面向化学资优生的初高中化学衔接教学

江苏省南京晓庄学院环境科学学院 陈 凯 211171

江苏省南京市陶行知学校 马 芸 210000

江苏省南京师范大学附属中学 项佳敏 210003

1 问题的提出

我国通过《关于实施基础学科拔尖学生培养计划2.0的意见》、“强基计划”表现对基础学科人才培养的关注，在此背景下南京本地十余所四星级重点高中2020 年开始纷纷面向初中招收数理化生方向的学科特长生.在中学阶段，尤其需要重视基础学科的资优生培养——这些孩子往往在一定学科领域表现突出，对于感兴趣的事物，能锲而不舍地探索，他们精力过人，勇于尝试，有可能成为未来基础学科拔尖人才的后备团队.从现实来看，化学学科在中学理科课程中开设时间最晚，面临中考压力，时间紧任务重导致缺少资优生的培养条件；进入高中后，化学资优生的培养往往就只限于化学奥赛. 那么，如何让化学资优生在初中阶段就能不拘泥于中考要求来拓展视野、批判反思？如何不拘泥于现行教材体系，设计出体现知识联系、思维升华、素养建构的初高中衔接教学设计？我国既缺少这样的课程环境，也缺少这样的教学设计研究.

全国模范教师、化学正高级教师保志明曾经在博客中呈现了给刚进高一的理科资优生练习题，摈弃了中考中常见套路，立足于课外阅读、实验细节、微观诠释、化学史理解……借此表达命题者对理科资优生的希望：一切的学习都要基于理解.科学结论的得出都是有原因的，缠着你的老师问问为什么吧！有可能现阶段的知识还说不清楚，但其实很多是能说出个道道来的，不了解就可惜了.越理解越通透.基于以上观念指引，我们对“溶液”这一部分进行深度备课.

2 教学设计思路

从各地中考要求来看，溶液的知识体系并不繁难；从课时安排来看，学习溶液时临近中考，大部分地区的教学建议中也明确说明“不宜拓展”.但化学学科体系的整体性，决定了有的知识如果浅尝辄止，学生未必能够深刻理解，对于素养建构来说未必有利.对于化学资优生而言，他们思维活跃，好奇心强，早已不满足于教材中的表述，内心深处期望对物质世界有更深入的认识，如果在初高中衔接阶段还只是面对模式单一、讲练结合的“炒冷饭”，自然产生厌倦情绪.

《普通高中课程标准（2017 年版）》基于化学学科本质凝练出本学科的核心素养，明确了学生学习化学课程后应达成的正确价值观念、必备品格和关键能力.王磊教授指出化学学科核心素养是学生在初中化学-高中化学必修课程-选修课程的学习过程中逐步形成和发展的，所以在初高中衔接阶段，也可以基于核心素养进行课程重构.表1 呈现了每一类核心素养在设计环节的应用.

表1 本教学设计中的核心素养建构

3 教学过程例析

下文呈现五个片段，彰显面向资优生学科核心素养构建的教学设计思路.

3.1 课堂导入

导入部分借用科学家的言论——全球顶尖化学家、浙江大学彭笑刚教授曾经高度赞誉溶液：如果没有溶液，化学将无法在科学世界里拥有一级学科的地位.强调溶液知识的地位、学习溶液的意义；随后指明深入学习溶液的方法“改造、完善自己已经完成的之前溶液学习知识的思维导图”——从课堂开始，就要从素养建构着手，处处体现学科思维引导.

3.2 溶液体系的再认识

在九年级新课中学过的溶液，需要以新的视角再认识以至于深度学习.为了和高中化学课程有效衔接，需要强化分类的意识——这既是高中化学新教材开始的内容，也是思维导图设计层层深入的基础；此外也要体现“科学精神与社会责任”的风险意识，这是化学素养教学的特殊角度.

3.2.1 溶质视角的分类片段

教师提问：中学体系中的溶液都是液态，那么溶解之前溶质是什么状态？

师生互动：针对溶解之前溶质存在的气态、液态、固态分别举例.

