在选修课教学中培养学生化学核心素养的实践

于海强++林肃浩

培养学生的核心素养已成为当下和今后学校教育的热门主题，成为推进素质教育新的着陆点、着力点和生长点。就一门学科而言，核心素养的内涵包括核心知识、核心能力、核心品质。那么就化学学科而言，就是要掌握化学基础知识，形成化学的基本观念，了解化学研究基本方法，认识化学思维基本特点，提高化学学习与探究能力等。据教育部专家讨论稿，提出高中化学学科核心素养为：宏微结合，分类表征，变化守恒，模型认可，实验探究，绿色运用。基于学科核心素养，为彰显化学学科魅力，要用大概念统整化学学科课程内容，在化学选修课程实施中大展身手。现笔者结合自己在化学选修课教学中的实践案例，谈谈如何培养学生的化学核心素养，以供同行参考。

一、宏微结合，分类表征，以课本教学内容优化为例

化学思维的基本特点是观察、了解宏观的物质及其变化现象，从原子、分子的微观分析物质及其变化；运用化学符号系统描述物质及其变化的本质和规律。化学研究的基本方法是运用化学实验、化学计算等科学方法定性、定量地分析、解决有关物质组成、结构、变化与合成的过程。化学是一门以实验为基础的中心科学，学生通过化学实验能体会到化学的引人入胜和深邃精妙，学习从实验中发现规律。反之，没有大量宏观化学实验现象以及化学反应事实的支持，对化学缺乏丰富的感性体验，学生就很难牢固建立微观粒子及其结构的观念，很难体会化学符号系统丰富深厚的含义。化学中所谓的“四重表征”常指：宏观（如药品、装置、操作、现象）；微观（如溶质、离子的变化）；符号（如化学方程式或离子方程式）；数据图表曲线（起点、拐点、终点、走向趋势等）。

教学实例1笔者在讲授苏教版选修课“化学反应原理”的“强弱电解质”一节内容时，从学生运动后喝水选择的生活实际引入，让学生了解电解质对生命活动的重要作用，并引出电解质的概念，引导学生依次设计四组对比实验探究：一为常见电解质溶液导电能力对比实验——视频实验；二为同浓度醋酸和盐酸电离程度比较气球实验——演示实验；三为不同浓度醋酸和盐酸pH测定实验——自主实验，四为用传感器精确测定不同浓度醋酸和盐酸pH——数字实验。并通过用直观现象，灯泡的亮暗、气球的大小判断电离程度，用粗略的广泛pH试纸和精确的pH传感器测定不同浓度醋酸和盐酸pH，用科学测定的数据画出图表图像变化，认识强弱电解质电离程度的差别，并引导学生分析数据，为下节弱电离平衡的学习提供铺垫。实验设计和分析中，注重渗透实验设计控制变量思想，注重化学宏观（实验现象）——微观（微观电离）——符号（电离方程式）——数据（pH测定）四重表征思想，注意培养学生的化学核心素养，培养学生提出问题、探究分析问题和解决问题的能力。

教学实例2笔者在讲授苏教版选修课“有机化学基础”的“有机化学反应的研究”一节内容时，首先演示了甲烷与氯气在光照条件下的卤代反应实验，总结归纳了该反应的实验宏观现象。该取代反应微观结构主要是碳原子的杂化类型不变，键角基本不变，变的是碳原子连接的原子或原子团。然后用球棍模型演示甲烷与氯气发生取代反应的过程，模型就是放大了的“微观表征”。将甲烷球棍模型的一个氢原子取下，将两个氯原子拉开，其中一个氯原子和碳原子相连，另一个氯原子和取下的氢原子相连，该取代反应的（第一步）反应方程式（符号）就活了。宏观表征，符号表征，微观表征相通相融，实现了一次三重表征的灵活转换。接着用微观和符号解释该反应的自由基链反应机理（链引发、链增殖、链终止）。最后给出一道试题，迁移运用，用科学的数据来定量的分析表征自由基链反应机理。

