在選修課教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的實(shí)踐

1、    在選修課教學(xué)中培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的實(shí)踐    于海強(qiáng)+林肅浩培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)已成為當(dāng)下和今后學(xué)校教育的熱門主題，成為推進(jìn)素質(zhì)教育新的著陸點(diǎn)、著力點(diǎn)和生長(zhǎng)點(diǎn)。就一門學(xué)科而言，核心素養(yǎng)的內(nèi)涵包括核心知識(shí)、核心能力、核心品質(zhì)。那么就化學(xué)學(xué)科而言，就是要掌握化學(xué)基礎(chǔ)知識(shí)，形成化學(xué)的基本觀念，了解化學(xué)研究基本方法，認(rèn)識(shí)化學(xué)思維基本特點(diǎn)，提高化學(xué)學(xué)習(xí)與探究能力等。據(jù)教育部專家討論稿，提出高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為：宏微結(jié)合，分類表征，變化守恒，模型認(rèn)可，實(shí)驗(yàn)探究，綠色運(yùn)用?；趯W(xué)科核心素養(yǎng)，為彰顯化學(xué)學(xué)科魅力，要用大概念統(tǒng)整化學(xué)學(xué)科課程內(nèi)容，在化學(xué)選修課程實(shí)

2、施中大展身手?，F(xiàn)筆者結(jié)合自己在化學(xué)選修課教學(xué)中的實(shí)踐案例，談?wù)勅绾闻囵B(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，以供同行參考。一、宏微結(jié)合，分類表征，以課本教學(xué)內(nèi)容優(yōu)化為例化學(xué)思維的基本特點(diǎn)是觀察、了解宏觀的物質(zhì)及其變化現(xiàn)象，從原子、分子的微觀分析物質(zhì)及其變化；運(yùn)用化學(xué)符號(hào)系統(tǒng)描述物質(zhì)及其變化的本質(zhì)和規(guī)律?；瘜W(xué)研究的基本方法是運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)、化學(xué)計(jì)算等科學(xué)方法定性、定量地分析、解決有關(guān)物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)、變化與合成的過(guò)程?；瘜W(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的中心科學(xué)，學(xué)生通過(guò)化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)荏w會(huì)到化學(xué)的引人入勝和深邃精妙，學(xué)習(xí)從實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)規(guī)律。反之，沒(méi)有大量宏觀化學(xué)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及化學(xué)反應(yīng)事實(shí)的支持，對(duì)化學(xué)缺乏豐富的感性體驗(yàn)，學(xué)生就很難牢固建

3、立微觀粒子及其結(jié)構(gòu)的觀念，很難體會(huì)化學(xué)符號(hào)系統(tǒng)豐富深厚的含義?；瘜W(xué)中所謂的“四重表征”常指：宏觀（如藥品、裝置、操作、現(xiàn)象）；微觀（如溶質(zhì)、離子的變化）；符號(hào)（如化學(xué)方程式或離子方程式）；數(shù)據(jù)圖表曲線（起點(diǎn)、拐點(diǎn)、終點(diǎn)、走向趨勢(shì)等）。教學(xué)實(shí)例1筆者在講授蘇教版選修課“化學(xué)反應(yīng)原理”的“強(qiáng)弱電解質(zhì)”一節(jié)內(nèi)容時(shí)，從學(xué)生運(yùn)動(dòng)后喝水選擇的生活實(shí)際引入，讓學(xué)生了解電解質(zhì)對(duì)生命活動(dòng)的重要作用，并引出電解質(zhì)的概念，引導(dǎo)學(xué)生依次設(shè)計(jì)四組對(duì)比實(shí)驗(yàn)探究：一為常見(jiàn)電解質(zhì)溶液導(dǎo)電能力對(duì)比實(shí)驗(yàn)視頻實(shí)驗(yàn)；二為同濃度醋酸和鹽酸電離程度比較氣球?qū)嶒?yàn)演示實(shí)驗(yàn)；三為不同濃度醋酸和鹽酸ph測(cè)定實(shí)驗(yàn)自主實(shí)驗(yàn)，四為用傳感器精確測(cè)定不同

