挖掘化工素材育人资源 培养化学学科核心素养

摘要：在理解“化学学科核心素养”内涵的基础上，分析了其在化工素材中蕴含的特点和培养机会；小结了基于“化学学科核心素养”培养的化工素材育人资源的挖掘及阶段成果。运用教学案例总结了开展教学设计和课堂实践的几点做法。

关键词：化工素材；化学学科核心素养；育人资源；教学案例

文章编号：1005–6629（2017）6–0029–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

中学化学教材中包含着很多化工素材，一方面体现了化学科学来源、发展于社会实践的鲜明特点；另一方面，也彰显了化学教学要联系社会实际、丰富生活阅历、完善学习方式的课程理念。在上科版的化学教材中，化工素材的内容主要以三种形式出现：第一，以简约的文字、生动的图片出现在正式文本中；第二，以“拓展视野”、“化学史话”、“资料库”的板块出现在辅助资料中；第三，以“思考与讨论”、“探究与实践”、“复习与思考”的板块出现在课堂活动的要求或课后作业的设计中。

对于化工素材的处理，教师一般的做法是：其一，作为导课的材料。例如，“自来水生产中使用氯气进行消毒杀菌”（文字），常用作“氯气的性质”一课的开场白。其二，作为问题的情景。例如，“如何从海水中提取溴和碘呢？”（文字结合图片），这样的引言就是针对“从海水中提取溴和碘”一课创设的问题情景。其三，作为自主学习的素材。例如，“拓展视野——电池的发明”（教材板块），即为“原电池”一课中为学生自主学习提供的材料。其四，作为授课的内容载体。例如，“工业制硫酸”（整节教材），整堂课以工业制硫酸的素材作为教学内容的背景和载体。以上做法，应该说对促成日常教学任务、教学目标的达成起到了重要作用，也是众多教师的教学常态。但是，在当前关注学科核心素养培养的教育形势下，其发挥的能量和教育的成效显然存在不足。如何进一步挖掘、提升化工素材的育人价值，为落实“化学学科核心素养”的育人工作助一臂之力？这就是本文要探讨的话题。下面，笔者谈一些粗浅的看法和做法。

1 对“化学学科核心素养”的理解及其在化工素材中的蕴含分析

目前，关于“化学学科核心素养”的研究正成为热点。吴俊明教授认为，化学学科的核心素养包括若干基本观念、相应的思维和实践能力以及态度与责任心，其中既包括具有化学专属性的内容，也包括跟化学有联系的、必备的一般科学素养、人文素养、社会素养和公民素养等内容[1]。吴星教授认为，高中化学核心素养应该包括化学学科观念、化学学科思维、科学探究实践和化学学科价值追求[2]。刘前树老师提出，化學核心素养包括4个维度：①化学基本观念；②化学过程；③化学在生活中的应用；④对化学的态度[3]。2016年，普通高中化学课程标准（征求意见稿，下称“征求意见稿”）指出：化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”、“科学探究与创新意识”、“科学精神与社会责任”等5个维度[4]。笔者认为，上述观点有异曲同工之处，反映到课程实施、课堂实践上有相互融合和补充的优势。它们的共同点是，一方面体现化学学科独特的育人价值；另一方面反映化学学科中必须养育的作为一个人发展必备的品格和关键的能力。本文中的“化学学科核心素养”，笔者主要采用征求意见稿中的观点表述，同时吸纳其他专家的成果精粹。

那么，高中化学教材中的化工素材有什么特点，它们又蕴含着哪些“化学学科核心素养”的培养机会呢？

其一，化工素材作为教学内容的授课载体，贯穿整个知识点或课堂教学的始终，其蕴含较多核心素养的培养机会。载体型化工素材是一个支持某个探究点或整堂课教学活动的、数量较多且相互关联的素材群。以上科版教材第2章第1节“海水晒盐”一课为例，教材以“海水取盐”为背景和载体展开，其中分布了7个化工素材点（参见“表1编号1”）。素材1：“海水取盐的历史、盐田法”的文本；素材2：图2.1《天工开物》中制盐海图；素材3：图2.2现代盐田的技术设备和生产情景；素材4：表2.1海水浓缩过程中析出盐的种类和质量数据表；素材5：[学生实验]粗盐的提纯；素材6：[资料库]海水中主要元素的含量；素材7：[拓展视野]从海水中提取微量元素。

首先，素材之间有密切联系，共同为达成教学目标服务。素材1、2、3是为“理解海水提取食盐的方法”的“知识与技能”目标服务；素材4是为“感受制盐生产中利用控制卤水密度范围来控制产品质量”的“过程与方法”目标服务；素材5服务于“理解粗盐提纯的一般方法”的“知识与技能”目标；素材6、7，一方面服务于“知道海洋是人类可利用的最大资源库”的“知识与技能”目标，另一方面服务于“领略海洋资源的丰富和开发海洋资源的伟大意义”的“情感态度与价值观”目标。7个素材共同成为本堂课授课内容的载体，贯穿课堂教学的全过程。