试题：氯分子的解离是一个吸热过程，ΔH=243.6 kJ/mol，光可以引起氯的解离。可能引起氯解离的光照射Cl2和H2的混合物时，将生成HCl。设混合气体受到汞紫外灯（λ=253.6 nm）照射，灯的输入功率为10 W，其中2%的能量被装在10 L容器中的混合气体吸收。在照射2.5 s期间生成了0.065 mol的HCl气体。

试回答：（1）预期引起氯解离的光波长多大？

（2）比计算的临界值长或短的光也能引起氯解离吗？

（3）量子产额多大？（量子产额=吸收每一个光子得到产物的分子数）

（4）解释如何得到上题数值，并描述反应历程。

二、变化守恒，模型认可，以化学竞赛建模辅导为例

化学基本思想是在一定的化学知识和方法基础上形成的，化学思想对理解、掌握、运用化学知识和化学方法，解决化学问题起到促进和深化的作用。透彻理解化学守恒思想的内涵，如利用“质量守恒、能量守恒、电子守恒”等诸多守恒思想会为解决化学问题带来了不尽的便利。化学模型可分为物质模型和思想模型（也称思考模型、观念模型）两大类。运用模型是化学常用的教学方法和手段，善于运用模型能够培养学生的科学探究意识。参加化学竞赛的学生仅仅具有一定的化学基础还是不够的，还需要具有一定程度的综合能力，这些能力包括观察力、思维力、想象力和创造力等。化学竞赛的试题强调考察学生具有的对化学学科特有的分子三维立体结构的空间想象能力或者说空间感受能力。利用变化守恒思想，科学建模是解决该类问题的重要途径和方法。

教学实例1请学生画出C4H4的所有可能的结构式。这个问题的知识水平还是高中水平，但能力要求远远超过高中生已有的水平，需要高度空间想象力，发散思维能力和创造力。通过讨论，需满足3个不饱和度（守恒思想），思考如何满足3个不饱和度，双键，三键和环的综合运用（变化思想），思路打开后，学生画出如图1所示结构。

教学实例2写出白磷在氧气中燃烧生成的P4O6、P4O10的结构简式。此题源于教材，但又高于教材，虽然P4O6、P4O10在中学教材中是没有的，但学生对教材中P4的正四面体结构还是熟悉的。通过分析结构、价态，可以推断出它们的结构式如图2所示。

再进一步，要求学生写出As4O6S4，C6N4H12的结构式。虽然上述分子对学生来说是极其陌生的，但将上题学到的知识进行迁移，再根据P、As与N，O与S同族，同时抽象出CH2相当于“O”，就可以解决，写出正确的结构式如图3所示。

化学竞赛中分子结构、配合物结构、晶体结构方面的问题都需要学生具有丰富的空间想像力才能解决。人类研究物质结构的过程中，形成了一种很有效的科学方法，那就是建立模型（简称建模）如配合物的八面体、四面体等结构、分子的立体结构、晶体中晶胞的结构等都建立了模型，平时学习中要能很好的理解这些模型，在解决问题时就能得心应手。

三、实验探究，绿色运用，以化学课外活动开展为例

化学要形成的基本观念为理解并认同看待化学与化学品的基本观点，如物质结构决定性质；物质在变化中，物质变化决定于它的本性，外界条件可以影响物质的变化；物质对于人类和环境都有客观性与两面性；人们利用化学原理进行实践活动，要考虑“能不能做”，更应考虑“该不该做”等。化学教学要提高学生化学学习与探究能力，在课堂教学中，教师和学生经常可发现值得研究的问题。通过研讨、探究、辩驳，最终实现问题解决并达到对知识的理解升华。学生在探究学习过程中，会激活自己化学学习中的知识储存，在解决实际问题的探索性活动，提高化学学科素养。化学的绿色运用是化学学科的终极目的，化学在保证和提高人类生活质量、保护自然环境以及增强化学工业的竞争力方面均起着关键作用。我们必须为化学正名，提高全民的化学科学素养。

