基于学科理解的初中化学教学思考

【摘 要】文章基于学科理解，通过“水的组成”的化学发展史为教学主线寻找知识的来源，挖掘知识隐含的思想方法，提取核心概念——从元素组成与微观构成相结合的角度看物质和化学反应，并以此来统摄教学。教师要理解“水的组成”的研究方法，把握“水的组成”所要求掌握的必备知识，并了解“水的组成”在教材中的地位及结构关系，进而挖掘和实现其多维的教学与育人价值，培养学生的证据推理与模型认知等学科核心素养，促进学生进行深度学习。

【关键词】学科理解;化学史;水的组成;深度学习

【作者简介】洪清娟，福建省莆田市教师进修学院化学教研员，高级教师，主要研究方向为教育教学。

【基金项目】福建省教育科学“十三五”规划课题“指向化学思维的初中化学知识结构化教学实践研究”（FJJKXB19-380）;福建省中小学名师名校长培养工程专项课题“基于学科理解的高中化学深度学习实践研究”（ZXHX-2019009）

“新基础教育”提出了课堂教学要从“教书”走向“育人”，从“知识传递”走向“生命价值的挖掘与提升”[1]。“育人”不仅包括学科知识、技能、方法的传授，而且承担了学科核心素养的培育任务。化学史素材中蕴含着丰富的育人价值，同时科学学习的“重演律”也告诉我们，学生对科学概念的认识与科学史上的认识历程存在相似性[2]。为了实现“育人”的目的，教师在使用化学史素材时，首先要理解化学史所承载的育人价值，领悟其独特的、不可替代的“生命价值”;其次要思考可以采用怎样的情境、策略与方法更好地把自己对学科育人的认识转化为具体的教学行为。而准确把握教材内容多维的学科教育教学价值，并对其内涵进行深入挖掘，需要教师增进学科理解，站在单元教学乃至学科整体教学的角度进行规划，深化对学科结构的认识，提取相应的核心概念以统摄具体的教学，从而充分发挥学科在系统教育中的作用，促进学生进行深度学习。

一、“水的组成”的学科理解

本文以人教版化学九年级上册“水的组成”为例，谈谈如何基于学科理解，把握“水的组成”在化学学科体系中知识之间的结构与纵横关系，并以化学史为教学主线，挖掘“水的组成”知识所承载的育人价值。

（一）整理分析“水的组成”的化学发展史，挖掘其教育价值

充分运用化学发展史素材有利于学生深度理解学科知识的形成、发展及应用情况，认识“真科学”和“完整的科学”，并对化学发展过程的事件做出理性的分析和评价[3]。教师可以通过“水的组成”的化学发展史为线索创设教学情境，将研究历程中的主要历史事件串连起来，整理出“水的组成”研究的主要化学史发展历程（如图1）。

教师结合化学史资料精心设置问题，引出课堂的模仿研究实验。一方面，通过简单穿插介绍1803年道尔顿的原子学说、1808年盖·吕萨克发现的气体化合体积定律，以及1811年阿伏加德罗根据盖·吕萨克定律的实验事实，修正了盖·吕萨克假说中的错误，解决了道尔顿原子学说和盖·吕萨克提出的相关理论之间的矛盾，引出阿伏加德罗定律，即“在同温同压下，相同体积的不同气体具有相同数目的分子”等史料。这样的设计既让学生感受到这些假说、定律的发展对解决水分子的微观结构中氢氧原子个数比的重大意义，也让学生体会到化学学科是在质疑、争论和反复实验中发展和形成的，更让学生明白科学实验研究中创新思维和坚守的重要性，从而渗透学科育人价值。另一方面，介绍有关水的分解的科技前沿研究成果，让学生明白水的分解为推动氢能源的广泛使用奠定了重要的基础，体现学科研究的社会价值和经济价值，开拓了学生的视野，激发学生学习化学的热情，从而达成学科育人的目标。