教师引导：针对学生所举溶质的例子进行细致分类，可从溶于水后以何种形式存在（分子、离子）、溶于水后是否和水发生反应等角度进行分类.

3.2.2 溶剂视角的拓展片段

教师进行实验引导：“尝试把高锰酸钾和碘单质（两种紫黑色固体）溶解在不同溶剂里，填写你观察到的实验现象；并尝试将所得混合物互相滴加，说说你发现了什么？”

（1）溶解过程

溶剂是水 溶剂是汽油 溶剂是酒精溶质KMnO4 I2____________________________________________________________________________

（2）两两混合过程

我发现了__________________________

我的解释________________________

初中化学对溶液的常规教学过于注重溶剂为水的体系，认识到不同溶剂在溶解过程中发挥的作用，有助于学生认识到溶液中不只是溶质可以作为变量.所以在这个教学环节，一方面提问“这种分层和溶解出现竞争的现象可以应用在何处？”另一方面拓展些与溶解有关的生活和科技案例，如（1）屠呦呦在古代典籍里获取青蒿素提取的灵感；（2）维生素水溶性和脂溶性影响烹饪的方法；（3）西红柿鸡蛋汤的烹饪现象.将视野和知识联系到“萃取”——虽然在新的人教版高中教科书中已经删减该知识点，但是在资优生教学中仍然可以选用，彰显学科思维方法的重要衔接点.

教师还可以用“溶液的颜色由什么决定？”来发现学生认知的前概念——溶质决定溶液颜色.通过实验展示几种固体物质颜色与其水溶液颜色对比，引导发现以上结果溶液颜色由溶质和溶剂微粒共同决定；以高锰酸钾溶液和铁盐、铜盐溶液的对比，发现溶质中某一种离子对溶液颜色的影响.教师追问：“影响溶液颜色深浅、透光程度的因素是什么？无色透明和澄清有何区别？”在“溶液”这一单元的学习中，溶液特征的认知是一个基础，但在教学中教师往往因为其不是考试重点而忽视，导致学生产生迷思，认为无色透明也是溶液的特征.纠正这一错误认知将有助于学生以后理解溶液与胶体的区别，为什么胶体能产生丁达尔现象而溶液却不能产生这种现象.

3.2.3 溶剂的科学风险片段

近年来，化学相关安全事故频发，社会对科学的误解颇多，不少民众执着于自媒体传播的伪科学，这表明大众的风险意识缺失严重，风险认知水平相对较低，也反映基础教育阶段强化科学风险认知的必要性和紧迫性.而正式课堂中脱离真实世界的概念，使学生在真实世界应用科学出现困难，此环节从不同角度审视化学问题带来的风险，旨在引领学生重视课堂与真实世界的联系，辩证看待、批判思考.此外，九年级阶段的科学论证，需要学生建立在证据的基础之上支持观点，但学生已有的知识基础和学科视野有限，需要教师引导.具体活动环节如下：

（1）创设情境，一则风油精具有腐蚀性的新闻引起了公众的关注：儿童不慎将风油精滴到泡沫上，半小时后泡沫竟然出现了很大一个洞.风油精真的有腐蚀性吗？

（2）学生活动

表2 基于风油精是否有腐蚀性的论证过程

教师引导：评价学生的想法，引导从“溶解性”的角度来解释风油精“腐蚀”泡沫的现象.

案例拓展：苹果手机显示屏制造过程中有一步清洗屏幕的工序.传统方法通常使用酒精擦拭屏幕，但正己烷挥发速度明显快于酒精，可以将一个擦拭工序耗费的时间从7秒缩短到2 秒，大大提升了工作效率；同时，使用正己烷的擦拭效果明显优于酒精，可以明显降低次品率提高产品良品率——使用酒精擦拭的产品良品率最多只有50%左右，使用正己烷之后，良品率能提高到96%以上，但其具有一定的毒性，会通过呼吸道、皮肤等途径进入人体，导致中毒.

