低级到高级分别为：识记、理解、应用、分析、综合、评价。浅层学习的认知水平停留在识记和理解两个层面上，学习者被动地接受学习内容，对书本知识和教师讲授的内容进行简单的记忆和复制，但是对其中内容却不求甚解，这种学习使学生在课后不久就忘记了所学知识。深层学习的认知水平则对应后面四个层面，它指在基于理解的基础上，学习者能够批判性地学得知识和事实，并将他们融入原有的认知结构中，能够在众多知识间进行联系，并能够将已有的知识迁移到新的情境中，做出决策，解决问题。[1]

高中化学核心素养是学生通过接受高中化学课程的学习，在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面发展过程中形成和发展具有化学学科特质的关键能力与品格。当前，普遍认为高中化学核心素养包括“宏微结合”“模型认知”“分类表征”“实验探究”“绿色应用”等等。要培养这些素养，教师显然需要引导学生在课堂上对所学内容在理解的基础上进行“应用、分析、综合、评价”等深度思维过程。例如，核心素养“绿色应用”的培养，显然是遇到与化学有关的工农生产、生活、科学研究等，均要通过“分析、综合、评价”等思维手段考虑原料绿色化、催化剂绿色化、溶剂绿色化、产品绿色化等多个角度提出有害物质的使用和产生等相关问题。

综上所述，化学课堂围绕化学学科核心素养培养，开展深度学习是很好的行动策略。

学生根据物质在生活、生产、实验中表现出性质、用途、呈现的现象，探其微观结构，从物质的微观层面分析、综合、评价其组成、结构和性质的联系，并加以应用。

例如，过氧化钠溶于水[2]，再滴入酚酞，先变红后褪色这是一个宏观现象。这个宏观现象的微观原因是什么呢？就这样产生深度学习。如，过氧化钠溶于水会产生什么微粒及水电离出的H+和OH-)，这些微粒间会产生什么样变化呢？与水电离出的H+会生成及H2O2，因为过氧化氢是二元弱酸，同时促进水电离导致OH-增多)

又如针对“氯水”的漂白性，许多教师采用的实验方案是：将氯水滴入含有氢氧化钠的酚酞溶液中，为什么溶液会褪色呢？微观的原因是什么？

学生猜想一：可能是H+的酸性中和了氢氧化钠导致溶液呈中性或酸性，导致酚酞褪色。这可以采用向褪色的溶液中加入过量氢氧化钠，溶液依然无色来说明不是氢离子导致的。

学生猜想二：可能是HClO分子的漂白性导致褪色。认为是次氯酸分子氧化了酚酞分子，因此褪色后的溶液继续加酚酞依然不变红。但课堂上常有一些学生反对这个理由，他们认为氯水加入氢氧化钠以后，溶液中不存在次氯酸分子，而是次氯酸分子会与氢氧化钠反应生成次氯酸钠，溶液中根本不可能存在次氯酸分子，因此褪色的原因是次氯酸根。如何设计实验来验证？往呈红色的含有氢氧化钠酚酞溶液中加入次氯酸钠，发现褪色，因此，次氯酸根也有漂白性。

学生运用多种模型来描述和解释化学现象，预测物质及其变化的可能结果；能依据物质及其变化的信息建构模型，建立解决复杂化学问题的思维框架，走向深度学习。

例如“氧化还原反应”这节课，由于学生认知的局限性，学生只凭表象，短时记忆氧化还原反应概念，到后期的学习中经常出现各种问题。因此，在教学过程中教师及时让学生根据所学的内容进行知识构建“宏观—微观—模型”，即

根据教师的引导和学生的构建，帮助学生形成化学学科知识的微观本质理解。同时要求学生总结双线桥电子得失的模型，即：得/失a×b e-，a为改变化合价的原子个数，b为单个原子化合价的变化值。这种用“建构模型”的方式来梳理双线桥知识，使之有序存储，便于随时提取调用，能帮助学生正确理解和有效提取信息。

又如，高温下某固定体积的密闭容器中，100 g碳酸钙发生分解反应达到平衡，该反应系吸热反应。若温度不变，往容器中继续通入1 mol CO2，则CO2浓度会发生怎样的改变：________(“变大”、“变小”或“不变”)。

