高英华｜基于学科核心素养谈高中化学教学

栏目：热点资讯时间：2023-08-15

　　山大华特卧龙学校办学指导思想

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　　基于学科核心素养谈高中化学教学

　　书，分割线

　　文/ 高英华

　　普通高中化学课程是与九年义务教育《化学》或《科学》相衔接的基础教育课程，是落实“树德立人”根本任务、促进学生核心素养形成和发展的重要载体；化学课程对于科学文化的传承、社会的绿色可持续发展、高素质特别是创新型人才的培养具有不可替代的作用。其目的在于不断提高学生的化学素养，培养科学的思维方法，发展实验探究能力，增强社会责任感，引导学生认识化学对生产、生活、技术、社会、环境、能源、资源等各方面的重要影响，激发学科创新意识，提高实践应用能力，不断发展学生的化学学科核心素养[1]。

　　一、核心素养简述

　　1核心素养源起及涵义

　　21世纪初，OECD（经济合作与发展组织）率先提出了“核心素养”结构模型。2005年我国台湾地区启动了核心素养研究，确立了《界定与选择核心素养：概念参考框架与理论基础研究》的专题研究计划。2006年，欧洲会议和欧盟理事会通过了关于核心素养的建议案，并建议欧盟各国将其作为推进终身学习和教育与培训改革的参照框架。2009年，日本国立政策研究所启动了为期5年的“教育课程编制基础研究”，研究指向社会变化的主要动向以及如何有效地培养学生适应今后社会生活的素质与能力[2]。

　　2014年3月30日，教育部以教基二[2014]4号文印发《关于全面深化课程改革，落实树德立人根本任务的意见》。该《意见》首次提出：“教育部将组织研究提出各学段学生发展核心素养体系，明确学生应具备的适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。”依据总体框架研制不同教育阶段学生核心素养的结构模型，进一步形成可操作、可测量、可评价的指标体系。

　　北京师范大学林崇德教授指出：“核心素养是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终生发展和社会发展需要的必备品格与关键能力。它应该包含六个方面:核心素养是所有学生应具有的最关键、最必要的基础素养；核心素养是知识、能力和态度等的综合表现；核心素养可以通过接受教育来形成和发展；核心素养具有发展连续性和阶段性；核心素养兼具个人价值和社会价值；学生发展核心素养是一个体系，其作用具有整合性。它是关于学生知识、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。”[3]

　　2高中化学核心素养

　　学生发展核心素养与学科核心素养之间的关系是全局与局部、共性与特性、抽象与具象的关系。高中化学核心素养是高中学生发展核心素养的重要组成部分，是高中生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，是学生具有化学学科特质的关键能力和品格。

　　化学学科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5个维度，其具体内容见表1。

　　表1化学学科核心素养及素养水平

　　化学素养

　　素养水平

　　相互关系

　　素养 1

　　宏观辨识与微观探析

　　水平1

　　能根据实验现象辨识物质及其反应，能运用化学符号描述常见简单物质及其变化，能从物质的宏观特征入手对物质及其反应进行分类和表征，能联系物质的组成和结构解释宏观现象。

　　体现了化学学科特质的思想与方法

　　水平2

　　能根据实验现象归纳物质及其反应的类型，能运用微粒结构图式描述物质及其变化的过程，能从物质的微观结构说明同类物质的共性和不同类物质性质差异及其原因，解释同类的不同物质性质变化的规律。

　　水平3

　　能从原子、分子水平分析常见物质及其反应的微观特征，能运用化学符号和定量计算等手段说明物质的组成及其变化，能分析物质化学变化和伴随发生的能量转化与物质微观结构之间的关系。

　　水平4

　　能依据物质的微观结构描述或预测物质的性质和在一定条件下可能发生的化学变化，能评估某种解释或预测的合理性；能从宏观与微观的结合对物质及其变化进行分类和表征。

　　素养2 变化观念与平衡思想

　　水平1

　　能认识到物质运动和变化是永恒的，能归纳物质及其变化的共性和特征，能认识化学变化伴随着能量变化；能根据观察和实验获得的现象和数据概括化学变化发生的条件、特征及规律。

