基于情境与问题导向、活动驱动，培育学生核心素养

张璐

摘要：分析了“探究无明显现象的化学反应是否发生？”的教学背景与相关内容的教学现状;阐释了以该课题为例，基于情境与问题导向、活动驱动以培育学生核心素养的教学理论和具体教学实施过程。首先选择具有发展性的学习探索情境，巧妙构思针对每个教学环节的具有思维含量、可引导学生活动的大小问题，再由此创设基于问题解决、提升能力的不同形式的学生活动，以培育学生核心素养。

关键词：情境与问题;学生活动;核心素养培养;无明显现象的化学反应;化学复习课

文章编号：1008-0546（2022）05-0018-08中图分类号：G632.41文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.004

一、问题的提出

1.教學背景分析

“探究无明显现象的化学反应是否发生？”实验专  题涉及到的物质知识（定性）涵盖了金属、氧化物、酸、碱、盐类物质的物理与化学性质，也同时关注物质用  量（定量）对反应后物质组成的影响。该专题可提升  的学生实验能力有：物质的检验，根据特定实验目的  设计简单实验，规范描述实验步骤和准确描述实验的  现象，对于实验现象和数据进行推理分析。专题相关  知识内容在《上海市初中化学学科教学基本要求（试  验本）》[1]中体现的学习水平均为B 级。对于学生而  言，“探究无明显现象的化学反应是否发生？”是有难  度的实验内容。学生尽管以教材中无明显实验现象  的三个化学反应（“二氧化碳和水的反应”“无明显现  象的酸碱中和反应”“氢氧化钠与二氧化碳的反应”） 为探究依据，学习了从“证有新物质”和“证无反应物”两方面来分析和解决问题，但对于该特定化学思路的  理解不到位，在分析相关问题或设计实验方案时思路  不清或缺乏思路和方法[2，3]。

笔者所授课班级学生有较好的知识基础和学习能力，本节课前存在的问题是：分析问题时，证据意识不够强烈，思考问题不够全面和严谨，迁移运用所学知识解决新情境中问题的能力有待提高。这些能力是学生在中考时拿高分的重要保障，更是良好学习力（科技的创新和发展以及知识的累积和更迭，需要我们拥有超强的学习力来传承和创新）的几个主要指标。

综上所述，将“探究无明显现象的化学反应是否发生？”作为上教版（试用本）第五章和第六章的一节专题复习课，通过选择合适的探索情境，引导学生在充分的“做”“想”“讲”中认识归纳解决特定问题的思路和方法并加以运用，是具有很高的复习价值的。

2.教学现状分析

对目前已有的关于“探究无明显现象的化学反应是否发生？”的教学设计进行分析，发现有以下特点：第一，教学设计都非常重视培养学生的证据意识，因此对于实验方法和装置的设计与改进进行了充分有深度的探索。涉及的实验手段有“试管反应”也有“数字化实验”，这样可激发了学生学习的兴趣，提升依据实验现象与数据进行推理的能力。第二，绝大部分论文都是由证明“无明显现象中和反应”或“氢氧化钠与二氧化碳反应”发生的教学设计而展开的，没有涉及综合教材各相关实验内容或引导学生解决新的情境问题的教学设计。因此，在引导学生形成解决特定问题的思路方法、培养知识迁移能力和思维灵活性方面还有探索的空间。第三，教师们充分挖掘教学素材，设计了系列方法来探究化学反应的发生。例如：产物检验法、压强变化法、定量测定法、直接证明法和pH 检验法等。实验方法类别繁多，但各方法之间的潜在关系未被充分挖掘，解决问题的思路不够贴近概念本质，这样不利于学生深刻理解和迁移运用。探究物质是否发生了化学反应，需要以化学反应的实质和典型特征为基本依据，由此形成的解决问题的思路才具有方法论的意义和价值，才可以提升学生对化学反应的认识[4]。

因此，“探究无明显现象的化学反应是否发生？”复习专题力求将学生的学习过程置于一个新的问题  情境中，学生沿着设计好的问题路径，亲历不同形式  的探究活动，将原有认知模型进行优化，提升思维的  深刻性、全面性和严谨性。

