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关键词:高中化学;核心素养;课堂教学
一、研究背景与目的
自21世纪以来,为了适应经济全球化的发展,世界各国相继在教育领域建立了学生的“核心素养”模型。
我国也于2014年3月在教育部印发的文件中提出将研制不同教育阶段学生核心素养的结构模型,化学在生命、材料、环境、能源等领域中相互交叉、相互渗透、相互促进中协同发展,在解决人类社会发展中发挥着重要的作用。因此,其包含的核心素养主要有:宏观辨识与微观探析、观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学精神与社会责任。
二、课堂教学实录
【化学接龙游戏】规则:由Na开始接龙,后一种物质必须是前一种物质通过一步化学反应生成。每种物质都必须含有Na元素。
【新闻链接一】放下水枪,穿火搜寻金属钠。
2010年9月22日中午12时50分左右,九眼桥附近某高校一实验楼突发大火。正当消防队员端起水枪准备灭火时,却被告知起火房间的隔壁还存放有10公斤金属钠!一时间,端起的水枪全都放了下去,干粉消防车呼啸着赶来,119值班总指挥坐镇现场……(提示:干粉灭火剂的主要成分是磷酸铵盐,用于扑灭可燃固体)
【探究一】将一小块钠放到煤油和水的混合物中,预测会有什么现象?
【问题解决1】下列说法不正确的是( )
A.钠是活泼金属,钠元素只能以化合态存在于自然界
B.钠可以从硫酸铜溶液中置换出铜
C.制钠钾合金,做原子反应堆的导热剂
D.在呼吸面具中过氧化钠常用作供氧剂,而且过氧化钠也可以做漂白剂
【新闻链接二】莲子漂白竟用过氧化钠。
近日有某食品厂员工向记者报料称,很多生产月饼的企业用来加工莲蓉馅料的莲子是用“过氧化钠”来漂白的。而莲子进货的时候都是黄色和灰色的,要把莲子的杂色去掉,就要添加漂白剂。该员工称这种做法是不对的,因为他通过多次试验发现“过氧化纳”漂白莲子之后生成的物质有强碱,附在物体上很难清洗干净,身体摄入过量碱是有害的!
【探究二】如何证明Na与O2在点燃条件下生成的是Na2O2?
【问题解决2】向无色酚酞中加入过量的过氧化钠粉末,振荡,下列现象的描述正确的是( )
A.溶液仍为无色 B.最后溶液变为红色
C.溶液先变红后褪色 D.有无色气泡产生
【新闻链接三】苏打水真能改善体质吗?
近来,喝苏打水似乎成了一股潮流。男女老少纷纷喝上了苏打水,有关苏打水能够延年益寿、调节体内酸碱的广告更是铺天盖地。那么,苏打水真的有这种神奇的功效呢?
资料一:碳酸氢钠片说明书
[药品名称]碳酸氢钠片
[作用类别]本品为抗酸类非处方药药品。
[药理作用]本品为抗酸剂,口服后可迅速中和胃酸,解除胃酸过多或烧心症状,但作用较弱,持续时间较短。
资料二:发酵粉
小苏打的化学名称叫碳酸氢钠,
[适应症]用于胃酸过多症。
家庭中经常用它当发酵粉做馒头。
这样做出的馒头就比较松软。
【探究三】如何区别苏打和小苏打两种固体?
【问题解决3】关于碳酸钠和碳酸氢钠的下列说法正确的是( )
A.碳酸钠不如碳酸氢钠易溶于水
B.碳酸氢钠比碳酸钠稳定
C.石灰水能与碳酸钠反应,不与碳酸氢钠反应
D.等物质的量的碳酸钠和碳酸氢钠与足量的盐酸反应,消耗盐酸的物质的量之比为2:1
三、教学反思
1.深入挖掘教材资源,使学生能够学以致用,做到理论联系实际
本课开设于学生学习钠及其化合物知识之后,意在培养学生深度学习习惯以及化学核心素养。基于这样的考虑,将学生学习认识元素及其化合物的方法作为教学的出发点和落脚点,以化学事实和反应现象为支撑,以“学以致用,理论联系实际”这个核心思想的应用为载体展开教学,将化学观念转化为一些较为具体的概念,为学生思维过程指明方向,培养学生在新情景下解决实际问题的能力,从而提高自身的化学核心素养。
2.强化实验探究,丰富学生的学习经历,提高学生的学习效果
学生对化学课最感兴趣的往往是实验。除了趣味实验之外,真实的实验情境、精心设计的实验过程、富有张力的实验探究活动都会调动学生的兴趣,提高学生的学习效果。既有利于培养学生的知识迁移能力和实验探究能力,又有利于提高他们的科学创新能力和表达交流能力,并最终形成团结互助、取长补短的合作精神和实事求是、积极实践的科学态度。
3.关注化学事件,树立正确的化学观
关键词:复习;核心素养;化学实验
文章编号:1008-0546(2016)11-0038-03 中图分类号:G633.8 文献标识码:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2016.11.013
一、问题的提出
复习是教学不可缺少的环节。为提高复习教学的有效性,教师可将系统归纳和探究活动结合起来,采取学生个人小结、小组讨论、大组交流、教师点评、解惑答疑和学习竞赛等多种形式,调动学生复习的积极性,提高复习质量和效率[1]。当前的复习教学中,大多数教师还是拘泥于复习资料,往往通过固定专题经一轮、二轮复习在边讲边练过程中完成原有知识的复习,整个复习过程更多关注的是知识的系统归纳,忽视学生科学素养的整合提升。笔者尝试通过整合复习资源,以化学实验与气体压强为依托,归纳复习初中化学涉及气体的化学反应的基础知识,渗透学科方法与理念,培养学生化学学科核心思想观念。
二、教学过程设计及分析
1. 创设情境,激发复习兴趣
[教师]展示“测定空气中氧气体积分数”的实验装置,提出问题:在以前的学习中利用该装置进行何种实验的呢?
[教师]投影书本上一组装置图:图1检查装置的气密性;图2测定空气中氧气的含量;图3实验室制取氧气;图4二氧化碳溶于水。请同学们回顾书本知识,写出下列实验装置中出现的现象,从实验名称、实验现象、操作注意事项等方面进行回答。
[学生]先独立完成,后小组讨论。
[教师]请各小组推荐代表全班交流。教师选取每幅图片中与气体压强有关的现象用PPT展示。图1:导管口有气泡产生,此时手移开,过一会儿,导管口出现小水柱;图2:水倒吸,液面上升至五分之一刻度处;图3:实验结束时先移导管,再熄灭酒精灯,防止酒精灯熄灭后水槽中的水倒流,引起试管炸裂;图4:瓶子变瘪。
[教学评析]通过列举教材中的四个实验,设置相应的问题情境,以问题的形式展现给学生,使“知识问题化,问题情境化”,激发了学生的复习兴趣。学生利用已学的知识进行解答,为后面将零散的知识串联起来进而形成知识的系统化的知识作出铺垫,为完成由知识向能力转化的任务作准备。
2. 整理归纳,建构知识网络
[教师]以上四个实验中,产生上述现象的原因是什么?引导学生从温度、气体多少的改变来分析装置中气体压强的变化。
[学生]图1:温度升高,压强增大产生气泡。手移开,温度下降,压强减小,水倒吸,导管口形成液柱;图2:红磷燃烧消耗氧气,气体减少,压强减小;图3:温度下降,压强减小。实验开始后集气瓶中的导管口有气泡产生是因为气体增多,压强变大;图4:气体被消耗,气体减少,压强减小。
[整理归纳]1.气体压强增大的原因:温度升高,产生气体。2.气体压强减小的原因:温度下降,消耗气体而且不产生新的气体。
[教师]请同学们从微观角度解释装置内气压变化的原因。
[学生]1.气压变大:分子的运动速率加快,分子间间隔变大或者是分子的数目增加;2.气压减小:分子的运动速率减慢,分子间间隔变小或者是分子的数目减少。
[教师]请同学们列举初中化学导致气压改变的具体例子(能写出反应的化学方程式),归纳气压差形成的原因,引导学生先独立完成,后小组交流。
[学生]气压变大的原因:1.温度升高:如氢氧化钠固体溶于水;浓硫酸溶于水;氧化钙与水反应等;2.产生气体:如实验室制取氧气的反应;活泼金属与酸反应生成氢气,碳酸钙、碳酸氢钠等物质与酸反应生成二氧化碳气体。气压减小的原因:1.温度降低:物质溶于水吸热,如硝酸铵溶于水;2.气体反应:如氢氧化钠溶液与二氧化碳、二氧化硫等气体反应;消耗氧气的反应等,学生写出相关反应的化学方程式。
[教学评析]通过列举教材中几个看似不关联的实验,分析找出其中的本质联系――都与气体压强变化有关,以此为切入点复习初中涉及压强改变的化学反应或具体事例,引导学生重新建构知识网络,培养学生透过现象看本质、分析归纳得出结论的意识。接着再请学生从微观角度分析装置中气压变化的原因,培养学生用微观知识解释宏观现象的意识,从宏观进入微观、用微观解释宏观,发展学生宏微结合的思维方式。
3. 拓展延伸,提升科学素养
片段一:通过气压变化,控制反应的发生和停止。
[教师]展示图5所示实验装置。此为实验室最简单的固液不需加热装置。继续展示图6、图7、图8装置并与图5装置进行对比,思考各自的优点有哪些?
