（化学）基于素养导向的高中化学教学主张

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重视开展素养为本的教学是普通高中化学课程的基本理念，学科核心素养的发展水平是新高考化学学业水平测试的评价目标。故而素养导向的高中化学教学已成为一线教师研究与探索的重要课题。笔者经过三年的探索实践，认为牢记立德树人目标、强化学科知识理解、聚焦信息素养提升以及引领真实问题解决等教学主张，是素养导向的高中化学教学的应然选择。

1牢记立德树人目标

立德树人是教育的根本目标。就化学学科而言，弘扬爱国情怀、彰显学科价值、强化责任担当是实现学科教学“立德树人”目标的重要渠道。

1.1弘扬爱国情怀

弘扬爱国情怀，教学素材丰富多彩。《咏石灰》等古诗中的化学内涵，《天工开物》等典籍中的化学记载，黑火药、炼丹术等远古探索，侯氏制碱、牛胰岛素合成等近代成就，青蒿素提取、稀土金属冶炼等现代贡献等，充分体现出中华民族的聪明才智。

1.2彰显学科价值

彰显学科价值，教学素材琳琅满目。新材料、新能源在航天事业、国防建设、现代通信等领域中的地位，化学肥料、有机农药在粮食、棉花等农作物增产中的意义，净水剂、灭火剂、消毒剂在防疫抗灾中的使命等，充分体现出化学学科的社会价值。

1.3强化责任担当

强化责任担当，教学素材唾手可得。面对矿产资源枯竭、气候环境恶化、全球疫情与局部战争频发等人类社会发展的共同危机，合理开发矿产资源、大力保护生态环境、通力协作防疫抗灾、签署禁用化武公约等，充分体现出人类共同的责任担当。

2强化学科知识理解

知识是素养发展的载体，而强化学科知识理解是实现学科知识到学科素养转化的重要前提。教学实践表明，教学内容结构化、方案设计规范化、模型认知简约化是强化学科知识理解的有效策略。

2.1教学内容结构化

教学内容的结构化是实现学科知识向学科素养转化的关键，其中有基于知识关联、基于认识思路、基于核心观念等三种内容结构化的重要视角[1]。内容结构化在课堂教学中的落实需要基于知识类型匹配教学内容结构化的视角、基于加工目标优选教学内容结构化的表征、基于教学任务统筹教学内容结构化的实施[2]。

案例1常见微粒的空间构型与分子极性的判断

中心原子轨道杂化、微粒空间模型和分子极性等核心概念的逻辑关联”来组织知识结构;引导学生通过“价层电子对或杂化轨道电子云追求相互间的最小排斥”来理解VSEPR模型和杂化轨道电子云的空间分布;结合“VSEPR模型或杂化轨道电子云的空间分布与分子组成”来理解分子的空间构型;依据“分子结构是否存在对称中心与分子中键的极性能否相互抵消”来理解极性分子和非极性分子。

2.2方案设计规范化

方案设计是高层次评价学生学科核心素养的发展水平和学业质量标准的达成状况的重要手段。如有机物合成路线、实验操作步骤等是中学范围内常见的方案设计题材。方案设计的优劣是学生学科素养水平高低的真实表现，决定着实际问题解决的质量，而方案设计的规范化是提高方案设计水平的重要保障。

案例2实验探究操作的规范化设计

如图2所示，实验探究方案的设计流程一般為：

依据实验目的匹配实验原理;基于实验原理分析干扰因素;结合实验原理和排除干扰的需要控制实验条件、选择仪器药品、确定操作环节;基于实验操作的规范化关注操作细节，表述实验步骤等。

2.3模型认知简约化

模型认知是一种重要的化学学科学习方法，是化学学科核心素养的重要构成要素。基于研究对象的本质特征、构成要素及其相互关系建构直观的认知模型，引导学生运用模型解释化学现象、揭示现象的本质和规律[3]。因此，模型的简约化是引导学生理解和运用模型、发展模型认知水平的关键。

案例3电化学系统的模型认知

如图3所示，聚焦电极材料、电极反应、电子导体、离子导体等电化学系统的四大构成要素，整合原电池与电解池，引导学生系统认识电极名称、电极反应、电流方向、离子迁移以及能量转化等电化学核心概念，优化分析问题的方法。

3聚焦信息素养提升

情境问题的解决需要良好的信息素养。通过情境载体有效地获取信息，根据问题情境的需要合理地组织调动知识储备、加工方法与表达方式、完成信息加工与信息输出等活动是信息素养的重要构成要素。

3.1信息获取

信息的获取是情境问题解决的先决条件。调动各种相关知识与能力，多渠道地获取问题解决所需要的关键信息是中国高考评价体系中学科素养的重要指标[5]。依据情境信息的表征方式，面对文字表述、化学用语、化学图表等情境载体，基于图像类型把握解读要领是信息获取的关键（见表1）。