二、教学理论基础与教学设计说明   1.情境与问题是化学教学的“脚手架”

福建师范大学余文森教授说：“情境之于知识，犹如汤之于盐，盐需要溶入汤中才能被吸收，知识也需要溶入情境之中才能显示其活力与美感，才能容易被学生理解、消化、吸收。”适宜的情境一般是与实际问题的解决联系在一起的，学习目标的达成就在问题解决的过程中[5]。为了保证情境能充分发挥其功能，复习课中创设的情境更要力求真实有效、贴近内容、贴近学生及可引发探究（如图1所示）。

本节课设计了三条教学“线路”：明线是探究碳酸氢钠和氢氧化钠是否发生化学反应？暗线是对探究二氧化碳与水、二氧化碳与氢氧化钠、盐酸与氢氧化钠三个化学反应发生实验的深化理解，以及对实验思路、物质转化和实验手段的掌握。学生的活动推动了这三条线的同时进行。教学时，先将已学过的知识整理归纳两个实验思路，使之与新问题紧密联系起来，引导学生思维迁移;再通过实验探究活动优化认知模型。

这里选择探究NaOH+NaHCO3=Na2CO3+H2O反应的发生，是因为它无明显现象，学生对与反应涉及到物质的性质熟悉或容易探究理解，且无论从“证有新物质”或“证无反应物（完全反应）”哪个角度看，都有较大的探究空间用以开展学生活动。

无论是布鲁纳的发现法，杜威的问题教学法，还是建构主义提出的基于问题学习，前提都是创设合适的教学情境，再围绕情境设计具有趣味性，有思考价值、有意义的情境问题。通过对问题的思考和解决，建构知识，发展解决问题的能力;通过围绕问题展开的合作、交流和自主探究等方式，使学生真正参与学习的过程，成为学习的主体，让学习真实发生[6]。在本示例的活动设计中，尝试以大问题构建活动的逻辑结构，再创建适切的引导性小问题，将活动中的各个环节串联成了一个连续的、递进的学生思维能力发展的过程，组成了一个生动有价值的学习活动[7]。课堂内问题的设计也有意识地关注化学素养达成情况的诊断。

逻辑清晰、设计意图分明的问题（见表1）让课堂结构有序，更好地引导学生开展活动解决问题。各环节间问题的设计注重知识间的内在联系，让学生知道怎么想和如何做。这样分阶段递进式地促进学生形成解决特定问题的思路与方法，让发展学生化学学科思维方式和解决问题能力的目标落实在具体的任务解决过程中。

2.学生活动是化学教学的“催化剂”

每一份教学设计都是为使课堂教学达成教学目标，而其中融合了探究性学习活动的教学设计与课堂对于学生的培养才最有价值与生命力。学生只有经历了对知识主动加工和处理的过程，才会不仅知其然，而且知其所以然，达到对知识的灵活应用，且能感受知识获得的乐趣和快乐，更好地形成思维，提升能力。在设计学生活动时要考虑，基于知识间的内在联系，对学生认识发展有整体考虑，让问题的解决与“思路”的形成同步（如图2所示）;将学生认识思路的形成和发展作为显性目标，以问题驱动学生经历建构思路的过程。

本节课是主题式实验探究课，学生围绕阶段性的特定问题进行探究。教师以问题解决为主要目标，依据整体设计好的大、小问题组织了多样化的学习方式，如：归纳讨论、动手实验（试管实验及数字化实验）、设计实验、表达交流、查阅资料和解释问题等。

三、基于情境与问题导向、学生活动驱动的教学设计

学生在真实有效、具有挑战性的学习情境中，在精心设计的问题引导下，经历归纳概括、实验设计与验证、查阅资料、解释问题、表达交流等活动解决了新的问题情境，同时将原有认知模型进行优化，形成并运用解决此类实验问题的思路模型，提升了化学观念与素养。

