【摘 要】文章基于學科理解，通過“水的組成”的化學發(fā)展史為教學主線尋找知識的來源，挖掘知識隱含的思想方法，提取核心概念——從元素組成與微觀構(gòu)成相結(jié)合的角度看物質(zhì)和化學反應，并以此來統(tǒng)攝教學。教師要理解“水的組成”的研究方法，把握“水的組成”所要求掌握的必備知識，并了解“水的組成”在教材中的地位及結(jié)構(gòu)關系，進而挖掘和實現(xiàn)其多維的教學與育人價值，培養(yǎng)學生的證據(jù)推理與模型認知等學科核心素養(yǎng)，促進學生進行深度學習。

【關鍵詞】學科理解;化學史;水的組成;深度學習

【作者簡介】洪清娟，福建省莆田市教師進修學院化學教研員，高級教師，主要研究方向為教育教學。

【基金項目】福建省教育科學“十三五”規(guī)劃課題“指向化學思維的初中化學知識結(jié)構(gòu)化教學實踐研究”（FJJKXB19-380）;福建省中小學名師名校長培養(yǎng)工程專項課題“基于學科理解的高中化學深度學習實踐研究”（ZXHX-2019009）

“新基礎教育”提出了課堂教學要從“教書”走向“育人”，從“知識傳遞”走向“生命價值的挖掘與提升”[1]。“育人”不僅包括學科知識、技能、方法的傳授，而且承擔了學科核心素養(yǎng)的培育任務?；瘜W史素材中蘊含著豐富的育人價值，同時科學學習的“重演律”也告訴我們，學生對科學概念的認識與科學史上的認識歷程存在相似性[2]。為了實現(xiàn)“育人”的目的，教師在使用化學史素材時，首先要理解化學史所承載的育人價值，領悟其獨特的、不可替代的“生命價值”;其次要思考可以采用怎樣的情境、策略與方法更好地把自己對學科育人的認識轉(zhuǎn)化為具體的教學行為。而準確把握教材內(nèi)容多維的學科教育教學價值，并對其內(nèi)涵進行深入挖掘，需要教師增進學科理解，站在單元教學乃至學科整體教學的角度進行規(guī)劃，深化對學科結(jié)構(gòu)的認識，提取相應的核心概念以統(tǒng)攝具體的教學，從而充分發(fā)揮學科在系統(tǒng)教育中的作用，促進學生進行深度學習。

一、“水的組成”的學科理解

本文以人教版化學九年級上冊“水的組成”為例，談談如何基于學科理解，把握“水的組成”在化學學科體系中知識之間的結(jié)構(gòu)與縱橫關系，并以化學史為教學主線，挖掘“水的組成”知識所承載的育人價值。

（一）整理分析“水的組成”的化學發(fā)展史，挖掘其教育價值

充分運用化學發(fā)展史素材有利于學生深度理解學科知識的形成、發(fā)展及應用情況，認識“真科學”和“完整的科學”，并對化學發(fā)展過程的事件做出理性的分析和評價[3]。教師可以通過“水的組成”的化學發(fā)展史為線索創(chuàng)設教學情境，將研究歷程中的主要歷史事件串連起來，整理出“水的組成”研究的主要化學史發(fā)展歷程（如圖1）。

教師結(jié)合化學史資料精心設置問題，引出課堂的模仿研究實驗。一方面，通過簡單穿插介紹1803年道爾頓的原子學說、1808年蓋·呂薩克發(fā)現(xiàn)的氣體化合體積定律，以及1811年阿伏加德羅根據(jù)蓋·呂薩克定律的實驗事實，修正了蓋·呂薩克假說中的錯誤，解決了道爾頓原子學說和蓋·呂薩克提出的相關理論之間的矛盾，引出阿伏加德羅定律，即“在同溫同壓下，相同體積的不同氣體具有相同數(shù)目的分子”等史料。這樣的設計既讓學生感受到這些假說、定律的發(fā)展對解決水分子的微觀結(jié)構(gòu)中氫氧原子個數(shù)比的重大意義，也讓學生體會到化學學科是在質(zhì)疑、爭論和反復實驗中發(fā)展和形成的，更讓學生明白科學實驗研究中創(chuàng)新思維和堅守的重要性，從而滲透學科育人價值。另一方面，介紹有關水的分解的科技前沿研究成果，讓學生明白水的分解為推動氫能源的廣泛使用奠定了重要的基礎，體現(xiàn)學科研究的社會價值和經(jīng)濟價值，開拓了學生的視野，激發(fā)學生學習化學的熱情，從而達成學科育人的目標。

