基于学科理解的中学化学高端教研——科学态磨课

曾晓军

在新课程改革日趋深入的今天，教育形势的发展对教师教学提出了更高的要求。《普通高中化学课程标准》中指出要开展基于学生化学学科核心素养发展的课堂教学，对化学教师的专业素养提出了更高的要求，要求教师进一步增进化学学科理解。化学学科理解是指教师对化学学科知识及其思维方式和方法的一种本原性、结构化的认识，应充分发挥化学教研组、备课组的作用，结合具体的教学内容，有针对性地开展课题教学内容的理解研讨。磨课，它是指在公开课之前，教师运用自己的教学经验和智慧，反复思考和试讲的过程。一堂好的公开课是教研组教师集体的智慧结晶，也反映了教研组的教研文化氛围。

一、问题提出

在以往的磨课经历中，往往是其他教师根据自己的教学经验对讲课教师进行指导，是经验型磨课。有幸参加了一次郑长龙教授的教育硕士教学实践的磨课过程，笔者深受震撼，对磨课有了颠覆性认识。郑教授把以前的磨课方式叫经验态磨课，而将这样的磨课称为科学态磨课——强化学科理解，深入教学内容的本质，利用课堂教学行为的CPUP 模型对教学内容进行分析，解决“教什么”的问题，然后对文献进行梳理，对课堂进行行动研究，解决“怎么教”的问题，打造高端备课模式。科学态磨课，为教师的教学能力提升提供了一个新的思路[1]。

二、过程实录

对“金属的化学性质”一节进行磨课，磨课分四个环节：一是学科理解文献综述——有关“金属的化学性质”，二是有关“金属的化学性质”教学设计的文献综述——基于CPUP 结构模型的视角，三是在前两个环节的基础上试讲，四是评课。

（一）第一环节： 学科理解文献综述——有关“金属的化学性质”

1.核心知识结构化

分析初高中和大学对这部分知识的不同要求，使内容结构化，重点分析金属与氧气、金属与化合物的反应在不同阶段的不同要求（见图1）。

图1 核心知识结构化

在高中化学的教学过程中，有课标、教学要求以及教材，但往往对理解表面上的东西的要求比较多。在对核心知识的解析上，郑长龙教授从本质上解释原因，如关于为什么金属有这样的性质，从金属的结构决定金属的化学性质和金属键的本质的角度回答，以能带理论解释金属键的本质和金属的物理性质等。这都是中学教材中没有的内容，但作为教师必须要懂，这是化学学科本原性的内容[2]。

2.重点学科知识解析

重点解析两方面内容：金属活动顺序和氧化铝。

（1）金属活动性顺序表

首先是动力学金属活动性顺序表。

1812年，瑞典化学家贝采里乌斯根据大量实验，依据金属在酸性介质中298K 时，能形成稳定存在的金属简单离子的标准电极电位，得到了动力学金属活动性顺序表，即K、Na、Ca、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Au。

动力学金属活动性顺序表的局限性：在动力学的研究领域内，Na 和Ca 的活泼性是依据其单质与水反应的剧烈程度判断的，有些因素并未考虑在内。熔点的差别：Na 的熔点为97.81℃，Ca 的熔点为839℃。溶解性的差别：NaOH 的溶解度远远大于Ca(OH)2。

其次是热力学金属活动性顺序表。

随着电化学的发展，人们逐渐认识到，金属在溶液中的置换反应与其电极电势有关。由吉布斯自由能判断自发反应的条件，得出热力学金属活动顺序表：K、Ca、Na、Mg、Al、Zn、Fe、Sn、Pb、(H)、Cu、Hg、Ag、Au。

热力学金属活动性顺序表的局限性：第一，只能用于标准状态下。Cu 与稀盐酸（HCl）在常温下，不能反应。但Cu 与浓盐酸在加热时，能够生成H2。第二，只能针对纯金属。在顺序表中，Al＞Fe，但由于Al 表面存在氧化膜，其与酸反应的顺序一般为Al＜Fe。第三，只适用于水溶液中。第四，不能作为气态金属原子还原性强弱的比较依据。

