基于學(xué)科理解的初中化學(xué)教學(xué)思考

【摘 要】文章基于學(xué)科理解，通過“水的組成”的化學(xué)發(fā)展史為教學(xué)主線尋找知識(shí)的來源，挖掘知識(shí)隱含的思想方法，提取核心概念——從元素組成與微觀構(gòu)成相結(jié)合的角度看物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，并以此來統(tǒng)攝教學(xué)。教師要理解“水的組成”的研究方法，把握“水的組成”所要求掌握的必備知識(shí)，并了解“水的組成”在教材中的地位及結(jié)構(gòu)關(guān)系，進(jìn)而挖掘和實(shí)現(xiàn)其多維的教學(xué)與育人價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理與模型認(rèn)知等學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

【關(guān)鍵詞】學(xué)科理解;化學(xué)史;水的組成;深度學(xué)習(xí)

【作者簡(jiǎn)介】洪清娟，福建省莆田市教師進(jìn)修學(xué)院化學(xué)教研員，高級(jí)教師，主要研究方向?yàn)榻逃虒W(xué)。

【基金項(xiàng)目】福建省教育科學(xué)“十三五”規(guī)劃課題“指向化學(xué)思維的初中化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化教學(xué)實(shí)踐研究”（FJJKXB19-380）;福建省中小學(xué)名師名校長(zhǎng)培養(yǎng)工程專項(xiàng)課題“基于學(xué)科理解的高中化學(xué)深度學(xué)習(xí)實(shí)踐研究”（ZXHX-2019009）

“新基礎(chǔ)教育”提出了課堂教學(xué)要從“教書”走向“育人”，從“知識(shí)傳遞”走向“生命價(jià)值的挖掘與提升”[1]?！坝恕辈粌H包括學(xué)科知識(shí)、技能、方法的傳授，而且承擔(dān)了學(xué)科核心素養(yǎng)的培育任務(wù)?；瘜W(xué)史素材中蘊(yùn)含著豐富的育人價(jià)值，同時(shí)科學(xué)學(xué)習(xí)的“重演律”也告訴我們，學(xué)生對(duì)科學(xué)概念的認(rèn)識(shí)與科學(xué)史上的認(rèn)識(shí)歷程存在相似性[2]。為了實(shí)現(xiàn)“育人”的目的，教師在使用化學(xué)史素材時(shí)，首先要理解化學(xué)史所承載的育人價(jià)值，領(lǐng)悟其獨(dú)特的、不可替代的“生命價(jià)值”;其次要思考可以采用怎樣的情境、策略與方法更好地把自己對(duì)學(xué)科育人的認(rèn)識(shí)轉(zhuǎn)化為具體的教學(xué)行為。而準(zhǔn)確把握教材內(nèi)容多維的學(xué)科教育教學(xué)價(jià)值，并對(duì)其內(nèi)涵進(jìn)行深入挖掘，需要教師增進(jìn)學(xué)科理解，站在單元教學(xué)乃至學(xué)科整體教學(xué)的角度進(jìn)行規(guī)劃，深化對(duì)學(xué)科結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，提取相應(yīng)的核心概念以統(tǒng)攝具體的教學(xué)，從而充分發(fā)揮學(xué)科在系統(tǒng)教育中的作用，促進(jìn)學(xué)生進(jìn)行深度學(xué)習(xí)。

一、“水的組成”的學(xué)科理解

本文以人教版化學(xué)九年級(jí)上冊(cè)“水的組成”為例，談?wù)勅绾位趯W(xué)科理解，把握“水的組成”在化學(xué)學(xué)科體系中知識(shí)之間的結(jié)構(gòu)與縱橫關(guān)系，并以化學(xué)史為教學(xué)主線，挖掘“水的組成”知識(shí)所承載的育人價(jià)值。

（一）整理分析“水的組成”的化學(xué)發(fā)展史，挖掘其教育價(jià)值

充分運(yùn)用化學(xué)發(fā)展史素材有利于學(xué)生深度理解學(xué)科知識(shí)的形成、發(fā)展及應(yīng)用情況，認(rèn)識(shí)“真科學(xué)”和“完整的科學(xué)”，并對(duì)化學(xué)發(fā)展過程的事件做出理性的分析和評(píng)價(jià)[3]。教師可以通過“水的組成”的化學(xué)發(fā)展史為線索創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，將研究歷程中的主要?dú)v史事件串連起來，整理出“水的組成”研究的主要化學(xué)史發(fā)展歷程（如圖1）。