　　水平2

　　能从原子、分子水平分析化学变化的内因和变化的本质，能理解化学反应中量变和质变的关系；能用动态平衡的观点看待和分析化学变化；能运用化学计量单位定量分析化学变化及其伴随发生的能量转化。

　　水平3

　　形成化学变化是有条件的观念，认识反应条件对化学反应速率和化学平衡的影响，能运用化学反应原理分析影响化学变化的因素，初步学会运用变量控制方法研究化学反应。

　　水平4

　　能从不同视角认识化学变化的多样性，能运用对立统一思想和定性定量结合的方式揭示化学变化的本质特征；能对具体物质的性质和化学变化做出解释或预测，能运用化学变化的规律分析说明生产、生活实际中的化学变化。

　　素养 3 证据推理与模型认知

　　水平1

　　能从物质及其变化的事实中提取证据，对有关的化学问题提出假设设，能依据证据证明或证伪假设；能识别化学中常见的物质模型和化学反应的理论模型，能将化学事实和理论模型之间进行关联和合理匹配。

　　水平2

　　能从宏观和微观结合上收集证据，能依据证据从不同视角分析问题，推出合理的结论；能描述和表示化学中常见的理论模型，指出模型表示的具体含义，并运用理论模型解释或推测物质的组成、结构及变化。

　　水平3

　　能从定性与定量结合上收集证据，能通过定性分析和定量计算步骤推出合理的结论；能认识物质及其变化的理论模型和研究对象之间的异同，能对模型和原型的关系进行评价以改进模型；能说明模型使用的条件和适用范围。

　　水平4

　　能依据各类物质及其反应的不同特征寻找充分的证据，能解释证据与结论之间的关系；能对复杂的化学问题情境中的关键要素进行分析以建构相应的模型，能选择不同模型综合解释或解决复杂的化学问题；能指出所建模型的局限，探寻模型优化需要的证据。

　　素养4 科学探究与创新意识

　　水平1

　　能根据教材问题设计简单的实验方案，完成实验操作，观察物质及其变化的现象，客观进行记录，对实验现象做出解释，发现和提出需要进一步研究的问题。

　　从实践层面鼓励创新

　　水平2

　　能对简单化学问题的解决提出可能的假设，依据假设设计实验方案，组装实验仪器，与同学合作完成实验操作，能运用多种方式收集实验证据，基于实验事实得出结论，提出自己的看法。

　　水平3

　　具有较强的问题意识，能在与同学讨论基础上提出探究的问题和假设，依据假设提出实验方案，独立完成实验，收集实验证据，基于现象和数据进行分析并得出结论，交流自己的探究成果。

　　水平4

　　能根据文献和实际需要提出综合性的探究课题，根据假设提出多种探究方案，评价和优化方案，能用数据、图表、符号等处理实验信息；对实验中的“异常现象”和已有结论提出质疑，反思并提出新的实验设想，并进一步付诸实施。

　　素养

　　5 科学精神与社会责任

　　水平1

　　逐步养成严谨求实的科学态度，不迷信，能自觉抵制伪科学；能列举事实说明化学对人类文明的伟大贡献，主动关心与环境保护和资源开发等社会热点问题，形成合理利用自然资源、与环境和谐共处的观念。

　　揭示化学学习更高层面的价值追求

　　水平2

　　崇尚科学真理，不迷信书本和权威；具有绿色化学观念，能运用所学知识分析和探讨某些化学过程对人类健康、社会可持续发展可能带来的双重影响，并对这些影响从多个方面进行评估。

　　水平3

　　具有理论联系实际的观念，有将化学成果应用于生产、生活的意识，能依据实际条件并运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题；在实践中逐步形成节约成本、循环利用、保护环境等观念。

　　水平4

　　尊重科学伦理道德，能依据绿色化学思想和科学伦理对某一个化学过程进行分析，权衡利弊，做出合理的决策；能针对某些化学工艺设计存在的各种问题，提出处理或解决问题的具体方案。

　　上述5项素养立足高中生的化学学习过程，各有侧重，相辅相成，它们将化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与解决问题能力的发展、创新意识和社会责任感的形成等方面的要求融为一体，形成完整的化学学科核心素养体系，凸显了化学是从微观层面认识物质、以符号形式描述物质、在不同层面创造物质的特性。