其次，素材之中富含针对“化学学科核心素养”的培育机会。素材1、2是一种实证古人取盐的资料，素材4呈现了现代制盐的技术和环节，它们共同为“证据推理与模型认知”的核心素养提供培养机会；同时，利用这些素材并结合“溶解平衡”知识，可以进行“平衡思想”核心素养的培养；素材1、2和3的组合，又是反映人类开展科学研究、促进文明发展的对比材料，为培养“科学精神与社会责任”的核心素养提供了载体；素材4、5是反映数据分析和实验研究的教学资源，为培养“科学探究与创新意识”埋下了伏笔；另外，素材6、7是一组化学科学的信息资料，可以为培养化学学科的关键能力（化学信息能力）[5]创造条件。

其二，化工素材作为教学内容的佐证材料，提供即时联系和实践论证的需要，其蕴含较少核心素养的培养机会。高中化学的有些内容与化工生产有一定距离，而且教材中设计的化工素材也不多。这些孤立或关联性化不强的化工素材，在课堂教学中无法对整个探究点或整堂课的探究活动提供支持，而只能作为其部分内容或活动的佐证材料。它们蕴含的针对核心素养培养的机会也相对较少，维度也相对单一。例如，第3章“离子键”一课中的化工素材（图3.4食盐的实物照片和结构模型），为“宏观辨识与微观探析”核心素养的培养创造了机会；第4章“热化学方程式”一课中的化工素材（[资料库]比较常见的燃料的热值），用数据表明液化气是一种高热值的民用燃料，为“证据推理”核心素养的培养提供了载体。再如第2章“盐酸”一课中的化工素材（图2.6氯化氢合成塔及工作示意图；参见“表1编号3”），其实物图片及工作示意图为培养“证据推理与模型认知”的核心素养提供了资源；同时，氯气在内管、氢气在外管燃烧的示意图（保证氯气燃烧完全保护环境）为“科学精神与社会责任”核心素养的培养做好了铺垫。

2 基于“化学学科核心素养”培养的化工素材育人资源的挖掘

笔者以上科版化学教材高一年级“第2章开发海水中的卤素资源”为例[6]，尝试研发基于“化學学科核心素养”培养的化工素材育人资源，为化学课堂的实践探索作好准备。为了研究方便，笔者将“化学学科核心素养”的内容进行了编号，形成了序列：A-宏观辨识与微观探析；B-变化观念与平衡思想；C-证据推理与模型认知；D-科学探究与创新意识；E-科学精神与社会责任；F-关键能力（化学信息能力、化学学习能力、化学实践能力）[7]；G-公民素养[8]；H-社会素养[9]；I-人文素[10]。在此基础上开展“三项”工作，形成如下成果（见“表1”）：

第一，梳理化工素材。详细阅读教材，将教材中所有涉及化学工业的资料（包括化工产品、化工知识、背景材料、技术前沿、模拟实验等），进行全面梳理。用简要的文字、课本原有的图表编号、栏目名称进行呈现，用表格形式进行汇总（参见表1）。

第二，完善化工素材。观照教学内容和教学目标，教材上既有的化工素材有时不能实现（或不能达到最佳）教育效果，此时可以增补、完善化工素材，或标注修正或使用的说明。例如，在“氯碱工业”一课中，书上只提供了实验室电解饱和食盐水的装置示意图（图2.5），为了合理地解释电解过程中的安全问题和效率问题，可以增补“隔膜电解槽”、“离子膜电解槽”的实物照片及工作示意图（参见“表1编号2”）。

第三，定位素材类型。化工素材分为“授课载体型”和“佐证材料型”两类。前者，是由数量较多的化工素材组成的素材群，形式多样，一般有照片、图表、文字等；同时，呈现于不同的教材栏目。例如“化学史话”、“资料库”、“拓展视野”、“思考与讨论”、“探究与实践”等。素材之间相互补充、关系密切，为达成同一个教学目标服务。后者，是由数量较少、相对独立的化工素材组成的素材点。由于数量少，其形式、栏目也相对单一。确定素材类型的原则是，以教学目标、教学内容和化工素材的匹配程度（数量）、互动时间（深度）、实施效果等因素进行综合判断。一般素材数量多、匹配程度好，互动时间长、深度大，则定位成“授课载体型”；相反，则定位成“佐证材料型”（参见“表1-素材类型”）。

