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化学教学论文：提升学生化学素养的维度与策略
化学教学论文：提升学生化学素养的维度与策略
陆军
一、提升学生化学素养的维度
教学与知识之间有着内在的、天然的、不可分割的联系，所以，教学策略的设计必须针对知识类型的实际。
我国20世纪的化学教学大纲或课程标准都是从知识属性的角度对化学知识进行分类的。从1923年分科设置课程纲要开始，逐渐演变并基本固定为化学基本概念和原理、元素化合物知识、化学基本计算、化学实验以及化学用语等五个方面。恢复高考制度以来的考试大纲一直将化学知识分为“化学基本概念和基本理论、常见元素的单质及其重要化合物、有机化学基础、化学实验和化学计算”等五大类。而新课程高考化学考试大纲，虽然在考试内容部分将化学知识分为“化学科学特征和基本研究方法、化学基本概念和基本理论、无机化合物及其应用、有机化合物及其应用和化学实验基础”等五个方面，但在内容比例部分还基本保留了传统的分类方法。
知识分类就是根据特定的需要和标准，通过比较，把人类的全部知识按照相同、相异、相关等属性划分成为不同类别的知识体系，以此显示在知识整体中应有的位置和相互关系。在知识分类的历史上，不同的知识观有不同的知识分类理论与标准，因而产生了形形色色的知识分类方式。为了更好地实现教育目标，人们把知识分为事实性的、概念性的、程序性的和元认知性的四大类。
纵观传统的化学知识分类方法和知识分类理论的实际，可以将两者结合起来，并把化学知识划分为物质知识、观念知识和方法知识三大类。其中，物质知识主要属于事实性知识，包括无机化合物及其应用和有机化合物及其应用；观念知识主要属于概念性知识，包括化学科学的特征以及化学基本概念和基本理论；方法知识主要属于程序性知识，包括化学科学的基本研究方法，如化学实验基础和化学计算等。由于中学化学限于原子和分子层面，中学生认识的化学是“在原子、分子水平上识别和创造物质的一门科学”。所以，可以认为在高中化学知识中，物质知识是“识别和创造”的对象，观念知识是“识别和创造”的思想，方法知识是“识别和创造”的工具。物质知识是整个学科知识的基础，也是观念知识和方法知识的载体，观念知识和方法知识既要依靠物质知识的支撑，又能促进物质知识的获取。因此，化学学科要实现促进学生学科素养提升的终极目标，应该从获取化学事实、形成学科观念和掌握科学方法三个维度进行教学策略的设计。
新世纪以来实施的《普通高中课程方案（实验）》为了构建重基础、多样化、有层次、综合性的课程结构，以适应社会需求的多样化和学生全面而有个性的发展，设置了由学习领域、科目、模块三个层次构成的课程结构。据此，《普通高中化学课程标准（实验）》（以下简称《课标》）将科学领域化学科目划分为八个模块，同时又把模块分为必修和选修两大类。下面从物质知识、观念知识和方法知识三个维度，阐述在高中化学必修模块教学中促进学生学科素养提升的相关策略。
二、物质知识维度的教学策略
本文所说的“物质知识”实际就是“元素化合物知识”。在《课标》所构建的课程结构中，必修模块的物质知识主要分布在“化学1”的“常见无机物及其应用”和“化学2”的“化学与可持续发展”两个主题。其中“常见无机物及其应用”对应“单质与无机化合物”知识，“化学与可持续发展”包含“有机化合物”知识。从《课标》的安排和学科知识的逻辑关系看．物质知识是高中化学知识的基础和核心。为了使学生能准确获取物质知识，以便在此基础上生长出相应的观念知识和方法知识，可以采取下列教学策略。
1．在社会生活情境中认识物质知识
由于《课标》对物质知识的处理，突破了传统的物质中心模式，不再追求从结构、性质、存在、制法、用途等方面全面系统地学习和研究物质，这时，我们可以从学生已有的生活经验出发，引导学生关注身边的物质，将物质知识的学习融入有关的生活现象和社会问题的分析解决活动中，从而体现物质与自然界和社会生活的密切联系，并且通过对物质知识的学习加深对环境和社会生活问题的理解和认识，使学生直接体会到所学知识的社会价值。如关于氯气性质的教学可以借助液氯泄漏事故报道录像的有关画面进行，以突出基于“社会中心论”的教学思想。
2．以核心概念为指导学习物质知识
