利用情境与问题“双驱动”提升化学核心素养

黄志清

【摘 要】本文以《氨气的性质》问题探究性教学设计为例，例析情境与问题“双驱动”助力化学学科核心素养培养的具体做法，在真实问题情境中借助问题链开展教学实践活动，即以“化学的眼光”和“化学的头脑”设置有深层价值、贴近 STSE 发展、符合学生心理发展阶段和认知发展水平的驱动性问题，引导学生通过自主学习、合作探究、组际交流深刻理解并灵活应用知识，不断提升思维能力和问题解决能力。

【关键词】化学核心素养 问题情境 问题链 探究能力

【中图分类号】G  【文献标识码】A

【文章编号】0450-9889（2019）06B-0100-03

苏霍姆林斯基说过，当我们的学生在离开校园的时候，带走的不应该只有知识，更重要的是对理想的追求。宋心琦教授也曾认为：“中学化学教学能够使学生终身受益的不是具体的化学专业知识，而是影响他们世界观、人生观和价值观的化学思想观念;不是诸如分类实验、计算等特殊的方法和技能，而是影响他们思维方式和问题解决能力的、具有化学特点的认识论和方法论。”

笔者认为核心素养视野下的化学教学不能局限于具体的化学知识的掌握，应该着力引导学生对化学知识的深度理解和灵活应用，注重学生思维能力、问题解决能力、社会担当意识和科学探究能力的培養，而这些品质是在真实问题情境中、在长期教学实践中逐渐培养起来的。因此，在教学过程中，必须坚持以化学学科核心素养为导向，精准把握“知识”“情境”“问题”“素养”四个要素的定位与联系，立足三维教学目标综合考量学生的认知水平与即将要达成的认知间的差距，以真实教学情境为“导火索”设计深层价值且贴近生活、生产实际的驱动性问题，让学生在自主、合作（组内、组际）探究问题、解决问题中体验和感受知识的发生、发展全过程，从而内化与价值问题有关的知识，培养学生的思维能力、社会担当意识和科学探索精神。本文以《氨气的性质》问题探究性教学设计为例，例析情境与问题“双驱动”助力化学学科核心素养落地生根。

一、教学目标分析

（一）知识与技能

1.掌握氨气的物理和化学性质，了解氨气的用途。

2.提高规范操作能力、实验观察能力及分析归纳的思维能力。

（二）过程与方法

1.通过实验的观察和分析，体验科学探究的过程，强化科学探究的意识。

2.培养观察能力、思维能力和应用化学实验发现新知识的学习能力。

（三）情感态度与价值观

1.通过学习合成氨方法的发明及其对解决人类粮食问题的重大贡献，认识化学合成在人类社会中的重要地位，体会科学家对科学事业的推动作用。

2.不断引导学生发挥主观能动性，培养认真仔细、严谨求实的科学态度和努力探索的优良品质，并逐步培养其创新精神。

二、教学过程

（一）引用的教学情境

1.氮的使用。远古时代—— 自然固氮（“靠天吃饭”）;工业时代—— 人工固氮，“人类向空气要面包成功了，合成氨是历史上最伟大的成就之一”。

2.化学史。化学家有关氨的研究曾获得三次诺贝尔化学奖。

3.冷冻厂及冷冻原理。

4.植物生长、人类生存需要氮肥，自然界中氮循环。

【设计意图】通过化学史及氨在人类发展史上的作用创设情境，让学生深刻认识到化学学科对社会的贡献与任务，激发学生对氨的好奇心。同时，培养学生利用化学知识甚至跨学科知识解决社会问题，并以此为终身目标的意识，增强探究与创新意识，构建科学精神与社会责任。