第四，确定培育目标。这里的培育目标是指化学学科核心素养。由于一个化工素材可以针对多个培育目标，多个化工素材也可以针对同一个培育目标。因此，做好这项工作有一定难度，也是工作的关键。我们的做法是：以某个核心素养为基准，选择相应匹配的化工素材，然后反向进行目标匹配性评估及针对性修正，以此类推。以第二章“氯碱工业”一课为例（参见“表1编号2”），第一步以核心素养“宏观辨识与微观探析”为基准选择素材：素材3，电解饱和食盐水的化学方程式（宏观辨识）；增补“电极反应及顺序判断”（修正后针对“微观探析”）。第二步，以核心素养“变化观念与平衡思想”为基准选择素材：素材3，电解饱和食盐水的化学方程式，强调“电解是反应发生的必要条件；电能转化成化学能”（修正后针对“变化观念与平衡思想”）。第三步，以核心素养“证据推理与模型认知”为基准选择素材：素材4，[课堂实验]电解饱和食盐水；素材5，图2.5电解饱和食盐水的工作示意图。第四步，以核心素养“科学探究与创新意识”为基准选择素材：素材4，[课堂实验]电解饱和食盐水；素材6，增补“隔膜电解槽、离子膜电解槽实物图及工作示意图”（修正后针对“创新意识”）。第五步，以核心素养“科学精神与社会责任”为基准选择素材：素材1，p25氯碱工业的产品介绍；素材2，图2.4上海氯碱总厂离子膜电解车间；素材7，[化学史话]近代著名实业家吴蕴初先生。

3 运用化工素材培养“化学学科核心素养”的教学案例研究

下面以第2章第2节中“漂白粉和水的消毒”一课中的“载体型”化工素材育人资源为例（参见“表1编号5”），对照“化学学科核心素养”的培养目标，总结我们在教学设计和课堂实践上的具体做法（“佐证型”化工素材育人资源的实施可参照于此）。

3.1 明确化工素材的辅助主体——教学目标、教学内容

本课的“知识与技能”目标是：理解氯水的概念，理解氯水漂白和杀菌原理，理解氯水的不稳定性，理解氯气跟碱的反应，知道漂粉精的制法和消毒原理；“过程与方法”目标是：在氯水化学性质的讨论中，认识物质的组成及微粒的性质是影响物质化学性质的决定因素；“情感态度与价值观”目标是：通过制漂粉精的工业生产的学习，感悟化工生产对人类生活作出的贡献，以及化工生产中对成本、效益等诸多问题进行系统思考、综合解决的意义。教材中正式的文本内容是：氯气的用途→氯气贮存、运输的不方便→次氯酸盐的特点→工业上制造漂粉精的原理→漂粉精发挥效能的原理。化工素材的设计、运用必须建立在辅助教学目标、教学内容的基础之上，课的教学目标、教学内容是选择、运用化工素材的重要依据。

3.2 用好教材主体的培养资源——系统设计、合理布局

教材中的教学资源，除了化工素材，还有承载教学目标、教学内容的主体资源，例如核心概念、元素化合物知识、基本原理等专业知识；还有针对非化工素材的教学素材，例如科学家探究科学的史实材料；等等。特别是承载着化学学科专业知识的主体资源，在培养“宏观辨识与微观探析”、“变化观念与平衡思想”、“证据推理与模型认知”等核心素养上起着关键作用。笔者的做法是：系统设计、合理布局，即：根据先前的研究成果——化学课堂“有效共识”[11]，以“目标、线索、结构、问题、环节、方法”为抓手，全面、系统地设计一堂课，形成以教材主体资源为主线，以包括化工素材在内的辅助资源为支持的课堂结构，合理布局教育资源的运用及其探究活动。下面是“漂白粉和水的消毒”一课的课堂结构[12]（化工素材的育人资源蕴含在问题设计及其探究环节之中）：

3.3 抓住化工素材的实施策略——融入设计、彰显落实

针对化工素材的教学设计，我们采取“融入设计”的工作对策，即：根据本课的教学目标、教学内容，将化工素材融入整课的教学设计，在设计课堂结构及探究活动中全面系统、有选择地布局化工素材，包括素材运用的契机、呈现的形式，素材使用的时间、需要配合的资源，针对核心素养的教师评论；等等，让化工素材最大程度地为实现课堂的教学目标服务。

针对化工素材的课堂实施，我们采取“彰显落实”的教学策略，即：根据“化学学科核心素养”的培养目标，使用最佳技术呈现素材，组织最佳活动使用素材，运用最精致语言诠释素材，从而彰显、强化核心素养的落实过程和结果。其中，诠释素材的针对性、有效性成为落实核心素养的最关键操作。

下面是“漂白粉和水的消毒”一课的教学设计、意图说明及其教育效果：

[H1]一、氯水

[投影/引言]（素材1）图2.15氯气的用途。氯气有许多用途，为人类作出了很大贡献。今天我们来讨论水的消毒以及漂粉精的制造。

[演示/讨论]展示一瓶氯水，将氯水滴到蓝色石蕊试纸上。讨论现象、原因。

[小结]

