葉建偉 洪茲田

[摘 要]? 嘗試以“問題解決”與“HPS”教學(xué)思想為理論指導(dǎo)，以“化學(xué)電源”為例開展教學(xué)實(shí)踐。在解決問題的同時(shí)，探討科學(xué)發(fā)展與人類社會(huì)之間的深層次關(guān)系，從而達(dá)到培育學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目標(biāo)。

[關(guān)鍵詞] 高中化學(xué);核心素養(yǎng);問題解決

化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)能夠指導(dǎo)、引領(lǐng)、輻射化學(xué)教學(xué)，彰顯化學(xué)教學(xué)的育人價(jià)值?；瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”五個(gè)維度[1]。它既關(guān)注學(xué)生關(guān)鍵能力的提升，也注重必備品格的培育。關(guān)鍵能力是一種在特定的情境中，通過利用和調(diào)動(dòng)心理、社會(huì)等多種資源，以滿足復(fù)雜需要的能力，是個(gè)體在解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問題過程中表現(xiàn)出來的綜合性品質(zhì)。必備品格是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進(jìn)一步揭示的化學(xué)教與學(xué)更高層次的價(jià)值追求，是一個(gè)全面發(fā)展的人應(yīng)具備的科學(xué)精神和人文情懷等優(yōu)良品質(zhì)。

HPS（科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)）是在課堂教學(xué)中深入融合科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的相關(guān)內(nèi)容，達(dá)到促進(jìn)學(xué)生對(duì)科學(xué)本質(zhì)觀理解的教學(xué)理念[2]，有利于提升學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等素養(yǎng)。

問題解決是由師生共同創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用科學(xué)的思維方式制定合理解決問題的方案，并將創(chuàng)新方案生活化和實(shí)踐化的教學(xué)模式。該教學(xué)模式以問題的發(fā)現(xiàn)、探究和解決來激發(fā)學(xué)生的求知欲和主體意識(shí)，實(shí)現(xiàn)學(xué)生依據(jù)特定情境和具體條件，通過整合知識(shí)提升實(shí)踐和創(chuàng)新能力的目的。對(duì)于提升學(xué)生解決實(shí)際問題的關(guān)鍵能力，培養(yǎng)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”具有重要意義。

培養(yǎng)核心素養(yǎng)有三個(gè)關(guān)鍵詞“情境”“問題”“思維”。以HPS（科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)）為線索，設(shè)計(jì)有價(jià)值的問題情境，帶領(lǐng)學(xué)生在問題解決的過程中提升學(xué)生的思維品質(zhì)和解決真實(shí)問題的能力。以人教版高中化學(xué)選修四《化學(xué)反應(yīng)原理》中“化學(xué)電源”一節(jié)的教學(xué)設(shè)計(jì)為例，展示基于“問題解決”和“HPS”教學(xué)思想，促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)落地的教學(xué)案例設(shè)計(jì)及其實(shí)施過程。

一、教學(xué)設(shè)想

（一）教學(xué)思想

1.問題解決

以化學(xué)電源發(fā)展史為線索，深入挖掘電池發(fā)展過程中的每一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在關(guān)鍵環(huán)節(jié)處創(chuàng)設(shè)情境問題，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣縝密思考，提升解決真實(shí)問題的能力。

2.HPS教育

深入挖掘科學(xué)發(fā)展背后所蘊(yùn)含的科學(xué)史、科學(xué)哲學(xué)和科學(xué)社會(huì)學(xué)的內(nèi)容，讓學(xué)生從整體上了解科學(xué)與技術(shù)發(fā)展之間的關(guān)系，從源頭上透徹理解和掌握科學(xué)知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生尊重科學(xué)、尊重自然的優(yōu)良品格。