　　2.1 学科基础知识是学生发展化学学科核心素养的载体

　　化学学科基础知识是化学课程的主题。化学课程标准根据学生的认知能力、水平和学生个性化发展需要确定的课程主题、模块和系列，这些主题、模块和系列都依托化学基础知识将其科学有效地融合在一起。学生在学习化学基础知识的进程中，逐步形成并发展其化学学科核心素养。例如，“宏观辨识与微观探析”要求学生能从宏观和微观相结合的视角分析和解决实际问题。学生通过必修“物质结构基础和化学反应规律”的学习，建立“宏观辨识与微观探析”的基本意识；在选修“物质结构与物质”模块的学习中，提升“宏观辨识与微观探析”的发展水平；在选修“有机化学基础”模块对官能团的认识中，应用“宏观辨识与微观探析”解决实际问题[4]。

　　2.2 学科能力是学生发展化学核心素养的保障

　　化学学科能力是指学生在化学课程学习过程中表现出来的比较稳定的心理特征和行为特征。根据《2017年考试大纲》对化学学习能力“三点七条”的要求，可以将化学学科能力概括为理解能力、推理论证能力、实验探究能力和综合分析能力，其中理解能力是发展化学核心素养5个要素的基础，推理论证能力的高低决定“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”的发展水平，实验探究能力和综合分析能力的层次决定“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”的发展水平。学生在化学课程的学习过程中，不仅仅是学习化学基础知识，更需要提升其学习能力，促进其化学核心素养不断发[4]。

　　2.3 学科思想方法是化学核心素养的实质

　　化学方法有唯物辩证法、矛盾分析法、两点论及一般的科学方法，如观察、分析、综合、比较、分类、联想、归纳、演绎、迁移法、实验、图像法等。随着现代科技的发展和学科间的交叉渗透，高度综合地将多种方法移植于化学研究中，如把物理、生物及数学等方法移植于化学方法之中并加以融合。

　　化学学科思想是人们在认识化学的实践活动中形成的一种思维方法和思想意识，是对化学的本质、特征与学科价值的基本认识。化学是在原子、分子水平上研究物质的组成、结构、性质、变化及其应用的一门基础学科。其学科思想方法极为丰富，主要包括：物质运动思想，即物质是运动的、物质运动是有规律的；物质分类思想，即树状分类、交叉分类；物质守恒思想，即质量守恒、电荷守恒、电子得失守恒、能量守恒；动态平衡思想，即化学平衡、电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡；唯物辩证思想，即对立统一、量变与质变、现象与本质、一般与特殊；绿色化学思想，即绿色发展、环境友好。化学学科核心素养的发展实质就落实在化学学习过程中，使用“宏观——微观——符号”来认识物质及其变化，帮助学生树立正确的世界观，形成科学的方法论[4]。

　　二、基于发展学科核心素养的高中化学教学策略思考

　　2001年课程改革以来，中学化学教学围绕三维目标展开，促进学生掌握最基本的化学知识和技能，了解化学科学研究的过程和方法，形成积极的情感态度和正确的价值观，提高学生的科学素养和人文素养。新一轮课程改革将围绕学科核心素养展开，化学教学应该有效处理好化学学科的三维目标与化学学科核心素养的关系，把知识和技能的教学提升到化学观念的层面，将过程与方法的教学发展为科学探究和学科思维，使情感态度与价值观转化为科学精神与社会责任，发展学生的化学学科核心素养。

　　1注重概念和原理等核心知识教学，发挥其工具性作用，感受“学科本质与思想方法”培养“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”的素养。

　　化学基本概念和原理是化学学科最本质的内容，在培养学生化学学习能力上处于基础地位，在发展学生化学学科核心素养过程中具有工具性作用。在化学教学中，不能只重核心素养而轻基础知识，如果忽视概念和原理的教学，必将使学科核心素养的培养成为无本之木。在组织化学教学内容时，应有利于促进学生从化学学科基础知识向化学学科核心素养的转化。通过对化学物质的分类教学，引导学生掌握物质分类的基本方法，形成分类观，使学生能应用分类的思想深入理解元素、分散系、化学反应类型等概念。通过对典型元素和物质的教学，引导学生领悟研究物质的基本方法，建立学生的元素观和微粒观，使学生能应用“物质决定性质”的思想认识更多的元素和物质，发展学生“宏观辨识与微观探析”、“证据推理与模型认知”的素养。例如，铝及其化合物性质的研究模型：