4、濃度醋酸和鹽酸ph數(shù)字實(shí)驗(yàn)。并通過(guò)用直觀現(xiàn)象，燈泡的亮暗、氣球的大小判斷電離程度，用粗略的廣泛ph試紙和精確的ph傳感器測(cè)定不同濃度醋酸和鹽酸ph，用科學(xué)測(cè)定的數(shù)據(jù)畫出圖表圖像變化，認(rèn)識(shí)強(qiáng)弱電解質(zhì)電離程度的差別，并引導(dǎo)學(xué)生分析數(shù)據(jù)，為下節(jié)弱電離平衡的學(xué)習(xí)提供鋪墊。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和分析中，注重滲透實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)控制變量思想，注重化學(xué)宏觀（實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象）微觀（微觀電離）符號(hào)（電離方程式）數(shù)據(jù)（ph測(cè)定）四重表征思想，注意培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)，培養(yǎng)學(xué)生提出問(wèn)題、探究分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力。教學(xué)實(shí)例2筆者在講授蘇教版選修課“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”的“有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的研究”一節(jié)內(nèi)容時(shí)，首先演示了甲烷與氯氣在光照條件下的鹵代反

5、應(yīng)實(shí)驗(yàn)，總結(jié)歸納了該反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)宏觀現(xiàn)象。該取代反應(yīng)微觀結(jié)構(gòu)主要是碳原子的雜化類型不變，鍵角基本不變，變的是碳原子連接的原子或原子團(tuán)。然后用球棍模型演示甲烷與氯氣發(fā)生取代反應(yīng)的過(guò)程，模型就是放大了的“微觀表征”。將甲烷球棍模型的一個(gè)氫原子取下，將兩個(gè)氯原子拉開，其中一個(gè)氯原子和碳原子相連，另一個(gè)氯原子和取下的氫原子相連，該取代反應(yīng)的（第一步）反應(yīng)方程式（符號(hào)）就活了。宏觀表征，符號(hào)表征，微觀表征相通相融，實(shí)現(xiàn)了一次三重表征的靈活轉(zhuǎn)換。接著用微觀和符號(hào)解釋該反應(yīng)的自由基鏈反應(yīng)機(jī)理（鏈引發(fā)、鏈增殖、鏈終止）。最后給出一道試題，遷移運(yùn)用，用科學(xué)的數(shù)據(jù)來(lái)定量的分析表征自由基鏈反應(yīng)機(jī)理。試題：氯分子的解離

6、是一個(gè)吸熱過(guò)程，h=243.6 kj/mol，光可以引起氯的解離?？赡芤鹇冉怆x的光照射cl2和h2的混合物時(shí)，將生成hcl。設(shè)混合氣體受到汞紫外燈（=253.6 nm）照射，燈的輸入功率為10 w，其中2%的能量被裝在10 l容器中的混合氣體吸收。在照射2.5 s期間生成了0.065 mol的hcl氣體。試回答：（1）預(yù)期引起氯解離的光波長(zhǎng)多大？（2）比計(jì)算的臨界值長(zhǎng)或短的光也能引起氯解離嗎？（3）量子產(chǎn)額多大？（量子產(chǎn)額=吸收每一個(gè)光子得到產(chǎn)物的分子數(shù)）（4）解釋如何得到上題數(shù)值，并描述反應(yīng)歷程。二、變化守恒，模型認(rèn)可，以化學(xué)競(jìng)賽建模輔導(dǎo)為例化學(xué)基本思想是在一定的化學(xué)知識(shí)和方法基礎(chǔ)上形成的

7、，化學(xué)思想對(duì)理解、掌握、運(yùn)用化學(xué)知識(shí)和化學(xué)方法，解決化學(xué)問(wèn)題起到促進(jìn)和深化的作用。透徹理解化學(xué)守恒思想的內(nèi)涵，如利用“質(zhì)量守恒、能量守恒、電子守恒”等諸多守恒思想會(huì)為解決化學(xué)問(wèn)題帶來(lái)了不盡的便利?；瘜W(xué)模型可分為物質(zhì)模型和思想模型（也稱思考模型、觀念模型）兩大類。運(yùn)用模型是化學(xué)常用的教學(xué)方法和手段，善于運(yùn)用模型能夠培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識(shí)。參加化學(xué)競(jìng)賽的學(xué)生僅僅具有一定的化學(xué)基礎(chǔ)還是不夠的，還需要具有一定程度的綜合能力，這些能力包括觀察力、思維力、想象力和創(chuàng)造力等?；瘜W(xué)競(jìng)賽的試題強(qiáng)調(diào)考察學(xué)生具有的對(duì)化學(xué)學(xué)科特有的分子三維立體結(jié)構(gòu)的空間想象能力或者說(shuō)空間感受能力。利用變化守恒思想，科學(xué)建模是解決該類

