“物质的分类”教学价值分析与教学实践研究

李晓 陈文

核心素养的提出给高中化学“物质的分类”的教学带来了新的挑战。北京师范大学教授王磊、北京市海淀区化学教研员支瑶均认为，“物质的分类”是具有独特功能价值的一课。在核心素养视角下，这一课主要包括了核心素养的三个方向：一是分类标准的认识是宏观现象与微观构成的统一;二是物质类别间的通性与转化是对变化观念的进阶认知;三是预测新物质性质并设计实验验证是科学思想的体现。结合《普通高中化学課程标准（2017年版）》（以下简称2017版课标）中提出的“能够根据物质的组成和性质对物质进行分类，并认识到同类物质具有相似的性质，一定条件下各类物质可以互相转化”的要求，我们认为，“物质的分类”的教学价值应体现在方法、结果与预测三个方面（如图1）。

一、物质的分类教学价值与核心素养具有紧密联系

（一）丰富分类标准学习，实现宏观分类与微观分类的高度统一

从“物质的分类”的教学内容来看，这部分的教学内容是要让学生掌握树状分类法和交叉分类法，能够认识到不同的分类标准会带来不同的分类结果，以此体现学生宏观辨识与微观探析素养的发展水平。以物质的元素组成和化学性质来分类是宏观的分类标准，以物质的微粒构成和粒子特性来分类是微观的分类标准。我们的教学目标是让学生能够将这两种分类标准综合起来，形成对物质分类的科学认识，在分类学习中实现宏观与微观的统一，感悟化学学科独有的魅力。因为学生思维层面的分类过程无法直接看到，所以我们设计了“卡牌分类”与“通性讨论”活动，将学生的隐性思考过程通过排列卡牌的行为外显，并在讨论中让学生分享自己的分类标准，诊断并发展学生的学科核心素养。

课堂上，每一组学生都会拿到多种药品卡片，教师让学生对这些卡片进行分类（如图2）。在观察学生对卡片进行分类的过程中，我们发现多数学生能够很快地完成分类，但分类的标准趋于单一，都是从微粒组成的角度进行。于是，我们又设计了物质通性讨论活动，引导学生通过回忆酸碱盐的通性，以“性质”作为分类标准，重新审视自己的分类标准，提升学生的思维水平。在以上活动中学生认识到，同类物质不仅组成相似，性质也相似，且组成相似、性质相似的物质应该归为一类，由此实现宏观分类与微观分类的高度统一。

（二）运用分类结果，实现变化观念的思维进阶

如何诊断学生的思维是否得到了有效发展呢？我们通过“问题解决”教学活动来推动学生思维水平的进阶。“物质的分类”教学大多利用一个课时完成，主要教学内容局限在分类的标准与通性上。我们认为，依据核心素养中的变化观念，从单元教学出发，“物质的分类”教学单元可以设计为两个课时，学生对分类的认识不应停留在对分类标准与通性的识记水平上，而应上升到运用通性解决化学问题的能力水平上。这主要基于两方面考虑：一方面，学生在初中、高中知识衔接阶段，碰到的最大困扰就是高中化学方程式繁多、冗杂、难记，教师有责任帮助学生从生硬记忆方程式的学习方式中解脱出来，学会找到物质类别之间反应的规律，进行结构化记忆;另一方面，从变化观念的核心素养内涵来看，学生如果能够由静态的物质通性记忆，上升到动态的物质类别间的转化记忆，有利于促进学生对化学变化认识水平的进阶。下面，我们以制备硫酸钙的问题为例进行探讨。

首先，我们让学生找出卡片中含钙元素的物质，以及这些物质的转化关系，将成果整理成图3的左一图;接着，让学生从物质类别的角度归纳出其中金属元素的转化关系，并运用二元对立的知识，推演出非金属元素的转化，将成果整理成图3的中间图;最后，让学生结合物质通性的知识，找出这两列物质之间的反应关系，将成果整理成图3的右图。这样的学习过程，能让学生对分类结果的认识从识记通性上升到互相转化，从静态孤立的低级认知水平进阶到动态联系的高级认知水平。为了诊断学生是否达到这一水平，我们还设计了“用卡片中的试剂尽可能找到多种方法制备硫酸钙”的活动，从活动中可以看出，学生确实展现出了较高的物质转化认知水平，比如有的学生认为可以用三氧化硫和碳酸钙制备硫酸钙，说明该生对酸性氧化物、强酸制弱酸等知识的运用达到了较高水平。

（三）运用通性预测物质性质，培养科学探究精神

科学探究与创新意识是2017版课标提出的五方面化学核心素养之一，但在实际教学中，这一要求容易流于形式，主要是因为不少教师仍然局限于“教教材”而不是“用教材教”。在本单元教学设计里，我们认为，让学生运用已学习的物质的通性去预测新物质的性质是十分必要的教学活动，有助于培养学生的科学探究精神。科学的基本思维包括归纳与演绎，其中“将组成与性质相似的物质归为一类”是归纳，“组成相似的物质，性质也有可能相似”是演绎。如果学生在本单元的学习里，先是经历了“认识许多物质性质并将他们分类”的归纳过程，再经历“利用物质的通性推测陌生物质性质并设计实验验证”的演绎过程，那么核心素养中的科学探究与创新意识是可以得到有效培养的。因此，我们在教学中设计了“预测二氧化硫性质并验证”活动。