（二）基于学科理解，把握“水的组成”知识的内涵与本体价值

“水的组成”是培养学生“宏微符”（宏观、微观和符号）三重表征自动转换和建立关联的重要起点。基于化学知识的内涵与本体价值的理解，学习“水的组成”，应以元素观为统领，从元素的视角审视和深入理解物质的性质及其变化。作为化学核心观念之一的元素观具有统摄性和持久的迁移价值，不仅能促进学生把握最有价值的化学知识，而且能为学生形成相应的认识思路提供思考框架，为学生形成化学认识指明思考方向[4]。

通过本节课的学习，学生应学会依据水的生成与电解实验的现象和产物来检验宏观事实，理解化学反应中元素种类虽然不变，但元素原子重组会生成新的物质。让学生建立起物质与元素的关系，理解化合物、单质、氧化物的概念，深化、发展和完善元素观。教学过程中，教师让学生书写氢气在氧气中燃烧生成水和水的电解两个反应的文字表达式，提供磁力贴让学生进行小组讨论，并摆出这两个反应的微观过程示意图（如图2）。这样不仅使学生的思维可视化，也使学生对微观粒子有了具象的认识，让学生初步体会从定性与定量、元素组成与微粒构成相结合的角度看物质和化学反应，从而培养学生三重表征间的转换意识，渗透守恒观。同时有利于诊断、探析学生对微观世界的理解和发展水平，让学生初步形成研究无机化合物组成的一般思路和方法，即通过实验现象观察和对产物检验，运用分析、推理等研究方法探知物质宏观的组成元素和微观的原子比例，才能确定物质的组成。

二、“水的组成”的教學思考

（一）准确把握知识承载的功能与学生的认知规律

从学科整体的角度对“水的组成”的教学进行理解与思考，有助于教师从学科理解的层面做分析和反思，从而更准确地把握教学内容承载的功能与学生的认知水平。如从知识的学科体系结构上进行学科理解，能够准确把握本节课知识所承载的功能及为后续化学式和质量守恒定律的学习打下认知基础，并提供实验事实与素材依据。一般而言，学生对于有大量微观粒子参与，但微观粒子肉眼不可见的反应的过程难以理解。为了帮助学生顺利建立起“宏微符”三重表征思维，在氢气与氧气反应生成水及水的电解两个反应的微观示意图（如图2）中有意识地增加省略号，表示实际过程中还有许多分子、原子参与反应，有效避免学生产生误解，认为反应过程仅生成两个水分子，让学生真正理解示意图代表的是参加反应的微粒个数比，而非实际的反应个数。

基于教—学—评一致性的新课程理念，为了准确诊断学生的微观理解水平，教师可以让学生上台展示他们想象的水分子中氢原子和氧原子可能的结合比例和结合方式的微观结构示意图（如图3），并讨论确定水分子中氢原子和氧原子数目与结合比例的依据。对于水分子空间结构的成因则由教师一语带过，不必加以拓展，具体留待高中学习。通过这些教学环节，既避免给学生带来困惑，又给学生的学习留有余地，让学生带着问题走进课堂，带着思考走出课堂，激发他们探索未知的热情，为将来的高中化学有关物质结构与性质中化学键、分子空间结构等的学习做好铺垫。

（二）增进史料文本的学科理解，挖掘其教学价值

教学过程中，对于化学史料，教师不能仅作为情境创设或课堂引入一笔带过，应该充分挖掘史料背后的教学价值，使其能够巧妙融入教学的始终。本节课以“水的组成”的相关研究历史为线索，贯穿整个教学过程。由于化学史料能展现科学方法的多样性，因此，教师可借助“水的组成”的化学发展史料，以史为鉴，引导学生了解在化学学科研究中可以综合运用实验、假说、模型等多样性方法来共同解决一个问题[5]。

通过提炼简洁、关键的历程资料，设置基于这些资料的问题链，如根据教材中“水的组成揭秘”资料卡片，可以提出以下问题：①普利斯特里和卡文迪许都做了“易燃空气”的燃烧实验，为什么他们与真相如此接近却又擦肩而过？能否由他们的实验得出水不是一种元素的结论？你推断的依据是什么？②拉瓦锡做的这个相反的实验对我们研究物质的组成有什么意义？拉瓦锡的实验角度与普利斯特里、卡文迪许的有什么不同？实验现象说明了该反应中各物质的组成发生了什么变化？③普利斯特里、卡文迪许、拉瓦锡在“水的组成”的研究中各用了什么方法，你有什么感悟？等等。