教師結(jié)合化學(xué)史資料精心設(shè)置問題，引出課堂的模仿研究實(shí)驗(yàn)。一方面，通過簡(jiǎn)單穿插介紹1803年道爾頓的原子學(xué)說、1808年蓋·呂薩克發(fā)現(xiàn)的氣體化合體積定律，以及1811年阿伏加德羅根據(jù)蓋·呂薩克定律的實(shí)驗(yàn)事實(shí)，修正了蓋·呂薩克假說中的錯(cuò)誤，解決了道爾頓原子學(xué)說和蓋·呂薩克提出的相關(guān)理論之間的矛盾，引出阿伏加德羅定律，即“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體具有相同數(shù)目的分子”等史料。這樣的設(shè)計(jì)既讓學(xué)生感受到這些假說、定律的發(fā)展對(duì)解決水分子的微觀結(jié)構(gòu)中氫氧原子個(gè)數(shù)比的重大意義，也讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)學(xué)科是在質(zhì)疑、爭(zhēng)論和反復(fù)實(shí)驗(yàn)中發(fā)展和形成的，更讓學(xué)生明白科學(xué)實(shí)驗(yàn)研究中創(chuàng)新思維和堅(jiān)守的重要性，從而滲透學(xué)科育人價(jià)值。另一方面，介紹有關(guān)水的分解的科技前沿研究成果，讓學(xué)生明白水的分解為推動(dòng)氫能源的廣泛使用奠定了重要的基礎(chǔ)，體現(xiàn)學(xué)科研究的社會(huì)價(jià)值和經(jīng)濟(jì)價(jià)值，開拓了學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，從而達(dá)成學(xué)科育人的目標(biāo)。

（二）基于學(xué)科理解，把握“水的組成”知識(shí)的內(nèi)涵與本體價(jià)值

“水的組成”是培養(yǎng)學(xué)生“宏微符”（宏觀、微觀和符號(hào)）三重表征自動(dòng)轉(zhuǎn)換和建立關(guān)聯(lián)的重要起點(diǎn)?；诨瘜W(xué)知識(shí)的內(nèi)涵與本體價(jià)值的理解，學(xué)習(xí)“水的組成”，應(yīng)以元素觀為統(tǒng)領(lǐng)，從元素的視角審視和深入理解物質(zhì)的性質(zhì)及其變化。作為化學(xué)核心觀念之一的元素觀具有統(tǒng)攝性和持久的遷移價(jià)值，不僅能促進(jìn)學(xué)生把握最有價(jià)值的化學(xué)知識(shí)，而且能為學(xué)生形成相應(yīng)的認(rèn)識(shí)思路提供思考框架，為學(xué)生形成化學(xué)認(rèn)識(shí)指明思考方向[4]。

通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)學(xué)會(huì)依據(jù)水的生成與電解實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象和產(chǎn)物來檢驗(yàn)宏觀事實(shí)，理解化學(xué)反應(yīng)中元素種類雖然不變，但元素原子重組會(huì)生成新的物質(zhì)。讓學(xué)生建立起物質(zhì)與元素的關(guān)系，理解化合物、單質(zhì)、氧化物的概念，深化、發(fā)展和完善元素觀。教學(xué)過程中，教師讓學(xué)生書寫氫氣在氧氣中燃燒生成水和水的電解兩個(gè)反應(yīng)的文字表達(dá)式，提供磁力貼讓學(xué)生進(jìn)行小組討論，并擺出這兩個(gè)反應(yīng)的微觀過程示意圖（如圖2）。這樣不僅使學(xué)生的思維可視化，也使學(xué)生對(duì)微觀粒子有了具象的認(rèn)識(shí)，讓學(xué)生初步體會(huì)從定性與定量、元素組成與微粒構(gòu)成相結(jié)合的角度看物質(zhì)和化學(xué)反應(yīng)，從而培養(yǎng)學(xué)生三重表征間的轉(zhuǎn)換意識(shí)，滲透守恒觀。同時(shí)有利于診斷、探析學(xué)生對(duì)微觀世界的理解和發(fā)展水平，讓學(xué)生初步形成研究無機(jī)化合物組成的一般思路和方法，即通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象觀察和對(duì)產(chǎn)物檢驗(yàn)，運(yùn)用分析、推理等研究方法探知物質(zhì)宏觀的組成元素和微觀的原子比例，才能確定物質(zhì)的組成。

二、“水的組成”的教學(xué)思考

（一）準(zhǔn)確把握知識(shí)承載的功能與學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律