首先，教师创设二氧化硫的情境并提出“二氧化硫可能具有什么性质”这一问题，对此大部分学生感到难以回答，不知从何入手。教师适时点拨：“二氧化硫属于哪类物质？有可能与哪个同类物质性质相似？”以期让学生产生“二氧化硫与二氧化碳的组成相似，性质也有可能相似”的猜测。随后，教师进一步追问如何验证假设，并引导学生设计实验。学生经过小组讨论，能够以二氧化碳为模板，认识到二氧化硫水溶液应该呈酸性，且能够与碱反应，但在实验设计细节上，学生还难以把握。此时，教师不失时机地拿出精心设计的微型实验（如图4），快速验证了二氧化硫的性质，从中培养了学生的科学探究与创新意识。

二、核心素养视角下“物质的分类”单元教学设计

根据对“物质的分类”教学价值的分析，我们从单元教学设计模式出发，以核心素养为导向，设计了“物质的分类”教学单元两个课时的教学活动（如表1、表2）。

三、“素养为本”视角下“物质的分类”单元教学设计分析

（一）延伸物质性质学习方法，促进观念生长

“物质的分类”的教学价值，体现在学生能够以分类的思维去认识后续的物质性质与化学反應，仅在高中化学必修1中与分类有关的知识就包括了物质的分类与通性、化学反应的分类（如离子反应与氧化还原反应）、含相同核心元素的物质的分类（如含硫元素的物质）等。可以说，分类思维在这些学习过程中起到了极为重要的作用，我们的教学应更重视将分类的能力传授给学生。为此，我们鼓励学生在笔记本上画思维导图，画出与分类有关的图像，将课堂上的方法延伸到课后，将分类方法的应用延伸到反应分类与价态分类上来，从而将分类思维自始至终渗透在变化观念里。例如，在完成金属与非金属的学习后，学生制作的含钠元素物质的价态——类别分类图（如图5），就是学习元素化合物性质的一种很好的方法。由图5可知：每个物质在图像中都有一个坐标，横轴是物质类别，对应着该物质所应具有的同类物质的通性;纵轴是价态，对应着该物质的氧化还原能力。从价态与类别两个角度来分析物质性质是高中生应该具备的能力，也符合核心素养的思想。在该图像的引导下，物质性质学习的两个维度一目了然。

（二）设计教学评价活动，促进学生思维外显

“教、学、评”一体化，是2017版课标提出的要求。传统课堂是教师前面先讲，学生后面练习反馈，学生做对了就是好课。而核心素养理念的提出，让我们认识到检测某种素养是否落地，要看学生在问题解决活动中表现出来的能力。因此，我们在教学设计中十分注重“情境—问题—能力”的教学线索设计，力求让课堂上的问题不是孤立的，而是在情境中提出来的，问题解决的活动能够结合学生的表现进行评价。例如，在学生对卡片的分类活动中，我们设计了工业废水检验与除杂的情境，让教师能够通过观察学生排列卡片的过程分析他们心目中的分类标准。又如，在预测二氧化硫性质的活动中，我们设置了治理二氧化硫排放、改善城市环境的情境，激发了学生的参与热情，学生在分享预测二氧化硫性质与设计实验验证预测的学习思路时，教师能够从中诊断出学生的素养发展水平。通过“教、学、评”一体化教学活动设计，我们将学生的隐性思维外显并予以及时评价，确保核心素养能够有效落地。

（三）开发单元教学设计模式，促进核心素养落地

结合课题组提出的“素养为本”的单元教学设计模式，通过分析“物质的分类”这一单元的教学设计思路，我们在单元教学设计上获得了不少启发。例如，在备课过程中，我们首先对分类进行学科概念的抽提，并提炼出学科本源性问题，将分类的教学价值体现在分类的方法、结果及用通性预测性质三个方面，这对应于高中化学学科核心素养中的宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、科学精神与科学探究（如图6）。但是，教学价值是教师作为“传授者”概括出来的精华，对于学生来说过于抽象，所以我们要“把知识包装在糖果里”拿给学生，让学生在“品尝”过程中不知不觉地完成知识的吸收与内化，再引导学生在问题思考中从近的熟悉场景迁移到远的陌生场景中去。

总之，依托“素养为本”单元教学设计模式设计高中化学课堂教学，能够促使我们对核心素养有更为深入的理解，对教学内容与问题情境的把握与创设有更为精准的思考，同时也将引领着我们在教学研究的路上不断前行。（题图作者左为李晓，右为陈文）

参考文献：

[1]支瑶，王磊，张荣慧，赵晓明.“物质的分类”促进高中生无机物性质学习的功能价值分析及其教学实现[J].化学教育，2012.33（4）.

[2]周瑶，王磊，杜德娟，多丽君，于少华.初、高中化学衔接教学研究——以“物质的分类”授课为例[J].化学教学，2015.35（8）.

[3]齐红涛，赵河林，王磊.物质的分类相关概念及其教学分析[J].化学教育，2012.33（4）.

[4]王磊，黄鸣春.科学教育的新兴领域：学习进阶研究[J].课程·教材·教法，2014.34（1）.

注：本文为2017年度广西教育科学“十三五”规划A类重点课题“基于学科核心素养培养的高中化学教学单元设计的研究”（课题编号2017A003）的阶段研究成果。

（责编 欧金昌）