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　　当教师帮助学生建立起这些模型之后，学生在未来的学习中遇到未知物质，自然就会从物质的分类角度确定其类别，之后根据它的类别预测每种物质的物理性质、化学性质等，进而根据性质了解它们的用途[5]。

　　通过对不同类型经典化学反应的研究，引导把握不同类型化学反应的本质特征，建立学生的变化观和守恒观，使学生能多角度、动态地分析化学反应，发展学生“变化观念与平衡思想”的素养。例如，氧化还原反应内容的教学，教师引导学生从元素价态的变化出发，应用从现象到本质、从宏观到微观的思维方法，使学生理解氧化还原反应的本质是物质电子的得失，掌握“得到电子的物质是氧化剂”这一核心概念，在此基础上进行推理，建立结构化内容体系，如下图：

　　之后，在钠与水的反应教学中，加深学生对氧化还原反应的理解；在铁及其化合物的教学中，深化学生对其概念和原理的认识；在氯气的实验室制取原理教学中，借助瑞典化学家舍勒对氯气的发现和英国化学家戴维对氯气的确认史话，指导学生捕捉信息，确认氧化剂、还原剂以及氧化产物、还原产物，并进行配平，使学生掌握书写特定情境下的氧化还原反应方程式的方法。通过这样逐步递进的教学方法，提升学生的学习能力，发展学生的学科素养。

　　2突出创设情境，关注学习价值，培养学生的社会责任

　　情境教学是指在教学过程中，教师有目的地引入或创设具有一定情绪色彩的、以形象为主题的、生动的具体场景，以引起学生一定的体验，从而帮助学生理解教材，并使学生的心理机能得到发展的教学方法[6]。化学教学需要在真实情境中培养学生的价值观，在体现化学应用价值的情境中培养学生的科学精神，在具有正能量的情境中培养学生的社会责任。教学情境要具有真实性、针对性、知识性和情感性，具体的、真实的教学情境是学生化学学科核心素养形成和发展的载体，也为学生化学学科核心素养提供了表现机会。教师要做有心人，善于捕捉化学史、科技成果、社会热点、新闻事件、生活经验等真实素材，将其用于相关内容的教学。近几年，化学教学情境的创设越来越引起广大化学教师的重视，同时高考化学试题也起到了很好的导向作用。高考化学试题以生活及化工生产的真实过程为问题情境，以中学基础化学知识为载体，将化学的基本思想和方法、基本概念与原理、重要物质的性质与应用巧妙地融合在试题之中，考查学生的实际应用能力[7]。教师在教学中也要善于利用真实的、有效的教学情境实施教学。例如，原电池原理及应用课的教学，教师借助展示现在电池应用及存在的问题，以单液电池→盐桥双液电池→隔膜电池为主线设置教学，用问题情境引导学生回忆巩固基础知识，激励学生评价单液电池的缺点，引导学生设计盐桥双液电池，再说明盐桥存在内阻大的问题，与学生共同设计隔膜电池。再如，铝单质的性质教学情境可创设为：

　　教学情境1

　　展示铝制易拉罐、铝制餐具的图片。

　　目的

　　从身边的物质入手，引发学生兴趣，让学生感受化学知识在日常生活中的应用。

　　教学情境2

　　介绍铝制餐具在我国的兴与衰，说明铝制餐具不宜蒸煮，不宜长时间存放酸性及碱性食物。

　　目的

　　引出对铝的物理性质的学习、化学性质的探究。

　　这样设计教学的目的是通过情境的创设向学生宣传化学，突出化学在经济发展、人类进步、人民健康及环保中的作用，激发学生学习化学的兴趣，引导学生关注社会热点，观察生活实际，关心学科发展。为此，在教学过程中，可以对教材中涉及的物质的性质与用途进行梳理与拓展。如：因为氨气易液化，液氨可做制冷剂；硅是半导体，硅用于太阳能电池；过氧化钠与二氧化碳反应生成氧气，过氧化钠是呼吸供氧剂；氢氧化铝可以和盐酸反应，用于治疗胃酸过多；氧化铁是红棕色固体，可用于红色涂料等。利用这些知识与素材创设教学情境，依托主教学情境的指引，适时提出新的问题情境，培养学生的科学精神与社会责任。