從學(xué)科整體的角度對(duì)“水的組成”的教學(xué)進(jìn)行理解與思考，有助于教師從學(xué)科理解的層面做分析和反思，從而更準(zhǔn)確地把握教學(xué)內(nèi)容承載的功能與學(xué)生的認(rèn)知水平。如從知識(shí)的學(xué)科體系結(jié)構(gòu)上進(jìn)行學(xué)科理解，能夠準(zhǔn)確把握本節(jié)課知識(shí)所承載的功能及為后續(xù)化學(xué)式和質(zhì)量守恒定律的學(xué)習(xí)打下認(rèn)知基礎(chǔ)，并提供實(shí)驗(yàn)事實(shí)與素材依據(jù)。一般而言，學(xué)生對(duì)于有大量微觀粒子參與，但微觀粒子肉眼不可見的反應(yīng)的過程難以理解。為了幫助學(xué)生順利建立起“宏微符”三重表征思維，在氫氣與氧氣反應(yīng)生成水及水的電解兩個(gè)反應(yīng)的微觀示意圖（如圖2）中有意識(shí)地增加省略號(hào)，表示實(shí)際過程中還有許多分子、原子參與反應(yīng)，有效避免學(xué)生產(chǎn)生誤解，認(rèn)為反應(yīng)過程僅生成兩個(gè)水分子，讓學(xué)生真正理解示意圖代表的是參加反應(yīng)的微粒個(gè)數(shù)比，而非實(shí)際的反應(yīng)個(gè)數(shù)。

基于教—學(xué)—評(píng)一致性的新課程理念，為了準(zhǔn)確診斷學(xué)生的微觀理解水平，教師可以讓學(xué)生上臺(tái)展示他們想象的水分子中氫原子和氧原子可能的結(jié)合比例和結(jié)合方式的微觀結(jié)構(gòu)示意圖（如圖3），并討論確定水分子中氫原子和氧原子數(shù)目與結(jié)合比例的依據(jù)。對(duì)于水分子空間結(jié)構(gòu)的成因則由教師一語帶過，不必加以拓展，具體留待高中學(xué)習(xí)。通過這些教學(xué)環(huán)節(jié)，既避免給學(xué)生帶來困惑，又給學(xué)生的學(xué)習(xí)留有余地，讓學(xué)生帶著問題走進(jìn)課堂，帶著思考走出課堂，激發(fā)他們探索未知的熱情，為將來的高中化學(xué)有關(guān)物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中化學(xué)鍵、分子空間結(jié)構(gòu)等的學(xué)習(xí)做好鋪墊。

（二）增進(jìn)史料文本的學(xué)科理解，挖掘其教學(xué)價(jià)值

教學(xué)過程中，對(duì)于化學(xué)史料，教師不能僅作為情境創(chuàng)設(shè)或課堂引入一筆帶過，應(yīng)該充分挖掘史料背后的教學(xué)價(jià)值，使其能夠巧妙融入教學(xué)的始終。本節(jié)課以“水的組成”的相關(guān)研究歷史為線索，貫穿整個(gè)教學(xué)過程。由于化學(xué)史料能展現(xiàn)科學(xué)方法的多樣性，因此，教師可借助“水的組成”的化學(xué)發(fā)展史料，以史為鑒，引導(dǎo)學(xué)生了解在化學(xué)學(xué)科研究中可以綜合運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、假說、模型等多樣性方法來共同解決一個(gè)問題[5]。

通過提煉簡(jiǎn)潔、關(guān)鍵的歷程資料，設(shè)置基于這些資料的問題鏈，如根據(jù)教材中“水的組成揭秘”資料卡片，可以提出以下問題：①普利斯特里和卡文迪許都做了“易燃空氣”的燃燒實(shí)驗(yàn)，為什么他們與真相如此接近卻又擦肩而過？能否由他們的實(shí)驗(yàn)得出水不是一種元素的結(jié)論？你推斷的依據(jù)是什么？②拉瓦錫做的這個(gè)相反的實(shí)驗(yàn)對(duì)我們研究物質(zhì)的組成有什么意義？拉瓦錫的實(shí)驗(yàn)角度與普利斯特里、卡文迪許的有什么不同？實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了該反應(yīng)中各物質(zhì)的組成發(fā)生了什么變化？③普利斯特里、卡文迪許、拉瓦錫在“水的組成”的研究中各用了什么方法，你有什么感悟？等等。

