核心素养为本的学科思维模型建构

侯晓娜

发展核心素养是教育的目标。在经济、社会、技术突飞猛进发展的时代背景下，发展学生核心素养的教育显得尤为重要。化学学科核心素养，包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”五个维度。在化学教学中发展学生的核心素养，是深化课程改革、落实立德树人的重要举措。而核心概念的教学往往可以作为核心素养的载体，研究核心概念的学科思维模型的建构，有利于发展学生的核心素养。

本文以人教版选修“化学平衡”核心概念的教学为例，以化学核心素养为本，融合学科思政和学科思维，体现单元深度教学，探索高中化学核心概念教学中学科思维模型的建构及其教学策略。

一、化学核心素养为本的学科思维模型的建构

1. 素养为本的教学内容分析

“化学平衡”是贯穿于整个中学化学学科的重要理论之一，内容抽象，具有很强的逻辑性，对思维能力的要求很高，具有一定的难度，是中学化学中所涉及的溶解平衡、电离平衡、水解平衡等知识的核心，其知识结构如图1所示。

课程标准非常重视基于學科核心素养的育人目标对教学内容的要求，平衡作为核心概念，是学生形成变化观念和平衡思想、宏观辨识与微观分析等核心素养的载体。看似简单的知识结构，要想承载丰富的学科素养，就必须对其进行细化和挖掘。

2.素养为本的化学平衡教学目标

基于核心素养的高中核心概念课程标准要求，设计确定本节课教学目标如下：

目标1：通过氯化银的沉淀溶解平衡引入回顾可逆反应，进而认知化学平衡并能用符号表征，形成化学平衡概念。核心素养的培养指向“宏观辨识与微观探析”。

目标2：通过案例数据分析和实验探究，自主探究绘制图像，体会化学平衡的建立，概括化学平衡状态的特征和归纳化学平衡状态的判断方法，形成认知化学平衡的基本思路。核心素养的培养指向 “证据推理与模型认知” “变化观念与平衡思想”。

目标3：通过创设问题情境，解决问题，巩固化学平衡的核心概念。核心素养的培养指向“科学探究与创新意识”。

目标4：以化学史实为主线，融合学科思政，培养学生追求真理、契而不舍的科学精神。核心素养的培养指向“科学态度与社会责任”。

3.核心素养为本的学科思维模型的建构

通过以上分析，基于化学核心素养， 把“化学平衡”概念的教学细化深挖为五大学习任务，任务之间层层递进，建构“化学平衡”核心概念的学科思维模型，见表1。

由此形成化学核心素养为本的建构核心概念的学科思维模型如图2所示。

二、以化学核心素养为本建构学科思维模型的教学策略

1.重组教材，体现单元深度教学

大单元深度教学，有利于实现整体知识的联动，助力学生形成网络化、系统化的相关知识，培养宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、科学精神与社会责任。本节课将相关内容重组和安排如下：

将选修4第三章的AgCl 的溶解平衡提前到本节，做实验看现象，引起学生认知冲突，引出溶解平衡的存在; 将本节后续实验2-6（NO2与N2O4存在的平衡）提前在本节课中演示进行，帮助学生对平衡特征的认知;对必修2出现过的科学史话——炼铁高炉尾气之谜从新设计利用，以其为线索，形成学科思政的主线和学科思维的载体。

2.创设实验情境，靠近核心概念区

实验是化学的基础，创设实验情境，可以为知识的学习提供事实依据，化抽象为具体。教学中，根据学生知识发展最近区，从宏观容易理解的溶解平衡出发，教师先展示常见反应镁条燃烧和氯化银沉淀的生成实验图片，使学生对原有认知重新认识。再通过问题驱动：以上所有化学反应真的进行到底了吗？ 接着教师引导，设计实验证明：取饱和氯化银的上层清液再滴加硝酸银或者氯化钠溶液，会看到又有白色浑浊出现。学生根据以上实验情境，总结溶解平衡的特点，引出可逆过程，并用化学符号表达：

