基于新课改中落实化学核心素养的教学实践

傅英懿 范晓媛

摘要：以“化学反应与能量”为例，建构完整的体系能量调控的模型，并向学生渗透证据推理与模型认知，科学精神和社会责任，促进学生核心素养的全方位发展。

关键词：建构模型;证据推理与模型认知;科学精神和社会责任

文章编号：1008-0546（2020）06-0071-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.06.019

一、设计背景：

1.高中化学学科核心素养

学生的核心素养是学生群体生活必备的素养和技能，是集品德和知识于一体的素质体现。北京师范大学林崇德教授指出：核心素养是关于学生知识、技能、情感、态度、价值观等多方面要求的结合体;它指向过程，关注学生在其培养过程中的体悟，而非结果导向;同时，核心素养兼具稳定性与开放性、发展性，是一个伴随终生可持续发展、与时俱进的动态优化过程，是个体能够适应未来社会、促进终生学习、实现全面发展的基本保障。高中化学核心素养包括“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”五个方面。这五项内容的设定和描述，符合我国对于中学生核心素养的发展要求，体现出从化学角度看待、分析和解决化学问题的能力和基础，关注于化学学科知识技能的学习、过程分析和方法解决的集合训练、情感态度和价值取向等方面的教育，展现出化学学科独特的魅力和品质特性。化学学科核心素养具体帮助我们提炼了应以什么样的化学视角研究物质世界和看待化学变化，以什么样的科学原则和方法来进行化学实践活动，如何看待和建立化学的价值。

2.新课程改革

现有人教版教材中化学反应与能量主题揭示了化学反应与能量变化之间的关系，建构了化学反应中能量变化的实质、形式等一系列的知识体系。在新教材中对焓变、焓变与反应热的关系要求有所提高，增加内能的概念。究其原因，学生在学习这部分内容时除了会进行简单的反应热计算，还应体会到化学反应与能量这部分内容的社会价值：不仅可以通过化学反应获得能量，还可以借助调控条件控制化学反应的能量变化来满足人们生产生活的需要。因此，本节课帮助学生建构完整的体系能量的调控模型，借此希望学生可以有意识的多角度的调控能量，感受焓变的社会价值。

二、教学设计：

化学反应与能量是高中化学课程考核的核心知识之一，也是高考考查的内容之一。学生对这一部分内容主要存在两个认知障碍：（1）焓的定义，现行人教版教材将焓定义成与内能有关的物理量，有什么关系？什么是内能？（2）为什么要学习焓变？计算一个反应的焓变有什么用处？如何突破这两个障碍点呢？主要采用以下方法：

1.创设问题情境引发认知冲突，克服思路障碍，发展宏观辨识与微观探析

问题情境指学生意识到的一种有目的却不知如何达到这一目的的心理困境。这时学生就会急切地思考，借助各种知识，希望可以解决未知问题。

[创设情境]遇到寒冷天气，人们取暖的方法有很多，比如热水袋、空调、电暖气、燃烧反应、搓手、多穿衣服等，获得的能量从何而来呢？能不能从微观角度分析能量的来源？

热水袋、空调、燃烧反应这三个例子学生并不陌生，但以往从来没有讨论过能量的微观来源，不过借助已有的物理、化学相关知识学生可以进行讨论：热水袋的能量来源是微观粒子的热运动，也就是微观粒子的动能。空调制热可以简化成制冷剂的液化，帮助学生分析状态的改变导致分子间作用力改变，改变了微观粒子的势能，从而实现了能量的传递。燃烧反应能量来源于键能，键能是原子间相互作用，也属于微观粒子势能。借助问题情境的创设，引出内能的含义：物质自身各种形式能量的总和，主要包括微观粒子动能和微观粒子势能。

设计意图：以热水袋、空调、燃烧反应为例，创设与学习主题相关的真实情境，学生能够亲身参与讨论，从而引起学生的学习兴趣。通过这一情景分析，帮助学生理解物质传递的能量是来自于物质自身的动能和势能，完善学生原有的认知，开阔学生的思路，体现了学生从宏观和微观两个视角研究物质能量变化的能力，帮助学生对能量的理解从宏观过渡到微观，培养了学生“宏观辨识与微观探析”的化学素养。

[提出问题]学习的焓变和内能有什么关系？

以学生常见的2H₂（g）+O₂（g）===2H₂O（1）反应为例，详细阐述体积功的含义，从而完善焓变除了包括内能的变化量还有体积功。至此，突破了学生对于内能和焓变的概念障碍。补充了教材上对于内能定义的缺失，反应热来源是内能的变化和体积功，帮助学生更好地理解焓和内能的关系。

设计意图：作为一节化学反应与能量的复習课，对于概念的教学并不是传统的讲授式，而是通过学生的讨论，利用物理学科中的相关知识实现了对概念的重塑，也深化了学生对焓变的理解。体现了学生对于概念理解的螺旋上升形态。

2.建构化学反应与能量的知识网络

化学反应与能量具有丰富的学科价值和社会价值。它揭示了物质与能量的关系，建构了化学反应与能量变化的实质、原因等知识体系;它建构化学反应和能量的双向关系：人们可以通过化学反应获取能量，可以调控能量来控制化学反应，从而满足人们的生产生活需求。因此学习焓变，也是为了建构化学反应与能量双向关系而服务的。通过焓变，可以清楚地表征一个反应的能量变化，帮助人们从反应中获取能量，那如何利用焓变来调控反应的能量呢？

