基于学科核心素养的问题链设计策略研究

张焕萍 任洪臣 苟晓霞 栾芳

摘   要：以甲烷为例，运用启发式、递进式问题链进行教学设计，引发学生思考，激发学生认知，促进学生思维的自主发展，增强学生对环境保护的意识，提升学生的化学学科核心素养。

关键词：化学学科;核心素养;问题链设计;甲烷

引言

化学核心素养是指学生通过学习化学知识、提升学科能力，养成优秀品质而反映出的综合素质，综合了知识和能力的学习、思想的构筑、科学的探究、革新意识的发展[ 1 ]。在学生的化学学习过程中，必然会伴随着问题的产生和解决过程，随着新课改理念逐步加深，教育工作者发现将教学活动中的问题按照一定的逻辑顺序串成一系列明确的、系统化的问题链，有助于提高学生的问题解决和转变思维的能力，培养学生的学科核心素养[ 2 ]。问题链的设计除了要符合科学性、情境性、有序性和开放性等原则外，也要遵循学生的认知发展顺序，由表及里，由简到繁，按部就班，不能急于求进[ 3 ];要适当引导学生进行思考，而不能一味地按照提问的方式进行知识的传授[ 4 ];要把握时机，知道什么时候设计什么样的问题。从而有效地引导学生思考，逐步解决问题链中的问题，增强学生的主动认知能力，提升情感、态度和价值观，促进化学学科核心素养的形成，帮助学生全面发展[ 5 ]。

本研究在新课改的基础上以“甲烷”为例，分别采用启发式和递进式策略进行问题链设计，以达到提高学生化学核心素养，提升课堂教学效果[ 6 ]。

1  问题链教学设计准备

1.1  教材分析

“最简单的有机物——甲烷”是人教版高中化学必修二第三章“有机化合物”第一课时的内容，主要内容包括甲烷的分子结构，甲烷的化学性质。从最简单的有机物甲烷下手，抓住分子结构与化学性质之间的关系，创建从结构角度学习甲烷的化学性质，让学生建立对应的分子立体结构模型，从而进一步自主学习其他有机物。

1.2  学情分析

【知识基础】学生已了解甲烷的基本存在形式、物理性质，了解到它是一种燃料，从分子组成上认识了甲烷燃烧反应的产物。但欠缺电子式、结构式、化学键相关版块知识。

【认知情况】有机物学习的初级阶段，学生自主学习和探究能力不够强，思维方式和逻辑还需进一步强化。

1.3  教学目标分析

【知识与技能目标】了解甲烷在自然界中的存在和用途;了解甲烷的物理性质;掌握甲烷的化学性质;理解取代反应的概念和相关知识。

【过程与方法目标】通过动手制作模型，增强学生动手操作的能力;通过建立结构-性质-用途的关系，学习理解化学中有机物的基本思路;通过观察实验，记录现象和总结实验结论，增强学生的观察能力、思维能力。

【情感态度与价值观】通过学生动手实践，感受学习中的乐趣，激发学生浓厚的学习兴趣以及探索新知的祈望。培养学生环保的概念、保护资源的意识、正确认识社会问题的意识。

1.4  教學重难点分析

教师引导学生以甲烷分子空间构型为基础，通过实验探究掌握甲烷的化学性质，培养学生的抽象思维和宏观现象的微观解释能力，加强对甲烷的空间构型理解，增强对甲烷化学反应综合分析能力。

教学重点：甲烷分子的空间立体结构、主要的化学性质。

教学难点：甲烷分子的空间立体结构、甲烷的化学反应。

2  问题链教学设计

2.1  启发式问题链教学设计

启发式问题链是指教师在教学过程中，提出相关启发性的问题，让学生自己理解思考，并得出准确的答案。但是由于学生知识、经验和能力的限制，接触“新”知识时遇到问题，通常不知道从哪里着手。考虑到这个因素，教师应设计具有引导性质和功能的问题链，启发学生思考，使其自行解决问题。

【问题引入】在我们的日常生活中，大家都对天然气非常熟悉，那么有没有同学知道天然气的主要成分是什么呢？

【学生回答】甲烷。

【教师讲授】今天我们就一同来学习最简单的有机物——甲烷。

【展示】含有甲烷气体的集气瓶（瓶中含少量水）。

【教师提问】请同学们观察集气瓶中甲烷气体的颜色、闻气体的气味并思考它的溶解性。

【学生活动】学生观察，招气入鼻法闻气体气味。

【教师提问】通过观察，同学们能够了解甲烷的哪些物理性质？

【学生回答】甲烷是无色无味的气体。

【教师提问】回忆有哪些方法收集气体呢？

【学生回答】向上排空气法、向下排空气法和排水集气法。

【学生操作】分别采用向上排空气法、向下排空气法、排水集气法收集甲烷。将收集气体的集气瓶分别贴上标签1、2、3。分别点燃瓶中的气体，立即在火焰上方罩上干燥的烧杯，观察现象。随后，将澄清石灰水逐滴滴入有现象的集气瓶中，继续观察。