　　3关注探究活动，强化实验探究，培养“科学探究与创新意识”

　　化学是无数科学家通过实验探索、分析推理、去伪存真发展起来的一门基础学科。化学的学习过程离不开实验探究，化学的教学实施需要充分依托实验探究。但是，受高考方案、教师观念、硬件设施等因素的影响，高中化学实验教学被淡化，只重视实验结果或结论，而忽视了实验过程的探索，变成了“黑板实验、纸上实验、视频实验”，做实验变成了“讲实验”。我们要充分认识化学实验对于全面发展学生的化学学科核心素养的独特价值，以实验为基础是化学学科的重要特征之一。通过化学实验，可以创设生动活泼的教学情境，激发学生学习化学的兴趣，启迪学生的化学思维，训练学生的实验操作技能和探究方法，引导学生理解和掌握化学知识和技能，培养学生的科学态度和价值观。在教学设计时，教师要利用好各种教学资源，寻找切实有效的实验探究主题，师生共同规划和实施探究过程，帮助学生形成“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。探究内容根据教学的需要可大可小，小到容量瓶的形状探究，中到影响化学反应速率的因素探究，大到陌生物质的组成和性质探究。同时要避免为探究而探究，一定要讲究实验探究的实效，也要防止探究过程程式化和表面化，要合理把握实验探究的认知水平，既要避免浅尝辄止，又要防止随意增大难度。例如，氨气还原性的探究流程可如下图所示：

　　在此过程中，教师要引导学生根据N元素的化合价推理得出探究目的，鼓励学生创造性地设计实验方案，按照代表性、可操作性的原则确定方案，指导学生观察产生的现象，激励学生对实验中“异常”现象作出敏捷反应，并能基于严密性和整体性思考相关问题。只要教师在教学中实施有效的实验探究，提高学生的思维品质，学生就能从只会应付考试的“答题者”变为解决问题的“研究者”。

　　4合理规划化学史和传统文化教育，形成科学的价值观和实事求是的科学态度。

　　在化学教学中，借助化学史实开展学科探究和知识生成，对于学科核心素养、学生发展核心素养的培养有着重要的实践价值和理论意义。通过化学史教学，可以促进学生化学基本观念的建构和心智模型的转变，培养学生继承与创新的意识，促进化学学科实践能力的提升，激发学生的国家认同感和社会责任感，培养优秀的学科品质和价值观，促进“绿色化学”思想的形成和实践体悟，培育化学学科核心素养[7]。例如，侯德邦博士立志在国内发展制碱工业的事迹，张青莲教授对于某些相对原子质量的修正，我国在世界上首次合成具有生命力的结晶牛胰岛素，史实可以增强学生的民族自豪感和自信心。再如，富有献身精神的科学家要数“科学圣人”诺贝尔——倾注了毕生精力，研制出新型、安全的烈性炸药。这告诉我们追求科学的道路不是平坦的，而是充满艰辛、会不断遭遇挫折和失败的，需要具有顽强拼搏甚至牺牲自身的执着的科学精神。又如，舍勒和普里斯特利虽然都独立发现并制取了氧气，但在那个时代盛行的“燃素说”的约束下，没有坚定地相信自己，而是迷信于权威或所谓的真理，结果当“真理碰到了鼻子尖却没有发现”。这使本可以推翻“燃素说”的机会在他们手中错过，也将成功的硕果拱手让给了拉瓦锡。

　　在化学教学中，适当整理与我国传统文化及社会主义核心价值观有关的化学知识，例如：中国古代四大发明之一——黑火药的成分及反应原理，与青花瓷有关的硅酸盐工业，与青铜器等出土文物有关的金属冶炼等。同时关注科技发展的新动态，及时了解各个领域的伟大成就，如污水的处理，废旧电子产品的回收再利用，各种新型电池的反应原理等。将这些内容有机地融入到教学活动中，真正做到从历史的角度研究化学知识，从化学的角度关注传统文化，从科技发展的角度感受科学精神。