（1）以焓变为核心，构建调控能量模型

[提出问题]影响焓变的因素有哪些？

对于焓变这部分内容学生最熟悉的是书写热化学方程式以及注意事项。因此以此作为切入点，帮助学生将零散的知识进行整合，总结出影响因素有：温度、状态、压强、化学键的种类和数量、体积功。因此调控能量变化的途径就是这些影响因素。

设计意图：总结归纳出影响焓变的因素，这些因素也就是人们在调控反应能量的角度，从而建构了调控能量变化的模型，落实了证据推理与模型认知的核心素养。

（2）利用真实情境，突破价值障碍，落实科学精神与社会责任

化学反应所释放的能量是现代能量的主要来源之一，利用航天事业中火箭燃料的选择等问题发展学生对于化学反应与能量这部分知识的价值认知，不仅完善了学生的化学思想，也落实了核心素养中的科学精神与社会责任。具体实施主要包括以下三个部分：选择燃料、分析助燃剂、调控推力。

[燃料选择]氢气和偏二甲肼是两种航天燃料，依据数据你会如何选择？

这一问题的设置主要是让学生充分感受人类在利用化学反应获取能量。但是对于火箭这种特殊的飞行器由于工作原理需要克服自身重力，因此燃料選择需要考虑单位质量的燃料燃烧放出的热量，而不是1mol燃料。因此从热值的角度说氢气这种燃料最好。但是除了要考虑热值，还要从实际角度考虑环保、成本、技术等方面的问题，使用氢气会存在很大的技术困难，因此分析问题除了要结合理论知识还要联系具体实际。

设计意图：通过对燃料选择这一活动让学生感受改变键能中的数量和种类两个角度对能量进行调控。但同时还要考虑实际问题，氢气的密度非常小，同等质量的燃料，H₂所占的体积就会很大，因此将其液化是必然趋势。但是H₂沸点：-252.77℃，O₂沸点：-183℃、熔点-218.4℃，液化氢气就会存在很多安全问题和技术问题，因此我国火箭常用燃料是偏二甲肼。

[分析助燃剂]火箭的真实情况中，偏二甲肼的助燃剂通常选用N₂O₄而不用O₂，为什么？

N₂O₄剧毒

密度：1443kg/m³

O₂密度：1.429kg/m³沸点：-183℃

设计意图：给出资料，发散学生的思維，可以从热值、助燃剂体积、环保、体积功等多个角度进行分析。在这些因素中最先考虑的应该是热值问题，因此工程师改变助燃剂，从而改变化学键的种类，实现了调控能量变化的目的。在燃料确定的前提下，调控能量只能从助燃剂的种类进行调整，从而改变键能。让学生感受利用模型可以对问题进行分析和解释。

[调控推力]随着我国航天技术的逐步发展，已经研制出以液氢、液氧为推进剂的环保、大推力长征5号火箭。能不能设计在燃料质量一定的前提下如何获得更大的推力？

设计意图：利用模型除了可以进行问题的分析和解释，还可以提高学生的创造能力。要想获得更大推力本质上也是在调控能量，此时推进剂的质量确定，那调控的角度就只能是改变温度、改变状态等物理变化，还可以改变接触面积从而增加单位时间内燃料燃烧放出的热量。因此在真实的情况中燃料先雾化再汽化，从而实现了获取更大推力的目的。实现了学生对于模型的应用。同时长征5号的研制成功是科学家经过26年的不懈努力才实现的，也标志着我国航天事业的新的里程碑，让学生感受化学学科的价值体现，并落实了科学精神和社会责任。

三、教学反思

1.落实化学学科核心素养

本节课通过建构体系能量调控的模型，不仅帮助学生深刻理解焓变和内能之间的关系，还帮助学生学会利用建构的模型分析解释实际情境中的问题，并学会用模型设计改变体系能量变化的途径。如此设计有助于学生理解化学反应与能量的社会价值，整堂课的设计思路为：建构调控能量变化的模型→利用模型进行简单的问题分析→利用模型进行实际情境的设计，逻辑清晰，层次分明，落实了证据推理与模型认知的化学学科核心素养。以火箭燃料的选取作为背景，让学生感受到火箭研制的艰辛，落实科学态度和社会责任。

2.学生的参与意识强，主题作用明显

在整节课中以问题作为驱动，搭建有层次有梯度的问题链，学生的参与程度很高，讨论很热烈，避免了传统灌输式授课。通过学生充分的讨论，让他们可以感悟出能量调控的重要性，感受到学习化学反应与能量的重要性。

3.合理选取教学策略和教学材料

人教版选修四化学反应与能量这部分内容在高考中所占比重不大，又由于知识本身比较容易，所以往往容易被学生所忽视。本节课以航天燃料为素材，以问题链作为驱动，以建构的模型为背景，带领学生共同探索燃料选择的奥秘，让学生有一种既陌生又熟悉的感觉，增强学生的认知程度。

在高中化学教学中落实化学的核心素养与教学内容和方法有着密切的联系。在教学中，要充分发挥学生的主体地位，教师要引导学生将化学知识应用到实际生活中，提高学生分析问题、解决问题的能力，从而发展学生的核心素养。