基于真实问题情境培养学科核心素养——以身边的化学物质“常见的碱”为例.pdf

SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第9期实验教学研究基于真实问题情境培养学科核心素养以身边的化学物质“常见的碱”为例曹梅姣（中山市实验中学，广东中山 528400）摘要：通过依境寻碱、用境探碱和寻境用碱三个教学环节探究碱的性质、构成和用途，引导学生建构研究物质的一般思路，形成科学的物质观。从真实情境出发设计问题，以实验探究方式解决问题，在建构、探究和问题解决过程中达到认识思路结构化和落实学科核心素养培养的目的。关键词：真实问题情境；学科核心素养；身边的化学物质；常见的碱DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.09.006“身边的化学物质”主题是化学启蒙教育的重要基础知识，也是其他主题内容学习的重要素材和主要载体。然而该主题内容的教学存在以下弊端：重知识轻能力的被动学习；重动手轻思维的实验；重细节轻整合的教学1。这样的教学使学生在学习过程中将重心放在物质的组成、性质、用途等具体知识条目的记忆背诵上，学生的学习变成简单的记忆、机械地重复。随着新课程改革的全面深化，这种传统的教学模式已不能实现以落实立德树人为根本任务的教育目标。普通高中化学课程标准（2017 年版 2020 年修订）提出，设计基于真实情境的问题解决任务，开展多种形式的实验探究，重视化学知识的结构化设计，能有效促进学生学习方式的转变，是落实“素养为本”课堂教学的有力途径，是发展学生化学学科核心素养的有效方式2。义务教育化学课程标准（2022年版）提出要有针对性地选择学习情境素材，引导学生从真实的学习情境中发现问题，展开讨论，在解决化学问题的同时，形成和发展认识化学知识的思路和方法，以及科学态度和价值观3。笔者以“常见的碱”教学为例，对如何在真实问题情境下发展学生学科核心素养进行探讨。1分析主题“常见的碱”是人教版化学九年级第十单元的内容。教材上册关于物质的学习是以研究具体物质的组成、结构、性质和变化规律为主，而下册物质的学习主要集中在如何学习“一类物质”，即要从组成和结构上认识这类物质具有共性和差异性的原因，从而形成“物质结构决定物质性质”的学科观念。“常见的碱”是继金属、酸类别学习后的另一种类别，尽管学生对于“一类物质”的学习方法已有所了解，但是还不能较好地建立物质结构和性质间的逻辑关系。学生已经掌握了基本的实验操作，但是在科学探究与创新意识上还有所欠缺。2教学目标（1）通过阅读“清洁优化计划”，认识常见的碱的名称、化学式和某些性质。（2）通过教材实验活动，学习氢氧化钠和氢氧化钙的物理性质和化学性质，深入学习研究“一类物质”的方法。（3）通过创新实验探究，感受二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的多种变式装置，形成“科学探究与创新意识”学科核心素养。（4）通过贯穿整个教学的情境素材，感受“化学源于生活”的课程理念，提高解决实际生活问题的能力，形成科学的物质观。3教学流程教学流程见图1。3.1情境导入生活中，经常因为“下水道堵塞”“油烟机积油”“衣 162023 年第9期实验教学研究服发霉”等问题而烦恼，我们如何解决这些令人头疼的问题呢？请学生阅读清洁优化计划（表1），并尝试寻找解决之法。分析能力社会责任探究能力创新能力提取信息能力关键能力科学探究创新意识关注生活学科素养讨论清洁剂的选用方法探究清洁剂主要成分的性质寻找清洁剂的主要成分学生活动寻境用碱用境探碱依境寻碱教学环节图1教学流程表1清洁优化计划表种类去霉助剂油烟机清洗剂管道疏通剂主要成分氨水（NH3H2O）氢氧化钠（NaOH）表面活性剂氢氧化钠（NaOH）氢氧化钙 Ca（OH）2使用注意事项勿直接接触皮肤勿直接接触皮肤勿直接接触皮肤保存方法密封密封密封3.2依境寻碱：探寻清洁剂的主要成分问题：上述清洁剂成分中，哪些物质是生活中常见的碱？设计意图：从应用的角度认识常见的碱的名称和化学式，培养学生的分类观，体现化学对提高人类生活质量所做出的巨大贡献。3.3用境探碱：探究清洁剂主要成分的性质问题：通过使用注意事项和保存方法猜测它们具有哪些性质？设计意图：通过情境资料中的注意事项和保存方法，推测出NaOH和Ca（OH）2的性质，进而增强学生“物质的使用和保存反映物质的性质”的意识。既贴近学生的生活，避免脱离情境的孤立学习，又能让学生体会到学到的化学知识对身边物质的使用、保存等有指导意义。（1）探究NaOH和Ca（OH）2的物理性质。实验准备：4人一组，组内分工，组长安排实验员、观察员、记录员和发言员。实验目的：观察NaOH和Ca（OH）2的颜色、状态等；通过实验了解NaOH和Ca（OH）2的水溶性；通过实验了解NaOH和Ca（OH）2露置在空气中的现象。实验内容：参照教材实验【10-5】和【10-6】。学生分组实验，并体验探究过程。设计意图：真实的实验观察、记录和对比NaOH和Ca（OH）2的物理性质，初步认识到不同的碱既有相似性也有差异性（都是白色固体但是形态不一样，都能溶于水但是溶解程度不同，氢氧化钠能潮解但是氢氧化钙不能）。在分组实验过程中，通过提供观察点引导学生学会从实验中观察和收集证据，并根据证据推理结论，建立证据与结论间的逻辑关系。（2）探究NaOH和Ca（OH）2的化学性质。