引导反思：（1）溶剂的选择有不同的针对性用途，但是要注意什么？（2）为什么水作为溶剂更普遍呢？

生活应用：圆珠笔的墨漏在桌上，如何清洗？比较用水和用酒精的“去污”效果.3.3 溶解究竟是怎样的过程？

溶解并非一种简单的混合，可惜在九年级常规教学中常常简化处理，尤其忽略了其中的微观视角，未免可惜.

3.3.1 溶质与溶剂的相互作用

这个片段对初中教辅书一直以来对“溶解是物理变化”的误解进行“拨乱反正”，并结合一定情境中的实例进行分析，帮助学生理解溶解中的“化学特色”.

情境创设：盐酸是氯化氢（HCl）气体溶于水形成的溶液，氯化氢（HCl）气体也可溶于甲苯（一种有机溶剂）得到氯化氢的甲苯溶液.换了溶剂，两种溶液的化学性质是否一样？

补充资料：①氯化氢气体是由氯化氢分子构成的；②在盐酸中存在氢离子、氯离子和水分子；③氯化氢的甲苯溶液中氯化氢以分子的形式存在.

学生活动：猜想、讨论，寻找证据和理由.

图1 盐酸与氯化氢的甲苯溶液的微观示意图

教师小结：溶解是物理变化还是化学变化？变色、酸碱性变化、吸放热等特征，说明新物质、新微粒伴随溶解而生.

3.3.2 溶解的微观视角

面向资优生的教学常常要关注学科研究前沿资源，文献里常体现了本领域专家的智慧结晶和创新成果，背后那些科学方法的教育价值也不能低估，在化学教学中关注前沿研究方法，有助于学生高阶思维的培养和学科思维的构建.虽然限于课时和教学任务之间的矛盾，教师不可能面向所有学生广泛传播，但对于资优生，可以适当提供定量视角、微观视角、前沿视角、方法视角，有助于他们感受科技新闻文字背后的思想而不只是知道“发生了这么一件事情”.化学教师作为“科学家在课堂的代表”，自身对于科学的认识需要与时俱进，重视教材之外的学科前沿资源获取和积累对教师专业发展非常有意义，不要只限于课堂教学的设计和实施借鉴，更加要看到这些素材的研究有利于更新化学教师的知识储备，拓展教师的学科视野，提升教师的科学素养.在诠释溶解微观变化时，我们用到了基于科技新闻的情境应用和模型创设.

教师提问：溶解中的能量变化，伴随着怎样的微粒变化？尝试画出氯化钠溶液的微观示意图.

学生活动：思考并画出氯化钠溶液的微观示意图.

教师启迪:水合钠离子以及水合氯离子到底能结合几个水分子呢？是随意数目还是有规律的？

教师引导:（1）提供数据：100mLρ=1.18g·cm-326.7%的饱和NaCl 溶液，求其中NaCl 与水的微粒个数之比（约为1:9），以此引导学生修改微观示意图.（2）强调以上解决问题手段是建立在理想化的模型基础上，需要假设每个钠离子和氯离子均和足够多的水分子靠近、作用.

教学拓展:溶解过程中同时拥有溶质微粒的扩散和水合——水合放热，扩散吸热.（展现模拟动画）

图2 室温下包含3个水分子的钠离子水合物的扩散动画

图3 食盐与水混合后微粒的示意图

3.4 溶解过程的逆转——结晶

九年级下学期的教学，为应付中考略显仓促，往往对科学方法关注不足.本环节注重科学方法的训练，观察、记录（描述）是基本的实验方法，物质表征也是研究化学物质的一种重要研究手段，引导学生从宏观和微观两个角度观察化学物质，学会借助化学仪器甚至更开阔视野下的学科工具对物质进行研究，领略微观世界的神奇，也为高中化学沉淀-溶解平衡的学习做铺垫.结晶水合物是很有意思的内容，初中淡化了，高中避开了，在面向资优生的教学过程中，补充这一部分内容，既可以加深学生对初中结晶过程的理解，也可以衔接未来晶体的学习.