（二）基于學科理解，把握“水的組成”知識的內(nèi)涵與本體價值

“水的組成”是培養(yǎng)學生“宏微符”（宏觀、微觀和符號）三重表征自動轉(zhuǎn)換和建立關聯(lián)的重要起點。基于化學知識的內(nèi)涵與本體價值的理解，學習“水的組成”，應以元素觀為統(tǒng)領，從元素的視角審視和深入理解物質(zhì)的性質(zhì)及其變化。作為化學核心觀念之一的元素觀具有統(tǒng)攝性和持久的遷移價值，不僅能促進學生把握最有價值的化學知識，而且能為學生形成相應的認識思路提供思考框架，為學生形成化學認識指明思考方向[4]。

通過本節(jié)課的學習，學生應學會依據(jù)水的生成與電解實驗的現(xiàn)象和產(chǎn)物來檢驗宏觀事實，理解化學反應中元素種類雖然不變，但元素原子重組會生成新的物質(zhì)。讓學生建立起物質(zhì)與元素的關系，理解化合物、單質(zhì)、氧化物的概念，深化、發(fā)展和完善元素觀。教學過程中，教師讓學生書寫氫氣在氧氣中燃燒生成水和水的電解兩個反應的文字表達式，提供磁力貼讓學生進行小組討論，并擺出這兩個反應的微觀過程示意圖（如圖2）。這樣不僅使學生的思維可視化，也使學生對微觀粒子有了具象的認識，讓學生初步體會從定性與定量、元素組成與微粒構(gòu)成相結(jié)合的角度看物質(zhì)和化學反應，從而培養(yǎng)學生三重表征間的轉(zhuǎn)換意識，滲透守恒觀。同時有利于診斷、探析學生對微觀世界的理解和發(fā)展水平，讓學生初步形成研究無機化合物組成的一般思路和方法，即通過實驗現(xiàn)象觀察和對產(chǎn)物檢驗，運用分析、推理等研究方法探知物質(zhì)宏觀的組成元素和微觀的原子比例，才能確定物質(zhì)的組成。

二、“水的組成”的教學思考

（一）準確把握知識承載的功能與學生的認知規(guī)律

從學科整體的角度對“水的組成”的教學進行理解與思考，有助于教師從學科理解的層面做分析和反思，從而更準確地把握教學內(nèi)容承載的功能與學生的認知水平。如從知識的學科體系結(jié)構(gòu)上進行學科理解，能夠準確把握本節(jié)課知識所承載的功能及為后續(xù)化學式和質(zhì)量守恒定律的學習打下認知基礎，并提供實驗事實與素材依據(jù)。一般而言，學生對于有大量微觀粒子參與，但微觀粒子肉眼不可見的反應的過程難以理解。為了幫助學生順利建立起“宏微符”三重表征思維，在氫氣與氧氣反應生成水及水的電解兩個反應的微觀示意圖（如圖2）中有意識地增加省略號，表示實際過程中還有許多分子、原子參與反應，有效避免學生產(chǎn)生誤解，認為反應過程僅生成兩個水分子，讓學生真正理解示意圖代表的是參加反應的微粒個數(shù)比，而非實際的反應個數(shù)。

基于教—學—評一致性的新課程理念，為了準確診斷學生的微觀理解水平，教師可以讓學生上臺展示他們想象的水分子中氫原子和氧原子可能的結(jié)合比例和結(jié)合方式的微觀結(jié)構(gòu)示意圖（如圖3），并討論確定水分子中氫原子和氧原子數(shù)目與結(jié)合比例的依據(jù)。對于水分子空間結(jié)構(gòu)的成因則由教師一語帶過，不必加以拓展，具體留待高中學習。通過這些教學環(huán)節(jié)，既避免給學生帶來困惑，又給學生的學習留有余地，讓學生帶著問題走進課堂，帶著思考走出課堂，激發(fā)他們探索未知的熱情，為將來的高中化學有關物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)中化學鍵、分子空間結(jié)構(gòu)等的學習做好鋪墊。

（二）增進史料文本的學科理解，挖掘其教學價值

教學過程中，對于化學史料，教師不能僅作為情境創(chuàng)設或課堂引入一筆帶過，應該充分挖掘史料背后的教學價值，使其能夠巧妙融入教學的始終。本節(jié)課以“水的組成”的相關研究歷史為線索，貫穿整個教學過程。由于化學史料能展現(xiàn)科學方法的多樣性，因此，教師可借助“水的組成”的化學發(fā)展史料，以史為鑒，引導學生了解在化學學科研究中可以綜合運用實驗、假說、模型等多樣性方法來共同解決一個問題[5]。

通過提煉簡潔、關鍵的歷程資料，設置基于這些資料的問題鏈，如根據(jù)教材中“水的組成揭秘”資料卡片，可以提出以下問題：①普利斯特里和卡文迪許都做了“易燃空氣”的燃燒實驗，為什么他們與真相如此接近卻又擦肩而過？能否由他們的實驗得出水不是一種元素的結(jié)論？你推斷的依據(jù)是什么？②拉瓦錫做的這個相反的實驗對我們研究物質(zhì)的組成有什么意義？拉瓦錫的實驗角度與普利斯特里、卡文迪許的有什么不同？實驗現(xiàn)象說明了該反應中各物質(zhì)的組成發(fā)生了什么變化？③普利斯特里、卡文迪許、拉瓦錫在“水的組成”的研究中各用了什么方法，你有什么感悟？等等。

