陳敏琛
[摘 要]文章以“從海水中提取溴”的教學(xué)為例,從化學(xué)學(xué)科理解的五個維度對元素化合物教學(xué)內(nèi)容做全面分析,通過凝練學(xué)科本原性問題、抽提化學(xué)認(rèn)識視角等,建構(gòu)元素化合物的認(rèn)識模型。在“素養(yǎng)為本”的課堂教學(xué)中,可創(chuàng)設(shè)情境以搭建素養(yǎng)形成和發(fā)展的平臺,建構(gòu)模型以形成知識關(guān)聯(lián)和認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化,解決問題以提升認(rèn)識思路的遷移水平。
[關(guān)鍵詞]化學(xué)學(xué)科理解;元素化合物;化學(xué)認(rèn)識視角;化學(xué)認(rèn)識思路
[中圖分類號] ? ?G633.8 ? ? ? ?[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058(2022)20-0069-03
一、問題的提出
元素化合物知識是高中化學(xué)必修課程的主要內(nèi)容之一,在教材中占有較大的比重。元素化合物教學(xué)中存在的主要問題有:(1)以去情境化的教學(xué)代替真實(shí)的學(xué)習(xí)情境;(2)以碎片化學(xué)習(xí)代替整體性學(xué)習(xí);(3)以單一代表物的性質(zhì)學(xué)習(xí)代替基于元素觀的物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)[1]。這導(dǎo)致學(xué)生對知識點(diǎn)的理解過于狹隘和對反應(yīng)方程式的記憶過于機(jī)械,在解決化學(xué)實(shí)際問題過程中表現(xiàn)為知識遷移能力欠缺,學(xué)科核心素養(yǎng)水平低下。造成以上教學(xué)偏差的一個主要原因是教師對元素化合物的學(xué)科理解片面或存在一定的局限性。
《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020修訂)》(以下簡稱新課標(biāo))提出“要求教師進(jìn)一步增進(jìn)化學(xué)學(xué)科理解。化學(xué)學(xué)科理解是指教師對化學(xué)學(xué)科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結(jié)構(gòu)化的認(rèn)識,它不僅僅只是對化學(xué)知識的理解,還包括對具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解”[2]。本原性的認(rèn)識離不開在真實(shí)情境中產(chǎn)生的真實(shí)問題,學(xué)科知識及學(xué)科思維方式和方法的結(jié)構(gòu)化是解決真實(shí)問題的“金鑰匙”。本文以2019年蘇教版化學(xué)必修第一冊(以下簡稱新教材)“從海水中提取溴”的教學(xué)為例,從化學(xué)學(xué)科理解層面,分析元素化合物教學(xué)內(nèi)容的本原性問題和功能價值,構(gòu)建元素化合物的認(rèn)識模型,基于教學(xué)實(shí)踐提煉教學(xué)策略,探尋元素化合物教學(xué)新樣態(tài)。
二、基于化學(xué)學(xué)科理解的元素化合物教學(xué)內(nèi)容分析
要厘清元素化合物知識的產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用的脈絡(luò),可從“化學(xué)知識本質(zhì)”“化學(xué)知識獲取”“化學(xué)知識結(jié)構(gòu)”三個維度獲得關(guān)于元素化合物的接近本原性問題的理解;要挖掘元素化合物的學(xué)科價值、社會價值和育人價值,可從“化學(xué)學(xué)科方法”“化學(xué)學(xué)科價值”兩個方面進(jìn)行凝練。因此,有必要從化學(xué)學(xué)科理解的五個維度——“化學(xué)知識本質(zhì)”“化學(xué)知識獲取”“化學(xué)知識結(jié)構(gòu)”“化學(xué)學(xué)科方法”“化學(xué)學(xué)科價值”[3],對元素化合物教學(xué)內(nèi)容的本原性問題和功能價值進(jìn)行全面了解。具體的元素化合物教學(xué)內(nèi)容分析見表1。
三、基于化學(xué)學(xué)科理解建構(gòu)元素化合物認(rèn)識模型
基于化學(xué)學(xué)科理解的化學(xué)教學(xué),要求教師重視學(xué)科本原性問題的凝練、化學(xué)認(rèn)識視角的抽提以及化學(xué)認(rèn)識思路的建構(gòu)[5]。
(一)凝練學(xué)科本原性問題
在元素化合物的教學(xué)中,教師可基于“化學(xué)知識本質(zhì)”,凝練3個學(xué)科本原性問題:它是什么物質(zhì)?它發(fā)生了什么變化?它為什么會發(fā)生變化?如“從海水中提取溴”一課要解決的3個學(xué)科問題是:溴元素的存在形式是什么?不同價態(tài)含溴物質(zhì)之間如何轉(zhuǎn)化?物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、分類和變化與認(rèn)識視角有何關(guān)聯(lián)[6]?