【学生回答】只有标签2号和3号集气瓶上方的烧杯内壁有水珠出现，且可以使石灰水变浑浊，因此收集甲烷需要采用向上排空气法和排水集气法。

【教师提问】根据此探究实验能否得出甲烷的其他物理性质？

【学生回答】密度比空气小、不易溶于水。

【展示】PPT展示甲烷的危险性及造成的危害。

【教师提问】同学们能够总结出甲烷具有哪些危险性？

【学生回答】甲烷可以燃烧，浓度大时遇明火还能发生爆炸。甲烷浓度过高时，会使空气中氧含量会大幅度减少，使人窒息。此外，在其挥发的情况下，可能会引起冻伤。

上面以问题的形式引出甲烷，一步一步遵循启发式原则进行问题链设计。让学生自主观察实验现象，配合教师开展教学工作;调动学生的积极性，培养观察能力和动手操作的能力，树立探究意识;了解甲烷的危险性，帮助同学们形成安全意识及环保意识。

2.2  递进式问题链教学设计

递进式问题链是指教师设计问题链时，按照层层递进的形式完成所要传授的知识。递进式问题链设计要做到主题鲜明，中心突出，与大多数学生的认知能力相符。

【教学引入】前面学习了甲烷的物理性质，它的化学性质和空间构型又是怎样的呢？

【演示实验】将甲烷按照规定的步骤通入酸性高锰酸钾和溴水中。

【师生观察】没有明显的实验现象。

【教师提问】通常情况下甲烷与强酸、强碱或强氧化剂不发生化学反应，说明什么？

【学生回答】甲烷化学性质比较稳定。

【教师提问】既然大家知道甲烷是天然气的主要成分，那么甲烷可以燃烧吗？

【学生操作】在教师引导下点燃纯净的甲烷气体，将燃烧产物依次通过无水硫酸铜和石灰水，观察实验现象。

【学生回答】甲烷具有可燃性，它能生成二氧化碳，使澄清石灰水变浑浊。

【教师展示】涉及的化学方程式CH4+2O2→CO2+2H2O;Ca（OH）2+CO2→CaCO3↓+H2O。

【教师提问】甲烷除了可以与氧气反应，还能与其他物质反应吗？

【教师操作】取1支50 mL的量筒，通过排饱和食盐水的方法先后收集约10 mL甲烷和40 mL氯气，两种气体混合后立即放置在光亮处（不要放在阳光直射的地方，以免引起爆炸），静置片刻，请同学们观察现象。

【学生回答】液面上升，出现油状液滴。

【教师提问】请同学们猜测出现这些现象的原因。

【学生回答】反应后气体体积减小，量筒内压强变小，液面上升;油状液滴表明生成物难溶于水。

【教師提问】通过以上几个实验，同学们对甲烷有了新的认识，接下来我们思考甲烷的结构是怎样的呢？请同学们拿出球棍模型跟我一起分析。

【学生活动】安装操作球棍模型。

【学生回答】甲烷为正四面体结构。

【教师展示】甲烷与氯气的反应如何进行（演示球棍模型）？

【教师要求】请同学们记下甲烷与氯气发生反应的化学反应方程式：

【教师补充】Cl原子取代了甲烷分子中的H原子，这种有机物分子中某些原子或原子团被其他原子或原子团所取代的反应，叫做取代反应。

【总结】学生用球棍模型阐述甲烷和氯的反应过程和机理。

在教师的引导下，利用递进式问题链的设计让学生对甲烷知识的学习更加清晰、更加有层次，提升了学生学习化学的自信，培养了学生的观察能力、动手能力、思考能力和总结能力，从而较好地培养了学生化学学科核心素养。

3  反思与展望

3.1  教师应该增强对问题链教学的理解

教师要具有出色的课堂把控和授课运营能力，要设计具有高效性的问题链。教师认真分析化学教学内容，结合部分知识的内在联系，充分做好预实验和预设实验的多种可能，设计出符合实验事实的问题链。

3.2  基于真实情境的问题链设计

设计问题链，要将问题置于一定的知识、社会或生活生产背景中，把化学知识与周围的环境联系起来，理论联系实际，引发学生的学习兴趣，促进学生对环境的思考，促进学生思维的自主发展，发挥学生的主体性地位，发展化学学科核心素养。

3.3  以问题链为基础展示教师特色

设计问题链不应一味地重复使用课后问题和老套的问题和思路，而是要创设符合自己特色的问题链教学模式，这就需要教师参透教材，熟悉整个知识脉络，深入理解化学学科核心素养，将个人授课风格和化学学科核心素养融合起来，更好地为化学教学服务。

本文基于化学学科核心素养，以甲烷为例开展了问题链设计教学策略研究。在化学教学中通过不断提出问题，设计问题链，突破学习的重难点，帮助学生更加有效地理解所学知识，培养学生的化学学科核心素养，同时，提升教师自身能力，促进师生全面发展。

参考文献：

[1]刘斌. 基于化学学科核心素养培养， 分析实验教学的问题及对策——以"钠的性质及用途”为例[J]. 化学教与学， 2019 （5）： 72-74.

[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] 何翔. 立足实验教学， 促进学科核心素养落地[J]. 江苏教育， 2019 （83）： 58-60.

[4] 南纪稳. 学生核心素养、学科核心素养与教学改革[J]. 当代教师教育，  2019， 12（4）： 79-83.

[5] 纪德奎， 郭子超. 学科核心素养培育中课堂教学目标转换的困境与突破[J]. 中国教育学刊， 2020 （2）： 4-8.

[6] 彭芬. 基于驱动性问题链的高三化学教学实践研究[D]. 南京： 南京师范大学， 2014.