从结构看变化，关注有机物结构及其变化关系。如图4所示，通过合成路线中物质转化条件的宏观辨识，官能团转化、碳骨架重构的微观探析，为反应类型判断、化学方程式书写、陌生物质结构推断等寻求证据，为“陌生有机物合成路线的设计”探索路径。

3.2信息加工

信息加工是情境问题解决的关键环节。信息加工包括信息筛选和判别、分类和排序、分析和研究，从中找出本质的规律性的东西，并基于问题解决的需要通过原型匹配、类比迁移、归纳演绎、猜想论证、证据推理等方法对信息进行加工。

案例5工艺流程图的信息加工

物质转化流程通常包含预处理、核心反应、分离提纯等主要环节，涉及判断物质化学式、书写反应的方程式、选择化学试剂、控制转化条件、分析产品纯度以及解释实验事实等典型问题。过程为：从元素看物质变化，基于守恒观和变化观分析物质转化;基于反应规律选择化学试剂、控制转化条件;基于分离目标和物质性质选择分离方法;基于数学分析处理实验数据、得出实验结论;基于绿色化学思想解释物质循环与三废处理是物质转化流程图信息加工的基本思路。

3.3信息输出

信息输出是情境问题解决的结果呈现，是将自己的思想、结论进行有效表达的过程。只有正确地输出信息，才能顺利地表达思想，与同伴进行有效交流。如化学用语的正确使用、文字表述的逻辑严密与言简意赅，是信息输出的关键。

案例6实验方案设计的信息输出

（2019年江苏省高考卷第19题节选）

以水洗后的滤渣（CaCO3）为原料，制取CaCl2溶液的实验方案：。[已知pH=5时Fe（OH）3和Al（OH）3沉淀完全;pH=8.5时Al（OH）3开始溶解。实验中必须使用的试剂：盐酸和Ca（OH）2]在搅拌下向足量稀盐酸中分批加入滤渣，待观察不到气泡产生后，过滤。向滤液中分批加入少量Ca（OH）2溶液，用pH试纸测量溶液pH，当pH介于5～8.5时，过滤。

（2018年江苏省高考卷第19题节选）

补充完整由NaHSO3溶液制备无水Na2SO3的实验方案：，用少量无水乙醇洗涤，干燥，密封包装。（Na2SO3的溶解度曲线如图所示）边搅拌边向NaHSO3溶液中滴加NaOH溶液，测量溶液pH，pH约为10时，停止滴加NaOH溶液，加热浓缩溶液至有大量晶体析出，在高于34℃条件下趁热过滤。

（2017年江苏省高考卷第19题节选）

设计从“过滤II”后的滤液[含Ag（NH3）2Cl]中获取单质Ag的实验方案：（实验中须使用的试剂有：2mol·L-1水合肼溶液、1mol·L-1H2SO4）。[已知：常温时N2H4·H2O（水合肼）在碱性条件下能还原Ag（NH3）+2：4Ag（NH3）+2+N2H4·H2O4Ag↓

+N2↑+4NH+4+4NH3↑+H2O]向滤液中滴加2mol·L-1水合肼溶液，搅拌使其充分反应。同时用1mol·L-1H2SO4吸收反应中放出的NH3，等溶液中无气泡产生，停止滴加，静置，过滤，洗涤，干燥。

补充实验方案的规范化表达必须交代清楚操作的细节、操作完成的状况以及温度、试剂浓度、pH范围等具体数据的表征（见表2）。

4引领真实问题解决

以化学知识为工具解决实际问题，促进和评价学生学科核心素养的发展水平，是素养导向的高中化学教学的重要策略。通过模型建构、证据推理、学科跨界等视角引领真实问题解决，旨在促进学生学科核心素养的高水平发展。

4.1模型建构

模型建构是模型认知的前提，也是化学问题难点突破的重要策略。如图6所示，针对陌生情境中反应的方程式的书写，建构聚焦目标（基于规律推理或信息判断找出关键反应物与产物）、正确配平（依次采用电子守恒、电荷守恒、质量守恒，依据体系酸碱性分析缺项物质）、完善细节（标明反应条件，正确使用↑、↓等）的问题解决思维模型，引导学生优化问题解决策略。

4.2证据推理

证据推理是化学学科核心素养之一，也是化学真实问题解决的重要策略。依据证据呈现的方式和需要解决的问题，可采用类比迁移、归纳演绎、溯因分析、猜想论证等方法挖掘化学事实背后的原因，寻找化学措施实施的依据。