[学生]图6长颈漏斗的作用是为了便于添加液体;图7分液漏斗的作用是控制滴加液体的速率,得到平稳的气流;图8夹紧弹簧夹:气压变大,会导致固液分离,反应停止。打开弹簧夹:气压变小,固液接触,反应发生。其作用是控制反应的发生和停止。
[教学评析]通过一组装置进行对比,分析各个实验装置的特点,此环节利用对比研究的科学方法,引导学生应用方法分析解决问题,达到渗透方法,理解应用并形成科学素养的目的。
片段二:应用气压变化,测量气体的体积。
[教师]展示例题,小明用图9所示装置测定高锰酸钾加热分解生成氧气的体积,其导管接口的顺序是什么?其中量筒的作用又是什么?
[教师]此题的意图是集气瓶中气体压出的水的体积进入量筒,通过量筒的读数可以读出集气瓶中收集到气体的体积。
[思考]1.装置中水面上方有少量空气是否影响测定结果?2.能否利用图9装置测定生成的二氧化碳气体的体积?
[学生]1.因为增加的气体的体积才会将水排出进入量筒,所以水面上方的少量空气不会影响测定结果。2.因为二氧化碳气体能溶于水而且能与水反应,所以不能直接利用图9装置测定反应生成二氧化碳的体积,可以在水面上方封上植物油等方法加以改进。
[教学评析]对实验方案进行设计、评价、改进,引导学生形成科学的思维方法,培养学生分析问题、解决问题的能力,对发展学生的科学素养,培养学生的科学探究能力具有重要意义。
片段三:考虑气压变化,保护实验装置。
[教师]展示木炭还原氧化铜的实验装置图10,引导学生思考实验结束时应注意什么操作?
[学生]先移导管,后熄灭酒精灯,防止石灰水倒流引起热的试管炸裂。
[追问]若后熄灭酒精灯,空气进入试管会使灼热的铜再次被氧化,该如何改进装置呢?
[学生]1.在导管的中间改用胶皮管和一个弹簧夹。2.在装置的中间增加防止倒吸的装置。
[教师]出示一氧化碳还原氧化铜的装置图11,思考:与木炭还原氧化铜对比,为什么要进行尾气处理?
[学生]防止有毒的一氧化碳气体污染空气。
[教学评析]此环节是对实验方案进行优化,考虑保护实验装置,同时从环境保护的角度对一氧化碳还原氧化铜的实验进行改进,让学生体验绿色化学的思想,提高学生环境保护的意识。
三、教学体会
本节课以气体压强和化学实验为主线,注意从学生已有的知识出发,激发学生构建涉及气体参加或气体生成的反应以及温度改变引起压强变化的知识网络,引导学生从不同角度对实验进行思考、评价,培养了学生基本的化学学科素养。
1. 培养学生绿色化学的观念
绿色化学的观念反映了人们对化学科学价值观和社会观的反思,防止污染的有效方法不是污染发生后的治理,而是从源头上避免污染。通过对比木炭还原氧化铜和一氧化碳还原氧化铜的实验,进而思考改进一氧化碳还原氧化铜的实验方案,引导学生通过化学的学习树立绿色化学的观念。
2. 帮助学生巩固宏微结合的思想方法
任何宏观的现象都与微观的相互作用和运动变化相关联,通过气体压强变化的宏观现象,引导学生从微观角度分析原因,培养学生建构宏微结合的思想方法。
3. 锻炼学生科学思维能力
科学思维能力的提高不是简单的灌输,而是个体在实践中不断内化和升华的过程。通过对实验过程进行评价和优化,使得学生的逻辑思维能力、辩证思维能力、发散思维能力、迁移思维能力等科学思维能力都能得到提高。
总之,科学知识是教学的载体,科学素养的形成是教学的灵魂。初中化学复习课堂教学中,在关注构建知识网络的同时,要注重帮助学生掌握科学的研究方法,培养学生的化学科学能力,全面提高学生的化学科学素养。
关键词:学科素养;初中化学;化学兴趣;启蒙教育
化学对学生的影响非常深刻,老师在化学教学中,不仅要让学生学习书本上的知识,还要让学生们形成化学素养,发现化学的本质,培养化学思维能力。在以往的教育中,老师把教学的重点放在背诵概念与原理上,忽视了学生独立思考问题的能力,学科素养培养自然受到了影响。部分学生在化学学习中,对有的物质性质没有掌握清楚,引发了很多笑话。比如有学生因“一氧化二氢”可能引发呕吐而呼吁禁止它;有学生因“二氧化碳”可能导致温室效应而认为其没有使用价值。随着新课标核心素养的明确提出,老师在化学教学中要进行启蒙教育,重点启发学生,引导学生思考。
一、初中化学核心素养的内涵
现在,培养什么样的人才已经关系到国家未来的发展,在探索人才培养的过程中,提出了核心素养的构建。核素素养包含着学生的各项能力,包括自主发展能力、团队合作能力、语言能力和实践能力等。在化学教学中,化学学科的核心素养一般包括化学思维、化学能力、化学信息素养与化学精神。化学核心素养的本质是育人,老师在化学素养的培养中,要把学生的发展放在最根本的位置,要让学生学习课本知识的同时,理解其中的原理。初中学生刚学习化学,他们一方面对化学有着强烈的兴趣,另一方面他们不具备化学思维。所以,老师在教学中要把握化学课程的特点,在设计上多选择一些具有启发性的问题;在课堂上要引导学生思考,并鼓励学生合作学习,共同探讨化学中的知识。这样,学生才会具备化学素养,树立科学的态度,养成化学精神。
二、目前初中化学启蒙教育中存在的问题
(一)学生化学基础薄弱在很多学生看来,化学属于化学家的研究范畴,与自己的生活关联性不大。部分学生虽然认为化学与我们的生活息息相关,但是也不会过多研究化学,学习仅仅停留在表面。同时,初中学生在小学阶段没有接触过化学,对化学还不是很了解。因种种原因,导致初中化学教学效果不明显,老师在课堂上让学生们背诵元素周期表、化学方程式,但是因学生没有与生活建立联系,导致学生在记忆过程中非常困难,即使学生花费大量的时间记住,如果长时间不用,也会很快忘掉。另外,学生对教材中的很多物质都不认识,教材中的化学现象都是学生生活的反映,但是学生在学习过程中,仅仅记住了其化学性质,但是很难在生活中应用化学思维解决实际问题。部分学生面对生活中的难题,很难用化学知识解释。初中学生的基础薄弱是影响学生核心素养培养的一个重要阻碍因素。
(二)缺乏学习氛围化学体系非常庞大,但是初中化学课程开设得比较晚,与其他科目相比,学生学习化学的时间非常少。化学教材中有很多的知识,都需要学生们掌握,但是部分老师在升学的压力下,教学心态比较急躁,他们在课堂上给学生们总结一些常考的知识点,学生根据老师的计划学习,导致学生对化学失去兴趣。在课堂上,老师以教材为主,带领学生们学习一些浅层次的东西,不断灌输化学理论知识。但是对于实验教学则没有充分利用[1]。众所周知,化学离不开实验,几乎所有的结论都是通过实验得出的。但是部分学校因实验器材设备的缺乏,学生们无法进行实验操作。另外,部分老师为了赶教学进度,不想在实验方面花费较多的时间,导致实验教学流于形式。初中化学课堂本应该发挥启蒙作用,但因种种因素导致学生学到的化学知识没有灵活性。
三、基于化学核心素养的初中化学启蒙教育措施
(一)培养化学意识与观念在化学启蒙教育中,要想培养学生的学科素养,就要培养学生的化学意识与观念,让学生认识到化学的重要性。化学思想是学生认识物质的重要基础,学生们通过化学学习,化学理念便慢慢养成了,对各种社会问题、食品安全问题、环境污染问题便会有自己的想法。因此,老师在化学教学中要经常启发学生,通过常见的一些物质引导学生思考,让学生用化学的思想去解释造成各种问题的原因。比如,在学习“燃烧”时,老师可以让学生们观察蜡烛燃烧的反应,并提出问题:“同学们,蜡烛燃烧会产生什么样的物质呢?”学生们在下面思考开了,老师接着提问:“蜡烛产生的这种物质对我们的生活有什么作用?”老师在课堂中积极引导学生思考,启发学生。久而久之,学生便会发现化学中的每一个现象都与自己的生活密不可分。这种方式不仅会让学生们明白化学反应的规律,还会让学生树立化学思想与观念,这对学生以后的化学学习具有很大的影响。同时学生的化学学科素养也形成了。
(二)培养化学思维与能力虽然初中学生在初三才开始学习化学,但是老师在教学中要注意培养学生的化学思维,让学生在课堂上敢于提出问题,并寻找解决问题的方法。在化学启蒙教育中,老师仅仅是引路人。因此,老师要发挥学生的潜能,重视学生独立思考的能力,让学生们的思维在探索中得到开阔。同时,老师在教学中,还要培养学生用化学思维解决问题的能力[2]。例如,在实验“氢气还原氧化铜”中,为了探讨氧化铜是否已经消耗完,老师可以让学生们自己设计实验。学生们在老师的指导下亲自参与实验设计,其解决问题的能力得到了提高。生活中的很多现象都可以用化学知识解释,老师在讲解知识点时,可以给学生们创设一定的情境,让学生根据老师创设的情境思考问题。这样,学生的兴趣不仅会增加,还有助于学生加深记忆,到达真正启发学生的作用[3]。
(三)培养化学学科精神初中化学属于启蒙教育,其主要的研究方向是物质的结构与形式,最终的目标是让人们更好地认识世界。学科精神也是核心素养的重要组成部分,老师在化学课堂上,要让学生们看到化学对我们生活的贡献。为达到教学效果,老师在教学中要让学生们树立科学精神[4]。首先,老师要用化学中的重要人物对学生进行教育,比如通过门捷列夫、侯德榜等人物,让学生们了解他们在各自领域中对化学所做的贡献,学习他们探索、坚持的精神,进而培养学生良好的学习态度。其次,老师要发挥实验教学的作用。在学习教材中的知识点时,老师要让学生们自己探索,在实验过程中通过不断改变条件,总结化学规律,培养学生的探究与合作精神。在核心素养视角下进行化学启蒙教育,老师不能急于求成,要根据教材的特点,通过学生们感兴趣的话题,让学生们喜欢上化学。学生也要发挥自己的智慧,完善自己的知识结构。
四、结束语
初中阶段是学生学习化学的启蒙时期,学生们对化学的了解不多。老师在教学中要给学生们打好基础,通过引导,为学生打开化学的大门,让学生在化学的领域中主动探索。在课堂上,老师要让学生认识到化学对生活的意义,让学生树立化学思想,并给学生创建愉快的课堂氛围,让学生感受到化学的美妙,提高核心素养。
参考文献:
[1]许宏林.基于化学学科核心素养的初中化学启蒙教育的分析[J].新一代:理论版,2018(10):31.
