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化學教學論文：提升學生化學素養(yǎng)的維度與策略
化學教學論文：提升學生化學素養(yǎng)的維度與策略
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一、提升學生化學素養(yǎng)的維度
教學與知識之間有著內(nèi)在的、天然的、不可分割的聯(lián)系，所以，教學策略的設計必須針對知識類型的實際。
我國20世紀的化學教學大綱或課程標準都是從知識屬性的角度對化學知識進行分類的。從1923年分科設置課程綱要開始，逐漸演變并基本固定為化學基本概念和原理、元素化合物知識、化學基本計算、化學實驗以及化學用語等五個方面�；謴透呖贾贫纫詠淼目荚嚧缶V一直將化學知識分為“化學基本概念和基本理論、常見元素的單質(zhì)及其重要化合物、有機化學基礎(chǔ)、化學實驗和化學計算”等五大類。而新課程高考化學考試大綱，雖然在考試內(nèi)容部分將化學知識分為“化學科學特征和基本研究方法、化學基本概念和基本理論、無機化合物及其應用、有機化合物及其應用和化學實驗基礎(chǔ)”等五個方面，但在內(nèi)容比例部分還基本保留了傳統(tǒng)的分類方法。
知識分類就是根據(jù)特定的需要和標準，通過比較，把人類的全部知識按照相同、相異、相關(guān)等屬性劃分成為不同類別的知識體系，以此顯示在知識整體中應有的位置和相互關(guān)系。在知識分類的歷史上，不同的知識觀有不同的知識分類理論與標準，因而產(chǎn)生了形形色色的知識分類方式。為了更好地實現(xiàn)教育目標，人們把知識分為事實性的、概念性的、程序性的和元認知性的四大類。
縱觀傳統(tǒng)的化學知識分類方法和知識分類理論的實際，可以將兩者結(jié)合起來，并把化學知識劃分為物質(zhì)知識、觀念知識和方法知識三大類。其中，物質(zhì)知識主要屬于事實性知識，包括無機化合物及其應用和有機化合物及其應用；觀念知識主要屬于概念性知識，包括化學科學的特征以及化學基本概念和基本理論；方法知識主要屬于程序性知識，包括化學科學的基本研究方法，如化學實驗基礎(chǔ)和化學計算等。由于中學化學限于原子和分子層面，中學生認識的化學是“在原子、分子水平上識別和創(chuàng)造物質(zhì)的一門科學”。所以，可以認為在高中化學知識中，物質(zhì)知識是“識別和創(chuàng)造”的對象，觀念知識是“識別和創(chuàng)造”的思想，方法知識是“識別和創(chuàng)造”的工具。物質(zhì)知識是整個學科知識的基礎(chǔ)，也是觀念知識和方法知識的載體，觀念知識和方法知識既要依靠物質(zhì)知識的支撐，又能促進物質(zhì)知識的獲取。因此，化學學科要實現(xiàn)促進學生學科素養(yǎng)提升的終極目標，應該從獲取化學事實、形成學科觀念和掌握科學方法三個維度進行教學策略的設計。
新世紀以來實施的《普通高中課程方案（實驗）》為了構(gòu)建重基礎(chǔ)、多樣化、有層次、綜合性的課程結(jié)構(gòu)，以適應社會需求的多樣化和學生全面而有個性的發(fā)展，設置了由學習領(lǐng)域、科目、模塊三個層次構(gòu)成的課程結(jié)構(gòu)。據(jù)此，《普通高中化學課程標準（實驗）》（以下簡稱《課標》）將科學領(lǐng)域化學科目劃分為八個模塊，同時又把模塊分為必修和選修兩大類。下面從物質(zhì)知識、觀念知識和方法知識三個維度，闡述在高中化學必修模塊教學中促進學生學科素養(yǎng)提升的相關(guān)策略。
二、物質(zhì)知識維度的教學策略
本文所說的“物質(zhì)知識”實際就是“元素化合物知識”。在《課標》所構(gòu)建的課程結(jié)構(gòu)中，必修模塊的物質(zhì)知識主要分布在“化學1”的“常見無機物及其應用”和“化學2”的“化學與可持續(xù)發(fā)展”兩個主題。其中“常見無機物及其應用”對應“單質(zhì)與無機化合物”知識，“化學與可持續(xù)發(fā)展”包含“有機化合物”知識。從《課標》的安排和學科知識的邏輯關(guān)系看．物質(zhì)知識是高中化學知識的基礎(chǔ)和核心。為了使學生能準確獲取物質(zhì)知識，以便在此基礎(chǔ)上生長出相應的觀念知識和方法知識，可以采取下列教學策略。