教学实例1银镜反应是中学化学教学中较为重要的实验之一，也是中学教师在上课时必做的演示实验。教学中每次做到乙醛的银镜反应这个实验，若按照课本的试剂和条件做，由于三聚乙醛等原因效果一般都不太理想。为了保证上课时能取得好的效果，实验员都会建议在乙醛中加入葡萄糖。这似乎成了做乙醛银镜反应时的“潜规则”。另外，在实验注意事项里，有两条也是一定会和学生强调的：（1）银镜反应需要加热，而且须在水浴中加热；（2）银镜反应过程中，不要振动试管。虽然，这可以让学生体验到实验成功的喜悦，但严重地违背了实事求是的科学精神。为此，查阅资料，在学生的化学课外实践活动中做了如下改进实验：取1个洁净的试管，加入3 mL 5% AgNO3溶液，滴加0.5 mL 10% NaOH溶液，继续滴加10%氨水至沉淀刚好消失，再加入乙醛（或葡萄糖），在常温下充分振荡。实验现象在试管壁上直接产生光亮的银镜，效果很是震撼。

然后和学生一起探讨银镜反应的机理：首先，醛基先跟OH-发生加成反应得到负离子，然后，该负离子在碱性溶液中失去一个质子得到双负离子，该物质不稳定，很容易失去一个氢负离子变成酸根离子，氢负离子具有较强的还原性，它能够把+1价的银还原为单质银，当然在该反应中是还原银氨络离子中+1价的银，从反应机理看，保证溶液呈强碱性是反应的关键，可见配制银氨溶液的时候加少量氢氧化钠，可取得意想不到的效果。

教学实例22015年发生过著名的PX低毒还是剧毒的“词条保卫战”，还有某品牌化妆品推出“我们恨化学”的广告，洗脑般的重复“我们恨化学”，引发了很大的争议。北大教授周公度递交声明要状告相关部门，理由是，这是一则坏广告，毫无基本科学素养，反科学、破坏化学教育。周教授的行动提出了一个人们早就关注的问题：化学科学或产品对人类社会和自然社会的双重效应，以及该如何看待化学及其产品。但对国人而言，恰恰是“喝牛奶知道了三聚氰胺，吃红心的咸鸭蛋知道了苏丹红，喝白酒知道了塑化剂，吃猪肉知道了瘦肉精……”，由此可见，提升学生的化学核心素养和普及化学的绿色运用理念已迫在眉睫。绿色化学是指设计没有或者只有尽可能小的环境负作用并且在技术上和经济上可行的化学品和化学过程。它是实现预防污染重要科学手段，包括许多化学领域，如合成、催化、工艺、分离和分析监测等。绿色化学的最大特点在于它是在始端就采用实现污染预防的科学手段，因而过程和终端均为零排放或零污染。绿色化学主张在通过化学转换获取新物质的过程中充分利用每个原子，具有“原子经济性”，因此它既能够充分利用资源，又能够实现防止污染。笔者为此专门给学生做了《绿色化学》为主题的专题讲座，普及绿色化学运用知识和理念。回答了什么是绿色化学，绿色化学应用的原则有哪些，绿色化学研究什么，目前绿色化学的研究重点是什么等问题。

总之，培养学生化学核心素养任重道远，化学选修课教学以人文本，运用灵活，大有可为，以上教学实例只是点滴实践，抛砖引玉。美国教育学家克罗韦尔指出：“教育面临的最大挑战，不是技术，不是资源，不是责任感，而是……去发现新的思维方法。”化学教学要培养学生学会用事实、实证、逻辑、推理和论证进行思维的能力。

（收稿日期：2016-05-15）