基于学科关键能力培育的高中化学教学设计
刘宝强 张贤金
摘 要 课堂是发展学科关键能力，培育学生学科核心素养的主阵地。基于学科关键能力培育，以鲁科版化学2（必修）“饮食中的有机化合物”的课堂教学设计与实施为例，围绕乙醇的广泛用途展示、分子结构探析、性质实验探究三个环节展开设计，在课堂教学中提升“证据识别与推理能力”“模型建构与认知能力”等学科关键能力并给出相应的教学建议。
关键词 高中化学 学科关键能力 课堂教学 证据识别
2016年9月，《中国学生发展核心素养》总体框架发布，提出各学科要在教学中发展学生的核心素养。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《课程标准》）中明确且频繁提及“关键能力”。国务院办公厅印发的《关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见》中强调：“促进学生系统掌握各学科基础知识、基本技能、基本方法，培养适应终身发展和社会发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力。”[1]关键能力成了新课程改革、新教材改革、新高考命题改革的焦点，更成为教研员、一线教师关注的重中之重。
学科能力是什么，哪些又是关键能力，培养学生哪些化学学科关键能力，课堂教学又该如何实施，已经成为当下十分重要的议题。因此，明晰化学学科关键能力的具体内涵，不仅能提升教师的学科素养和教学水平，而且对学生核心素养的发展有重大现实意义。
一、高中化学学科关键能力的内涵
《课程标准》指出：关键能力、价值观念和必备品格是学生通过学科学习逐步形成的，体现了学科的育人价值，是学科核心素养的具体表现[2]3。什么是化学学科的关键能力？具体包含哪些方面？许多专家、学者结合化学学科的特质，对化学学科关键能力进行了归纳与提炼，提出了细化的关键能力。杨季冬等认为，高中化学学科关键能力具体分为化学表征、信息处理、方法与分析、实验与探究、发现与提出问题、证据推理与论证和模型认知七大学科能力[3]。教育部考试命题中心结合教育测量学能力目标，把化学的学科关键能力歸结为：“理解与辨析能力、分析与推测能力、归纳与论证能力、探究与创新能力。”[4]单旭峰在评析高考化学试题时认为，高考试题主要考查“信息获取与加工能力、证据识别与推理能力、模型建构与认知能力以及实验操作与探究能力四个方面的关键能力。”[5]笔者认为，单旭峰对化学学科关键能力的划分符合高中化学学科的特质。化学学科关键能力是学生通过高中化学学科学习必须形成的、以适应社会发展和个人终身发展的能力。
二、教学设计与实施
课堂是发展学科关键能力、培育学生学科核心素养的主阵地。如何通过课堂教学达到学科关键能力培育的目标，笔者以鲁科版化学2（必修）“饮食中的有机化合物”的教学设计为例，围绕乙醇的广泛用途展示、分子结构探析、性质实验探究三个环节，通过课堂环节的设计、情境创设、问题引导等教学活动，探索课堂教学如何落实学科关键能力的培养。
（一）以乙醇的广泛用途展示为起点，关注“信息获取与加工能力”
学生接触的世界可分为两种：一种是生活世界，另一种是学习世界。学科教学如果脱离了生活实际，就可能变成无源之水、无本之木。而从生活走向化学，学生学到的将是有用的化学[6]。乙醇是一种生活中常见的物质，教学时由“酒”这一话题展开，通过“与酒有关的诗句”，让学生了解悠久的中华传统文化;通过播放“黄酒的酿造”视频，体会劳动创造美好生活，引导学生热爱劳动、热爱生活;通过阅读“乙醇在体内的代谢过程”，感受物质变化的奇妙、化学反应的神奇;通过观看“酒驾的检测与危害”，引导学生关注健康、珍爱生命;再通过乙醇可作为燃料、溶剂、重要的化工原料，体会物质的价值、化学的贡献。引导学生关注信息获取与加工，从中感受化学的美好，形成正确的价值观、人生观。生活中处处有化学，从生活中的化学现象入手，必然引起学生的共鸣。在教学中，笔者引导学生共同构建乙醇的“广泛用途”思维导图（见图1），培养学生的信息获取与加工能力。
（二）以乙醇的分子结构探析为主线，突出“证据识别与推理能力”
乙醇为什么会有如此广泛的用途，它的微观结构是什么样的，如何形象描述乙醇分子的空间结构？从学生已经具备的学科知识来看，学生对有机物的碳、氧、氢原子的成键特点，有机物结构式的表示方法，球棍模型等知识已有初步认识。因此，具备了应用所学知识解决真实问题的能力。
基于上述分析，教学时从C2H6分子的球棍模型入手，引导学生拼插出分子式为C2H6O的两种球棍模型。通过层层递进的问题启发学生思考，探索并寻找证据，分析并合理推理，最终确定乙醇分子的球棍模型。在这个“发现问题→解决问题→再发现问题→再解决问题”的过程中，提升学生证据识别与推理能力。教学环节及设计意图如图2所示。
（三）以探究乙醇的性质实验为抓手，聚焦“模型建构与认知能力”
《课程标准》中明确提出高中化学课程目标之一是能辨识变化的宏观现象，运用符号表征物质及其变化，能用符号描述实验证据并据此进行分析推理形成结论[2]5-6。对于有机物性质的学习，应以官能团的转化为主线，借助球棍模型理解官能团的变化，从而建立有机物类别间的转化观。