[2]丁丹丹.基于化学学科核心素养的初中化学启蒙教育的思考[J].化学教与学,2018(001):15-19.
[3]贾广英[1].化学学科核心素养的初中化学启蒙教育的思考分析[J].下一代,2018(9):1.
关键词 核心素养 科学精神 化学史 化学史教育功能
2016年9月13日颁布的《中国学生发展核心素养》以培养“全面发展的人”为核心,将核心素养分解为包含科学精神在内的六大素养,并将科学精神的内涵解构为理性思维、批判质疑和勇于探究三个基本要点。
1核心素养视阈下科学精神的内涵
要为科学精神下一个确切的定义,和对科学下定义一样,是不切实际的。在不同的领域,学者们对科学精神内涵都有各自研究。陈伟山基于“互联网+”教育将科学精神的内涵概括为:追求实证性、具有理性和创新性;胡佳飞等在研究翻转课堂实践中将科学精神定义为科学技术发展进程中所形成的科学理念和思维方式。另外,还有学者结合化学史等探讨科学精神的内涵。总结发现,科学精神的内涵非常丰富,且不同学者科学精神内涵的理解大体一致。其核心要点包括:求真、创新精神、批判、探索、和理性精神。
时至今日,学者们对科学精神的讨论仍未停歇。随着当前《中国学生发展核心素养》的颁布,在核心素养的背景下,又赋予了科学精神一些更加具体的内涵。新颁布的《中国学生发展核心素养》中科学精神具体包括理性思维、批判质疑和勇于探究三个基本要点,并对每一要点的具体内容作了阐述。
科学精神是核心素养中六大素养之一,因此,在新时期培养学生科学精神显得尤为重要。而化学史作为培养学生科学精神的重要载体,是学者们长期以来研究的一个重要领域。
2 化学史的科学精神教育功能
2.1利用化学史提高学生理性思维的能力
《中国学生发展核心素养》指出,要培养学生的理性思维,首先要做到尊重事实和证据,具有实证意识和严谨的求知态度。在化学学习过程中,许多学生往往存在一些不良学习习惯和态度,如思考问题时主观臆断,实验中马马虎虎、观察不仔细,对所观察到的现象缺乏实证意识等。针对以上问题,教师在教学中可以结合化学史,让学生学习科学家崇尚科学、实事求是、追求真理的品质。化学史上被称为“第三位小数上的胜利”就是一个很好的例子。19世纪末,英国物理学家瑞利在研究氮气时发现用两种不同的方法分离出的氮气质量不同,他严谨的科学态度使他没有放过这千分之一的微小差别,更不认为这是实验本身的“误差”加以“修正”,他尊重实验结果的细微不同,并与拉姆塞合作,共同研究这个问题,最终通过大量实验于1894年发现了新元素氩。
2.2利用化学史树立学生批判质疑的态度
著名教育家皮亚杰认为,教学的任务并不是让学生简单接受所提供的每个知识,而是在于使他们形成有批判精神,能够检验真理的科学创造能力。化学史对于培养学生形成科学的怀疑精神具有极其重要的意义。
如果拉瓦锡没有质疑“燃素说”,燃烧现象的本质就不可能被揭开。为了理清燃烧过程,拉瓦锡没有轻信波义耳和斯塔尔这些极有声望的前辈的结论,亲自做了大量精密实验,从而发现金属燃烧后增加的重量完全来自于空气中的氧,而与所谓的“燃素”无关,进而了燃素说。事实上,早在拉瓦锡之前,普利斯特里和舍勒都独立地发现了氧,然而他们都是“燃素说”的忠实信徒,没有对“燃素说”提出质疑,使得真理从鼻尖溜走。通过这一生动的化学史案例,不仅让学生认识到迷信权威往往会成为人类进步的桎梏,而且能提高自身批判质疑意识,使他们在追寻真理的过程中做到“不唯上,不唯书,只唯实”。
2.3利用化学史培养学生勇于探究的精神
整个化学发展史是一部化学先驱们不断探索、创造和发明的历史,科学探索和创新推动了化学知识进步完善的进程。因此,在化学教学中,教师应注重将某个化学理论的产生和发展轨迹完整的呈现在学生面前,让他们沿着轨迹去思考,提高自主探究能力,体会探索的乐趣。
《中国学生发展核心素养》指出,要具备勇于探究的精神,首先应具有好奇心和想象力。科学家之所以能不畏困难勇于探索,离不开他们好奇心和想象力。如在苯的结构教学中,教师可以给学生讲述凯库勒执迷的研究它的情景:一天夜晚,凯库勒在书房打瞌睡,眼前出现旋转的碳原子。碳链像蛇一样盘绕卷曲,忽然,一条蛇咬住自己的尾巴。他像触电般猛的醒来,接着整理苯环结构的假说,成功的提出了重要的结构学说。凯库勒从梦中得到启发,因而提出苯的环状结构的假说绝非偶然,这其实是他长期探索和丰富的想象力的结果,启示学生们大胆想象、勇于探索。
应指出,教师在对化学史素材的选择上,不能只局限于教材中呈现的有限的史料,而应依托相应知识点充分挖掘相关素材,这样才能充分发挥化学史对学生科学精神培养的极大教育功能。
参考文献
[1] 蔡铁权.科学教育中科学精神的地位及养成[J].全球教育展望,2016,(04):79-93.
[2] 陈伟山.基于“互联网+”教育的科学精神培养[J].高教学刊,2016,(09):265-266.
[3] 胡佳飞,王伟,潘孟春,于洋.科学精神培育与翻转课堂实践[J].教育教学论坛,2016,(39):33-34.