（2）氧化铝

Al2O3，即三氧化二铝，相对密度3.9～4.0g/cm3，熔点2054℃，沸点2980℃，可用作耐火材料。

对比初高中对氧化铝的要求，把握教材的深度。

（二）第二环节： 有关“金属的化学性质” 教学设计的文献综述——基于CPUP 结构模型的视角

1.设计分析报告

学情分析：确立目标、丰富素材、多元视角，包括教材分析、学生分析和教法分析。

教材分析：第八单元——金属和金属材料。

课题一：金属材料。

课题二：金属的化学性质。包含金属与氧气的反应，金属与稀盐酸、稀硫酸的反应，以及金属活动性顺序。

课题三：金属资源的利用和保护。

实验活动：金属的物理性质和某些化学性质。

学生分析：本节课学生来自东北师范大学附属实验中学初三（26）班，学生成绩较好，活跃度高，自主探究能力强，已有相关金属物理性质和化学性质的基础知识。

教法分析：归纳、对比、推测、总结。

教学目标：体现化学学科核心素养对学生发展的具体要求。

通过实验探究常见金属与氧气、稀酸、盐溶液的化学反应，认识金属的主要化学性质；经历比较完整的实验探究过程，增强对科学探究的理解；体会小组合作的意义和快乐。

教学重点：一是通过实验，探究金属的化学性质；二是掌握金属活动性顺序。

教学难点：一是金属发生置换反应的顺序判断，二是用置换反应和金属活动性顺序解释某些与生活有关的化学问题。

2.常见教学思路及连接顺序

化学课堂教学内容结构的CPUP 模型是由郑长龙教授提出的（见图2）。郑长龙教授认为化学课堂教学内容是由一个个基元内容（Primitive Content）构成的：一个或几个基元内容构成了一个单元内容（Unit Content），单元内容是指化学课堂教学中由一个或多个教学行为链所承载的化学学习任务中所体现的教学内容；一个或几个单元内容构成了一个板块内容（Plate Content），板块内容是指化学课堂教学中一个教学板块下所承载的教学内容；一个或几个板块内容构成了一节课堂内容（Class Content），课堂内容即该节化学课堂的全部教学内容。

图2 CPUP 课堂结构模型

并且，郑长龙教授对于教学行为进行了详细的划分，提出了教学行为链的五种结构，其中从A 到E，学生学习的自主程度逐渐降低（见表1、表2、表3、表4）。

表1 常见教学行业链类型

表2 教学思路及连接顺序1

表3 教学思路及连接顺序2

表4 教学思路及连接顺序3

3.亮点采撷

主要从情景素材、问题设计、活动展示三个方面对文献中部分教学设计进行分析，从中得到启发。

4.基于CPUP 理论的教学设计

基于CPUP 理论的教学设计如图3 所示，该教学设计的特色是尊重学生的认知特点与学习兴趣，以情境为载体将学生已有的知识经验与社会生活常识紧密结合；秉承“观念为本”的教学设计理念，围绕理念设计和组织教学；重视以问题为导向的探究活动的设计，通过问题调动学生积极思考和探究。