1．在社會生活情境中認識物質(zhì)知識
由于《課標》對物質(zhì)知識的處理，突破了傳統(tǒng)的物質(zhì)中心模式，不再追求從結(jié)構(gòu)、性質(zhì)、存在、制法、用途等方面全面系統(tǒng)地學習和研究物質(zhì)，這時，我們可以從學生已有的生活經(jīng)驗出發(fā)，引導學生關(guān)注身邊的物質(zhì)，將物質(zhì)知識的學習融入有關(guān)的生活現(xiàn)象和社會問題的分析解決活動中，從而體現(xiàn)物質(zhì)與自然界和社會生活的密切聯(lián)系，并且通過對物質(zhì)知識的學習加深對環(huán)境和社會生活問題的理解和認識，使學生直接體會到所學知識的社會價值。如關(guān)于氯氣性質(zhì)的教學可以借助液氯泄漏事故報道錄像的有關(guān)畫面進行，以突出基于“社會中心論”的教學思想。
2．以核心概念為指導學習物質(zhì)知識
為了使學生能借助于一定的基本概念認識無機物的性質(zhì)及其變化規(guī)律，《課標》在“化學1”中安排了物質(zhì)的分類、氧化還原反應、離子反應等基本概念，并與單質(zhì)和無機物知識安排在同一主題。限于化學l的模塊功能，這些概念雖然是淺顯而又有限的，但它們有助于學生對物質(zhì)知識的理解，并對物質(zhì)知識的學習具有一定的指導作用，我們在進行教學設計時要領(lǐng)悟《課標》的立意，充分發(fā)揮這些概念在學生學習物質(zhì)知識過程中的指導作用。如鈉與水反應生成氫氧化鈉時，由于反應物中鈉元素和氧元素的化合價都處于最低價態(tài)，而氫元素的化合價處于最高價態(tài)，所以只能是氫元素的化合價由+1價降低為0價，反應的氣體產(chǎn)物為氫氣。這一確定鈉與水反應氣體產(chǎn)物的假說，就是依據(jù)氧化還原反應的規(guī)律提出的。
3．在已有知識基礎(chǔ)上獲取物質(zhì)知識
美國現(xiàn)代著名心理學家奧蘇貝爾認為，學習新知識的關(guān)鍵是要建立起新舊知識之間的聯(lián)系。他曾說，“影響學習的唯一最重要因素就是學習者已經(jīng)知道了什么。要探明這一點，并應據(jù)此進行教學”。因此，要組織學生探究物質(zhì)知識，應注意從學生已有的知識出發(fā)設置相關(guān)問題，將學生有效地引入新知識的探究情境之中，從而達成獲取有關(guān)物質(zhì)知識的學習目標。如過氧化鈉和氧化鈉都是鈉的氧化物，由于氧元素的化合價不同，所以兩者的性質(zhì)既相似又不同。在過氧化鈉性質(zhì)的教學過程中，可以針對學生已知氧化鈉性質(zhì)的實際，通過對過氧化鈉和氧化鈉組成與性質(zhì)的比較分析，并結(jié)合有關(guān)實驗檢驗等探究活動，使學生獲得對過氧化鈉性質(zhì)的認識。
4．按研完的一般思路探究物質(zhì)知識
物質(zhì)知識的教學不僅要向?qū)W生傳授知識，更要教給學生獲取知識的方法和思路。如對于SO2性質(zhì)的研究可以有以下思路：SO2與CO2同屬于非金屬氧化物，CO2是酸性氧化物，SO2也應具有酸性氧化物的性質(zhì)；SO2中硫元素的化合價處于其常見化合價的中間價態(tài)，所以SO2應該既具有氧化性又具有還原性；SO2是一種新認識的物質(zhì)，除了根據(jù)其類別、組成元素的化合價等推測性質(zhì)外，還可能具有其他某些特殊性質(zhì)。然后結(jié)合相關(guān)實驗驗證推測的合理性，并形成對SO2性質(zhì)的全面認識。這樣的教學設計可以教給學生研究物質(zhì)性質(zhì)的一般思路和方法，從而幫助學生提高學習其他物質(zhì)知識的針對性和有效性。
三、觀念知識維度的教學策略