【关键词】结构化学习;数学本质;自然样态;数学核心素养;知识经验
【中图分类号】G623.5 【文献标志码】A 【文章编号】1005-6009(2017)01-0032-02
【作者简介】万兆荣,江苏省淮安市新民路小学(江苏淮安,223002)教科室主任,一级教师,江苏省优秀教育工作者。
一、结构化学习:数学教育的认知本质
结构,即各个组成部分的搭配和排列。瑞士儿童心理学家皮亚杰在《结构主义》一书中指出,所谓结构,也叫作一个整体、一个系统、一个集合,是一个心理系统或整体。现代认知心理学理论强调:应重视结构教学,知识结构是知识要素之间以一定的联系构成的体系。好的知识结构可以简化知识,促进知识的迁移并产生新知识。知识结构与学习结构的互动过程,正是学习的逻辑顺序。结构化学习基于知识整体单元的发生与发展,凸显了知识元素间的沟通与联系,是将教材的学科结构高效率地转变为学生的认识结构的学习,是学生的认知发展规律与知识发生规律相融合的学习,是基于核心素养的学习。
二、结构化学习:数学教育的价值追求
1.结构化学习,更容易把握知识间的联系。
学生学习的内容是人类智慧的结晶,是具有自然意义单元的整体,在显性的符号化知识背后,还隐含着知识产生、发展和形成的过程。在教学时,教师要站在数学学科结构和单元结构的高度,用结构的观点理解和把握数学教材,用结构化的方法处理和使用数学教材,将数学教材变为学生的学材。
2.结构化学习,更容易凸显主题目标导向。
结构植根于目标与主题之间。学习内容本身是有主题的,其重点、难点也是清晰可见的。学习内容不同,主题目标形式也不同。结构化学习也有鲜明、深刻的主题,表现在学科内容、板块内容、知识点内容上的目标,都有清晰简明的主题要求。结构化学习的教学目的不是建造储存数学知识的图书馆,而是让学生像数学家那样思考,使他们习得知识的过程体现出来,以帮助他们提高掌握、转换和迁移知识的能力,提升他们的数学素养。
3.结构化学习,更容易提升学生的数学核心素养。
所谓核心素养,就是经过一系列课程的学习之后,学生积淀形成的核心技能,它具有综合性、整体性和持久性。数学核心素养虽然不是具体的数学内容,但它反映了数学的本质与价值,反映了数学知识所蕴含的重要思想和方法。人的自主性首先体现在认识的创造性上。结构化学习是一种促进学生核心素养发展的学习,是学生自主经历知识发生、创生过程的学习,其中包括数学知识内部、数学与其他学科之间的联系、数学与学生的现实生活之间的融合共生。在教学中,教师应思考每个单元要关注的核心素养是什么,以及每节课要培养的核心素养目标是什么。在设计教学时,要琢磨在哪个教学环节培养学生的核心素养,以及要培养到什么程度。
三、结构化学习:让数学教育回归自然
1.基于学生的知识经验。
学习是通过认知获得意义和意向并形成认知结构的过程,是认知结构的组织与重新组织。学生是有学习经验的个体,学生与知识、学习与素养需要通过结构化活动组织联通,而这一前提是承认学生是天生的学习者,他们有自主学习的可能,而且这并不需要教师给他们铺垫。而在现实中,教师往往没有了解学生的经验基础,就站在教育者自以为是的角度,轻而易举地对他们施教了。例如:对于苏教版教材中“三角形”的知识,学生在第一学段就已经能从具体实物中抽象出三角形,且在周长的计算中体会到三角形的形状特征。四下学习《三角形的认识》时,教材用拉索桥的图片来激发学生的学习兴趣,显然是忽视了他们的知识经验基础,忽略了他们可能的主动学习力。教学时,基于学生的经验基础,教师可以呈现不同的几何图形,让学生通过观察比较、分类探索等方式发现三角形的特征,使他们在对不同几何图形的形式化理解中深刻地认识三角形。数学的本质不仅在于它的结论,更在于它的思想。数学课程不仅要教给学生结论,更应该引导学生感悟数学思想、精神和积累活动经验。学生通过分类对比,不仅能将三角形的知识融入认知结构中,更能将它与长方形、梯形、平行四边形等几何图形进行比较、联系,最终形成多维的、立体的认知结构。
2.经历知识的形成过程
数学知识经历了长期的发展过程,是人类智慧的结晶。在人们不断创造和积累的过程中,数学的内涵和外延不断得到深化和拓展。数学教材能够大容量地呈现知识,但往往是点状的、跳跃式的,掩盖了知识的本来意义。而知识的本义,是数学知识发展的“源头”,是学生掌握结果性知识的关键。因此,展现数学知识的原始背景,引导学生体会“为什么产生这一知识”以及“它是怎么产生的”,能让学生在掌握数学知识的同时体会数学的文化价值。教师还应按照数学的内在理据来把握知识内容的“真实状态”,并将其潜移默化地渗透到教学中。例如:教学苏教版四上《认识量角器》一课,很多教师是让学生拿着量角器或课件呈现量角器的图片,组织学生观察量角器,再告诉他们量角器各部分的名称。这样的教学,形式上是组织学生进行了交流讨论,实质上是让W生接受“现成的数学”,而知识的内在结构价值没有得到有效的开发。其实,教学时可以分三步走,还原量角器的本来面目,让学生经历量角器的形成过程。首先,基于“角的大小与角的两条边叉开的程度有关”,结合三角板上的直角是90°,由测量的需要引导学生推测度量角的工具应该是弧形的,也要有“0刻度”“测量单位”“刻度划分”等,引导学生理解“1°”的概念,进而“创造”出90°的量角器,这样,学生头脑中就形成了量角器的雏形。其次,在实践中,学生发现90°的量角器不能度量钝角而产生内心冲突,认为量角器应该是180°的半圆形。最后,让学生测量“更大角”,进一步激发他们“再创造”360°的圆形量角器的内需。这样,从数学知识的“本来面目”出发,引导学生真正经历数学知识的形成、创造过程,不仅能深化他们对数学知识的理解,而且能使他们的观察、对比、分析、概括等能力得到发展。
显而易见,结构化学习是数学教育的自然样态:理解课标与目标合一,实施教与学合一,实现想与做合一,实施整体与细节融通、融合,引导学生走向优质学习,实现自然的学习。
【参考文献】
[1]中国社会科学院语言研究所词典编辑室.现代汉语词典(第6版)[M].北京:商务印书馆,2012.
高中化学课程标准指出,要培养学生具有较强的问题意识,能够发现和提出有探究价值的化学问题,敢于质疑,勤于思索,逐步形成独立思考的能力[1]。基于此,苏教版高中化学教材每一单元都设置了一系列的问题情境,例如“你知道吗”、“交流与讨论”、“活动与探究”、“观察与思考”、“整理与归纳”、“调查研究”、“问题解决”等栏目;鲁科版高中化学教材中每单元亦设置了“联想?质疑”、“交流?研讨”、“活动?探究”、“观察?思考”、“迁移?应用”等栏目;人教版高中化学教材中同样有“学与问”、“思考与交流”、“科学探究”、“实践活动”等。每一版本教材通过设置这些栏目,使学生通过对课程的学习来了解必要的科学技术知识、掌握基本的研究方法、树立科学思想、崇尚科学精神,并具有一定的应用它们处理实际问题、参与公共事务的能力[2]。
化学学科作为自然科学领域的重要基础课程,在培养学生方面的价值体现在科学知识、科学方法、科学精神与态度、科学应用等四个方面,为学生在今后生活和工作中面对未知问题时提供解决问题的思路和方法,使学生养成终身发展所需的必备品格与关键能力,形成学生的化学学科核心素养奠定基础。因此,化学课堂教学应该为学生创建真实的问题情境,鼓励并引导学生剖析问题、简化问题、建立化学模型,并运用适当的方法解释问题。由此可以看出基于问题教学在化学教学中的重要性。
1 基于PBL的教学设计与教学过程的契合性概述
1.1 PBL教学模式
教学模式是指在一定的教学理论和学习理论指导下,在一定环境中展开的教学活动进程的稳定结构形式[3]。基于问题式学习(Problem-based learning,PBL)是一种与建构主义学习理论及其教学原则非常吻合的教学模式[4]。该教学模式以问题为起点,学生在教师引导下,通过小组合作和自主探究,提高解决实际问题的能力,实现知识的深层理解和建构教学策略及学习方式[5]。针对PBL教学模式的步骤及结合化学学科核心素养对教学的要求,该教学模式至少有两方面的优点:创设待解决的真实问题情境,提供应用科学方法研究问题的机会。
PBL教学模式符合核心素养导向对教学的要求。核心素养导向的教学,要求教师为学生创设面对未知的、“原始”的问题情境,这些原始问题可以是课堂生成的,也可以来自生产生活现象,让学生独立地尝试用各种方法研究问题,这有助于他们迅速投入到问题情境中。在主动学习与探究中养成行为习惯,发展关键能力。
PBL教学模式将帮助学生在不断的尝试中感悟化学家研究过程中所表现出来的情感态度和价值观,帮助学生把蕴含在科学探究过程中的情感、态度和价值观转化为自身解决实际问题的行为准则。不仅获得了知识,更重要的是体验到了科学探究的乐趣和科?W精神,养成良好的科学研究态度[6]。
1.2 契合性评价工具介绍