(二)抽提化學(xué)認(rèn)識視角
化學(xué)認(rèn)識視角是“從哪兒想”的切入點(diǎn)。宏觀和微觀相結(jié)合是建構(gòu)認(rèn)識對象之間的關(guān)聯(lián)性的重要化學(xué)學(xué)科視角。在元素化合物教學(xué)中,教師一方面要基于物質(zhì)類別和元素價態(tài)、原子結(jié)構(gòu)的視角預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),初步建構(gòu)價類二維認(rèn)識模型;另一方面要從實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的視角對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象做出合理解釋,并用化學(xué)符號進(jìn)行恰當(dāng)表征,發(fā)展學(xué)生“宏—微—符”三重表征這一化學(xué)學(xué)科特有的思維方式。
(三)建構(gòu)化學(xué)認(rèn)識思路
化學(xué)認(rèn)識思路實(shí)質(zhì)是形成“怎么想”的邏輯框架,它的價值在于知識的運(yùn)用。如本節(jié)課先通過建構(gòu)預(yù)測陌生物質(zhì)性質(zhì)的思維模型,再創(chuàng)設(shè)“模擬工業(yè)上熱空氣吹溴”的問題情境,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用模型嘗試解決實(shí)際問題,并在此過程中完善模型,形成化學(xué)認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化,旨在提高學(xué)生基于化學(xué)認(rèn)識思路的遷移能力。
基于化學(xué)學(xué)科理解的元素化合物教學(xué)著力點(diǎn)不再是知識的機(jī)械傳遞和簡單應(yīng)用,而是強(qiáng)調(diào)形成知識關(guān)聯(lián)和學(xué)科思維方式和方法的結(jié)構(gòu)化。就學(xué)科知識來講,就是將化學(xué)知識關(guān)聯(lián)起來形成有機(jī)整體,從橫向維度體現(xiàn)知識關(guān)聯(lián)和認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化,即建構(gòu)價類二維認(rèn)識模型,預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)或證偽,使物質(zhì)轉(zhuǎn)化的路徑顯性化,使知識從碎片化走向結(jié)構(gòu)化。就學(xué)科思維方式和方法來講,就是抽提學(xué)科思想方法、觀念,從縱向維度形成核心觀念的結(jié)構(gòu)化,即將“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)決定用途”的學(xué)科思想方法貫穿教學(xué)始終,用元素觀、微粒觀等學(xué)科觀念統(tǒng)領(lǐng)學(xué)科知識的學(xué)習(xí)。
綜上,基于化學(xué)學(xué)科理解的元素化合物的認(rèn)識模型如圖1所示。元素化合物教學(xué)宜從化學(xué)史實(shí)、實(shí)驗(yàn)探究、生產(chǎn)實(shí)際等方面有序鋪陳,創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境和相關(guān)聯(lián)的學(xué)習(xí)任務(wù),引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)科知識和核心觀念解決真實(shí)情境下的化學(xué)實(shí)際問題,形成認(rèn)識思路的固化和遷移,提升學(xué)生元素化合物的認(rèn)知進(jìn)階水平,發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。
四、基于化學(xué)學(xué)科理解提煉元素化合物的教學(xué)策略
基于化學(xué)學(xué)科理解的元素化合物教學(xué)主要體現(xiàn)在教師運(yùn)用適切的情境素材,在情境、任務(wù)、活動“三位一體”下,以實(shí)驗(yàn)為主的多樣化活動為載體,從宏微結(jié)合、定性定量、變化守恒等多重視角,引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用類比推理、抽象概括的思維方式,建構(gòu)結(jié)構(gòu)化的化學(xué)核心知識圖譜,形成由知識向真實(shí)情境遷移的關(guān)鍵能力。