關(guān)于觀念知識，高中化學必修教科書按照《課標》的要求和學生的認知規(guī)律進行了整體化的設計和編排，主要包括化學研究的物質(zhì)層次觀、化學中的相互作用觀、化學變化的形式觀、化學反應中的能量觀、化學反應的方向和限度觀、化學進化觀等幾個方面。由于學科觀念知識不僅是化學學科素養(yǎng)的重要構(gòu)成部分，而且“具有超越事實的持久價值和遷移價值”，所以，我們應該在全面把握課程結(jié)構(gòu)中學科觀念知識體系的基礎(chǔ)上，“圍繞學科基本觀念進行教學設計”，從而幫助學生形成應有的學科基本觀念。又由于觀念是客觀事物在人腦中留下的概括的形象，化學學科觀念通常是在化學事實性知識基礎(chǔ)上通過不斷的概括提煉而形成的。因此，幫助學生構(gòu)建學科觀念常有觀念知識以物質(zhì)知識為基礎(chǔ)和物質(zhì)知識用觀念知識來概括兩個基本策略。
1．觀念知識以物質(zhì)知識為基礎(chǔ)
運用分類觀念不僅能使有關(guān)化學物質(zhì)及其變化的知識系統(tǒng)化，還可以通過分門別類的研究，發(fā)現(xiàn)物質(zhì)及其變化的規(guī)律。為了使學生形成分類的觀念，有關(guān)分類的內(nèi)容可以采用以下設計進行教學，以突出觀念知識對物質(zhì)知識的依賴。
學習活動1：結(jié)合生活中（圖書館、超市等）分類的事例，思考物質(zhì)之間具有怎樣的關(guān)系、應該怎樣對物質(zhì)進行分類的問題。
基本理解：分類是學習和研究化學物質(zhì)及其變化的一種常用科學觀念。
學習活動2：嘗試對已學過的化學物質(zhì)和化學反應進行分類，并與同學交流。
基本理解：樹狀分類是根據(jù)對象的共同點和差異點，將對象區(qū)分為不同的種類，而且形成一定從屬關(guān)系的不同等級的系統(tǒng)的邏輯方法。
學習活動3：對幾組化學物質(zhì)進行分類，并制作相應的樹狀分類圖和交叉分類圖。
基本理解：分類要有一定的標準，根據(jù)不同的標準可以進行不同的分類，樹狀分類法和交叉分類法是常見的分類方法。
2．物質(zhì)知識用觀念知識來概括
乙酸的知識主要屬于物質(zhì)知識�！墩n標》在“化學2”中要求學生知道“乙酸……的組成和主要性質(zhì)，認識其在日常生活中的應用”，教科書又將其細化為乙酸的分子結(jié)構(gòu)、酸性、酯化反應及主要用途。顯然，這些都是物質(zhì)知識的內(nèi)容。在“課程設計要圍繞核心觀念進行”的理念下，《乙酸》的教學可以從物質(zhì)知識中概括出相應的學科觀念，以體現(xiàn)物質(zhì)知識是觀念知識的基礎(chǔ)。
學習活動l：觀察乙酸分子的比例模型，認識乙酸分子的結(jié)構(gòu)。
基本理解：物質(zhì)有一定的組成和結(jié)構(gòu)，乙酸的官能團是羧基。
學習活動2：設計實驗證明乙酸具有酸性，并通過實驗比較乙酸和乙醇分別與鈉反應的速率。
基本理解：有機分子中基團之間存在相互影響，乙酸分子中羥基上的氫原子比乙醇中的活潑，主要是由于羰基的影響。
學習活動3：閱讀關(guān)于“酒是陳的香”的解釋，分析乙酸和乙醇酯化反應的機理。
基本理解：酯化反應屬于取代反應，是有機反應的一種重要類型。
學習活動4：觀察和體會教師演示的乙酸乙酯的制備實驗。
基本理解：乙酸乙酯的制備是可逆反應，實驗中需要控制反應的條件。
學習活動5：總結(jié)乙酸的化學性質(zhì)與分子結(jié)構(gòu)的關(guān)系。
基本理解：官能團是決定有機物化學特性的基團，乙酸的化學性質(zhì)主要由羧基決定。
學習活動6：結(jié)合生活實踐討論乙酸的用途。
基本理解:化學知識在生活中是有用的，乙酸與人類的生命、營養(yǎng)、健康密切相關(guān)。
四、方法知識維度的教學策略
高中化學必修教科書在著力構(gòu)建物質(zhì)知識和觀念知識體系的同時，根據(jù)不同教學內(nèi)容的特點和學生認知規(guī)律．構(gòu)建了符合學生探究能力發(fā)展需要的科學方法體系。其中，有的是讓學生在科學探究、思考與交流等活動中練習和運用，有的是讓學生通過閱讀科學史話進行體會和領(lǐng)悟。在教學過程中，我們應該對教科書中的方法知識體系了然于胸，通過挖掘教科書隱含的方法知識、利用方法知識組織教學內(nèi)容、運用方法知識解決實際問題等多種途徑，有計劃、有步驟地落實方法知識的教學，不斷提高學生的科學探究能力。