利用Achieve契合性(alignment)评价工具研究基于问题的化学课堂教学与国家课程标准之间的契合性。研究的一般思路是:观摩课堂教学视频;提炼与教学目标相关的典型问题;分析问题与教学目标、课程标准的关系;统计问题结果,得出教学设计与课程标准契合性的结论。Achieve契合性评价工具由向心性、挑战性、均衡性三个维度及一系列指标构成[7]。“向心性”主要反映测验试题与相应学习目标的匹配程度,也能反映对应的认知要求,分解为“内容向心性”及“表现向心性”两个指标。“挑战性”维度是为了表现试题中所考查的认知要求是否合理地反映了课程标准的需要,设立了“挑战的来源”以及“挑战的层次”两个指标。“均衡性”反映学习目标在测验中得到反映的比例[8]。
在“内容向心性”和“表现向心性”两个指标中,等级“2”表示问题所涉及的学科内容(或者认知要求)与相应的学习目标中的描述高度相关;等级“1”表示问题所涉及的学科内容(或者认知要求)与相应的学习目标中的描述大致相关;等级“0”表示问题所涉及的学科内容(或者认知要求)与相应的学习目标中的描述完全不相关。在“挑战的来源”指标中,等级“1”表示问题设计恰当(表述正确,无技术性错误);等级“0”表示问题设计不恰当(表述错误或者有技术性错误)。在“挑战的层次”指标中,“知道”“了解”“理解”“应用”四个等级是依据高中化学课程标准中认知性学习目标的水平由低到高的层次确定的[9]。
1.3 典型个案
以西安市新城区某中学新手化学教师高一“物质的分类”课堂教学为对象,研究其中的“问题”。该教师的职称为中学二级教师,从教3年。首先对其教学设计中的教学目标、教学过程中生成问题与化学课程标准中内容标准的契合性进行分析,然后再对基于教学设计的化学课堂教学活动与课程内容标准的契合性进行分析,以确定其教学过程的有效性。见表1。
2 基于PBL的教学设计与教学过程的契合性分析
2.1 教学设计与课程标准的契合性
在前述“物质的分类”教学案例中,授课教师参照化学课程标准设计了三个维度教学目标,其中“知识与技能目标”设计了两条内容,分别是了解化学物质分类的方法,初步学会对化学物质进行分类。课程标准从内容角度来看,分别涉及根据物质的组成对物质进行分类,所以教学目标中的知识与技能的要求范围偏大。从认知性学习目标的水平来看,第二个教学目标所使用的行为动词是“初步学会”,而课程标准中对这条内容描述的行为动词是“尝试”,显然教师误将体验性目标设计成了技能性目标。因此,“物质的分类”教学案例中“知识与技能”“过程与方法”目标与课程标准有一定的偏离度,契合性中等。
通过对教学设计中教师预设问题的统计,教师一共预设了6个问题。统计结果如下:
在图1中,从“向心性”维度来看,6个预设问题在“内容向心性”中就有4个符合等级“2”,即问题所涉及的学科内容与相应的学习目标描述基本契合。但是“表现向心性”方面就显得参差不齐,一半问题的“表现向心性”小于等级“2”,即所问问题的认知要求与教学目标设定的认知要求不能进行明确的匹配,正如统计中显示的这6个问题所达到的“挑战的层次”中,“了解”和“理解”层次的问题占到4个,问题的认知层次明显高于教学目标设计的“知道”层次。综合而言,教学设计中预设问题与教学目标的契合性体现为良好的“内容向心性”和“挑战的来源”,不太好的“表现向心性”和“挑战的层次”。
分析该教学案例,得出以上结论的原因是教师对课程标准中认知目标外显的行为动词和体验性目标内隐性的感受性行为动词的认识不明确,使用含混不清的动词进行描述,也有的教师对动词所对应的认知层级不明确,从而目标制定得比较随意。
2.2 教学设计与教学过程的契合性
课堂生成的问题为教师提出问题之后,期待学生回答,或者是明确指出让学生回答的问题,这样的问题数量为18个。对这18个问题分别从“向心性”和“挑战性”两个维度进行分析,得到如下结果。
从图2来看,18个问题中有10个问题是等级“2”,即教师课堂上提出的10个问题涉及的内容是与教学目标描述契合的,6个问题是等级“1”,2个问题是等级“0”。从图3来看,18个问题中有7个问题认知层级与目标设计的认知层级完全契合,有11个问题的认知层级与目标设计的认知层级的契合度不高或者完全不契合。如在导入新课时的两个问题:“在2s内,你从图1中观察到了什么?”以及“在2s内,你从图2中观察到了什么?”这两个问题在内容向心性与表现向心性上都为等级“0”,挑战的来源也为“0”。说明这两个问题与教学的三维目标无关,对于仅有45min的课堂时间它们会影响到整体教学效率。
而像“对已学过的化学物质,根据成分分为哪几类?”以及“同学们,能否对以下物质进行分类:空气,O2,Cu,H2SO4,Ba(OH)2,KNO3,CO2?”这样的问题,在内容向心性和表现向心性都为等级“2”,挑战的来源为等级“1”,这充分说明了与教学目标的高度契合性。因此,化学教师应该更加关注课堂提问效率,对课堂提出的重点问题进行预设,建立问题之间的联系与层层递进,充分利用问题的反馈作用来衡量学生教学目标的达成情况。
认知性学习目标水平的4个层级按学生的学习结果由低到高的水平依次是“知道”“了解”“理解”“应用”。“知道”是指对事实或道理能准确表述;“了解”是指对学习材料有一定的认知;“理解”是指一种对事物本质的认识;“应用”是指在新情境中使用[10]。结合图4的数据统计发现,教师在课堂上提出问题的认知层级分布情况为:“知道”层级10个问题,“了解”层级5个问题,“理解”层级3个问题,“应用”层级0个问题。数量最多问题集中在“知道”和“了解”层级,而分析教师设计的教学目标时发现,教师设计的教学目标认知水平也在“知道”和“了解”层级。
2.3 小结
对以上数据分析可得图5:提出问题的内容向心性方面,教学设计(4/6)相比于教学过程(10/18),前者与课程标准的契合性更高;提出问题的表现向心性方面,教学设计(3/6)与课程标准的契合度也高于教学过程(7/18)的契合度;挑战的来源方面,二者都没有技术性错误;挑战的层级方面,教师在课堂上提出的问题认知水平“知道”层级问题过多(10/18),而“理解”层级问题过少(3/18)。预设问题的认知层级都比较高,集中体现为“理解”(3/6),而生成问题中主要集中在“知道”(10/18)和“了解”(5/18),教师对问题的认知层级有所调整。
3 ?Y论
在知识呈几何级数激增的时代,化学研究的事实和结论可能被学生忘记,但化学研究的思想方法、研究态度一定能够长久地支持学生的学习、生活和工作。这些被学生终身保持的,成为他们行为习惯的就是一个人的基本素养,学生的化学核心素养和关键能力是基本素养的组成部分,也是中学化学教育的终极价值所在。这也是PBL教学模式能有效促进学生科学素养,使师生在“提出问题-探究问题-解决问题-引发新问题”的紧张而热烈的氛围中进行交流和学习。
基于问题教学的优点不言而喻,但在实际课堂教学的应用中效果不佳。从以上的基于问题的教学设计与教学过程契合性的研究数据分析可以看出,教师虽然运用了基于问题式教学模式,但在问题的设计上少了一些对课程标准的参考,也对问题在课堂上引起的效应与所要达成的目标之间没有更深入的思考。首先表现在对问题数量的大幅度调整。其次,教学设计中认知层级高于教学过程,教学设计相比于真实课堂是相对比较理想的。再者,表现向心性方面,教学设计也优于教学过程。
基于这样的问题,建议对教学的设计更应该从提出问题入手,多从课程标准出发并思考一些能激发学生多角度思考的问题,也可以尝试一些不能形成统一结论的开放性问题,甚至是挑战权威性的问题。教师在教学设计时,要注重自己所提问题与所想达到效果的可行性分析,要模拟实际课堂,配合学生的心理特点,切实达到自己预设的认知层级。
高中化学核心素养是学生发展核心素养的重要组成部分,是高中生通过化学课程学习所获得的,在知识与技能、过程与方法、态度情感与价值观等方面的综合品质和关键能力。高中化学核心素养是高中化学课程的重要目标,也是衡量高中化学教学效果的重要标准。高中化学课程实施如何落实“立德树人”的教育任务?高中学生通过化学课程能得到什么发展?高中化学核心素养是对这两个问题的直接回答。
1 高中化学核心素养的建构
《普通高中化学课程标准(实验)》从知识与技能、过程与方法、态度情感与价值观相融合制定了高中化学课程目标[1]。高中化学课程目标在知识与技能维度突出了“化学概念原理、化学变化规律、化学基本观念、化学实验”等关键词,强调高中化学课程要提供学生未来发展所需要的化学学科观念;在过程与方法目标维度突出了“科学探究、信息获取和加工、自主学习”等关键词,强调高中化学课程要让学生经历科学探究过程,学会运用观察、实验、查阅资料等多种手段获取信息,并运用比较、分类、归纳、概括等方法对信息进行加工,提高自主学习化学的能力;在情感态度价值观维度突出了“乐于科学探究、感受世界奇妙、赞赏化学应用、关注化学发展、养成科学态度”等关键词,强调高中化学课程要发展学习化学、探究物质变化奥秘的兴趣,能够体验科学探究的艰辛和喜悦,感受化学世界的奇妙与和谐;能够赞赏化学科学对个人生活和社会发展的贡献,将化学知识应用于生产、生活实践,逐步形成可持续发展的思想。