（二）问题设置

1.氨气能够直接作为氮肥施用吗？（分组讨论：①直接施用;②转为液态施用;③制成固态物质施用）

2.如何将氨转化为液态物质？

3.什么叫氮的固定？它有哪些途径？

4.从中你能总结出氨气的哪些物理性质？

【设计意图】引导学生体验科学探究的过程：问题—假设—方案—验证—分析—评价—结论，提升学生发现、分析和解决实际问题的能力和培养学生总结归纳的能力和语言表达能力。

思考：如何设计实验，证明氨的溶解性？

分组实验：实验 1-2（喷泉实验，如图 1）。

（三）自主—合作探究

1.探究：喷泉实验问题分析。

（1）如何引发喷泉？

（2）喷泉实验原理是什么？

（3）实验成功的关键是什么？

（4）喷泉实验可用于说明什么？

（5）胶头滴管的作用是什么？

（6）如果用湿润的红色石蕊试纸接触氨，那么它会发生什么变化？为什么？

（7）烧瓶中所得溶液的物质的量浓度是多少？

【设计意图】通过实验教学和特定情境下的“问题链”教学法，进一步提高学生观察、分析能力，形成科学的实验观。而且，组际交流合作探究提升了学生的认知能力，培养学生的思考能力和推理能力。

2.探究：喷泉实验深度剖析。

（1）在中学化学里，能用图 1 装置完成喷泉实验的气体有哪些？

（2）能用图 2 装置进行喷泉实验吗？若能，请说明引发喷泉的操作？

（3）溶解性较小的 H2S、Cl2、CO2 等气体也能做喷泉实验吗？请设计 CO2 的喷泉实验。

（4）奇妙的“双喷泉”实验。如图 3 所示的装置，实验前 a，b，c 活塞均关闭。

①若要在该装置中产生喷泉现象，其操作方法是_________________。

②若要在该装置中产生双喷泉现象，其操作方法是_________________。

【设计意图】使学生掌握氨的喷泉实验原理，并找到形成喷泉的常见组合及其组合条件，培养学生证据推理的能力。

教师：氨是极易溶于水的，1 体积水可溶解 700 体积的氨气，它的水溶液呈碱性。氨水为什么呈碱性，碱性强弱如何呢？请同学们带着这两个问题阅读 P 99 的资料卡片。

【设计意图】帮助学生更加牢固地掌握氨的化学性质，在保护学生好奇心的同时，培养学生科学的学习精神。理解氨碱性气体的独特性，完善以往的分类观、元素观，形成辩证的思维。

思考与交流：氨气溶于水的溶液是氨水，为何氨水不能成为氮肥的主角？结合氯水成分的分析原理，对比分析氨水中有哪些分子和离子？

3.探究：氨水成分分析。

讨论液氨、一水合氨与氨水的不同，并完成下列表格：

【设计意图】引导学生从微粒观的角度对比分析，加强学生的宏观—微观—符号三重表征意识，突破教学难点，培养学生的变化观念与平衡思想的核心素养，培育学生的整合能力和高阶思维能力。

4.探究：氨属于碱性气体，氨是如何转化为固态氮肥，应用于农业的？

分组实验：“造烟实验”。

将蘸有浓氨水的玻璃棒分别和蘸有浓盐酸、浓硝酸、浓硫酸的玻璃管接近时，能否产生白烟现象？简述理由并写出相应化学方程式。

【设计意图】提升学生观察、分析、解决问题的能力，形成科学的实验观。

思考与交流：（1）三类干燥剂对氨气的干燥分析？（2）如何检验氨气？

【设计意图】培养学生环保意识和“绿色化学”思想。

教师：刚才研究氨的性质，涉及的反应都是非氧化还原反应，氨中氮元素的化合价没有发生变化，那么，—3 价是否可以改变？变化时氨表现出氧化性还是还原性？

5.探究：从氧化还原反应或化合价的角度分析氨气的性质，试用化学反应方程式来解释氨气与 Cl2、O2、CuO 反应情况。若无催化剂，氨气在纯氧中燃烧，产物是什么？

【设计意图】利用氧化还原反应原理，从化合价角度推断氨的还原性。根据证据推理与模型认知，预测同一反应物在不同反应条件的反应产物，引发强烈的认知冲突，在思考、师生互助等交流过程中，培养学生探究与创新意识的核心素养和实事求是的科学态度。