（二）教學(xué)線索

二、教學(xué)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

[化學(xué)電源發(fā)展史 問題情境 社會(huì)影響

（HPS思想） 設(shè)計(jì)意圖 1800年伏打以伽伐尼解剖青蛙的實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)發(fā)明伏打電堆 伏打電堆因?yàn)殡姌O和電解質(zhì)接觸反應(yīng)等原因?qū)е码妷翰环€(wěn)定，效率低。如何克服伏打電堆電壓不穩(wěn)定的缺點(diǎn) 電池發(fā)展的開端，為后續(xù)電池的發(fā)展奠定了基礎(chǔ) 通過思考如何克服伏打電堆（單液原電池）的缺點(diǎn)，深入辨析單雙液原電池之間的聯(lián)系，通過分析、推理等方法認(rèn)識(shí)原電池的本質(zhì)特征、構(gòu)成要素和相互關(guān)系 1836年丹尼爾電池問世 丹尼爾電池體積較大，不便于攜帶，使用不方便。如何提高丹尼爾電池的實(shí)用性 第一個(gè)實(shí)用電池，對(duì)于電池商業(yè)化起到承上啟下的作用 該問題目的在于促進(jìn)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考如何將想法（丹尼爾電池）付諸現(xiàn)實(shí)（商業(yè)化電池），從而培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神和創(chuàng)新意識(shí) 19世紀(jì)60年代法國(guó)的雷克蘭士將最初潮濕水性電解質(zhì)用黏狀糨糊取代，發(fā)明了碳鋅電池，被譽(yù)為“干電池鼻祖” 酸性鋅錳干電池電動(dòng)勢(shì)下降快，使用久了會(huì)出現(xiàn)“鼓漲”和“漏液”的現(xiàn)象，原因是什么，如何克服該缺點(diǎn) 酸性干電池的發(fā)明極大方便人們的生活，但缺點(diǎn)是壽命短、污染大 思考酸性鋅錳干電池的缺點(diǎn)，進(jìn)而提高對(duì)干電池原理的理解，辯證看待科學(xué)技術(shù)的發(fā)展 1882年，勒克斯優(yōu)化了鋅錳干電池，該電池正極為MnO2碳極板，電解液為NaOH或KOH溶液，負(fù)極為鋅極板。1912年阿肯巴克獲得了第一個(gè)堿性MnO2干電池專利。從1970年至今，堿性鋅錳電池不斷發(fā)展和完善，逐步實(shí)現(xiàn)了低汞化和無汞化[3] 堿性鋅錳干電池和酸性鋅錳干電池相比有什么優(yōu)點(diǎn) 從酸性干電池到堿性干電池，電池的發(fā)展蘊(yùn)含著數(shù)以百計(jì)科學(xué)家的心血;干電池的發(fā)展歷程體現(xiàn)了科學(xué)與環(huán)境的和諧發(fā)展 體驗(yàn)酸性干電池到堿性干電池的發(fā)展歷程，體會(huì)科學(xué)研究的崇高與艱辛，樹立正確的科學(xué)態(tài)度;對(duì)比兩種干電池的優(yōu)缺點(diǎn)，理解科學(xué)發(fā)展需要建立在保護(hù)自然環(huán)境的基礎(chǔ)上，從而提升學(xué)生社會(huì)責(zé)任感 1859年英國(guó)普蘭第發(fā)明了鉛酸電池。發(fā)電機(jī)的出現(xiàn)推動(dòng)了電池循壞利用，普蘭第1870年采用發(fā)電機(jī)將鉛酸電池改為二次電池 如果給你一臺(tái)發(fā)電機(jī)，如何實(shí)現(xiàn)鉛酸電池循環(huán)使用 蓄電池使得電池可以循環(huán)利用。普蘭第多年孜孜以求，終于發(fā)明二次電池 設(shè)置該問題的同時(shí)，給予學(xué)生足夠的解決問題的條件，降低解決該問題的難度。學(xué)生借由老師所提供的信息，進(jìn)行思考和推理，提高證據(jù)推理能力 1970年代發(fā)明鋰離子電池替代了傳統(tǒng)鉛酸電池。（鉛酸電池含有大量的鉛、鎘、汞等有毒金屬） 鉛酸電池有什么缺點(diǎn) 鉛蓄電池的使用給環(huán)境造成嚴(yán)重威脅 分析鉛酸電池的優(yōu)缺點(diǎn)，增強(qiáng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的責(zé)任意識(shí) 1839 年英國(guó)葛洛夫證實(shí)可以利用燃燒反應(yīng)設(shè)計(jì)電池。1942年他創(chuàng)造了第一個(gè)燃料電池-氫氧燃料電池 燃燒反應(yīng)為什么能被設(shè)計(jì)成電池 燃料電池產(chǎn)物無污染，發(fā)電效率高，但限于科技水平至今仍沒有大范圍的推廣-電池的發(fā)展依然在路上 燃料電池是化學(xué)電源的難點(diǎn)，通過思考燃料反應(yīng)與氧化還原反應(yīng)的關(guān)系，突破燃料電池反應(yīng)的原理，提升學(xué)生對(duì)于原電池概念的理解 電池種類繁多，還包括微生物電池、太陽能電池、核電池等 通過重走電池發(fā)展史，請(qǐng)展望一下電池未來的發(fā)展方向 科技的發(fā)展從未停止，科學(xué)使生活更美好 激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)造性思維，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí) ]