AgCl（s）Ag+（aq）+Cl-（aq）

然后在教师的引导下，画出氯化银的溶解平衡速率-时间图像，为后续环节数据分析、图像分析打下基础，为下一环节化学平衡状态的建立做铺垫。

3. 融入学科思政，建构核心概念

化学史实可以把知识与实际生活联系起来，融入学科思政，使知识的形成有本有源，大大激发学生的学习兴趣，同时培养社会责任感。

教学中将必修2“科学史话——高炉尾气之谜”重新利用，作为学科素养载体，融入学科思政。教师由科学史话改编问题1：某工厂实验室模拟高炉炼铁，将3 mol CO与1 mol Fe2O3放入体积为1 L的密闭容器中进行反应，测得数据见表2。

学生分组讨论探究并完成以下问题：

（1）画出0～70s各物质的浓度随时间变化的图像;

（2）画出0～70s正、逆反应速率随时间变化的图像。学生通过分析数据变化和图像，顺利建立化学平衡状态的核心概念。

4. 创设问题情境，深化核心概念、形成思路

好的课堂问题可以推动学生的思维向高阶发展。化学平衡的核心概念建立后，教师主要通过创设问题情境，推动学生思维不断发展：

（1）如何判断在一定条件下，一个可逆反应达到了平衡状态？ 学生根据前面画的2个图，很容易得出：v正=v逆，某个量不再变化了;（2）①怎样理解v正=v逆？②是否只要看见体系任意一个量不再变化了，就一定是平衡态？ 紧接着抛出由科学史话改编问题2：针对上述高炉炼铁中的反应：

C+CO22CO

请再画出混合气体总质量随时间变化的图;混合气体总的物质的量随时间变化的图;CO物质的量随时间变化的图。学生通过画图，小组交流，得出如果某个量一直不变，就不能作为判断平衡的标志，开始在变，一段时间后不再变化了，才能作为判断平衡的标志。（3）对于给定的反应，化学平衡状态怎样判断呢？学生总结：v正=v逆，变化的量不再变化了（也就是开始在变，一段时间后不再变化了）;可以利用数据画图分析。师生总结：化学平衡的（判断）条件及特征：逆、动、等、定、变（“变”这个特征可以设计演示2-6实验NO2 与N2O4存在的平衡来证明。）

通过问题逐步引导，帮助学生找到解决问题的方法和思路，通过数据、图像、实验现象等多角度定性判断化学平衡。使学生解决问题的关键能力得到提升，形成学科思维模型。

5. 思路巩固、应用，与核心概念形成双循环

应用思路解决问题，同时促进对核心概念的理解，与核心概念形成双循环。教师抛出由科学史话改编问题3：在一定温度、固定体积的密闭容器中模拟进行高炉炼铁的主反应：

Fe2O3（s）+3CO（g）2Fe（s） +3CO2（g）

分组讨论：哪些情况可以判断上述反应达到了平衡，并画图说明理由，你有什么发现？

设置悬念：如何才能减少高炉炼铁中CO的含量呢？下节课继续——“变”。

该教学策略，连贯性地提出三个大问题，驱动学生思维向更高层发展。通过画图学生会发现不同类型的反应体系，判断标准不太一样，使核心概念得到巩固和深化。设置悬念，可以将问题引向纵深，引起学生继续学习探究的欲望，与后续课程联动，形成大单元教学。

以化学核心素养为本，融入学科思政，体现大单元深度教学的学科思维模型的建构及核心概念的教学，以不同的学习任务为课堂驱动，各任务间通过引入、过渡、推进、提升相互作用，使学生解决问题的能力通过任务的完成螺旋上升。这个过程要注意从宏、微、符三重表征的角度认知核心概念;注意教学情境的创设，如问题情境、实验情境、科学史实情境等的创设和利用，化抽象为具体，使知识的形成有事实依据;注意通过任务驱动培养学生的自主探究能力，使知识的形成得到生长而不是强加;注意大单元深度教学，形成结构化、网络化的整体知识，使知识间融会贯通;注意把核心概念的认知活动和社会责任建立起联系，通过融合学科思政，使学生的学科精神和社会责任得到培养，最终实现立德树人的根本目标。

（收稿日期：2021-07-15）