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优化教学设计 培育核心素养摘要：课堂教学是学生学习知识与技能的主要场所，也是培养化学核心素养的主渠道。本文结合具体的教学案例，论述了以情景探索、实践检验、方案创新、问题讨论和学以致用五个层次入手，打造全新的化学课堂的方法，以期高效实用地落实对学生化学核心素养的培养。关键词：化学核心素养 教学设计 钠的性质与应用2014年3月教育部印发的关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见中，首次提出“核心素养”概念。2016年9月，在北京师范大学举行的中国学生发展核心素养研究成果发布会上发布了中国核心素养的框架。“核心素养”指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，突出强调个人修养、社会关爱、家国情怀，更加注重自主发展、合作参与、创新实践。化学核心素养包含“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”和“科学精神与社会责任”五个维度，它是一个人能够从化学角度来观察事物且运用化学技能来解决问题的内在涵养1。然而，由于长期受应试教育的影响，当前课堂存在着“灌输式”、“填鸭式”、“一言堂”的教学方法，缺乏合作、探究、自主学习的方式。只重成绩忽视教学过程，必然导致化学社会价值的迷失，更谈不上化学核心素养的培育。因而，一线教学务必将“提出问题、预见猜测、讨论可行性、验证假设、运用结论”提升为课堂教学的主线，以实现“体验科学的探究过程，发展创新精神和实践能力，学会用化学的知识分析和解决生实际问题”的教学目标。教学中可从以下五个层次展开实践，本文仅以金属钠的性质与应用为例加以说明。一、创设情景，引入新课教学片段新闻视频火光中的生死隔离：正当救援人员准备对着火点进行扑救的时候，突然，救援人员从厂方得到了一个更为可怕的消息，就在离着火的第七车间不足8米的冷冻车间，储存了约10吨的易燃物品金属钠。问题1：记者从现场发回的照片，表明灭火的人力和物资都很充足。为什么火灾中金属钠的出现会让消防员感到害怕？问题2：并不是所有的反应都会让人感到害怕，钠遇到水会有什么危险呢？ 设计意图爱因斯坦说过“兴趣是最好的老师”。结合高中生已有的生活经验，遇到火灾，往往用装有水或者泡沫的消防车即可帮助灭火，但是金属钠的出现却让物资准备丰富的消防员害怕，激起学生的强烈好奇心，促使学生主动思考，分析原因，激发学生的科学探究意识和社会责任感。二、动手实验，验证猜测教学片段问题3：钠遇到水为什么会发生爆炸？学生实验：钠与水反应。（提示学生：只要取绿豆大小的钠与水反应严格按照实验步骤是不会爆炸的。）问题4：请学生描述钠与水反应的实验中观察到的现象，并根据现象推测钠具有的物理性质和化学性质。 设计意图化学核心素养要求学生能完成实验操作，能对观察记录的实验信息进行加工并获得结论。以前，物质的教学往往以“物理性质结构化学性质制备、保存和用途”为知识主线进行讲授式教学，现转变为由学生自己动手实验，引导学生仔细观察实验现象，主动分析原因，自主归纳金属钠的物理性质和化学性质，学会根据现象反推本质。在此过程中，全面培养学生的核心素养，具体分析如下：证据推理与模型认知：依据钠与水反应的现象推测钠的性质：用小刀切（质地软），钠沉在煤油底部，而浮在水面上（密度比水小，比煤油大），切开金属钠的断面，看到金属银白色的光泽，但光泽很快变暗，重新变成灰白色（钠银白色，会与氧气反应），熔成小球（钠熔点低且反应放热），四处游动、发出“嘶嘶”的声音（有气体产生），滴有酚酞的溶液变红（有碱性物质生成）等。少量钠与水剧烈反应，会产生气体且放出大量热，认识到化学变化的本质是新物质的生成，并伴有能量的变化。若十吨钠遇上水，后果不堪设想，难怪消防员会感到害怕。科学探究与创新意识：结合初中已学的爆炸的概念及生活经验对钠与水反应会爆炸的原因作出预测：产生气体和反应放热。