乙醇的化学性质与官能团有何关系？如何形象地表示有机物转化时官能团的转变？围绕这些问题，教学时通过乙醇与金属钠、乙醇在铜催化下与氧气反应等探究实验，引导学生通过观察宏观现象，进而深入微观层面分析化学键的断裂与生成，关注有机物官能团的变化。利用乙醇分子的球棍模型将这一微观变化过程外显，把看不见的微观变化形象化、模型化，使学生在此过程中逐步领会羟基（—OH）是决定乙醇性质的关键基团。再进一步用结构式、化学方程式等符号语言来描述，解释物质转化的本质与规律，从而培养学生“宏观—微观—符号”的三重表征思维。教学流程设计如图3所示。
通过上述活动的开展，学生明确了乙醇的结构、性质、用途之间的关系，逐步形成“结构决定性质，性质决定用途”的化学观念，并能够把乙醇的学习思路迁移到其他有机物的学习中去，使有机物的学习思维更加有序，认识更加有度。
三、几点建议
（一）挖掘素材，抓住可转化成关键能力的知识
林崇德教授认为，学科能力是学生在学科学习活动中，借助于学科特有的语言、符号等工具，必须以学科知识经验为中介才能完成的[7]。在课堂教学中教师应把握可转化成关键能力的知识，抓住学科知识的生成契机，促进学科关键能力的形成。例如，在“乙醇分子神秘面纱”的探究活动中，不能只是展示学生利用球、棍拼插出的乙醇分子模型，还要紧紧抓住如何确定乙醇分子球棍模型的证据链这一可转化成关键能力的知识，利用层层递进的问题，把学生的思维引向更远、认识引向更深，直指物质结构的奥秘，转化知识为关键能力。适时帮助学生理解乙醇的微观结构组成，培养学生分析问题的关键能力。探究过程不仅搭建了学生对模型认知的平台，也为证据识别与推理能力的提升提供了关键契机。
（二）理顺思路，设计合理、能促进关键能力养成的知识结构
《课程标准》中指出：知识结构化有利于学生化学学科核心素养发展，教师在组织教学内容时应高度重视化学知识的结构化设计，应有目的、有计划地进行“认识思路”和“核心观念”的结构化设计[2]71。教师应遵循切合学生实际、有利于关键能力养成的设计思路，注重核心观念的结构化，促进关键能力的养成。例如，本节课从乙醇在生产生活中的广泛应用铺开，让学生感受化学的魅力，使学生充分认识化学的价值。接着以乙醇分子的结构分析为主线展开探究，围绕“金属钠如何保存？为什么不能用无水乙醇？金属钠与乙醇发生反应有什么现象？生成的气体是什么？反应过程断裂的是哪种化学键？如何用球棍模型形象描述化学键的变化？”等问题，通过问题链对乙醇的认识思路进行结构化设计，培养学生的“证据识别与推理能力”。在“乙醇在铜催化下发生氧化反应”教学中，先引导学生观察宏观现象，再逐步深入到探讨微观结构的变化，尤其是官能团的变化，充分利用球棍模型外显乙醇的变化。逐步引导学生了解微粒观、结构观、转化观，形成有机物学习的认识思路。在此过程中帮助学生梳理结构、性质、用途之间的关联，从而理解“结构决定性质，性质决定用途”这一化学核心观念，促进关键能力的养成。
（三）加强研究，制定情境化、阶梯式上升的教学路径
问题情境是学生关键能力形成和发展的重要平台。教师创设的问题应当是真实的，而且要富有价值。教学中教师应帮助学生掌握分析、思考、解决问题的方法，寻找阶梯式上升的培养途径[8]。學生习得的知识如果不能与真实问题相联系，必然无法形成解决复杂问题的能力。这就要求教师在课堂教学中采取情境化、问题化的教学策略，通过创设合理真实的问题情境，引导学生学会主动思考，能够自主学习，而不是让学生机械地、被动地从教材中或教师那里接受现成的知识。通过对情境问题的探究，激发学生的探究欲望，有利于学生运用所学知识解决实际问题，促进更高层次的学习。教师应尽可能发掘并创设合理真实的情境，尤其是那些与生活生产密切相关的情境，设计出符合学生认知水平的问题链，通过问题引领、任务驱动、小组合作、讨论质疑等方式让学生参与到问题解决的过程，寻找阶梯式上升的培养途径。
总之，学科关键能力的形成与课堂有密不可分的关系，不是一朝一夕就能实现的，而是要经历一个很长的时期。教师明晰学科关键能力的内涵，在课堂教学实践中实施情境化的教学策略、阶梯式的培养路径，引导学生学会分析和处理化学问题，建构“认识思路”和“核心观念”，有利于促进学生学科关键能力的提升。
[参 考 文 献]
[1]国务院办公厅.国务院办公厅关于新时代推进普通高中育人方式改革的指导意见[EB/OL].（2019-06-19）[2020-12-14].http：//www.gov.cn/zhengce/content/2019-06/19/content_5401568.htm.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.
[3]杨季冬，王后雄.高中化学关键能力的内涵及构成要素研究[J].化学教学，2019（4）：3-6.
[4]单旭峰.基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径[J].中国考试，2019（12）：45-51.
[5]单旭峰.科学命题 深化改革：2018年高考化学试题解析[J].中学化学教学参考，2018（7上半月）：62-65.
[6]杜淑贤.普通高中化学课程标准（2017年版）解读：中学化学真实情境研究与案例[M].上海：上海教育出版社，2018：286-301.
[7]林崇德.论学科能力的建构[J].北京师范大学学报（社会科学版），1997（1）：5-12.
[8]周玉芝.化学学科关键能力培养：教师教学的视角[J].课程·教材·教法，2019（11）：130-136.
（责任编辑：赵晓梅）
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