(一)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,搭建素養(yǎng)形成和發(fā)展的平臺
“真實(shí)、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺,為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會?!保?]因此,創(chuàng)設(shè)真實(shí)且體現(xiàn)學(xué)科知識功能與價值的問題情境是“素養(yǎng)為本”課堂教學(xué)的重要取向。從“化學(xué)知識獲取”“化學(xué)學(xué)科價值”維度的學(xué)科理解來看,選擇生產(chǎn)生活、科研以及化學(xué)史實(shí)中有意義的化學(xué)問題,將其改造成適合學(xué)生探究的學(xué)習(xí)情境,并貫穿課堂始終,不但能激發(fā)學(xué)生探究問題的欲望,還能驅(qū)動學(xué)生持續(xù)深度學(xué)習(xí),避免情境流于形式成為“花架子”。例如在“從海水中提取溴”的教學(xué)中,若只是讓學(xué)生羅列生活中使用的含溴藥物、高效低毒的含溴農(nóng)藥、含溴消毒劑等,而沒有挖掘這些物質(zhì)的來源、合成、用途等體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科思想方法的內(nèi)容,顯然對學(xué)生學(xué)科思維方式的培養(yǎng)和結(jié)構(gòu)化知識的構(gòu)建沒有太大的價值。為此,教師應(yīng)著重以“溴的發(fā)現(xiàn)史”創(chuàng)設(shè)情境,介紹巴拉爾發(fā)現(xiàn)溴的經(jīng)過和李比希與溴元素失之交臂的故事,提出“鹽湖里的溴是以什么形式存在的?”“如何將新物質(zhì)從母液中提取出來?”等問題,促使學(xué)生了解溴的轉(zhuǎn)化過程,為后續(xù)概括從海水中提取溴的思路做好鋪墊。同時,讓學(xué)生體會到批判精神和直覺思維對科學(xué)發(fā)現(xiàn)的積極作用,發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”核心素養(yǎng),使情境的功能價值——激趣、激思、激疑得到真正發(fā)揮。
(二)建構(gòu)認(rèn)識模型,形成知識關(guān)聯(lián)和認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化
從“化學(xué)知識結(jié)構(gòu)” 維度的學(xué)科理解來看,在元素化合物教學(xué)中,教師應(yīng)充分利用物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等基礎(chǔ)理論指導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)元素化合物,使其實(shí)現(xiàn)從感性認(rèn)識到理性認(rèn)識的跨越。“化學(xué)學(xué)科方法”維度的學(xué)科理解注重從宏微結(jié)合的角度預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì),并通過實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行方案設(shè)計、概括解釋等深層次的探究活動,進(jìn)而形成對物質(zhì)性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識。如在“實(shí)驗(yàn)室提取溴”的教學(xué)環(huán)節(jié)中,引導(dǎo)學(xué)生對比氯原子的結(jié)構(gòu),預(yù)測Br2有氧化性,再通過繪制含溴物質(zhì)的價類二維圖(如圖2),外顯Br-與Br2之間的轉(zhuǎn)化路徑,并通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,建構(gòu)關(guān)于物質(zhì)轉(zhuǎn)化的一般認(rèn)識思路;設(shè)置“如何檢驗(yàn)Br-”這一關(guān)聯(lián)性學(xué)習(xí)任務(wù),旨在診斷學(xué)生能否運(yùn)用氧化還原反應(yīng)原理選擇合適的氧化劑將Br-氧化成Br2,再用四氯化碳將Br2從水中萃取出來。