教師通過對化學史料的教學價值進行深度挖掘，帶領學生沿著科學家的足跡，感悟科學家的智慧，從分合、正逆的角度，經(jīng)歷實驗演示—宏微結(jié)合—分析推理，最終得出水是由氫氧兩種元素組成和氫原子、氧原子以2∶1的原子個數(shù)比結(jié)合構(gòu)成水分子的結(jié)論。教師從化學史料中提煉出問題，引導學生進行逐步分析解決，讓學生深切感受改變反應條件可以降低化學反應的難度，習得“水的組成”的研究方法。讓學生初步建立從定性與定量、宏觀元素組成與微觀原子結(jié)合兩個維度研究化合物的組成，建立三重表征間的聯(lián)系和轉(zhuǎn)換意識。同時讓學生體會到科學研究和發(fā)展的艱辛與不易，也感受到科學研究中質(zhì)疑與創(chuàng)新的重要性。

（三）精選表現(xiàn)型的學習任務，培育學生模型認知與證據(jù)推理意識

教學過程中，師生重演化學史上科學家研究“水的組成”曾經(jīng)做過的實驗。教師演示氫氣的制取、驗純、燃燒（用冷而干燥的燒杯罩在火焰上）及水的電解實驗，學生觀察、記錄實驗現(xiàn)象并思考問題。所給出的問題都是教師精選出來具有表現(xiàn)型的學習任務，且得出的結(jié)論都要求學生說出判斷依據(jù)，以診斷學生的化學觀念與學科核心素養(yǎng)水平。如提出以下任務：①通過實驗你能得出氫氣具有哪些性質(zhì)？能否得出水的組成元素？說說你的依據(jù);②水分子真正的結(jié)構(gòu)是圖3（a），為什么不是圖3（b）與圖3（c）的混合物？分析可能的原因，并說說你的依據(jù);③根據(jù)上述水的電解微觀過程的分析，你對化學變化有哪些新的認識;④課后查閱資料，說說為什么氫能源有那么多的優(yōu)點，但是還沒有廣泛使用，其中存在哪些亟待解決的問題;等等。

基于學科理解高度審視“水的組成”的教學，通過精選這些表現(xiàn)型的學習任務，設置引發(fā)學生深層次思考的問題，引導學生注重結(jié)論與實驗原理的關系。讓學生初步建立宏觀現(xiàn)象與微觀本質(zhì)關聯(lián)的意識，形成所得的結(jié)論都要給出相應的證據(jù)支持的觀念，幫助學生建立現(xiàn)象與結(jié)論之間要以證據(jù)推理為橋梁的邏輯思維，促進學生思維的進階。這些表現(xiàn)型的學習任務既有利于幫助教師診斷學生的認知角度與認識水平，也有助于學生發(fā)展和完善研究物質(zhì)組成與變化的模型認知與證據(jù)推理意識。

三、結(jié)語

綜上所述，教師應該立足學科整體理解的高度，加深對教材內(nèi)容先后順序編排的理解和學習，準確把握學生的認知障礙及發(fā)展規(guī)律，厘清“水的組成”在化學學科體系中的知識結(jié)構(gòu)關聯(lián)與功能地位等，這樣才能更好地把握教材與知識的內(nèi)涵和本體價值。教學過程中精選表現(xiàn)型的學習任務，設置引發(fā)學生積極主動思考的課堂文化，讓學生感悟“水的組成”的研究方法和學習意義，初步形成以“宏微符”“定性與定量”相結(jié)合來研究物質(zhì)組成及其變化的多樣性的認識路徑和認識維度，使學生逐步形成化學學科核心觀念，滲透和落實學科的育人功能。

（注：本文系福建省羅月旺名師工作室研修項目階段性成果。）

參考文獻：

[1]李政濤.深度開發(fā)與轉(zhuǎn)化學科教學的“育人價值”[J].課程·教材·教法，2019（3）：55-61，101.

[2]梁弘文，武衍杰，王秀紅，等.中學生“酸堿鹽”概念認識發(fā)展現(xiàn)狀研究[J].化學教學，2019（3）：19-23，30.

[3]萬延嵐，李倩.對《普通高中化學課程標準（2017年版）》中“情境素材建議”的分析與啟示[J].化學教學，2019（7）：14-19.

[4]何彩霞.圍繞“化學元素觀”展開深入學習：以“水的組成”教學為例[J].化學教育，2013（4）：36-39.

[5]嚴文法，王小梅，李彥花.新課標視域下化學史的科學本質(zhì)教育功能研究[J].化學教學，2020（1）：3-7.

（責任編輯：羅小熒）