如图7所示，对于化学事实究因类的问题解决，可以采用溯因推理的方式，剥茧抽丝、层层逼近，发掘化学事实背后的原因。

案例8CO2催化加氢合成二甲醚是一种CO2转化方法，过程中主要发生下列反应：

反应Ⅰ：CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）ΔH=41.2kJ·mol-1

反应Ⅱ：2CO2（g）+6H2（g）CH3OCH3（g）+3H2O（g）ΔH=-122.5kJ·mol-1

在恒壓、CO2和H2的起始量一定的条件下，CO2平衡转化率和平衡时CH3OCH3的选择性随温度的变化如下图所示。

其中：CH3OCH3的选择性=2×CH3OCH3的物质的量反应的CO2的物质的量×100%

（1）温度高于300℃，CO2平衡转化率随温度升高而上升的原因是。

（2）220℃时，在催化剂作用下CO2与H2反应一段时间后，测得CH3OCH3的选择性为48%（图中A点）。不改变反应时间和温度，一定能提高CH3OCH3选择性的措施有。

问题（1）属于化学事实究因类问题，采用溯因分析的方式解决;问题（2）属于工艺措施选择类问题，可采用演绎推理分析的方式解决（见表3）。

问题（1）溯因分析：①反应物平衡转化率受温度、浓度、压强等多种因素影响（在本题情境下，只考虑温度对平衡移动的影响）。

②反应ⅠΔH>0，温度升高平衡正向移动，导致CO2平衡转化率上升;反应ⅡΔH

③温度高于300℃，温度升高反应ⅠCO2平衡转化率的增大超过了反应ⅡCO2平衡转化率下降的影响（确定决定事物发展方向的矛盾的主要方面）。形成结论：升高温度，反应ⅠCO2平衡转化率升高，反应ⅡCO2平衡转化率降低。温度高于300℃，反应ⅠCO2平衡转化率升高幅度大于反应ⅡCO2平衡转化率降低幅度。

问题（2）演绎推理：①图中A点位置低于平衡时CH3OCH3选择性曲线，此时C1ecfbca1352b1cc678dacddbceae99e524d7dfb5dc6f04b22cd78196792ef95bH3OCH3选择性高低取决于反应Ⅱ的反应速率。

②影响反应Ⅱ反应速率的条件有温度、浓度、压强、催化剂等（在本题情境下，只考虑压强、催化剂对反应Ⅱ反应速率的影响）。

③增大压强，能加快反应Ⅱ的反应速30f295242c56cbfe370e4bc9989669f606b57e3f7b7f737172bcb1ab6c0eb453率;使用对反应Ⅱ催化活性更强的催化剂，能加快反应Ⅱ的反应速率。措施选择：

①增大压强。

②采用对反应Ⅱ催化活性更强的催化剂。

4.3学科跨界

知识融合、学科渗透是信息时代对问题解决提出的新要求，从哲学的视角理解化学事实，用数学的方法解决化学问题，借物理的注释启迪化学思维已成为化学领域真实问题解决中不可或缺的手段（见表4）。

哲学视角哲学观念：透过现象看本质，抓矛盾的主要方面，揭示事物变化的因果关系，洞察事物变化的内因;辩证思维：归纳与演绎，分析与综合，类比与迁移，猜想与论证[9]。

数学方法对数与指数：pH、Ksp计算;排列组合：同分异构体数目分析;三角函数：甲烷分子键角计算;立体几何：晶胞计算，空间多面体分析;配方与等量代换：溶液中微粒浓度分析;方程与不等式：物质组成分析;数形结合：化学曲线与函数关系建立。

物理注释光的散射：胶体的丁达尔现象;热量与比热容：反应热测定;理想气体：阿伏伽德罗定律及其推论;静电作用：元素周期律、胶粒的吸附能力、化学键强度、氢键、价层电子对互斥模型。

如图8所示，通过基于气体性质、实验探究、化工生产等具体问题的压强注释，引导学生认识气体溶解度、物质沸点、气体密度等物质的物理性质与压强的关系;把握检验装置气密性、量取气体体积、防止液体倒吸、减压蒸馏、真空干燥等实验操作的物理原理;理解气体计量、反应速率、反应限度、生产成本等化工工艺的压强选择。整合“压强”这一物理注释在化学问题解决中的应用，引导学生运用压强视角认识气体的物理性质、理解实验装置或操作原理、选择工业生产的适宜条件等。

素养导向的高中化学教学在教学课堂上的落地生根需要学科专家的专业引领和广大一线教师的创新实践，期望笔者的分享能起到抛砖引玉的作用。

参考文献：

[1][3]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2][10]经志俊.基于教学内容结构化的教学主张[J].化学教学，2019，（10）：28～32.

[4]魏雯，经志俊.基于学业质量标准的“电化学原理及其问题解决”复习课教学设计[J].化学教与学，2021，（4）：69～73.

[5]教育部考试中心.中國高考评价体系[M].北京：人民教育出版社，2019：20.

[6]经志俊，刘江田.基于“问题解决”的有机合成教学设计[J].化学教学，2020，（8）：80～84.

[7][8]经志俊.综合探究题在江苏高考中的评价功能及其问题解决策略[J].化学教学，2020，（8）：80～84.

[9]经志俊.用化学学哲学学化学用哲学[J].中学化学教学参考，2006，（10）：8～9.

摘自：《化学教学》 2021年第09期