化学思想引领课程教学，培养学生科学素养

摘要：化学素养所包含的中学化学课程标准中规定的学科知识、学科能力、学科思想，是学科体系三个基本要素。文章探讨了化学思想的内涵、功能，指明化学思想对学生科学素养的培养具有“方向标”的引领作用，并以人教版选修4《化学反应原理》“第四章电化学基础”为例，揭示隐含在教材中的化学思想的内容、方法和层次，探讨教师如何将所揭示的化学思想转化为对课程教学的引领，推进教学的有效性。

关键词：化学思想；化学素养；科学探究

文章编号：1008-0546（2016）08-0058-03 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2016.08.020

一、化学思想引领课程教学

《普通高中化学课程标准（实验）》指出“高中化学课程在九年义务教育的基础上，以进一步提高学生的科学素养为宗旨”。化学思想是教师引导学生对化学基本事实进行化学思维的基本认知角度、出发点，所依据原则或检验标度；体现教学主体对化学规律的本质认识和认知结构形成的一种总的看法和观点。化学思想包含化学观、认识论、方法论以及渗透在化学知识结构（概念、判断、推理等）各个层面的物质观、元素观、微粒观、物质变化观、物质分类观、物质结构和化学价值观[1]。这些思想观念客观地蕴含于化学知识与技能之中，教师的任务在于从教学材料中充分挖掘隐含的思想观念，合理的开发运用，引导学生对相关知识与技能进行启发、探究，着眼于使学生获得深刻理解知识和技能的化学思维方式，在头脑里建立相关的化学观念，然后运用这些思想、观念在具体情境中的迁移应用，主动建构新知识、新技能，求解新问题。这正如美国杰出科学教育专家拜比（Rodgr W. Bybee）对科学素养的解释[2]：学习者能够恰当运用科学和技术术语，依据科学思想、方法、原理，采取科学的思维方式，最终做到不仅能够理解科学中各主要学术领域的历史以及科学与技术的性质，而且能够运用科学知识和技能解决个人生活和社会生活中的问题、做出明智判断与抉择。可见，化学思想在培养学生科学素养中具有“方向标”的引领作用，应成为科学素养的重要组成部分，也是课程目标实施和达成的最高追求。

教师在教学中充分发掘教学内容所蕴含的化学思想，引领课程教学，不仅能有效而深层次地认识化学事实的本质和规律，而且赋予教学以化学知识为载体，发展思维能力，开发学生的潜能的有效动力，其育人的潜在价值是不言而喻的。因此，化学思想应成为教师有效教学的“点金之术”。要求化学教师在课程教学的各个环节，着力对教材内容进行科学思维，对蕴含于教学内容中的过程、观念、方法提炼出来，自然地将化学知识的学习融合到相关的生活、化学现象和解决具体问题的教与学的全过程。让化学思想在自己的教学实践中开花、结果[3]。这正如德国著名物理学家、诺贝尔奖获得者冯·劳厄（M.vonlaue）所说：“教育给予人们的无非是当一切已学过的东西都忘记后所剩下来的东西。”我们认为：当今化学课堂教学的发展，用化学思想引领，教会学生通过化学知识的学习，学会从化学的视角认识事物和探究问题的科学过程、方法、观点、思维方式，应成为评价教师的有效教学和学生学业成就的出发点和归宿。

二、挖掘教材中蕴含的化学思想

基于上述认识，以《化学反应原理》（人教版）第四章电化学基础为例，分析揭示“电化学基础”知识体系所蕴含的化学思想，用以指导科学构建化学思想引领的课程教学。《普通高中化学课程标准》明确指出，立足于学生适应现代生活和未来发展的需要，着眼于提高21世纪公民的科学素养，构建“知识与技能”、“过程与方法”、“情感态度与价值观”相融合的化学课程目标体系。知识不再是教学的唯一追求，更重要的是着眼于培养学生的科学素养等，并且可以通过学生所形成的学科思想、学科能力和方法，促进对化学知识的获取。

“电化学基础”是在必修教材内容和选修《化学反应原理》前三章（化学反应与能量、化学反应速率和化学平衡、水溶液中的离子平衡）的基础上展开的讨论。它运用物质、能量在一定条件下相互转化的思想，用实验和归纳推理的方法，介绍了化学能与电能之间的相互转化的条件、装置、电极反应、电解质溶液中离子的移动方向。

结合宏观实验现象和微观粒子的运动方式，进行分析、推断、归纳提炼，形成化学能转化为电能的条件、装置特征、电极反应的表征，自然地提升并得到相关原电池概念、原理的本质性认识。在这个过程中，培养学生的变化观、微粒观、实验观、元素观和化学价值观。