教師通過對(duì)化學(xué)史料的教學(xué)價(jià)值進(jìn)行深度挖掘，帶領(lǐng)學(xué)生沿著科學(xué)家的足跡，感悟科學(xué)家的智慧，從分合、正逆的角度，經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)演示—宏微結(jié)合—分析推理，最終得出水是由氫氧兩種元素組成和氫原子、氧原子以2∶1的原子個(gè)數(shù)比結(jié)合構(gòu)成水分子的結(jié)論。教師從化學(xué)史料中提煉出問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行逐步分析解決，讓學(xué)生深切感受改變反應(yīng)條件可以降低化學(xué)反應(yīng)的難度，習(xí)得“水的組成”的研究方法。讓學(xué)生初步建立從定性與定量、宏觀元素組成與微觀原子結(jié)合兩個(gè)維度研究化合物的組成，建立三重表征間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換意識(shí)。同時(shí)讓學(xué)生體會(huì)到科學(xué)研究和發(fā)展的艱辛與不易，也感受到科學(xué)研究中質(zhì)疑與創(chuàng)新的重要性。

（三）精選表現(xiàn)型的學(xué)習(xí)任務(wù)，培育學(xué)生模型認(rèn)知與證據(jù)推理意識(shí)

教學(xué)過程中，師生重演化學(xué)史上科學(xué)家研究“水的組成”曾經(jīng)做過的實(shí)驗(yàn)。教師演示氫氣的制取、驗(yàn)純、燃燒（用冷而干燥的燒杯罩在火焰上）及水的電解實(shí)驗(yàn)，學(xué)生觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象并思考問題。所給出的問題都是教師精選出來具有表現(xiàn)型的學(xué)習(xí)任務(wù)，且得出的結(jié)論都要求學(xué)生說出判斷依據(jù)，以診斷學(xué)生的化學(xué)觀念與學(xué)科核心素養(yǎng)水平。如提出以下任務(wù)：①通過實(shí)驗(yàn)?zāi)隳艿贸鰵錃饩哂心男┬再|(zhì)？能否得出水的組成元素？說說你的依據(jù);②水分子真正的結(jié)構(gòu)是圖3（a），為什么不是圖3（b）與圖3（c）的混合物？分析可能的原因，并說說你的依據(jù);③根據(jù)上述水的電解微觀過程的分析，你對(duì)化學(xué)變化有哪些新的認(rèn)識(shí);④課后查閱資料，說說為什么氫能源有那么多的優(yōu)點(diǎn)，但是還沒有廣泛使用，其中存在哪些亟待解決的問題;等等。

基于學(xué)科理解高度審視“水的組成”的教學(xué)，通過精選這些表現(xiàn)型的學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)置引發(fā)學(xué)生深層次思考的問題，引導(dǎo)學(xué)生注重結(jié)論與實(shí)驗(yàn)原理的關(guān)系。讓學(xué)生初步建立宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)關(guān)聯(lián)的意識(shí)，形成所得的結(jié)論都要給出相應(yīng)的證據(jù)支持的觀念，幫助學(xué)生建立現(xiàn)象與結(jié)論之間要以證據(jù)推理為橋梁的邏輯思維，促進(jìn)學(xué)生思維的進(jìn)階。這些表現(xiàn)型的學(xué)習(xí)任務(wù)既有利于幫助教師診斷學(xué)生的認(rèn)知角度與認(rèn)識(shí)水平，也有助于學(xué)生發(fā)展和完善研究物質(zhì)組成與變化的模型認(rèn)知與證據(jù)推理意識(shí)。

三、結(jié)語

綜上所述，教師應(yīng)該立足學(xué)科整體理解的高度，加深對(duì)教材內(nèi)容先后順序編排的理解和學(xué)習(xí)，準(zhǔn)確把握學(xué)生的認(rèn)知障礙及發(fā)展規(guī)律，厘清“水的組成”在化學(xué)學(xué)科體系中的知識(shí)結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)與功能地位等，這樣才能更好地把握教材與知識(shí)的內(nèi)涵和本體價(jià)值。教學(xué)過程中精選表現(xiàn)型的學(xué)習(xí)任務(wù)，設(shè)置引發(fā)學(xué)生積極主動(dòng)思考的課堂文化，讓學(xué)生感悟“水的組成”的研究方法和學(xué)習(xí)意義，初步形成以“宏微符”“定性與定量”相結(jié)合來研究物質(zhì)組成及其變化的多樣性的認(rèn)識(shí)路徑和認(rèn)識(shí)維度，使學(xué)生逐步形成化學(xué)學(xué)科核心觀念，滲透和落實(shí)學(xué)科的育人功能。

（注：本文系福建省羅月旺名師工作室研修項(xiàng)目階段性成果。）

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（責(zé)任編輯：羅小熒）