如何解答类似上述的化学平衡移动问题？我们要为学生构建模型。解题的模板主要有三种：

其一是利用勒夏特列原理解释平衡移动。但勒夏特列原理往往是定性分析，不能定量分析，本题要求定量分析，因此采用该法难以形成准确结果。

其二是采用化学平衡常数加以解决：根据化学平衡常数与温度关系解答。由化学平衡常数K=c(CO2)可知，温度不变，则K不变，故CO2的浓度不变。尽管本题中继续通入1 mol CO2，容器体积不变前提下，导致二氧化碳浓度增大，未达到新平衡前CO2浓度比原平衡要大，但再一次达到平衡时，CO2浓度依然不变。

图1 化学反应速率时间曲线

其三是采用速率时间曲线图(模型图)加以解决：根据速率时间曲线图(模型图)解答。[3]一定温度下，固定体积的密闭容器中碳酸钙分解达到平衡，继续通入1 mol CO2时，逆反应速率增加，但正反应速率因为温度不变，且反应物为唯一的固体物质碳酸钙，导致正反应速率随时间的变化不会发生改变，因此，继续通入1 mol CO2后达到的新平衡与原平衡的速率相等(如图1)；继续通入1 mol CO2后，CO2浓度不会发生改变。

学生能通过观察、辨识一定条件下物质的形态、组成、结构及变化等现象，从多种角度进行分类，运用化学用语表征这些分类，由此走向深度学习，解决化学问题。

例如，有机推断题的解题思路一般如下：分类表征有效信息(数据信息、结构信息、条件信息和性质信息等分类表征)→处理有效信息→找出解题突破口→顺推或逆推→得出结论。因此，分类表征有效信息是解题的开始，良好的开始是解题获得成功的前提。

那么，有机推断题如何开展“分类表征有效信息”(如表1—4)的教学，培养学生“分类表征”这一核心素养，走向深度学习呢？

表1 有机反应条件分类表征信息

条件信息处理信息:可能的物质类别和反应类型光照烷烃的取代;芳香烃侧链烷基的取代;不饱和烃中烷基的取代Cu或Ag/△醇氧化成醛或酮浓硫酸/△酯化反应;醇的消去;纤维素的水解NaOH/△酯类的水解;卤代烃的水解NaOH醇/△卤代烃消去H2,Ni/△加成(碳碳双键、碳碳三键、醛基、羰基、苯环)水浴银镜反应;醛基与氢氧化铜的反应;苯酚与甲醛反应;酯水解;淀粉水解

表2 有机物性质分类表征信息

性质信息处理信息:可能含的官能团与钠反应羟基(酚或醇)、羧基与银氨溶液反应醛基与新制氢氧化铜产生砖红色沉淀/溶解醛基/含羧基、多羟基使溴水褪色碳碳双键,碳碳三键,醛基加溴水产生白色沉淀、遇Fe3+显紫色酚类物质使酸性高锰酸钾褪色碳碳双键,碳碳三键,醛基,苯的同系物,α碳上有氢的醇与碳酸钠反应羧基或酚羟基,油脂与碳酸氢钠反应羧基A氧化成B,B氧化成CA是伯醇,B是醛,C是羧酸

表3 反应类型分类表征信息

反应类型处理信息:可能含有的官能团加成反应碳碳双键,碳碳三键,醛基,羰基,苯环加聚反应碳碳双键,碳碳三键,醛基酯化反应羟基或羧基水解反应—X,酯基,肽键,多糖单一物质的缩聚反应同时有羟基与羧基或者同时有氨基与羧基两种物质的缩聚反应苯酚与甲醛,二元醇与二元羧酸,二氨基与二元羧酸

表4 有机不饱和结构分类表征信息

反应类型处理信息:可能含有的基团不饱合度=1碳碳双键,羰基,单元环状化合物(如环氧乙烷、环丙烷)不饱合度=2碳碳三键,含有2个不饱合度为1的基团不饱合度=4苯环不饱合度=5有苯环与不饱合度为1的基团组成

注：有机不饱和度的计算方法：分子中的碳原子数乘2加2再加氮原子数再减卤原子数再减氢原子数所得值除以2。例如，某有机物CaHbOcNdCle，其不饱和度为：(2a+2+d-e-b)/2。

