基于“教·学·评”一体化的教学实践

王新文

摘    要：依照《普通高中化学课程标准（2017年版）》要求，分析“化学能与热能”教材应有特点可知，“化学能与热能”是化学反应规律主题中相对独立完整的内容，要符合培育化学核心素养须有“整体观”的教学要求，须以课程标准相关教学实施建议为指导，以学生的化学宏微结合、三重表征、证据推理及模型认知等深度思维能力和反应观念的落实为核心，以能量为大概念，以镁和稀盐酸反应放热实验为案例，以“教学评”为教学实践，对反应从内因与外因、质变与量变方面构建起结构化认识，深化对物质性质与反应的关联。

关键词：化学核心素养;一体化;深度学习

一、认识课程内容

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“《课标（2017版）》”）中必修课程内容[1]18表明“化学反应规律”主题包括“化学反应的限度和快慢”与“化学反应与能量转化”两部分内容，“化学能与热能”和“原电池”依旧是化学反应与能量转化的核心内容。但“化学能与热能”部分相比《课标（实验）》的表述已有很大不同，见表1所示。

《课标（2017版）》紧扣中学化学的研究核心——物质及其变化，采取了基于物质能量属性认知反应规律的表述方式，使得层级清晰且知识结构良好，并强调反应的观念知识是教学的核心，如“中和热的测定”知识就被必修教材舍弃。结合现有教学可看出，本节是“化学能与电能”的学习基础，“化学能与电能”是基于本节建立的反应中能量转化观念和规律，实验探究了化学能直接转化为电能的装置。本主题在高中课程的学习进阶为，[进阶1]化学反应与能量变化→[进阶2]化学能与电能相互转化的途径与方法（含盐桥电池、电解等）→[进阶3]体系平衡状态的能量特征→[进阶4]利用盖斯定律计算反应热及反应热的实验测定。为学生落实变化观念，课标建议使用丰富的学习活动/素材，凸现了对知识基于学生问题解决与体验的自主建构过程。其提及的素材并非“全新”的，情境素材中的“生物质能”，现行教材是以“情境型习题”介绍的;能源的选择是通过“计算型习题”感悟的;化学变化中的能量守恒是借以“计算型习题”深化的。课标内容预示着本节内容应为一课时，为此，可以将课上课下和线上线下相结合以落实《课标（2017版）》的意图。

落实“教学策略”的关键在于确定“重要知识是什么”“重要知识的价值体现在哪里”等问题。依照美国科学框架提出的科学主题和《课标（2017版）》前言[1]4提出的“大概念”来看，“能量”这一跨学科界限的、共通的科学主题是本节核心，围绕能量的来源、转化等发展学生化学认知。也正因其跨学科特征，学生在化学之前已有对能量的体验，也就无需严格界定“能量”，只需基于能量发展学生分析化学变化的思维与观念。从知识隶属关系来看，本节内容属于化学热力学的范畴，所以发展学生从能量视角认识化学变化的现象和规律是必修教学的核心，教学应帮助学生发展从能量认识化学反应的基本角度，形成对反应及物质的基本观念。依据热力学，反应物和生成物的宏观的总能量是反应热效应的根本，化学键的断裂与生成是热效应产生的微观主因。依学科实际而言，反应热通常是实验测定为主，因而必修根本不必教授从理论上（键能）计算反应热。总体看来，必修和选择性必修内容界限是分明的，而厘清它们之间的界限，是以防出现跨越内容“边界”的现象。

二、教学难点分析

难点1，“能量”既抽象且使用场域多变，学生容易产生“迷思认识”。如“生物学科说‘ATP断裂化学键要放出热量”，这不是与“化学键断裂吸收能量”相悖吗。其实，生物学科中所谓“断裂高能磷酸键放热”实际上指的是“ATP→ADP+能量”这一完整反应放热，与化学学科“化学键断裂”所指并不一致。各学科对能量的基本理解不尽相同，生物学科能量和生命现象、营养物质相联系，物理学科重在研究能量和功的转化，化学学科是将能量与能源相呼应。建立物质具有化学能的观念是化学能量观的基础认知，而理解抽象的“化学能”需基于“化学键”核心概念的认知功能。

难点2，学生如何自主建构化学反应过程“能量守恒”的学科观念。物理学科通过证明建立了机械能守恒理论，化学学科是难以证明化学反应中的能量守恒的，就需以考究的“证据”推动学生建构。本节教学中以“高处的水流释放能量流向低处”过渡到放热反应，有两处易引起学生的“错觉”，一是水从高处流向低处具有自发性，学生会认为放热反应就可以自发进行;二是“释放”是因为低处水流的能量低，实际上“高处的水的重力势能转化为了低处的水的动能”，它们的能量守恒。