8、問(wèn)題的重要途徑和方法。教學(xué)實(shí)例1請(qǐng)學(xué)生畫出c4h4的所有可能的結(jié)構(gòu)式。這個(gè)問(wèn)題的知識(shí)水平還是高中水平，但能力要求遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)高中生已有的水平，需要高度空間想象力，發(fā)散思維能力和創(chuàng)造力。通過(guò)討論，需滿足3個(gè)不飽和度（守恒思想），思考如何滿足3個(gè)不飽和度，雙鍵，三鍵和環(huán)的綜合運(yùn)用（變化思想），思路打開后，學(xué)生畫出如圖1所示結(jié)構(gòu)。教學(xué)實(shí)例2寫出白磷在氧氣中燃燒生成的p4o6、p4o10的結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。此題源于教材，但又高于教材，雖然p4o6、p4o10在中學(xué)教材中是沒(méi)有的，但學(xué)生對(duì)教材中p4的正四面體結(jié)構(gòu)還是熟悉的。通過(guò)分析結(jié)構(gòu)、價(jià)態(tài)，可以推斷出它們的結(jié)構(gòu)式如圖2所示。再進(jìn)一步，要求學(xué)生寫出as4o6s4，

9、c6n4h12的結(jié)構(gòu)式。雖然上述分子對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是極其陌生的，但將上題學(xué)到的知識(shí)進(jìn)行遷移，再根據(jù)p、as與n，o與s同族，同時(shí)抽象出ch2相當(dāng)于“o”，就可以解決，寫出正確的結(jié)構(gòu)式如圖3所示。 化學(xué)競(jìng)賽中分子結(jié)構(gòu)、配合物結(jié)構(gòu)、晶體結(jié)構(gòu)方面的問(wèn)題都需要學(xué)生具有豐富的空間想像力才能解決。人類研究物質(zhì)結(jié)構(gòu)的過(guò)程中，形成了一種很有效的科學(xué)方法，那就是建立模型（簡(jiǎn)稱建模）如配合物的八面體、四面體等結(jié)構(gòu)、分子的立體結(jié)構(gòu)、晶體中晶胞的結(jié)構(gòu)等都建立了模型，平時(shí)學(xué)習(xí)中要能很好的理解這些模型，在解決問(wèn)題時(shí)就能得心應(yīng)手。三、實(shí)驗(yàn)探究，綠色運(yùn)用，以化學(xué)課外活動(dòng)開展為例化學(xué)要形成的基本觀念為理解并認(rèn)同看待化學(xué)與化學(xué)品的基

10、本觀點(diǎn)，如物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)；物質(zhì)在變化中，物質(zhì)變化決定于它的本性，外界條件可以影響物質(zhì)的變化；物質(zhì)對(duì)于人類和環(huán)境都有客觀性與兩面性；人們利用化學(xué)原理進(jìn)行實(shí)踐活動(dòng)，要考慮“能不能做”，更應(yīng)考慮“該不該做”等?；瘜W(xué)教學(xué)要提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)與探究能力，在課堂教學(xué)中，教師和學(xué)生經(jīng)?？砂l(fā)現(xiàn)值得研究的問(wèn)題。通過(guò)研討、探究、辯駁，最終實(shí)現(xiàn)問(wèn)題解決并達(dá)到對(duì)知識(shí)的理解升華。學(xué)生在探究學(xué)習(xí)過(guò)程中，會(huì)激活自己化學(xué)學(xué)習(xí)中的知識(shí)儲(chǔ)存，在解決實(shí)際問(wèn)題的探索性活動(dòng)，提高化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)?；瘜W(xué)的綠色運(yùn)用是化學(xué)學(xué)科的終極目的，化學(xué)在保證和提高人類生活質(zhì)量、保護(hù)自然環(huán)境以及增強(qiáng)化學(xué)工業(yè)的競(jìng)爭(zhēng)力方面均起著關(guān)鍵作用。我們必須為化學(xué)正名，提