在實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,教師應(yīng)改變學(xué)生照搬教科書做實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)狀,鼓勵學(xué)生做出有依據(jù)的假設(shè),對實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)果進(jìn)行比較、分析、解釋、概括,在一系列活動中經(jīng)歷想象、批判性思考等創(chuàng)新思維活動,形成“氯、溴的性質(zhì)既有相似性又有差異性”的結(jié)構(gòu)化知識關(guān)聯(lián)。
(三)解決實(shí)際問題,提升認(rèn)識思路的遷移水平
元素化合物知識認(rèn)識功能的落腳點(diǎn)是提升認(rèn)識思路和核心觀念的結(jié)構(gòu)化水平。認(rèn)識思路結(jié)構(gòu)化的形成有賴于在陌生情境中運(yùn)用認(rèn)知模型,預(yù)測陌生物質(zhì)性質(zhì)并通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)或證偽,進(jìn)而鞏固、提升認(rèn)識思路的遷移水平,發(fā)展“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”核心素養(yǎng)。在本節(jié)課中,教師進(jìn)一步提出“工業(yè)上制溴與實(shí)驗(yàn)室制溴有何不同?”的問題,讓學(xué)生從反應(yīng)原理、原料成本、設(shè)備要求、環(huán)境保護(hù)等多角度發(fā)表自己對問題的見解,提出模擬工業(yè)空氣吹出法制溴的實(shí)驗(yàn)設(shè)想。在教師提供化學(xué)知識和實(shí)驗(yàn)儀器的支持下,由學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案,并最終選擇一個較優(yōu)方案:如圖3,加熱三頸燒瓶至蒸餾水沸騰,不斷擠壓鼓氣囊將水蒸氣趕至第一個裝有稀硫酸酸化的NaBr和新制氯水混合溶液的洗氣瓶中,生成的溴單質(zhì)在水蒸氣帶動下被吹到第二個裝有NaOH溶液的洗氣瓶中。由于溴單質(zhì)易揮發(fā),因此暫時以化合物的形式存在。怎樣將化合態(tài)的溴轉(zhuǎn)化成游離態(tài)的溴?學(xué)生對此展開探討。有的學(xué)生從含溴物質(zhì)的價類二維圖入手,猜想在堿性介質(zhì)中Br2轉(zhuǎn)化為Br-、BrO-,那么反過來,在酸性介質(zhì)中Br-、BrO-則應(yīng)轉(zhuǎn)化為Br2;有的學(xué)生從氧化還原的角度推測可用其他氧化劑實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)化,就此再次通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證自己的猜想,并用離子方程式表示相應(yīng)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。當(dāng)教材上一句空洞的描述變?yōu)閷?shí)驗(yàn)現(xiàn)實(shí),學(xué)生的內(nèi)心充滿了愉悅,不僅真切地感受到了工業(yè)提溴的過程,而且知識遷移能力也得到了提升,宏微結(jié)合、變化守恒等核心觀念得到了鞏固,同時還體會到了化學(xué)對社會發(fā)展的重要價值。
總之,基于化學(xué)學(xué)科理解的元素化合物教學(xué)不應(yīng)拘泥于細(xì)碎的知識點(diǎn)和方程式的機(jī)械記憶,應(yīng)讓學(xué)生置身于真實(shí)情境,親臨科學(xué)實(shí)踐的現(xiàn)場,通過比較、推理、預(yù)測、解釋等思維活動和實(shí)驗(yàn)活動,親身經(jīng)歷知識產(chǎn)生、發(fā)展和應(yīng)用的過程,形成運(yùn)用結(jié)構(gòu)化的化學(xué)知識解決實(shí)際問題的關(guān)鍵能力,同時涵養(yǎng)自身對化學(xué)學(xué)科價值的欣賞,體悟化學(xué)學(xué)習(xí)的有趣、有味、有用。
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(責(zé)任編輯 羅 艷)