通过动手实验，学生观察到了明显的实验现象：钠熔成小球，游来游去，发出“嘶嘶”响声，验证了猜测。宏观辨识与微观探析： 表面变暗钠被氧化钠性质活泼IA族金属元素易失电子。从分子水平认识物质的结构、性质和变化，形成“结构决定性质”的观念。变化观念与平衡思想： 根据现象分析钠变暗，是由于钠被空气中的氧气氧化，再根据质量守恒和得失电子守恒思想，分析得知产物为氧化钠：4Na+O2=2Na2O。科学精神与社会责任：通过钠与水的实验，帮助学生理解消防员的恐惧，同时也让学生体会到化学知识在生活中的重要性，学好化学可以化解危险，挽救生命。消防员救火不是只需要水就可以，而应根据不同物质的燃烧，选用不同的灭火物质，若消防员不懂化学，这场救火将变成灾难，因此对化学知识的学习显得尤为重要。学生通过亲自动手操作验证自己的猜测，从而得出令人信服的结论，深刻体验成功的喜悦，也使学生逐步领会科学的本质，乐于探究，热爱化学，学会用化学的思维方式解决自身学习和生活中遇到的问题。三、优化方案，创新思维教学片段问题5：碱性物质是什么？ 问题6：钠与水反应产生什么气体，怎样证明呢？ 问题7：如何设计实验来验证产物是氢气？ 改进实验：在老师的提示和学生的共同努力下，选择了如图一的装置：在锥形瓶中放大半瓶水，再放入一颗绿豆大小的金属钠，将产生的氢气通入泡泡液中，反应结束后，用火柴点燃泡泡液，听到爆鸣声，以此验证气体为氢气。图一：钠与水反应装置图设计意图化学核心素养要求培养学生的科学探究与创新意识，能依据探究目的设计并优化实验方法，能和同学交流实验探究的成果，提出进一步探究或改进实验的设想。探究中采用师生互动的启发式教学方法，利用“假设分析实验”的教学手段开展教学，既培养了学生严谨求实的科学研究态度，还发挥了学生的主观能动性，激发了学生的创新意识，让学生团结协作，共享实验成果。在此过程中，进一步培养学生的核心素养，具体分析如下：证据推理与模型认知：学生从质量守恒和化合价角度分析推测气体为氢气，气体成分讨论的过程让学生学会从多角度分析问题，寻找证据进行推理分析，在不断辨析中学习化学知识，提升逻辑思维能力。宏观辨识与微观探析：酚酞变红推测有碱性物质生成，实质是生成了氢氧根离子。酚酞变红碱性物质NaOH生成Na性质活泼IA族金属元素易失电子，形成“结构决定性质”的观念。变化观念与平衡思想：根据质量守恒和得失电子守恒，分析得出钠与水反应生成氢氧化钠和氢气：2Na+2H2O=2NaOH+H2。少量钠与水剧烈反应，会产生气体且放出大量热，使学生认识到化学变化的本质是新物质的生成，并伴有能量的变化。若十吨钠遇上水，必定会发生爆炸，后果不堪设想。科学探究与创新意识：实验的优化方案解决了金属钠与水反应“氢气难收集”的困境，同时验证了钠与水反应生成的气体是氢气。化学是一门以实验为基础的学科，学生不仅要会操作，也要会分析和改进实验，学以致用，提高自身的化学素养。科学精神与社会责任：通过钠与水、氧气的反应，明白钠的化学性质非常活泼，它的保存应该远离水和空气，故一般保存在煤油中。做实验时，多余的钠不能随意丢弃，而应放回原试剂瓶，否则存在安全隐患。四、对比分析，深入理解教学片段新闻视频：令消防员感到害怕的另一个原因是：火灾现场除了水之外还存在着另一个安全隐患：高温。演示实验：借助摄像头和电脑，将一小块金属钠放在石棉网上，直接用酒精灯加热。现象：剧烈燃烧，生成淡黄色产物（不明显），并伴有黑色物质。改进实验：将一小块金属钠放在可乐罐底（代替石棉网），放在铁架台的铁圈上，用酒精灯直接加热可乐罐底。现象：剧烈燃烧，生成淡黄色固体（无黑色物质）。知识拓展：结合教材的“资料卡”对过氧化钠的性质进行简单介绍：过氧化钠可用作漂白剂和呼吸面罩中的供氧剂。设计意图在教学过程中结合多媒体技术，使演示实验得到更好地展示，方便学生仔细观察实验现象和过程，让学生感受高科技给生活带来的便捷之处。金属钠的学习让学生身临其境地感受消防员的害怕，明白学习化学知识的重要性，如果消防员缺乏化学知识，这场火灾将会给社会带来非常严重的后果，也让学生深刻意识到化学来自生活，并服务于生活的道理，养成“终身学习”的习惯。