回顾旧知：NaOH和Ca（OH）2有哪些熟悉的化学性质？探索新知：根据CO2能使澄清石灰水变浑浊，猜想CO2能否与NaOH溶液发生类似反应？实验引思：将 CO2分别通入 NaOH 和 Ca（OH）2溶液，发现前者无现象，后者出现白色沉淀，思考“没有现象的反应能否说明没有发生反应？”实验引导：无明显现象反应证明思路。一依据化学变化的本质，检验是否有新物质生成。二依据物质反应后参加反应的物质的量会减少，证明反应物被消耗了。猜想预测：基于CO2+Ca（OH）2=CaCO3+H2O，预测CO2与 NaOH 溶液反应的产物，并尝试写出化学方程式。提出问题：思考新物质是什么？检验哪种物质比较合适？参加反应的物质是什么？证明哪种物质被消耗后现象比较直观和准确？为什么？学生思考、讨论、分析并得出结论。过渡：根据提供的药品、仪器和资料，设计实验方案并完成实验。实验药品：稀盐酸，BaCl2溶液，NaOH 溶液，蒸馏水，CO2。实验资料：Na2CO3是一种易溶于水的白色粉末，溶液呈弱碱性，能使酚酞溶液变红，能与稀盐酸反应产生气泡，与BaCl2反应产生沉淀。类比深化：CO2是非金属氧化物，能分别与NaOH和Ca（OH）2溶液发生类似反应。SO3也是非金属氧化 17SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第9期实验教学研究物，请类比CO2，写出SO3分别与NaOH和Ca（OH）2溶液反应的化学方程式。设计意图：根据已有知识经验，对二氧化碳与氢氧化钠溶液反应进行猜想与假设、设计实验、进行实验、获得结论、评价与反思等基本探究过程，发展学生“证据推理与模型认知”核心素养；通过设计不同实验方案证明CO2与NaOH溶液能发生反应，培养学生“科学探究与创新意识”核心素养。在实验过程中，通过对现象证据的收集和基于现象获得结论的认知模型，落实学生“证据推理与模型认知”核心素养。通过类比CO2，引导学生学习碱能与某些非金属氧化物反应的规律，从而归纳总结出碱的通性，形成碱是一类物质的物质观以及一类物质的学习方法。（3）探究 NaOH 和 Ca（OH）2具有相似化学性质的原因。实验展示：NaOH和Ca（OH）2溶液的导电实验。图片展示：NaOH和Ca（OH）2溶液的微观结构示意图。提出问题：从微观角度解释 NaOH、Ca（OH）2等碱具有相似的化学性质的原因。学生观看实验视频和图片，思考问题。归纳总结：碱的微观结构OH-决定了碱具有一些共性，不仅能与酸碱指示剂反应，还能与某些非金属氧化物反应生成盐和水。设计意图：从碱的具体性质入手，归纳碱的共性，符合学生的认识发展规律。利用导电性实验引导学生从微观的角度分析碱具有共性的原因，进而帮助建构碱的微粒观，培养学生宏观微观相结合的思维。3.4环节三 寻境用碱：讨论清洁剂的选用方法问题 1：碱这类物质对生产、生活有什么作用呢？请同学们尽力寻找碱类物质在生产、生活中应用的例子，也可以从情境素材中寻找。问题2：以情境素材为例，思考为什么碱类物质都可以作清洁剂，但又为什么不同的清洁剂使用不同的碱？问题3：学完本节课后，你知道家里洗碗槽堵塞了应该怎么办吗？设计意图：以生活中常见的清洁剂为素材，引导学生建立碱的结构、性质及用途之间的关系，进而形成结构决定性质，性质决定用途的化学基本观念。真实情境素材的引用，既体现了“从生活走向化学，从化学走向社会”的课程理念，也有利于培养学生正确的物质观和合理使用物质的意识，这对于发展学生的“科学态度与社会责任”素养具有重要意义。4基于真实问题情境的教学反思学校教育的功能必须从“知识本位”走向“素养本位”；课堂教学必须从“被动学习”走向“能动学习”4。笔者基于真实问题情境的教学真正实现了从知识走向素养的教学目的，学习方式从被动走向主动。具体表现在以下几个方面。4.1真实问题情境激趣引思“清洁优化计划”情境素材贯穿整个教学环节，体现了“化学来源于生活”的课程理念，以及“物质的使用、保存反映物质性质”的学科观念。生活化的情境问题有效激发了学生的学习兴趣，进而引导学生初步形成科学物质观和合理利用物质的意识。4.2真实问题情境外显研究物质思路模型碱类物质的研究遵循从具体到抽象，从特殊到一般的思路，即从熟悉物质Ca（OH）2到陌生物质NaOH再到碱类物质的研究。基于分类观探究CO2与NaOH溶液能否反应，进一步帮助学生建构未知物性质预测的基本步骤：具体物质分类类别通性预测性质选择相应类别试剂验证得出结论。4.3真实问题情境突显“科学探究与创新意识”素养在二氧化碳与氢氧化钠溶液反应的探究实验中，学生在教师的引导下体验了完整的科学探究过程。从实验方案的设计到实验结论的产生，不仅激发了学生的内驱力，还发散了学生的思维，使学生的“科学探究与创新意识”学科核心素养得到了有效落实。参考文献1 侯丽丽，刘晶，于少华，等.基于学生核心素养培养的元素化合物教学研究：以“铁及其化合物”单元整体教学为例 J.化学教学，2019（7）：44-46.2 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）S.北京：人民教育出版社，2020.3 中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）S.北京：北京师范大学出版社，2022.4 钟启泉.课堂转型 M.上海：华东师范大学出版社，2017.18