而电能和化学能的相互转化，则是贯穿整个电化学的又一大主线。一方面，从化学能到电能的转化，揭示原电池的工作原理，认识该原理应用于化学电源，以及金属腐蚀的原理和防护。另一方面，从电能到化学能的转化，认识电解精炼和电镀，以及在金属防护中的应用。能量转化是以物质转化为基础的，可以结合能量、物质转化来培养学生的科学素养。

按照以上思路，设计、落实“培养学生科学素养”的课程理念，充分挖掘教学素材中蕴含的化学思想。践行用化学科学思想观念，引领并整体把握知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观的教学体系，主导课堂教学过程，使教学更为有效的基本思路。如图1：

三、教学设计过程

在教学设计的过程中，以“培养学生的科学素养”作为教学的追求，根据课程目标，充分挖掘课程标准中所包涵的学科思想。并将通过具体的教学设计，转化为学生的学科能力、方法。下面，将以“原电池”为例，设计教学过程（教学流程见图2）：

环节一：播放水果电池视频，视频中主人公在为橙子的酸性纠结时联想到原电池中以酸作为电解质溶液，组成原电池的实验，决定用约2380个橙子瓣组成原电池，给手机充电。视频中橙子给手机充电应用的是什么原理？

设计意图：一方面通过震撼的情景吸引学生注意，激活对原电池的记忆，导入课堂。另一方面启示学生，化学存在于平常的生活中，可以将化学应用于生活中解决我们的难题。

环节二：（演示实验）以铜、锌和稀硫酸组成单液原电池。

问题1：形成原电池的条件有哪些？

问题2：哪种材料作负极、发生什么反应？电极方程式如何书写？

问题3：电子的移动方向？溶液中阳离子、阴离子的移动方向？

问题4：该反应过程中是否伴随着能量的变化？是从什么能转化为什么能？

设计意图：以必修Ⅱ的单液原电池作为切入点，帮助学生回忆原电池的工作原理，以物质的转化作为载体，引导学生从微观、宏观、符号等方面认识原电池。从实验出发，形成直观感受。

环节三：单液原电池的缺陷。

问题1：从宏观上看，电流是否稳定？原电池的负极有什么现象？

问题2：从微观的角度来看，为什么负极上也有气泡产生？

问题3： 从能量的角度来看，能量的转换效率高吗？

问题4：如果需要设计一个高效的原电池，最起码需要避免哪些问题？

设计意图：从宏观、微观的角度观察认识单液原电池的不足，并从能量的角度认识到，单液原电池的转化效率不高，为后续改进原电池明确改进的方向。

环节四：（演示实验）分析双液原电池。

问题1：锌片与稀硫酸是否直接接触？当闭合开关时，导线上是否会有电流通过？

问题2：盐桥的作用是什么？（信息材料——盐桥的作用）

问题3：该装置是否满足形成原电池的条件？正极、负极材料分别是什么？电子的流动方向？电极方程式如何书写？溶液中离子的移动方向？电流的流动方向？

问题4：观察、比较单液电池和双液电池上的电流计指针偏转情况，有什么异同？

问题5：如果断开开关，锌片是否仍会溶解？你从中得到什么启示？试从能量转化的角度比较单液和双液电池的优缺点。

设计意图：由于双液原电池的设计需要建立在学生对原电池工作原理非常熟悉的基础之上，因此，在课堂教学中需降低难度。演示双液原电池的实验，通过引导学生从宏观角度去观察双液原电池装置，让学生直观认识到双液原电池的可行性，再通过设计关键问题，引导学生从微观和符号角度分析原电池工作原理，帮助学生建构相关表征。同时，经过单液、双液原电池的实验演示，不仅让学生在头脑中的理解和认识得到确认，还可以在一定程度上培养学生“进行假设并通过实验进行验证分析”的科学探究意识。

环节五：设计双液原电池。

设计意图：为强化学生对原电池工作原理的理解和记忆，设计课堂活动，让学生学以致用。考虑到不同层次的学生的接受能力，笔者设计了两个不同的反应，供学生选择。

四、结论

课程教学需要先进的课程理念，需要体会课程内容中蕴含的化学思想，并以培养学生科学素养作为教学的首要目标。教师在教学过程中首先要挖掘教材内容中蕴含的化学思想，围绕三维教学目标精心设计教学过程。

参考文献

[1] 李佳.广东省普通高中新课程学科老师培训系列教材（化学）[M].广州：广东教育出版社，2005

[2] Bybee，R. Achieving scientific literacy： From purposes to practices[M]. Portsmouth，NH：Heinemann，1997

[3] 钟立.科学素养中化学素养的探析与培养[J].化学教育，2013，（11）：3-5