从学生发展核心素养、科学素养和化学课程的价值等方面综合分析,高中化学核心素养应该包含“化学学科观念、化学学科思维、科学探究实践和化学学科价值追求”等方面,因此高中化学课程落实“立德树人”的教育任务,就是要让学生通过自主、探究和合作等多样化的学习方式,形成和发展化学学科观念、化学思维方式、科学探究能力,树立和发展科学精神和价值观。从三维目标相融合制定的高中化学课程目标可以看出,十多年前高中化学课程改革倡导的课程目标中就包涵了化学核心素养的基本要素[2]。
1.1 从学科观念建构高中化学核心素养
科?W的形成源于人类对自然界的探索活动,而自然界又是一个普遍联系、相互作用的统一整体。因而,科学领域不同的学科之间就必定会存在一些共通、跨越学科界限、具有普适性的科学主题。美国加利福尼亚州出版的“科学框架”(Science Framework for California Public School)中,将“尺度与结构”、“变化的形式”、“稳定性”、“系统与相互作用”、“能量”、“演化”提炼为科学主题,上述科学主题在化学学科中以学科观念或核心概念的形式表现出来(表1)[3]。
“普遍联系和相互作用”同样是化学学科观念的特征。人们通过观察(特别是通过实验观察)、辨识并表征物质在一定条件下的存在状态和变化现象,如物质的形态改变、新物质的生成、能量的转化等,这种直接观察或通过一定的仪器或技术间接观察所得到的物质存在状态和变化现象往往是宏观的,可用文字或化学符号对其进行描述,即“宏观辨识”。但人类对客观世界的认识并不仅仅满足于对物质的存在状态和变化现象的观察、辨识和表征,还必须探析其运动变化的本质原因。化学学科中主要从两个视角进行探析,一方面从物质的结构和性质相联系的视角分析,即“微观探析”,另一方面从变化和平衡相统一的视角分析,即“变化思想与平衡观点”。因为哲学认为,物质是不停运动变化的,平衡和运动是不可分的,客观世界是不断地沿着由不平衡到平衡、再由平衡到不平衡的轨迹运动着。而内因是事物变化发展的内在根据,是事物运动的源泉和动力。“宏观辨识与微观探析、变化思想与平衡观念”是具有高度概括性、统领性和迁移性的化学学科观念。
理解“宏观辨识与微观探析、变化思想与平衡观念”的内涵,我们不能只看到“宏观、微观、变化、平衡”几个简单的词,不能仅从化学一般概念或原理层面进行理解,“宏观辨识与微观探析、变化思想与平衡观念”的内涵是十分丰富的。它涉及化学变化的条件、方向、限度、能量转变,涉及物质及其构成微粒的作用力和作用力平衡,涉及对物质及其变化的辨识、探析和表征等。
理解“宏观辨识与微观探析、变化思想与平衡观念”的内涵,不能把其中的“与”简单理解成两者加和,它们是相互联系的统一体。“宏观辨识与微观探析、变化思想与平衡观念”是指以“物质结构与性质相联系、宏观与微观相结合、变化与平衡相统一”的视角认识和分析解决相关的化学问题。
1.2 从学科思维建构高中化学核心素养
人类在运用化学方法探索物质世界及其相互关系的过程中,积累了丰富的知识和经验,其中极其重要的就是具有化学特质的思维方法。辩证唯物主义坚信有一个客观世界存在,而人类认识世界就是不断地通过实证研究去接近这个客观世界。作为科学领域的一门学科,化学十分重视实证研究,坚持科学结论需要通过多次反复的证实或证伪。事实上化学科学中许多理论的建立和原理的发现,特别是中学化学课程中所涉及的化学理论和原理,都是建立在对大量实验事实进行比较分析、归纳概括的基础上的,是根据大量的实验事实(证据)进行逻辑推理形成科学结论的,这就是“证据推理”。由于化学研究的对象是分子、原子层次的物质,且存在物质的多样性、不同物质结构的独特性和环境对物质及其变化影响的复杂性等特点,人类运用化学方法探索物质世界时,常常对大量实验事实进行比较分析、归纳概括后,还需要通过抽象和简化的方法建构模型,再现物质及其变化的基本规律,这就是“模型认知”。因此“证据推理与模型认知”是化学特质的思维方法。
证据推理与模型认知既有区别又相互联系,证据推理主要是指根据观察和实验等方面获取的物质及其变化的信息(证据),通过基于证据推理的方法形成科学结论;模型认知是指对研究的物质及其变化等方面的问题提出假设,根据观察和实验得到的信息,通过抽象和模型思维,用简化的、形象化的模型再现物质及其变化的本质、内在特性和一般规律,并通过实验验证和完善模型。证据推理所形成的科学结论是简单的模型认知,模型认知离不开证据推理,证据推理是建构模型的前提。
1.3 从学科实践建构高中化学核心素养
化学科学发展至今,化学实验仍然是探索物质奥秘的重要研究方法,也是学生化学学习中进行科学探究的重要途径,是培养学生创新精神和实践能力的重要活动。从化学实验研究的对象看,有物质的合成(转化)与分离、物质组成和结构的表征、物质的性能和应用等;从化学实验研究的过程看,化学实验通过一定的实验技术和方法获取物质及其变化的信息,再从结构与性质相联系、变化与平衡相统一的视角,运用比较分析、归纳概括、证据推理、模型建构等方法对实验现象和事实做出合理的解释,揭示化学变化的规律,形成科学的结论;从化学实验结果看,化学实验获取新的化学知识,揭示未知的化学反应原理和规律,发展新的技术和方法,将新的实验研究成果应用于生产、生活和科学研究实践。因此,从化学实验研究的对象、过程和结果分析可以发现,创新是化学科学探究最重要的特征,化学科学探究最能体现和发展人的创新精神和实践能力、团队协作和合作能力,最能培养人的科学精神和社会责任,“科学探究和创新意识”是化学学科实践的核心要素。
1.4 从学科价值建构高中化学核心素养
科学价值作为一个总的价值体系,由诸多价值要素构成,诸多价值要素聚焦于最终目标――为人的全面发展服务。化学科学的发展起源于人的生存和发展的需要,化学对人的发展的作用是以认识世界、改造世界和保护世界的活动为前提的,化学科学技术不断推动经济的发展,给人类提供了丰富的物质财富,这是实现人的自由发展的根本条件。但是片面追求化学科学技术的应用性价值,就会带来诸如对生态环境、人类健康的影响,导致科学不利于人发展的异化现象,无法实现科学的最终价值。实现化学科学的价值既要充分发挥化学科学技术为人类提供物质财富的作用,又要充分分析化学科学技术应用对人类社会发展带来的可能的负面影响,即充分承担起化学科学对促进人类社会发展的“社会责任”。
化学科学探索是一个艰难的创造过程,需要化学学术共同体成员付出艰辛的代价,执着不懈地永恒探索和不断创新;化学学术共同体成员在科学探究实践活动中遵循着科学研究行为规范,体现着理性、客观、公正、平等、奉献、求实、严谨、民主、宽容、自由的科学精神,成为现代人类社会道德进步的推动力量和现代人类文化体系与精神生活的核心。“科学精神”与“社会责任”是对化学学科价值很好的诠释。
2 高中化学核心素养的结构和内涵
根据化学课程对学生发展核心素养的贡献,结合化学课程的特点,高中化学核心素养可概括为“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”、“科学精神与社会责任”五个方面。其中,“宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想”既是化学学科观念,又是化学特征的思维视角和方式,“证据推理与模型认知”是化学特征的思维方法,“科学探究与创新意识”是化学学科实践能力,“科学精神与社会责任”是化学学科的价值追求和化学课程对学生价值观发展的贡献。高中化学核心素养各维度的关系可表示如图1所示。“科学探究和创新意识”处于化学核心素养的中心位置。“宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想”既以化学科学探究为载体,又是化学科学探究的研究内容和思维视角,“证据推理与模型认知”是化学科学探究形成结论的思维方法,“科学精神与社会责任”是化学科学探究在态度情感和价值观维度的重要成果。
2.1 宏观辨识与微观探析
“宏观辨识与微观探析”是从分子、原子层次对物质结构、性质、能量转变等及其相互关系的基本认识[4],既是化学学科重要的观念,又是化学问题解决的思维视角。
通过高中化学课程的学习,要求学生能通过观察、辨识一定条件下物质及其变化的宏观现象,并能运用化学符号表征物质及其变化;形成“物质结构决定物质性质”的观念;能从物质结构和性质相联系、宏观与微观相结合的视角解决相关化学问题。
2.2 变化观念与平衡思想
“变化观念与平衡思想”是对物质发展化学变化的条件、方向、限度和变化规律等及其相互关系的基本认识,既是化学学科重要的观念,又是化学问题解决的思维视角。
通?^高中化学课程的学习,要求学生能认识物质是不停运动变化的,化学变化是有条件的、可控制的;能形成化学变化中元素守恒和能量转化守恒的观念;能从变化与平衡相统一的视角考察分析化学反应和解决化学问题。
2.3 证据推理与模型认知
“证据推理与模型认知”是化学对物质及其变化的认识方式,是基于观察和实验等方法获取的物质及其变化的事实并进行分析推理、抽象概括、建构模型以揭示化学变化及其规律的过程,是运用证据推理和模型化思想解决相关化学问题的能力和品质。