三、案例反思

“問題解決”和“HPS”教學(xué)思想對(duì)于培育學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要意義。本教學(xué)實(shí)踐將問題情境設(shè)置創(chuàng)造性地聚焦在科技發(fā)展中的關(guān)鍵技術(shù)革新，在科技發(fā)展的關(guān)鍵環(huán)節(jié)處設(shè)置問題，引導(dǎo)學(xué)生像科學(xué)家一樣思考，達(dá)到提高學(xué)生的“證據(jù)推理”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng);在“問題解決”的同時(shí)，運(yùn)用“HPS”教學(xué)模式，探討科學(xué)發(fā)展與人類社會(huì)之間的深層次關(guān)系，深入挖掘電池發(fā)展史背后所蘊(yùn)含的科學(xué)哲學(xué)和社會(huì)學(xué)內(nèi)容，幫助學(xué)生樹立尊重科學(xué)、尊重自然的優(yōu)秀品質(zhì)。

四、實(shí)施建議

（一）化學(xué)史素材選擇應(yīng)服務(wù)課堂

化學(xué)史素材的選擇應(yīng)該深入教材主體，明確教學(xué)的重難點(diǎn)，詳細(xì)分析課程所要達(dá)到的核心素養(yǎng)培育目標(biāo)，從化學(xué)發(fā)展史素材中尋找到與核心素養(yǎng)培育相結(jié)合的關(guān)鍵點(diǎn)。在關(guān)鍵點(diǎn)處設(shè)置情境問題;在引導(dǎo)學(xué)生解決化學(xué)史中的情境問題的同時(shí)，適當(dāng)提升教學(xué)層次，上升到科學(xué)哲學(xué)、科學(xué)社會(huì)學(xué)視角，進(jìn)一步升華教學(xué)目標(biāo)。

（二）問題情境設(shè)置應(yīng)指向明確

設(shè)置問題時(shí)要深入挖掘問題情境與化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育的深層次關(guān)系，精準(zhǔn)梳理課程的重難點(diǎn)與問題的邏輯關(guān)系，做好問題的銜接，讓問題情境更好地服務(wù)教學(xué)。問題情境符合學(xué)生當(dāng)前的認(rèn)知水平，在選取素材的時(shí)候要充分衡量學(xué)生的接受能力，但是又要適度給予學(xué)生挑戰(zhàn)性。

（三）環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)圍繞核心素養(yǎng)

教學(xué)的過程中通過構(gòu)建合適的、高效的教學(xué)環(huán)節(jié)，可以有效地豐富課堂教學(xué)內(nèi)容，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，更可以緊密結(jié)合學(xué)科核心素養(yǎng)的培育。在創(chuàng)設(shè)教學(xué)環(huán)節(jié)應(yīng)綜合考慮，緊密結(jié)合課程要求，深入挖掘課程背后所蘊(yùn)含的學(xué)科核心素養(yǎng)培育的切入點(diǎn)，真正讓環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)更好地服務(wù)核心素養(yǎng)培育。

[參 考 文 獻(xiàn)]

[1]中華人民共和國(guó)教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2017.

[2]霍愛新，靳瑩，李雙.基于HPS和STS培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計(jì)——以“發(fā)展中的化學(xué)電源”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2018（5）.

[3]但世輝，陳莉莉.電池300余年的發(fā)展史[J].化學(xué)教育，2011（7）.

（責(zé)任編輯：張華偉）