1．挖掘教科書隱含的方法知識
物質(zhì)知識和觀念知識是教科書編寫的主線，而方法知識處于相對隱性的地位。如關(guān)于鹵族元素的性質(zhì)，教科書是用假說方法組織教學內(nèi)容的。具體包括：(1)發(fā)現(xiàn)問題——鹵族元素原子的電子層結(jié)構(gòu)的變化規(guī)律與堿金屬元素相同，它們的化學性質(zhì)也能與堿金屬元素一樣表現(xiàn)出相似性和遞變性嗎？(2)提出假說——氟、氯、溴、碘在化學性質(zhì)上也能表現(xiàn)出一定的相似性和遞變性。(3)驗證假說——獲取鹵素單質(zhì)與氫氣的反應、鹵素單質(zhì)間的置換反應等事實材料。(4)得出結(jié)論——鹵素都是活潑的非金屬，隨著核電荷數(shù)的遞增，元素的非金屬逐漸減弱。但是教科書對這四個步驟沒有具體說明和提示，教學中教師可以對假說方法進行顯化，并使學生明確假說是人們根據(jù)已有知識對所研究的事物或現(xiàn)象所做的初步解釋，它需要證實或證偽，而且科學理論最初都是以假說的形式出現(xiàn)的，并隨著科學研究的深入，不斷得到修正、完善和發(fā)展。這樣學生在以后的學習過程中就能比較自如地運用假說方法進行相應的探究活動。
2．利用方法知識組織教學內(nèi)容
新課程高中化學教科書雖然增大了科學方法的外顯力度，但總體還稍嫌不夠。因此我們應該適當注意以方法知識為線索組織教學內(nèi)容，在以物質(zhì)知識和觀念知識體系作為課程內(nèi)容展開主線的同時設計一個方法知識體系。例如關(guān)于“化學2”中“苯”的教學可以將其分解成八個學習任務：(1)用文獻方法了解苯的發(fā)現(xiàn)和來源；(2)用觀察方法認識苯的主要物理性質(zhì)；(3)用假說方法確定苯分子的組成；(4)在認識苯的凱庫勒式的同時感悟直覺思維的意義；(5)用假說方法確定苯分子中沒有與乙烯類似的雙鍵；(6)用模型方法認識苯分子的平面正六邊形結(jié)構(gòu)；(7)用演繹方法完成苯的取代反應和加成反應的化學方程式；(8)用綜合方法對苯的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)形成整體認識。該教學過程突出了方法知識對物質(zhì)知識獲取過程的指導作用，隨著教學的深入和學生感性認識的豐富，可以逐漸提高對這些科學方法的要求，最終實現(xiàn)方法知識的教學目標。
3．運用方法知識解決實際問題
科學方法教育的意義在于訓練學生的智力技能，而科學方法只有通過實際操作，才能被深刻理解并準確而靈活地運用。教學中我們應該明確說明有關(guān)科學方法的作用、適用范圍以及應用原理和步驟，讓學生模仿操作并加以體會，在運用中掌握方法知識。為了掌握一些典型的方法知識，教師還需要選編方法知識運用習題，題目力求在解決實際問題中運用方法知識。例如在必修模塊教學的復習中，可以讓學生書寫金屬分別與H2SO4、H2O、CH3CH2OH、CH3COOH等物質(zhì)反應的化學方程式，并比較反應的劇烈程度，以便確定實驗室制取氫氣的反應原理。這樣的問題既體現(xiàn)了無機化合物與有機化合物、強酸與弱酸、電解質(zhì)與非電解質(zhì)以及置換反應與反應速率的綜合，又能使學生對化學學科的整體性和融通性有一個深入的認識，從而形成運用綜合方法解決問題的能力。類似的解決問題的過程，可以使學生在運用方法知識的過程中，直接感受到學習方法知識的意義，達到科學方法教育的最終目的。
綜上所述，獲取化學事實、形成學科觀念、掌握科學方法是提升學科素養(yǎng)的三個維度，這是從知識分類的視角生成的，在此基礎(chǔ)上所探索出的不同維度的教學策略，汲取了化學教育教學實踐的養(yǎng)分，從一定程度上反映了化學教育教學研究和實踐的最新成果。而對化學教育教學任務的審視還可以有別樣的視角，實現(xiàn)宗旨的探索也可以在更深的層次上進行，期待廣大化學教育工作者能為基礎(chǔ)化學教育教學改革與發(fā)展作出新的更大的貢獻。
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