通过高中化学课程的学习,要求学生能通过观察和实验收集物质及其变化的证据,基于证据进行分析推理形成结论,能解释证据与结论之间的关系,确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径;能依据物质及其变化的信息进行抽象概括并建构模型,用模型思想认识物质及其变化的一般规律。
2.4 科学探究与创新意识
“科学探究与创新意识”是指提出化学问题,形成猜想和假设,获取和处理信息,基于证据推理得出结论并作出解释,对科学探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。是指能尊重事实和证据,独立思考,敢于质疑和批判不同观点和结论,提出创造性见解的品质。
通过高中化学课程的学习,学生应具有科学探究意识,能发现有探究价值的化学问题,提出合理猜测与假设;能依据探究目的设计并优化实验方案,正确实施实验探究方案;具有分析、处理信息,描述、解释实验探究结果的能力;具有合作与交流的意愿与能力,能对实验探究的过程与结果进行质疑和批判、评估和反思。
2.5 科学精神与社会责任
“科学精神与社会责任”是指在认识化学科学本质和化学科学的价值,理解科学、技术、社会、环境(STSE)关系的基础上,逐渐形成的对化学科学技术应有的科学精神和社会责任感。
通过高中阶段的学习,要求学生具有崇尚科学和严谨求实的科学态度;关注与化学有关的社会热点问题,积极参与化学有关的社会实践活动;深刻理解化学、技术、社会和环境之间的相互关系,赞赏并致力于应用化学科学技术促进社会发展,勇于承担和分析化学过程对人类社会可能带来的各种影响的责任,形成可持续发展的观念。
3 高中生化学核心素养的培养和发展
高中化学核心素养是高中生通过化学课程学习所获得的,在知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等方面的综合品质和关键能力,是学生在未来生活中能有效解决复杂问题和适应不可预测情境的能力和品格。高中生化学核心素养的发展离不开化学课程的实施,离不开化学知识的学习,离不开经历化学问题解决过程。
3.1 在自主探究学习中发展学生化学核心素养
核心素养的后天习得性,决定了高中生化学核心素养的发展离不开化学课程学习。但必须指出的是高中化学核心素养的习得不能是“被动接受”,不能以“灌输”的教学方法培养学生的化学核心素养,更不能把化学核心素养简单地转化成“宏观、微观、变化、平衡、模型、推理、实验”等知识内容进行讲授,离开了科学、正确的化学学习过程和学习方式就无法形成化学核心素养。
在化学课程实施中发展学生的化学核心素养,就必须引导和组织学生积极主动参与多样化的学习活动,如实验探究、交流讨论、辩论、问题解决、社会实践等,让学生在学习活动中形成自主、合作、探究等多样化的学习方式,在学习过程中自主获取化学学科知识、形成化学学科观念、体验化学实验探究的过程、运用化学特征的思维方式分析和解决实际问题、认同和践行化学学科价值追求。
3.2 在化学知识学习中发展学生化学核心素养
化学核心素养的形成离不开化学知识,没有化学知识,化学核心素养就是无源之水、无本之木。在“知识爆炸”的时代,任何人没有必要也不可能掌握繁琐却无法穷尽的“化学知识”,唯有将化学知识提升为可迁移应用的化学学科观念,才能发展学生的化学核心素养。
高中化学课程具有自身的内容逻辑主线,包含了许多事实性化学知识和基本概念,如何在课堂教学中将事实性化学知识和化学一般概念上升为化学学科观念,考验着化学教师的学科素养和教学智慧。高中化学课程实施中,需要认真理解高中化学核心素养中“宏观辨识与微观探析”和“变化观念与平衡思想”所包含的化学学科观念的内涵,需要建立化学学科观念与化学一般概念等之间的关系,有效地帮助学生建构化学学科观念体系。
高中化学课堂教学是围绕一定的化学课程内容、通过多样的化学学习活动展开的。虽然不同的化学课程内容、不一样的学习活动对学生化学核心素养的不同维度发展的贡献可能存在差异,但一定都能促进学生化学核心素养各维度的发展。化学课程实施中一定要防止的是:将化学核心素养各维度分解开来培养,将化学课程内容与化学核心素养的某维度进行对应,并贴上“标签”。
3.3 在化学问题解决中发展学生化学核心素养
信息技术学科中学生核心素养的培养,对学生的发展能够产生重要的影响,然而很多老师在教学过程中却忽视了对核心素养的培养。本文主要探讨在信息技术学科中如何培养学生的核心素养。
关键词:
信息技术学科;核心素养;信息意识
信息技术学科中学生核心素养的培养,对学生的全面发展能够产生重要的影响。但是当前很多教师在教学活动中,对学生核心素养培养的重视程度不足,致使学生不能实现知识的有效建构、迁移和技能的熟练运用,对学生未来的全面发展产生了一定的阻碍性影响。文章结合当前信息技术学科教学的实际情况进行分析,对如何培养信息技术学科的核心素养做一些探讨,希望能够有助于学生综合能力的提升。
一、核心素养的内涵
什么是信息技术学科的核心素养呢?信息技术学科的核心素养主要包含四个方面,其一为信息意识,其二为计算思维,其三为数字化学习与创新,其四为培养信息社会责任感。信息技术教学中,核心素养的培养关键在于将课堂教学内容与核心素养的培养融为一体,笔者结合教学实例谈谈如何培养核心素养。
二、核心素养形成的对策研究
信息技术教育必须以提升学生的信息素养为核心任务,要把培养学生的信息意识,训练学生的计算思维,提升学生的数字化学习和创新能力,规范学生的信息道德融入到课堂教学中去。基于以上分析,笔者认为在信息技术学科中培养学生的核心素养,应该切实做好以下几个方面:
(一)培养学生信息意识
信息意识是指个体对信息的敏感度和对信息价值的判断力。目前大部分学生的信息意识还是比较薄弱的,学生的信息来源主要还是课堂,在日常的教学过程中,要让学生知道,在课堂之外还有各种各样的知识获取途径,利用信息技术可以更方便快捷地获取所需要的信息。在获取信息的时候,要提高对信息的敏感度,以便将信息的价值发挥到最大。
(二)培养学生计算思维
计算思维是指:“个体在运用计算机科学领域的思想方法形成问题解决方案的过程中产生的一系列思维活动。”这些思维和方法不只属于计算机,与日常生活也紧密相关。比如学生去上学前会尽可能将上课要用到的东西放入书包,这就是“预置和缓存”;比如我们在散步时突然发现手表丢了,肯定会原路返回去寻找,这就是“回推”。由此可见,计算思维就在我们的日常生活中,应当成为我们赖以生存的一种能力。然而,学生在信息技术学科学习的过程中怎样才能经历、感受并形成计算思维方式呢?显然,这是一个漫长的过程。笔者认为需要让学生在每节课上都经历发现问题、提出问题、应用计算思维方式解决问题的过程。经过反复的练习之后,在学生的潜意识里就会很自然地形成这种思维方式。这种思维模式一旦形成,当学生再遇到相似问题的时候就会很自然地运用这种思维方式去解决问题了。
(三)培养学生的数字化学习与创新能力
数字化学习与创新是指个体通过评估和选择常见的数字化资源与工具,有效地管理学习过程与学习资源,创造性地解决问题,从而完成学习任务的能力,形成创新作品的能力。例如我们学校开展的机器人投篮比赛,我只是跟学生提一提,具体怎么做,由小组成员自己讨论完成。学生拿到任务后,充分利用信息化环境,在网上查找比赛要求、比赛规则、比赛方式等,用计算思维的方式去思考,提出问题、分析问题,设计问题的解决方案并进行决策。学生在任务的完成过程中,提高了运用信息技术解决问题的能力,通过数字化的方式学习,培养了创新的精神,激发了创新的意识。
(四)培养学生的信息社会责任感
信息社会责任指信息社会中个体在文化修养、道德规范和行为自律等方面应尽的责任。信息技术在给人类社会带来巨大利益的同时,也带来了巨大的负面影响,如计算机病毒肆虐、黑客猖獗、机密信息泄露等威胁。要有效地防止和减少信息技术所带来的不利影响。其中一个重要途径就是培养学生的社会责任感,让学生在学习信息技术的同时,了解不正当地使用这些技术可能对人类所带来的巨大危害,充分认识其自身对此应尽的义务及所承担的责任。例如在讲《计算机病毒》这一课的内容时,除了介绍病毒的危害、来源和防范外,还要介绍一下黑客,让学生就对黑客的态度开展辩论活动,让学生认识到黑客的危害,形成良好的观念,帮助学生树立信息安全和自我保护意识,自觉规范个人网络行为。信息技术学科核心素养的培养,是时代与社会发展的重要要求,也是学生未来发展的重要保障。培养学生的信息意识、计算思维、数字化学习和创新能力和信息社会责任感,有利于顺应时代的发展,及时更新知识体系,提高学习的效率,培养适应社会的能力。
作者:樊丽娟 单位:张家港市常青藤实验中学
[参考文献]
[1]袁智强,李士锜.数学师范生整合技术的学科教学知识(TPACK)发展研究———以“正态分布”为例[J].电化教育研究,2013,34(03).