（如图3所示）

1.教学与评价目标

【教学目标】

（1）通过探究不熟悉的 NaHCO3与 NaOH 是否反应的过程，形成解决这类问题的思路，进一步培养知识迁移、归纳概括、证据推理的能力，锻炼全面、严谨的思维。

（2）通过理解探究无明显现象化学反应是否发生的思路，掌握相关的认知模型。

（3）通过动手实验探究NaHCO3的相关化学性质，设计实验探究 NaHCO3与 NaOH 是否反应并进行分析，培养设计实验与动手实验的能力。

【评价目标】

（1）通过交流与点评基于特定思路证明NaHCO3与NaOH反应发生的实验设计，诊断并发展学生物质性质的实验探究设计的水平（孤立水平、系统水平）。

（2）通过运用特定思路对具体无明显现象化学反应发生证明方法的判断与分析，诊断并发展学生认识思路结构化的水平。

（3）通过对小组实验、数字化实验的交流与点评，诊断并发展学生证据推理的能力。

2.教学与评价思路

化学日常学习评价不能游离于化学教育学之外，应与化学教育学活动有机融合在一起[8]。教学设计应紧紧围绕发展学生化学学科核心素养这一主旨，将评价渗透到教学活动的整个过程，通过评价引导和促进学生的学习。本节课的教学与评价思路见图4。

3.教學实录

（1）基于组成相似性质相似，引出新的实验情境  【情境】观察 Ca（HCO3）2溶液与 NaOH溶液混合、NaHCO3溶液与NaOH溶液混合的现象，并基于物质组成推断反应的发生。

【问题】见表1。

【学生活动】观察现象，基于实验现象与“同类物质化学性质相似”的化学观念推断化学反应的发生。

【评价任务】从基于概念原理水平诊断并发展学生对物质及其转化思路的认知水平（见图5）。

设计意图：通过本环节的设置，建构了预测物质变化认知模型，提升了学生模型认知的水平;培养了宏观辨识与微观辨析的素养，同时激发继续探索学习的兴趣。

（2）建构、迁移运用证明无明显现象化学反应发生的实验思路一

【情境】依据思路一设计证明NaHCO3与NaOH反应发生的实验方案，见图6。

【问题】见表1。

【学生活动】学生小组对“探究二氧化碳与水反应的发生”及“探究氢氧化钠与二氧化碳反应的发生”两个探究实验进行思考，讨论归纳证明无明显现象化学反应发生的思路一。通过实验了解NaHCO3与相关物质反应的现象，对比分析 NaOH 与 NaHCO3的相关化学性质按思路一设计实验证明NaOH 与NaHCO3与反应发生，并进行实验评价。

【评价任务】根据问题的思考、分析讨论与交流诊断学生认识思路结构化的水平;根据实验设计方案的交流与评价，诊断并发展学生物质性质的实验探究设计的水平（孤立水平、系统水平）。

设计意图：学生对已学“探究二氧化碳与水反应的发生”及“探究氢氧化钠与二氧化碳反应的发生”两个探究实验从“证有新物质”的角度进行深入比较思考，形成证明化学反应发生的一种思路：在反应后加入一种物质，通过明显的现象证明有新物质生成;该物质（或一种实验方法）与新物质作用有明显现象而与各反应物不作用或作用无相关现象。在通过动手实验拓宽了对NaHCO3化学性质的了解后，学生不难找到解决问题的合适方案：取氢氧化钠溶液于试管，加入碳酸氢钠溶液，再滴加氯化钙溶液，若有白色沉淀生成，则有碳酸钠生成，该反应发生了。在本学习环节中，学生作为主动的、积极的知识的探究者，参与建立解决特定问题的一种化学思路的过程，并以框图的形式使这一思路显性化（见图1）以深化理解。学生按此认识思路进行迁移运用，合理进行实验设计和评价，培养学生思维的深刻性。

（3）建构、迁移运用证明无明显现象化学反应发生的实验思路二

【情境1】查阅资料、实验探究 NaHCO3、NaOH、 Na2CO3的化学性质，为按思路二证明NaHCO3与NaOH 发生反应提供证据。

【问题】见表1。

【学生活动】学生小组对“探究氢氧化钠与盐酸发生反应”探究实验进行思考，讨论归纳证明无明显现象化学反应发生的思路二。查阅资料了解 NaHCO3、 NaOH、Na2CO3受热是否分解这一性质，并通过数字化实验探究NaHCO3溶液受热分解的性质（见图7）。