教师过渡：如果想让溶解过程逆转，让溶质从溶液中脱离变成晶体，这就是结晶.有哪些方法可以促进结晶呢？请大家回忆.

知识拓展：晶体可以是不含水的，如氯化钠；也可以是结晶水合物，如胆矾晶体.

科学推理：以结晶水合物形式析出的物质，可能具有什么性质？

知识拓展：各种典型的结晶水合物学名、俗名、外观、用途等.

情境创设：在一个温度不变的密闭容器内，放入一杯饱和的硫酸铜溶液，用细线吊住一块有缺口的硫酸铜晶体浸在溶液中，过几天后晶体上的缺口没有了；晶体的质量不变；此时的硫酸铜溶液仍然饱和.

教师提问：这样的现象说明了什么？

播放视频：结晶过程的微观视频.

学生活动：用放大镜、连接电脑的显微镜观察不同晶体的形状、颜色，发现结晶的特征.

3.5 课后拓展性评价

资优生未来可能从事基础学科科研，需要在基础教育阶段提供丰富的学习机会，例如在阅读学习新材料、思考新问题时强化理解实验图表的能力和语言表达的能力——理科生的理性多基于图像、数据背后信息的推理和解释——在传统的中考评价中，为了降低难度，对这一要素往往重视不够.这个课后任务的图表改编自苏州中考曾经出现的一道压轴难题，其实脱胎于大学物理化学教材中的“相图”，对于初中生来说全面理解肯定是困难的，但此处意不在解题，而在于用科学的语言理解和诠释.

课后任务：如何认识图4 中的曲线变化？请用一段文字描述你看到的图线，并预测该图线的应用.

图4 不一样的溶解度曲线

资料补充：将一种盐溶于水时，会使水的冰点（凝固点）降低，冰点降低多少与盐在溶液中的质量分数有关.如果将此盐溶液降温，则在零度以下的某温度会析出冰.但当盐在溶液中的质量分数比较大时，在将溶液冷却的过程中先析出的固体不是冰而是盐的晶体.

4 教学反思

4.1 教学设计的应用

本教学设计的雏形曾在南京一民办教育集团九年级化学课堂实施，耗时两课时；其内容和传统教学体系差别较大，虽然学生普遍感到内容与中考应试差别较大，但是一个个兴趣盎然，有的同学表示“让他理解了学校教学中一直比较困惑的问题”，有的同学感觉“眼界一下子打开了，原来溶液还有这么多好玩和有用的地方”. 虽然部分内容对于课程标准、考试说明是“超纲”的，但是没有直接应用高中知识，对于资优生恰恰能满足他们内心需要；对于普通学生也能够激发他们对科学的渴望和深入思考.

在此基础上进行修订完善，既可为九年级常规课堂提供创新视角，也可作为初中化学资优生培养的初步探索，还能用于初高中化学衔接课堂的示范.如果作为高一化学绪言课内容设计，启发学生从学科视角展望初中知识在高中阶段的延续和深化.

4.2 对执教者学科知识的要求

开展以本设计为基础的教学活动，执教者需要具备扎实的化学学科知识，执教初中化学，不能局限于初中教材本身，教师自身需要有更高层面的理解和认识，站在高位看自己负责阶段的学科教学非常重要.正如南师附中著名奥赛教练贾震老师在给师范生的讲座中一针见血指出：如果你上不好这节课，把原理讲的很复杂，其实是因为你不够懂它.很多中学阶段的问题，停留在中学知识层面无法解释清楚，适当延伸更有助于学生理解知识；但面向资优生的化学课，不能只着眼于知识层面的拓宽，更重要的是告诉他们教材以外的思想！从资优生的发展需求来看，化学教师需要充实自己内心世界、丰富自己的知识体系，才能更好地支持学生的成长.