关键词:高中化学;深度学习;项目式教学
当前部分高中化学教师的教学理念相对落后,在教学过程中仍然采用传统的教学模式,课堂上师生交流互动较少,生生互动更加缺乏,导致学生独立思考能力、自主意识和动手能力都普遍偏差。新课改对高中化学教学提出了新的要求。如何搞好新课改背景下的高中化学教学工作,是一线教师必须认真思考的问题。
一、深度学习与项目式学习的关系
深度学习是指学生按照学习需求对知识点进行深入剖析,获得发展的有意义的学习过程,强调对学生高阶思维能力的培养。[1]项目式教学是在建构主义理论指导下,以小组合作方式进行规划,让学生在真实情境中去实践,并解决项目任务的学习方式。[2]项目式教学具有情境真实、内容丰富、协作多样、自主合作相结合等特点,与基础教育教学改革倡导的理念是一致的。因此,引导学生开展项目式学习,进行深层次探究,有助于培养学生高阶思维能力,实现深度学习,从而促进学生学科核心素养融合发展。
二、促进深度学习的项目式教学载体
(一)项目应源于真实情境
美国当代著名实验心理学家理查德·梅耶提出时间与空间接近原则,即时间和空间上距离学生最近的事物,可用来创设训练学生能力的有效情境[3]。故项目的主题应源于真实世界的真实问题,基于学生的经验和课程标准有针对性地选择。可源于当前科技热点问题,如蔚蓝色的聚宝盆、太阳能电池等;可源于生活中的具体问题,如探秘暖宝宝、探寻柠檬水中的维生素C含量等;可源于环境问题,如连江内河水体污染与治理、科学使用含氯消毒剂等;可源于传统文化中蕴含的化学问题,如茶多酚的提取等。
(二)项目应经过理论抽象
在项目式教学过程中,不同项目都承载着不同的学科知识,只有将学科知识融入真实的情境中才能引领学生进行深度学习。但是由于真实情境一般都比较复杂,因此在项目式教学设计时应基于课程标准准确定位教学目标并进行理论抽象。即删去现阶段学生知识和能力要求外的内容,提炼出核心知识和观念,并将其转化成学生可理解的真实问题,让学生通过处理问题学会知识的迁移和运用,通过知识迁移和应用促使学科核心素养的落地[4]。比如,在组织“科学使用含氯消毒剂”这一项目式教学时,教师可以基于“氧化还原反应”的核心知识,引领学生通过对84消毒液的说明书进行解读,并对关键物质次氯酸钠的氧化性进行研究,进而解决生活中“科学使用含氯消毒剂”这一真实情境中的问题。
(三)项目应渗透学科思想
著名教育家、数学家徐利治先生提出,学科思想是学科教学的灵魂和精髓,作为知识背后的“素养”,学科思想是学生学科知识储存和学科能力形成的重要决定因素,对学生以后的生活、学习和工作具有重要的影响[3]。故项目承载的内容需要具有代表性,需渗透学科思想方法。例如,“探秘长效缓释阿司匹林”主题的选取可以帮助学生形成“结构决定性质,性质反映用途”这一重要的化学学科思想;再如,“水体污染的治理与防治”主题的选取,有助于学生化学学科定量思维的培养。
三、促进深度学习的项目式教学策略
(一)合理分工协作
组织学生进行协作学习是项目式教学的一个重要环节。合理的分工协作,对项目的顺利开展和学习效率的提高有着重要影响。小组协作学习需要教师对各种因素进行充分考虑和预设,确保小组内的工作能够顺利完成。分组后按以下几个环节组织活动:提出问题→分析问题→设计研究方案→动手实践→获取实验证据→得出结论。例如,“水体污染的原因和治理”项目学习过程中,小组长组织成员,针对某养殖场中鱼类大量死亡现象,现场勘察水体,查找水体污染的原因。通过查阅资料分析原因,获知可能是溶氧量降低。教师引领学生进一步了解水中溶氧量含义及测定方法,根据实验室条件选择碘量法,集中讨论碘量法原理、测定过程干扰因素的消除及误差分析,然后分解成四个活动环节,并通过任务驱动的形式组织学习:任务一现场取样并进行氧的固定,任务二固氧后的水样进行酸化和滴定,任务三建立关系式计算,任务四了解市面上性能优良的净水剂及其净水原理。学生通过自评、互评和教师评价修正并确定方案,然后动手实践,获取实验证据,得出结论。
(二)整合任务驱动性问题
教师需要把项目活动中的驱动性问题有效整合,从而让项目任务得以顺利开展。设计问题链作为项目活动的框架,让解决问题具有清晰的思路,教师需要划分各种难度的任务,设计效果显著的驱动性问题。比如,“科学使用含氯消毒剂”项目式教学中,将学生的任务分解为三项子任务:认识84消毒液的有效成分、解读84消毒液中的部分信息、探究84消毒液不可以与酸性产品一起使用并在空气中长久的放置会使效果增强的原因。三项子任务对学生的能力要求逐级提升,教师需要为学生设计具有层阶性和发展性的问题。与三项子任务对应的问题分别为:(1)84消毒液中的成分发挥着什么样的作用?(2)阅读84消毒液的说明书,你能获得哪些有效信息?(3)84消毒液不可以与酸性的产品同时使用的原因是什么?项目任务的达成目标是帮助学生进一步理解相关的核心知识并提升学生的实践能力,促使学生进行深度学习。与项目活动任务相应的驱动性问题的创设和引导在一定程度上促进了学生问题解决能力的提升。
(三)评价标准合理化
在项目式教学中学生所面对的问题都是真实的,与传统的教学模式相比,其评价难度更大,因此必须建立科学的评价标准。设置评价量表是进行科学评价的重要手段,项目式教学的评价量表包含项目成果的评价量表以及学生项目活动过程的评价量表。项目成果的评价量表需要把学生的项目分成各种等级。项目活动过程评价量表需要结合项目任务,根据学生在活动中的表现以及小组协作学习情况等进行综合评价。教师在设计评价量表时需基于课程标准以及学生的实际情况进行综合考虑,以立德树人为导向,让每位学生都获得最大程度的发展。此外,教师需要在项目式教学之前把项目评价量表分发给学生,让学生提前明确项目任务和要求,充分调动学生开展项目式学习的积极性和主动性。
四、项目式教学要求
在项目式教学过程中,教师需转变传统的教学观念,准确定位好自己的角色,教师不再是传统的传授者,而是学生学习的引导者、协助者和促进者。项目的设计应符合学情特点,切合教学内容,符合课程标准的要求,并尽可能地融合多门学科的知识。项目的难度必须适中,使学生在当前发展水平的基础上,通过适当努力能够完成,增强学生学习化学的自信心。教师要给学生的学习留有一定的时间和空间,在真实情境中,引导学生利用化学学科必备知识分析和解决问题,发展学科关键能力,培养学科核心素养,形成正确的价值观念和必备品格,实现深度学习[3]。在教学组织中,可控课堂需向自由课堂转变,并创设切实有效的评价机制,在开放式教学中实现教与学的目标。当然,要顺利开展项目式教学,真实的探究环境和完善的实验器材、药品等配备也是必不可少的。当前项目式教学的实施仍然存在着一些问题,需要广大教师不懈地进行实践和探索。
参考文献
[1]胡丽艳.深度学习视阈下的高中化学有效性研究[J].中学课程资源,2019(8):18-19.
[2]冯清华,等.项目式学习:“一件精美的银饰品制作”[J].中学化学教学参考,2019(9):32-36.
[3]王先锋.核心素养导向下化学课堂教学内容的遴选[J].中学化学教学参考,2019(9):10-12.