图3 基于CPUP 理论的教学设计

（三）第三环节： 根据教学设计进行试讲

在本环节主要是在课堂上将学习内容分成几个板块来落实相关学习任务。

通过回忆生活中常见的学过的几种金属的相关物理性质和化学性质提出是否所有金属都能发生同样的化学反应的问题，引发学生思考。

1.金属与氧气的反应

提出问题：生活中常见的金属与氧气反应的条件是否相同？是否所有的金属都能与氧气发生反应？比较这几种金属跟氧气的反应，它们的活动性是否一样？根据什么来判断？

学生可以通过小组讨论、阅读教材等获知判断金属活动性差异的初步依据。

设计的意图：主要是考查学生对问题的归纳能力，同时为引入金属活动性打下基础。

2.金属与酸的反应

提出问题：金属与稀盐酸、稀硫酸的反应现象是否也像金属与氧气反应一样存在差别呢？哪些金属能与稀盐酸、稀硫酸发生反应？哪些金属不能与稀盐酸、稀硫酸发生反应？

实验探究：要求学生先提出自己的假设，设计实验方案，通过实验探究此问题。引导学生根据实验现象进行讨论、交流，最后得出结论。

设计意图：培养学生实验操作能力、观察能力、思维推理能力、实验设计能力和团队合作能力。在讨论交流中，吸取别人有益的意见，为引入置换反应作铺垫。

3.置换反应

提出问题：哪些金属能与稀盐酸、稀硫酸发生反应？哪些金属不能与稀盐酸、稀硫酸发生反应？对于能发生的反应，请从反应物和生成物的物质类别角度分析，这些反应有什么特点？

学生思考、交流并得出结论。

设计意图：让学生初步了解置换反应的特点和规律，并为后面学习金属活动顺序时为什么会出现氢元素打下基础。

4.金属与盐溶液的反应

提出问题：实验室制取氢气时，为什么选用金属锌和稀硫酸反应？在学习质量守恒定律时，把铁丝浸入硫酸铜溶液，会看到什么现象？铜能否与硫酸亚铁溶液反应生成铜？

学生思考、交流并作汇报，尝试归纳总结常见金属的活动性顺序。

设计意图：回忆已有知识，引入新知识，运用逆向思维，使知识结构更合理。培养学生分析能力，加强学生对金属活动性顺序的了解。

最后通过对鉴别黄金饰品真假的方法的讨论，来培养学生应用所学知识解决实际问题的能力，将理论联系实际，使学生认识到学习化学知识的重要性。

由于是磨课的过程，在试讲时没有学生，只有几位指导教师和几位试讲教师的同学充当学生，教学过程虽然按预定设计完成，但因不是真实课堂，课堂的生成略显不足，学生活动体现还不很充分。

（四）第四环节： 专家评课

郑长龙教授最后讲到，磨课的目的是打造高质量的教学，内容就是行为研究。基于化学学科理解的教学，由原来的经验态磨课向科学态磨课转化，本次的磨课体现了教育科研与教学实践的结合。基于学生化学学科素养发展的课堂教学，对化学教师专业素养提出了更高的要求，要求教师进一步增进化学学科理解。高端备课是今后的趋势，要关注理论在实践中的运用[3]。

三、启示与建议

第一，化学教学正在逐步完成从经验态研究向理论态和科学态研究的嬗变。这些研究不再仅仅是各种化学教育教学经验的简单积累和总结，而是运用科学、规范的质化和量化研究方法，在严密分析的基础上得出较为科学的结论，使研究成果建立在科学的化学教学事实基础之上，建立在科学、规范的研究方法基础之上。

第二，磨课是教师互动交流的平台，磨课的过程首先就是对化学学科的深刻理解的过程，是对化学知识的系统的、结构化的理解。它的实质是建立以主体的特征考察认识的对象和现象、分析和解决问题的思维，在主体思维的指导下构建对主体本质和整体性的认识。教师之间的相互交流都是从自己的观点出发的，思想的碰撞能激发新的火花，合理的借鉴是创新的开始。教师的创新在教师的课堂展示和研磨材料中随处可见。个体行为转变为群体行为，强调了集体智慧的发挥，提高了教师个体的学科理解力。

第三，对教学精细化的追求永无止境，教学研究也仍在继续。合理利用CPUP 模型进行课堂精细化研究，是我们推广优质课程的有效途径，也是提高一线教师专业素质、教研能力和科研水平的必由之路。磨课的价值在于学校与教师的共同成长，磨课的结果应该是教师个体创新与参与者碰撞结果的融合[4]。

学者张廷凯、牛瑞雪在《回归学科研究——课程改革的深化逻辑》一文中提出，应当遵循“实践逻辑”，从学科研究中归纳总结学科教学理论，加强学科课程建设研究，丰富和深化对学科课程的理解[5]。要想教好化学，在教学过程中至少需要遵守两条基本原则，一是掌握化学的本质，二是设计和实施科学合理的教学活动。因此，深化对化学教学学科认识问题的研究，需要在相关化学科研成果的基础上，不断探索化学学科性质，进而从实际的化学教学实践中对现有课堂教学经验进行总结，对问题理论进行反思和升华，扬长避短。基于化学思维和方法的逻辑起点，在科学掌握化学学科基本知识的前提下，引导学生形成正确的化学学科思维方式，有效提高化学学科课堂教学的有效性，通过建立对学科的准确而深刻的理解，有效地培养学生的学科核心素质。

总之，磨课是打造精致课的过程，是提高课堂教学效果的保证，也是提高教师专业素质的有效方法。对教学精细化的追求永无止境，教学研究也仍在继续，每一次的磨课实践，都使教师积淀下了对课堂教学更为深入、更接近于本质的思考。教育教学研究走进真实课堂，才是有生命力的。因此，在学科教学与研究中，深化对学科的认识，重视学科的教与学，是一项迫切而重要的工作。