【评价任务】根据问题的思考、分析讨论与交流诊断学生认识思路结构化的水平;根据实验设计方案的交流与评价，诊断并发展学生的实验方案设计和质疑思辨的水平。

设计意图：学生对已学“探究氢氧化钠与盐酸反应的发生”探究实验从“证无反应物”的角度进行深入思考，形成证明化学反应发生的第二种思路：确保一种反应物被消耗完全，通过加入一种物质（或一种实验方法）产生明显的现象证明无该反应物;反应后加入的化学试剂与该反应物作用有明显现象而与其他反应物及各生成物不作用或作用无相关现象。学生通过思考后发现依据已知物质性质无法证明NaHCO3  与NaOH反应发生，需要了解物质更多的性质。学生通过查阅资料，知道碳酸氢钠固体在50°C 时开始分解，270°C 分解完全。由此探究碳酸氢钠溶液是否受热会分解产生二氧化碳，让学生感受到科学研究需要有严谨的科学态度。加热碳酸氢钠溶液实验现象不明显，借助数字传感器分析让学生又感受到定量研究的神奇。比如，在加热碳酸氢钠溶液实验中，教师近距离拍摄温度传感器的金属棒，才看见少量的气泡附着在表面。而课堂在加热碳酸氢钠溶液时，同时用二氧化碳传感器和温度传感器，就可以将二氧化碳浓度的变化转化成具体的数据和曲线，发生明显的变化。本环节的设置也注重培养学生证据推理的化学素养;融合创新模拟实验与数字化实验，应用新技术解决问题，凸显学科价值。

【情境2】依据思路二实验探究 NaHCO3与 NaOH 反应发生，并进行实验评价（见图8）。

【问题】见表1。

【学生活动】按思路二设计实验探究 NaHCO3与 NaOH反应发生;观察按实验方案进行的数字化实验，并依据实验数据对实验进行分析评价。

【评价任务】根据学生的方案设计及评价情况，诊断并发展学生化学实验探究的水平（定性水平以及定量水平）、证据推理的能力以及质疑思辨的水平。

设计意图：学生往往会因为思考问题不严谨和不全面而在分析问题时产生错误。教师准确把握易错内容，针对性设计活动促进学生能力和思维的发展。在将过量的NaOH 溶液与 NaHCO3溶液混合后，学生会因不能全面考虑体系中各物质的性质而认为加热混合后溶液不会有CO2生成，因此体系内CO2的浓度保持不变。学生观看实验中CO2的浓度是减小的，进而思考分析出，假设两种物质不反应，NaOH 会吸收 NaHCO3受热分解产生的CO2，体系内CO2的浓度也不会增加。因此，这个方法不能用来证明反应的发生。经历两个探究活动后，在课堂上能感受到学生批判性思维的成长，预期实现知识的学习由低阶思维和高阶思维的联通。通过本环节的设置，让学生在不断完善知识体系的基础上形成结构化的认知体系，提升学生应用知识解决问题的能力。

（4）深化理解与运用探究无明显现象化学反应发生的两种实验思路

【情境】辨析实验思路一、二是否适用于证明每个化学反应（重点分析课内学习的三个化学反应）的发生（见图9）。

【问题】见表1。

【学生活动】辨析实验思路一、二是否适用于证明每个化学反应;根据给定 NaOH 与 NaHCO3的溶解性设计实验证明NaOH与CO2发生了化学反应。

【评价任务】根据问题思考、分析评价，诊断并发展学生认识思路结构化的水平和实验设计能力。

设计意图：学生深化理解了“探究二氧化碳与水  反应的发生”“探究氢氧化钠与二氧化碳反应的发生”以及“探究氢氧化钠与盐酸反应的发生”三个经典实  验内容;深刻领悟到对于有特定目的实验（比如，探究  无明显现象反应的发生）有特定的实验思路：我们要严谨得依据化学反应中各个物质的化学或物理性质，创造条件获得证据，由此分析得到可靠的结论。关注培养学生的思辨能力，通过探究、讨论知道不是所有无明显现象化学反应都能用“证有新物质”与“证无反应物”两种实验思路来进行证明，需依据物质性质具体分析实验方案的合理性。