教师通过对化学史料的教学价值进行深度挖掘，带领学生沿着科学家的足迹，感悟科学家的智慧，从分合、正逆的角度，经历实验演示—宏微结合—分析推理，最终得出水是由氢氧两种元素组成和氢原子、氧原子以2∶1的原子个数比结合构成水分子的结论。教师从化学史料中提炼出问题，引导学生进行逐步分析解决，让学生深切感受改变反应条件可以降低化学反应的难度，习得“水的组成”的研究方法。让学生初步建立从定性与定量、宏观元素组成与微观原子结合两个维度研究化合物的组成，建立三重表征间的联系和转换意识。同时让学生体会到科学研究和发展的艰辛与不易，也感受到科学研究中质疑与创新的重要性。

（三）精选表现型的学习任务，培育学生模型认知与证据推理意识

教学过程中，师生重演化学史上科学家研究“水的组成”曾经做过的实验。教师演示氢气的制取、验纯、燃烧（用冷而干燥的烧杯罩在火焰上）及水的电解实验，学生观察、记录实验现象并思考问题。所给出的问题都是教师精选出来具有表现型的学习任务，且得出的结论都要求学生说出判断依据，以诊断学生的化学观念与学科核心素养水平。如提出以下任务：①通过实验你能得出氢气具有哪些性质？能否得出水的组成元素？说说你的依据;②水分子真正的结构是图3（a），为什么不是图3（b）与图3（c）的混合物？分析可能的原因，并说说你的依据;③根据上述水的电解微观过程的分析，你对化学变化有哪些新的认识;④课后查阅资料，说说为什么氢能源有那么多的优点，但是还没有广泛使用，其中存在哪些亟待解决的问题;等等。

基于学科理解高度审视“水的组成”的教学，通过精选这些表现型的学习任务，设置引发学生深层次思考的问题，引导学生注重结论与实验原理的关系。让学生初步建立宏观现象与微观本质关联的意识，形成所得的结论都要给出相应的证据支持的观念，帮助学生建立现象与结论之间要以证据推理为桥梁的逻辑思维，促进学生思维的进阶。这些表现型的学习任务既有利于帮助教师诊断学生的认知角度與认识水平，也有助于学生发展和完善研究物质组成与变化的模型认知与证据推理意识。

三、结语

综上所述，教师应该立足学科整体理解的高度，加深对教材内容先后顺序编排的理解和学习，准确把握学生的认知障碍及发展规律，厘清“水的组成”在化学学科体系中的知识结构关联与功能地位等，这样才能更好地把握教材与知识的内涵和本体价值。教学过程中精选表现型的学习任务，设置引发学生积极主动思考的课堂文化，让学生感悟“水的组成”的研究方法和学习意义，初步形成以“宏微符”“定性与定量”相结合来研究物质组成及其变化的多样性的认识路径和认识维度，使学生逐步形成化学学科核心观念，渗透和落实学科的育人功能。

（注：本文系福建省罗月旺名师工作室研修项目阶段性成果。）

参考文献：

[1]李政涛.深度开发与转化学科教学的“育人价值”[J].课程·教材·教法，2019（3）：55-61，101.

[2]梁弘文，武衍杰，王秀红，等.中学生“酸碱盐”概念认识发展现状研究[J].化学教学，2019（3）：19-23，30.

[3]万延岚，李倩.对《普通高中化学课程标准（2017年版）》中“情境素材建议”的分析与启示[J].化学教学，2019（7）：14-19.

[4]何彩霞.围绕“化学元素观”展开深入学习：以“水的组成”教学为例[J].化学教育，2013（4）：36-39.

[5]严文法，王小梅，李彦花.新课标视域下化学史的科学本质教育功能研究[J].化学教学，2020（1）：3-7.

（责任编辑：罗小荧）