11、高全民的化學(xué)科學(xué)素養(yǎng)。教學(xué)實(shí)例1銀鏡反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)教學(xué)中較為重要的實(shí)驗(yàn)之一，也是中學(xué)教師在上課時(shí)必做的演示實(shí)驗(yàn)。教學(xué)中每次做到乙醛的銀鏡反應(yīng)這個(gè)實(shí)驗(yàn)，若按照課本的試劑和條件做，由于三聚乙醛等原因效果一般都不太理想。為了保證上課時(shí)能取得好的效果，實(shí)驗(yàn)員都會(huì)建議在乙醛中加入葡萄糖。這似乎成了做乙醛銀鏡反應(yīng)時(shí)的“潛規(guī)則”。另外，在實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)里，有兩條也是一定會(huì)和學(xué)生強(qiáng)調(diào)的：（1）銀鏡反應(yīng)需要加熱，而且須在水浴中加熱；（2）銀鏡反應(yīng)過(guò)程中，不要振動(dòng)試管。雖然，這可以讓學(xué)生體驗(yàn)到實(shí)驗(yàn)成功的喜悅，但嚴(yán)重地違背了實(shí)事求是的科學(xué)精神。為此，查閱資料，在學(xué)生的化學(xué)課外實(shí)踐活動(dòng)中做了如下改進(jìn)實(shí)驗(yàn)：取1個(gè)潔凈的試

12、管，加入3 ml 5% agno3溶液，滴加0.5 ml 10% naoh溶液，繼續(xù)滴加10%氨水至沉淀剛好消失，再加入乙醛（或葡萄糖），在常溫下充分振蕩。實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象在試管壁上直接產(chǎn)生光亮的銀鏡，效果很是震撼。然后和學(xué)生一起探討銀鏡反應(yīng)的機(jī)理：首先，醛基先跟oh-發(fā)生加成反應(yīng)得到負(fù)離子，然后，該負(fù)離子在堿性溶液中失去一個(gè)質(zhì)子得到雙負(fù)離子，該物質(zhì)不穩(wěn)定，很容易失去一個(gè)氫負(fù)離子變成酸根離子，氫負(fù)離子具有較強(qiáng)的還原性，它能夠把+1價(jià)的銀還原為單質(zhì)銀，當(dāng)然在該反應(yīng)中是還原銀氨絡(luò)離子中+1價(jià)的銀，從反應(yīng)機(jī)理看，保證溶液呈強(qiáng)堿性是反應(yīng)的關(guān)鍵，可見(jiàn)配制銀氨溶液的時(shí)候加少量氫氧化鈉，可取得意想不到的效果。教學(xué)實(shí)

13、例22015年發(fā)生過(guò)著名的px低毒還是劇毒的“詞條保衛(wèi)戰(zhàn)”，還有某品牌化妝品推出“我們恨化學(xué)”的廣告，洗腦般的重復(fù)“我們恨化學(xué)”，引發(fā)了很大的爭(zhēng)議。北大教授周公度遞交聲明要狀告相關(guān)部門，理由是，這是一則壞廣告，毫無(wú)基本科學(xué)素養(yǎng)，反科學(xué)、破壞化學(xué)教育。周教授的行動(dòng)提出了一個(gè)人們?cè)缇完P(guān)注的問(wèn)題：化學(xué)科學(xué)或產(chǎn)品對(duì)人類社會(huì)和自然社會(huì)的雙重效應(yīng)，以及該如何看待化學(xué)及其產(chǎn)品。但對(duì)國(guó)人而言，恰恰是“喝牛奶知道了三聚氰胺，吃紅心的咸鴨蛋知道了蘇丹紅，喝白酒知道了塑化劑，吃豬肉知道了瘦肉精”，由此可見(jiàn)，提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)和普及化學(xué)的綠色運(yùn)用理念已迫在眉睫。綠色化學(xué)是指設(shè)計(jì)沒(méi)有或者只有盡可能小的環(huán)境負(fù)作用并且在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上可行的化學(xué)品和化學(xué)過(guò)程。它是實(shí)現(xiàn)預(yù)防污染重要科學(xué)手段，包括許多化學(xué)領(lǐng)域，如合成、催化、工藝、分離和分析監(jiān)測(cè)等。綠色化學(xué)的最大特點(diǎn)在于它是在始端就采用實(shí)現(xiàn)污染預(yù)防的科學(xué)手段，因而過(guò)程和終端均為零排放或零污染。綠色化學(xué)主張?jiān)谕ㄟ^(guò)化學(xué)轉(zhuǎn)換獲取新物質(zhì)的過(guò)程中充分利用每個(gè)原子，具有“原子經(jīng)濟(jì)性”，因此它既能夠充分利用資源，又能夠?qū)崿F(xiàn)防止污染。筆者為此專門給學(xué)生做了綠色化學(xué)為主題的專題講座，普及綠色化學(xué)運(yùn)用