为了使学生能借助于一定的基本概念认识无机物的性质及其变化规律，《课标》在“化学1”中安排了物质的分类、氧化还原反应、离子反应等基本概念，并与单质和无机物知识安排在同一主题。限于化学l的模块功能，这些概念虽然是浅显而又有限的，但它们有助于学生对物质知识的理解，并对物质知识的学习具有一定的指导作用，我们在进行教学设计时要领悟《课标》的立意，充分发挥这些概念在学生学习物质知识过程中的指导作用。如钠与水反应生成氢氧化钠时，由于反应物中钠元素和氧元素的化合价都处于最低价态，而氢元素的化合价处于最高价态，所以只能是氢元素的化合价由+1价降低为0价，反应的气体产物为氢气。这一确定钠与水反应气体产物的假说，就是依据氧化还原反应的规律提出的。
3．在已有知识基础上获取物质知识
美国现代著名心理学家奥苏贝尔认为，学习新知识的关键是要建立起新旧知识之间的联系。他曾说，“影响学习的唯一最重要因素就是学习者已经知道了什么。要探明这一点，并应据此进行教学”。因此，要组织学生探究物质知识，应注意从学生已有的知识出发设置相关问题，将学生有效地引入新知识的探究情境之中，从而达成获取有关物质知识的学习目标。如过氧化钠和氧化钠都是钠的氧化物，由于氧元素的化合价不同，所以两者的性质既相似又不同。在过氧化钠性质的教学过程中，可以针对学生已知氧化钠性质的实际，通过对过氧化钠和氧化钠组成与性质的比较分析，并结合有关实验检验等探究活动，使学生获得对过氧化钠性质的认识。
4．按研完的一般思路探究物质知识
物质知识的教学不仅要向学生传授知识，更要教给学生获取知识的方法和思路。如对于SO2性质的研究可以有以下思路：SO2与CO2同属于非金属氧化物，CO2是酸性氧化物，SO2也应具有酸性氧化物的性质；SO2中硫元素的化合价处于其常见化合价的中间价态，所以SO2应该既具有氧化性又具有还原性；SO2是一种新认识的物质，除了根据其类别、组成元素的化合价等推测性质外，还可能具有其他某些特殊性质。然后结合相关实验验证推测的合理性，并形成对SO2性质的全面认识。这样的教学设计可以教给学生研究物质性质的一般思路和方法，从而帮助学生提高学习其他物质知识的针对性和有效性。
三、观念知识维度的教学策略
关于观念知识，高中化学必修教科书按照《课标》的要求和学生的认知规律进行了整体化的设计和编排，主要包括化学研究的物质层次观、化学中的相互作用观、化学变化的形式观、化学反应中的能量观、化学反应的方向和限度观、化学进化观等几个方面。由于学科观念知识不仅是化学学科素养的重要构成部分，而且“具有超越事实的持久价值和迁移价值”，所以，我们应该在全面把握课程结构中学科观念知识体系的基础上，“围绕学科基本观念进行教学设计”，从而帮助学生形成应有的学科基本观念。又由于观念是客观事物在人脑中留下的概括的形象，化学学科观念通常是在化学事实性知识基础上通过不断的概括提炼而形成的。因此，帮助学生构建学科观念常有观念知识以物质知识为基础和物质知识用观念知识来概括两个基本策略。
1．观念知识以物质知识为基础
运用分类观念不仅能使有关化学物质及其变化的知识系统化，还可以通过分门别类的研究，发现物质及其变化的规律。为了使学生形成分类的观念，有关分类的内容可以采用以下设计进行教学，以突出观念知识对物质知识的依赖。
学习活动1：结合生活中（图书馆、超市等）分类的事例，思考物质之间具有怎样的关系、应该怎样对物质进行分类的问题。
基本理解：分类是学习和研究化学物质及其变化的一种常用科学观念。
学习活动2：尝试对已学过的化学物质和化学反应进行分类，并与同学交流。
基本理解：树状分类是根据对象的共同点和差异点，将对象区分为不同的种类，而且形成一定从属关系的不同等级的系统的逻辑方法。
学习活动3：对几组化学物质进行分类，并制作相应的树状分类图和交叉分类图。
基本理解：分类要有一定的标准，根据不同的标准可以进行不同的分类，树状分类法和交叉分类法是常见的分类方法。
2．物质知识用观念知识来概括
乙酸的知识主要属于物质知识。《课标》在“化学2”中要求学生知道“乙酸……的组成和主要性质，认识其在日常生活中的应用”，教科书又将其细化为乙酸的分子结构、酸性、酯化反应及主要用途。显然，这些都是物质知识的内容。在“课程设计要围绕核心观念进行”的理念下，《乙酸》的教学可以从物质知识中概括出相应的学科观念，以体现物质知识是观念知识的基础。
学习活动l：观察乙酸分子的比例模型，认识乙酸分子的结构。
基本理解：物质有一定的组成和结构，乙酸的官能团是羧基。
学习活动2：设计实验证明乙酸具有酸性，并通过实验比较乙酸和乙醇分别与钠反应的速率。
基本理解：有机分子中基团之间存在相互影响，乙酸分子中羟基上的氢原子比乙醇中的活泼，主要是由于羰基的影响。
学习活动3：阅读关于“酒是陈的香”的解释，分析乙酸和乙醇酯化反应的机理。
基本理解：酯化反应属于取代反应，是有机反应的一种重要类型。