思考与交流：阅读 P 98，工业上制 HNO3 的流程图，写出各步反应的化学方程式。

【设计意图】鼓励学生成为“化学人”，走入社会，宣传、普及化学知识，帮助民众了解与化学相关的食品、农药、医药等知识，让民众由“恨化学”转变为“懂化学”，正确使用化学物质，关爱环境。

图示分析：氮及其化合物二维图。

图 4  含氮物质的“价态—类别”图

【设计意图】利用含氮物质的“价态—类别”图，可以从不同角度研究含氮物质的性质及其转化关系，以发展“宏观辨识与微观探析”“变化观念”等化学核心素养。

6.探究：氨的用途。

将氨的用途与对应的性质用线连起来。

（1）作制冷剂              A.溶于水呈碱性

（2）制氮肥                 B.与酸反应

（3）制硝酸                 C.易液化

（4）制纯碱                 D.催化氧化

【设计意图】形成“结构—性质—用途”微粒观;紧密联系生产生活实际，汲取 STSE 发展的优秀成果，渗透学以致用的思想，使学生全面发展。

【拓展】侯德榜制碱法。

化学原理：

NaCl + CO2 + NH3 + H2O = NaHCO3↓ + NH4Cl（可作氮肥）

2NaHCO3 = Na2CO3 + H2O + CO2↑（CO2 循环使用）

先添加 NH3 而不是 CO2，CO2 在 NaCl 中的溶解度很小，先通入 NH3 使食盐水显碱性（用无色酚酞溶液检验），能够吸收大量 CO2 气体，产生高浓度的 HCO3-，才能析出 NaHCO3 晶体。

【设计意图】利用科学史，让学生树立正确的科学价值观，强化“从化学走进生活，走进社会”的教学理念，培养学生社会担当意识和科学探究能力。

【总结】（1）收获;（2）问题与质疑;（3）要求与希望。

三、板书设计：思维地图

【设计意图】以元素为核心辐射单质、化合物等物化性质构建思维导图和运用分类观、转化观等方式让学生掌握学习元素化合物知识的方法，帮助学生理解、掌握相关内容，形成相应的知识结构和网络，使知识条理化。

四、教学反思

1.新课程标准要求：“学生具有较强的问题意识，能够发现和提出有探究价值的化学问题，敢于质疑，勤于思考。”为此，本节课以“问题链”为主线，贯穿全堂。以具体的事实、实验探究为依据，坚持以人文本、立德树人，激发学生的求知欲，鼓励质疑。通过自主学习、合作探究，不断提高学生逻辑推理能力，分析、解决问题能力和总结归纳能力，体现探究性学习的特点。

2.新课程标准理念之一是“从学生已有的经验和将要经历的社会生活实际出发，帮助学生认识化学与人类生活的密切关系，关注人类面临的与化学相关的社会问题，培养学生的社会责任感，参与意识和决策能力”。在氨的知识学习中，我们着眼于现实问题解决，增强学生社会担当意识，形成环保观，并能不断实施科学探究。

3.核心素养是在问题情景中借助问题解决的实践培育起来的。在教学过程中，在学生的脑海中根植了分类观、元素观、方法观、实验观、变化观、微粒观、平衡观、对比分析和学科价值观等化学学科觀念的种子，使其真正体验“由生活走进化学，由化学走向社会”的新课程理念，体现应用价值的导向，突出“科学精神和社会责任”教育。

【参考文献】

[1]宋心琦，胡美玲.对中学化学的主要任务专论和教材改革的看法[J].化学教育，2001（9）

[2]丁秀兰.一则广告的思考：化学史教学是理解化学的有效方法[J].中学化学教学参考，2016（3）

[3]钟启泉.基于核心素养的课程发展：挑战与课题[J].全球教育展望，2016（1）

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

【基金项目】广西教育科学“十三五”规划 2017 年度 C 类课题“基于科学素养培育的化学深层价值问题教学研究”（2017 C 244）研究成果之一。

（责编 卢建龙）