教学过程中培养和发展学生的核心素养，具体分析如下：变化观念与平衡思想：根据反应写出钠与氧气在加热条件下的反应方程式：2Na+O2 Na2O2，并对过氧化钠与水、过氧化钠与二氧化碳的化学反应方程式画出双线桥，进一步理解氧化还原反应的本质：得失电子守恒。宏观辨识与微观探析：常温下钠与氧气反应变暗，生成产物氧化钠；高温下钠与氧气生成黄色物质过氧化钠。对比钠与氧气的反应：化学反应条件（温度）不同，产物不同，使学生意识到化学是一门严谨的学科，感受类比的思维模式，认识化学学习的社会价值。证据推理与模型认知：通过钠与氧气在不同条件下反应产物颜色不同，深入分析实验原理，寻找证据进行推理产物不同。根据过氧化钠中氧的化合价为-1价，处于中间价，既可以升高到0价，也可以降低到-2价，故过氧化钠与水或二氧化碳反应时，都会放出氧气，加剧火情。科学探究与创新意识：因为钠在石棉网上燃烧，产物颜色不明显，故教师提前查阅资料后改用易拉罐的底部代替石棉网进行实验改进，激发学生的学习兴趣，引导学生善于发现和利用身边的“废物”，变废为宝，实现用途最大化。科学精神与社会责任：过氧化钠可做漂白剂，是利用了过氧化钠的强氧化性，了解氧化性漂白剂，如彩漂液、漂白粉、84消毒液。过氧化钠还可作呼吸面罩中的供氧剂，可将它用在矿山、坑道、潜水或宇宙飞船等缺氧的场合，将人们呼出的CO2再转换成O2，以供呼吸之用。五、解决问题，学以致用教学片段问题8：钠的性质为什么会如此活泼？问题9：钠为什么要保存在煤油中？问题10：自然界有游离态的钠吗？ 问题11：钠有哪些用途？问题12：如果你是消防员，这场大火最终将如何被扑灭的？问题13：万一出现钠燃烧的火情，消防人员又该采取何种方式去灭火呢？ 设计意图金属钠的学习，引导学生从物质的微观结构理解钠的活泼性质，形成“结构决定性质，性质决定应用和保存”的观念，同时帮助学生梳理出研究活泼金属单质的一般思路和方法，为后续研究其他物质奠定基础。进一步培养学生的核心素养，具体分析如下：宏观辨识与微观探析：结构决定性质，钠原子最外层只有一个电子，非常容易失去，形成钠离子，体现了钠的强还原性。IA族金属元素最外层都是一个电子，均易失电子体现强还原性。证据推理与模型认知：根据常温下钠与水或氧气反应，推测出钠的化学性质活泼，故保存时要隔绝空气和水，自然界不会有游离态的钠。科学精神与社会责任：钠是一种非常重要的活泼金属，它的用途非常广泛：钠和钾的合金可用于快中子反应堆作热交换剂；充有钠蒸气的高压钠灯发出的黄光射程远，透雾能力强，常用于道路和广场的照明；制备钠的化合物如过氧化钠；还可以从钛、锆等金属的氯化物中置换出金属单质。消防人员面对大火非常勇敢，并运用化学知识采取了有效措施：采用了含水较少的冷泡沫对大火实施覆盖式扑救，并严格把守冷冻车间储钠的仓库，成功地扑灭了大火，避免了钠的燃烧，让我们体会到化学知识在生活中的重要性。万一遇上钠燃烧的火情，则用沙子进行扑灭2。化学核心素养要求学生关注与化学有关的社会问题，认识到学习化学知识对环境保护和社会可持续发展的重要性，深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系，并能运用已有的知识和方法综合分析化学反应对自然环境带来的各种影响，积极参与有关化学问题的社会决策。总之，化学核心素养的五个维度是相关的，彼此渗透和穿插，教学中对化学核心素养的培育需要以不同的教学内容为载体，内容不同，其侧重点也会不同。利用生活情景来培养学生的科学精神与社会责任感，利用模型、动画模拟培养证据推理与模型认知，利用实验探究，问题讨论等手段培养学生科学探究与创新意识、变化观念与平衡思想，结合生产、生活实际等用途培养学生的宏观辨识与微观探析及社会责任感，进而形成完整的化学学科核心素养体系。参考文献1 普通高中化学课程标准（征求意见稿）.2016,92 王祖浩.化学1M.江苏：江苏教育出版社，2016:503 周业虹.基于发展化学学科核心素养的教学设计案例分析J.化学教学,2016,8:364 赖琛虹.基于核心素养培养的高中化学教学研究J.福建基础教育研究,2016,5:85