难点3，本节教学需要着重培育哪些化学核心素养。反应既是化学的研究对象，也是探究物质性质实现物质转化的方法，从“能量”角度认识反应是化学用于解释解决社会问题的核心之一，变化观念与平衡思想、实验探究化学反应的热效应、“能量-反应过程”图式、“热效应”现象的“微观”解释、“能量守恒”原理的推理论证等都是本节需要着重考虑的素养。

三、教學主要环节

[引入]“火”的出现是人类文明发展的里程碑。请举例陈述其出现的划时代意义。

小结：

[活动1]探索：化学反应会引起热量变化吗？

1.除了燃烧，还有化学反应引起热量变化的其他案例吗？热能与热量有何不同？

2.实验探究：镁和稀盐酸、氯化铵和氢氧化钡晶体反应中的热量变化。

主要小结：⑴ 如表2所示。

⑵ 化学反应中热量变化的有两种表现：吸热和放热。

⑶ 热量变化分析：

[活动2]讨论：化学反应的基本特征是什么？

1.能量有哪些常见形式？2.化学反应中能量变化最普遍的形式是什么？3.化学反应中的物质变化和能量变化的关系是什么？4.吸热反应一定需要加热吗？放热反应一定不需要加热或点燃吗？

[活动3]知识建构：以“镁和稀盐酸”为例，解决：⑴反应为何会放热？⑵反应中热量变化的微观主因是什么？⑶放出的热量来自“谁”？

对于⑴，镁和稀盐酸反应能对环境“释放”能量，如果能够释放足够的能量就能够“煮熟”一个鸡蛋，这是不是类似于水流发电呢。请陈述水流发电的原理，并画图指出该反应放热的原因。

小结：

注意：曲线②③在解决问题⑶时补画出。

⑴反应过程指从        到       的过程;

⑵在图中标出该反应放出的热量;

⑶曲线①能概括“这类”反应发生的路径吗？

⑷结合图式指出讨论Σ（反）、Σ（生）、ΔH之间的关系。

对于⑵，采取以下图所示问题引导方式进行解决。

小结：化学反应中热量变化的微观主因是化学键的断裂和生成。

对于⑶，镁和稀盐酸以“热能”的形式向环境释放了能量，该过程中能量守恒（即能量不可能凭空产生或凭空消失，只会从一种形式转化成另一种形式），热能是哪种能量形式转化而来呢？

小结：我们把化学反应产生的转向其他能量形式的能量叫做“化学能”。反应与能量转化的关系如图所示。

[学习评价1]以教材习题为依托，以实际问题解决为目标，提高运用“能量-反应”模型解决相关问题的水平，并初步掌握从能量视角表征化学反应的基本符号，能够初步根据化学方程式的意义建立能量和质量的等介关系并进行简单计算。同时也为选修化学同学完成知识的铺垫。

[活动4]回顾整理认识化学反应的角度，建立放热反应和其他反应间的关系（P37习题4）。

[活动5]讨论：阅读能源利用的三个阶段，谈谈化学反应在实现能量转化中应秉持的常识。

小结：

[学习评价2] 建立从能量角度认识物质性质的思维方式，发展从不同层次认识物质的多样性。也将元素性质、物质稳定性及能量进行有效概括关联，形成基于能量的初步认知能力。

[学习评价3]1.利用网络，做出关于“生物质能”的卡片并对其发展现状及前景进行论述。2.利用网络，结合化学反应在科技、生产中提供能量的案例，阐述选择该反应背景、现状及前景。作业以展板的形式择优在班级间展出。

《课标（2017年版）》在“教学与评价建议”中提倡课堂教学应积极实践以“教学评”一体化促进学生化学核心素养发展 [1]74，应注意发挥课堂练习和课后作业对于学生化学核心素养的诊断与发展功能[1]75。本教学在从能量视角研究化学反应的意义，反应中能量转化的微观原因及规律，反应中热量转化的探究与利用，以及如何从能量角度看待物质及其变化等过程中，采取以问题导向以练习深化的課堂活动，促使学生以镁和稀盐酸反应放热为案例，从宏观与微观相结合的视角运用探究与推理、抽象与概括、假设与建模的思维方式，对反应从内因与外因、质变与量变进行全面分析并构建起结构化认识，形成了依据方程式、键能及能量-反应模型计算反应热的思维框架，达成对物质及变化的规律性认识，并不断将新的知识通过学习评价进行检验，通过教学评为板块向前推进。

参考文献：

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）.北京：人民教育出版社，2018：74.