1.化学反应

现象：试纸先变红再变白。

原因：变红是因为盐酸具有酸性，变白是因为次氯酸具有漂白性。

[讲述]（素材2）次氯酸能使许多有机色质褪色，还能杀灭水中的细菌。

[意图与效果]素材1，以投影形式呈现，配合教师精简的导入语。一方面起到导课作用，另一方面让学生感受化学对社会的贡献，起到激发“社会责任”的效果。素材2，采用教师讲述形式，一是拓展前面的实验讲解（次氯酸功能），二是作为证据材料培养学生的“证据推理”意识。实践证明，这两个素材的选择和运用是比较成功的。

2.微粒种类

[讨论]新制氯水、久置氯水、液氯的区别？（久置氯水就是盐酸）

[意图与效果]虽然教学内容“2.微粒种类”、“3.化学性质”没有用到预设的化工素材，但教学设计中却清晰地蕴涵了“宏观辨识与微观探析”的培养契机。在联系了“1.化学反应”中的化学方程式之后，启发学生从微粒的角度判定物质变化的结果，起到了较好的教育效果。同时，这里也可以作为“变化观念与平衡思想”核心素养的培养机会。

[H2]二、工业上制造漂粉精

[讲述]（素材3）HClO不稳定；Cl2贮存、运输不方便。而次氯酸盐比次氯酸稳定得多，且能溶于水，在二氧化碳和水的作用下能生成次氯酸。

[提问/互动]（素材5）为何不用氢氧化钠？（氢氧化钠价格高，且容易潮解）

[意图与效果]素材3，采用教师讲述形式。从教学过程上来讲，它起着承上启下、教学衔接的作用；而从核心素养的培养角度上来说，它提供了一种“证据推理”的论证材料。素材4，采用化学符号的形式，并以教师板书的技术展开，它起着强化“变化观念”的教育效果。素材5，采用提问的形式呈现，并通过师生互动解决，旨在体现一种“社会素养”的培养，即：经济效益和产品质量是一个企业生存、发展的基础。

[讨论] 2.漂白原理

[指导阅读]（素材6、7）水的其他消毒方法、漂白粉消毒游泳池。

3.贮存措施

隔绝空气，密封保存。

（素材8）失效原因：漂粉精和二氧化碳、水反应，生成的次氯酸见光分解。

[意图与效果]素材4，采用化学符号的形式、并以教师板书的技术逐渐展开，是“变化观念”教育的载体。素材6，以资料库形式呈现；素材7，以图片形式呈现，两者均通过指导阅读的手段，让学生感受化學对人类生活的贡献，起到培养“社会责任”的教育目的；同时，素材6中“臭氧的消毒原理”可以培养学生的“微观探析”思想。素材8，以提问形式呈现，并以师生互动方式解决，旨在培养一种基本的“公民素养”，即：“漂粉精露置在空气会变质”是一种生活常识。以上素材，均收到了预期的教育效果。

[小结]对本堂课进行小结。

[作业]（素材9）自由组合成3～5人研究小组，自制褪色灵，二周时间内完成。

[意图与效果]素材9，源于[探究与实践]栏目的课堂实验，现改为实践性作业的形式，既尊重了课堂实际（课上没有时间完成）；又体现了学科中开展研究性学习的课程理念和目标。同时，从时空条件和小组合作的角度上来说，这样的学习方式更有利于培养学生的“科学探究与创新意识”。但要注意，需要加强过程管理，避免出现流于形式、应付结果的“假研究”。

总之，化工素材是化学学科重要的教育资源，它不仅可以支持教学内容的落实，促进教学目标的达成；而且可以在“化学学科核心素养”的培养实践上发挥积极作用。让我们共同努力，为进一步挖掘、提升化工素材的育人价值作出贡献！

参考文献：

[1][5][7][8][9][10]吴俊明.关于核心素养及化学学科核心素养的思考与疑问[J].化学教学，2016，（11）：3～8.

[2]吴星.高中化学核心素养的建构视角[J].化学教学，2017，（2）：3～7.

[3]刘前树.试论化学核心素养的结构[J].化学教育，2016，（21）：4～8.

[4]教育部基础教育课程教材专家工作委员会普通高中课程标准修订组.普通高中化学课程标准（征求意见稿），2016年9月.

[6]姚子鹏.高级中学化学课本高一年级第一学期（试用本）[M].上海：上海科技技术出版社，2007：21～54.

[11]毛东海.化学课堂“有效教学”研究[M].上海：上海教育出版社，2012.

[12]毛东海.基于化学课堂“有效共识”的教学设计[J].化学教学，2012，（10）：6～9.