学习活动4：观察和体会教师演示的乙酸乙酯的制备实验。
基本理解：乙酸乙酯的制备是可逆反应，实验中需要控制反应的条件。
学习活动5：总结乙酸的化学性质与分子结构的关系。
基本理解：官能团是决定有机物化学特性的基团，乙酸的化学性质主要由羧基决定。
学习活动6：结合生活实践讨论乙酸的用途。
基本理解:化学知识在生活中是有用的，乙酸与人类的生命、营养、健康密切相关。
四、方法知识维度的教学策略
高中化学必修教科书在着力构建物质知识和观念知识体系的同时，根据不同教学内容的特点和学生认知规律．构建了符合学生探究能力发展需要的科学方法体系。其中，有的是让学生在科学探究、思考与交流等活动中练习和运用，有的是让学生通过阅读科学史话进行体会和领悟。在教学过程中，我们应该对教科书中的方法知识体系了然于胸，通过挖掘教科书隐含的方法知识、利用方法知识组织教学内容、运用方法知识解决实际问题等多种途径，有计划、有步骤地落实方法知识的教学，不断提高学生的科学探究能力。
1．挖掘教科书隐含的方法知识
物质知识和观念知识是教科书编写的主线，而方法知识处于相对隐性的地位。如关于卤族元素的性质，教科书是用假说方法组织教学内容的。具体包括：(1)发现问题——卤族元素原子的电子层结构的变化规律与碱金属元素相同，它们的化学性质也能与碱金属元素一样表现出相似性和递变性吗？(2)提出假说——氟、氯、溴、碘在化学性质上也能表现出一定的相似性和递变性。(3)验证假说——获取卤素单质与氢气的反应、卤素单质间的置换反应等事实材料。(4)得出结论——卤素都是活泼的非金属，随着核电荷数的递增，元素的非金属逐渐减弱。但是教科书对这四个步骤没有具体说明和提示，教学中教师可以对假说方法进行显化，并使学生明确假说是人们根据已有知识对所研究的事物或现象所做的初步解释，它需要证实或证伪，而且科学理论最初都是以假说的形式出现的，并随着科学研究的深入，不断得到修正、完善和发展。这样学生在以后的学习过程中就能比较自如地运用假说方法进行相应的探究活动。
2．利用方法知识组织教学内容
新课程高中化学教科书虽然增大了科学方法的外显力度，但总体还稍嫌不够。因此我们应该适当注意以方法知识为线索组织教学内容，在以物质知识和观念知识体系作为课程内容展开主线的同时设计一个方法知识体系。例如关于“化学2”中“苯”的教学可以将其分解成八个学习任务：(1)用文献方法了解苯的发现和来源；(2)用观察方法认识苯的主要物理性质；(3)用假说方法确定苯分子的组成；(4)在认识苯的凯库勒式的同时感悟直觉思维的意义；(5)用假说方法确定苯分子中没有与乙烯类似的双键；(6)用模型方法认识苯分子的平面正六边形结构；(7)用演绎方法完成苯的取代反应和加成反应的化学方程式；(8)用综合方法对苯的结构和性质形成整体认识。该教学过程突出了方法知识对物质知识获取过程的指导作用，随着教学的深入和学生感性认识的丰富，可以逐渐提高对这些科学方法的要求，最终实现方法知识的教学目标。
3．运用方法知识解决实际问题
科学方法教育的意义在于训练学生的智力技能，而科学方法只有通过实际操作，才能被深刻理解并准确而灵活地运用。教学中我们应该明确说明有关科学方法的作用、适用范围以及应用原理和步骤，让学生模仿操作并加以体会，在运用中掌握方法知识。为了掌握一些典型的方法知识，教师还需要选编方法知识运用习题，题目力求在解决实际问题中运用方法知识。例如在必修模块教学的复习中，可以让学生书写金属分别与H2SO4、H2O、CH3CH2OH、CH3COOH等物质反应的化学方程式，并比较反应的剧烈程度，以便确定实验室制取氢气的反应原理。这样的问题既体现了无机化合物与有机化合物、强酸与弱酸、电解质与非电解质以及置换反应与反应速率的综合，又能使学生对化学学科的整体性和融通性有一个深入的认识，从而形成运用综合方法解决问题的能力。类似的解决问题的过程，可以使学生在运用方法知识的过程中，直接感受到学习方法知识的意义，达到科学方法教育的最终目的。
综上所述，获取化学事实、形成学科观念、掌握科学方法是提升学科素养的三个维度，这是从知识分类的视角生成的，在此基础上所探索出的不同维度的教学策略，汲取了化学教育教学实践的养分，从一定程度上反映了化学教育教学研究和实践的最新成果。而对化学教育教学任务的审视还可以有别样的视角，实现宗旨的探索也可以在更深的层次上进行，期待广大化学教育工作者能为基础化学教育教学改革与发展作出新的更大的贡献。
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