4.结构化的板书设计体现核心知識、观念的模型建构

结构化板书（见图10）呈现使教学过程更为清晰、帮助学生观念建构得更为清晰。教师引导学生建构形成探究无明显现象化学反应发生的两种思路，并用图示法将这两种思路及相关的核心素养与观念显性化。学生按此思路就能进行灵活迁移，对探究其他无明显现象的化学反应的发生能较顺利地设计出实验方案。课堂教学中，教师也在副板书上用简洁清楚的符号表征（书写化学方程式）帮助对动态的化学变化进行分析，这对学生的指导非常具体和有效。

5.延伸学习活动维度的作业设计

学生在课堂内独自或以小组形式参与了多样化的学生活动;在课后，学生活动形式的维度也是多向的：适量的纸笔作业帮助学生巩固提升设计实验与评价实验的能力;通过观看、思考与交流碳酸氢钠溶液加热分解系列实验（见图11，可扫码观看），培养科学探究与创新意识;通过走进实验室，按小组设计的新方案动手实验探究 NaOH 与 CO2的反应的发生，培养勤于实践、善于合作的精神，发展思维的深刻性与全面性。

四、结语

本课例创设学习探索情境，通过任务驱动解决新的问题，进行相关物质性质的复习，掌握解决特定实验问题的思路，培养实验探究、证据推理、模型认知的核心素养。本课例曾获区域内教学比赛化学（初中组）一等奖、“一师一优课、一课一名师”活动区级优课;在外省市进行过一次交流展示，课堂中学生学习积极性高，也得到听课教师们的一致好评。本课例取得较好的教学效果，在按“基于情境与问题导向、活动驱动课堂”的原则进行教学设计的同时，也在以下方面做认真思考。

首先，确定好教学主题与教学目标后，先从学科本质出发初定教学逻辑与教学主线。

然后根据教学目标筛选合适的情境，根据大小情境确定有引导性、启发性的大小问题。其次再设计组织以学生为主体的形式丰富的活动。最后再调整理清教学逻辑与教学主线，力求教学环节条理清晰且紧凑，同时注重学科思想、方法的提炼。学生活动要切合主题，避免出现形式大于内容与教学内容不相关的活动。在本课例中，学生通过实验探究了解物质性质、验证实验方案;数字化系列实验设计科学且必要性强，将不能清晰辨析的现象显性地表现出来，使实验证据更充分更可信。教学设计也要突出以学生为主体，把课堂交给学生：教学过程中注意引导、激发学生独立思考、合作交流;将对问题的表达和解释权尽可能地留给学生，引导他们进行科学规范的表达。

如果这节课还有一次执教的机会，仍有可以改进的地方：还可以再给学生更多独立思考和表达的机会，如：增加他们交流研讨的时间;可以让学生在课后用图示或海报的形式将特定实验问题的解决思路外显出来，再到课堂上进行交流。力求更好地培养他们思维的深刻性，灵活的迁移能力和表达交流的能力。

参考文献

[1]上海市教育委员会教学研究室.上海市初中化学学科教学基本要求[S].上海：上海科学技术出版社，2017.1.

[2]何彩霞.拓展学生“思路”建构的途径——对“二氧化碳与氢氧化钠溶液反应探究”教学案例的反思[J].中学化学教学参考，2012，（8）：16-18.

[3]何彩霞.教给学生解决问题的思路与方法——对“探究二氧化碳与水是否反应”教学案例的分析[J].教学与装备研究，2016，（6）：49-53.

[4]何彩霞.“促进学生问题解决思路形成”的递进式教学——以“实验探究化学反应发生的证据”为例[J].化学教学，2018，（10）：51-56.

[5]叶佩玉.中学化学教学设计[M].上海：上海教育出版社，2016：62-70.

[6]范标.基于深度学习的教学改进：初中化学教学常见问题与应对策略[M].上海：上海教育出版社，2020，7：155-159.

[7]上海市教育委员会教学研究室.中学化学单元教学设计指南[S].北京：人民教育出版社，2018，7：49.

[8]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，2018：97.