利用上述分类表征的信息可以解决以下问题。

某有机物X(C12H13O6Br)分子中含有多种官能团，其结构简式为

图2 X转化过程

(其中R1和R2为未知部分的结构；R2中含有Br原子)，为推测X的分子结构，进行如图2的转化：

已知向E的水溶液中滴入FeCl3溶液发生显色反应；G和M都能与NaHCO3溶液反应；G在一定条件下发生反应生成分子组成为C4H4O4的有机物(该有机物可使溴的四氯化碳溶液褪色)；X中R1里含有能与FeCl3溶液发生显色反应的官能团，且E分子中苯环上的一氯代物只有一种。

解析：根据有机物X的分子式C12H13O6Br可知：(1)不饱和度为6；(2)分子中存在—Br，说明在氢氧化钠溶液中发生水解，—OH取代—Br。从X的结构信息“”可知：(1)存在两个碳氧双键，用去两个不饱和度，说明R1与R2部分存在4个不饱和度；(2)存在酯基，在氢氧化钠溶液中水解生成三部分A，B，N。从性质信息“向E的水溶液中滴入FeCl3溶液显紫色反应”可知：E是含酚羟基的物质。从性质信息“G和M都能与NaHCO3溶液反应”可知G和M中都含有羧基。从B→D→M连续氧化和M的分子式C2H2O4可知：M的结构简式为HOOCCOOH，D的结构简式为OHCCHO，B为HOCH2CH2OH。从碳原子守恒的角度分析可知：一边是含有2个碳原子与溴原子的“BrCH2CH2—”，另一边是含有6个碳原子的苯基。综上可知X的结构简式为：

学生根据实验探究过程发现的实验现象，通过对比、演绎、归纳等手段，产生新的问题，走向深度学习；或依据探究目的优化实验方案或改进实验的设想，走向深度学习；或尊重事实和证据，不迷信权威，在质疑和批判中提出问题，走向深度学习等等。

例如，在必修1专题二第2单元“金属钠在空气中燃烧”的实验中，我们尝试着在新的石棉网表面看到淡黄色的固体过氧化钠，可是多次的实验结果是“淡黄色较少，黑色固体较多”，这是什么原因引起的呢？针对这种超出教师预想之外的“意外”的实验现象，教师要认真地加以分析。根据科学实验的六个基本流程：提出问题→做出假设→收集证据(包括化学实验)→形成解释→评估成果→表达与交流，学生展开大胆猜测与实验探究。猜测这种现象产生的可能原因：用酒精灯作为热源，一方面酒精燃烧产生了二氧化碳，局域内二氧化碳浓度较大，一部分金属钠与二氧化碳反应生成了炭黑。鉴于以上假设，让学生设计实验加以证明：

实验1：新的石棉网在电炉上加热，证明石棉网本身加强热不会变黑。

实验2：石棉网在酒精灯上加热，证明酒精会不充分燃烧形成细小的炭黑，渗入石棉网表面，使其慢慢变黑。

实验3：金属钠与二氧化碳反应实验，证明钠与二氧化碳会反应。

以上三个实验证明假设成立。那么如何获得大量的过氧化钠呢？学生马上会想到：不能让大量的二氧化碳与金属钠接触。设计实验证明。

实验4：将擦干煤油的金属钠(黄豆大小)放在硬质玻璃管中用酒精灯加热，观察现象。发现硬质管表面有一圈黄色物质附着。黄色的过氧化钠是得到了，但是为什么黄色不是一点而是一圈呢？什么原因？学生展开大胆猜测：钠在空气中剧烈燃烧，许多过氧化钠以烟的形式分散在空气中，所以如何更好地改进该实验呢？设计改良实验。

实验5：将擦干煤油的金属钠(黄豆大小)放在硬质玻璃管中用酒精灯加热，钠燃烧以后迅速移开酒精灯，防止钠燃烧过于剧烈，导致过氧化钠散逸。

最后可以通过撰写小论文或研究报告的形式交流探究的过程和结果。

走向深度学习的课堂，不只是对课堂教学效率的追求，而是为培养学生思维的教学，更是为发展学生核心素养的教学。要想达成这样的教学，就不能总想着在课堂里传递更多的知识与技能，也不应该是让学生完成更多的化学练习，而是教师在设计课堂教学时，将学生要学习的化学内容，通过宏微结合、模型认知、分类表征、实验探究等化学核心素养培养要求，引导学生应用、分析、综合、评价，以加深对学习内容的理解、巩固，加强灵活运用多种知识、采取多种方法解决问题，保证学生融会贯通。