李 楠

（上海市七寶中學(xué) 上海 201101）

真實(shí)問(wèn)題情境，是指為教學(xué)開(kāi)展提供的一種有真實(shí)意義、能幫助學(xué)生在原初或相似的生活和生產(chǎn)情景中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、探尋未知、解決問(wèn)題，使得教與學(xué)圍繞社會(huì)問(wèn)題順利展開(kāi)的情境。［1］《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)新課標(biāo)）明確指出，真實(shí)、具體的問(wèn)題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。［2］

因此，創(chuàng)設(shè)真實(shí)且有意義的問(wèn)題情境是以核心素養(yǎng)為本的課堂教學(xué)的重要載體，這不僅能激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力，還能讓學(xué)生在解析問(wèn)題的過(guò)程中自主構(gòu)建學(xué)科知識(shí)，完善思維體系，進(jìn)行知識(shí)內(nèi)化，加強(qiáng)對(duì)知識(shí)的理解、提升遷移應(yīng)用能力，體驗(yàn)到知識(shí)的應(yīng)用價(jià)值和隱含著的文化精神，進(jìn)而落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的真實(shí)問(wèn)題情境的設(shè)計(jì)

張小菊、王祖浩指出，一個(gè)優(yōu)質(zhì)的、結(jié)構(gòu)完整的化學(xué)課堂教學(xué)情境應(yīng)具備以下結(jié)構(gòu)特征：發(fā)生在一定的時(shí)空條件下，圍繞化學(xué)核心概念或科學(xué)方法而展開(kāi)的具體事件；包含將要解決的化學(xué)學(xué)科的核心問(wèn)題；建立在學(xué)生已有的化學(xué)知識(shí)基礎(chǔ)之上、為學(xué)生的交流和參與化學(xué)特定主題的學(xué)習(xí)提供框架；圍繞核心事件的素材、源于學(xué)生的日常生活或具有當(dāng)代社會(huì)發(fā)展意義的主題。［3］課堂教學(xué)中的情境素材不應(yīng)只是簡(jiǎn)單情境資料的堆砌，有價(jià)值的教學(xué)情境一定是隱藏學(xué)科問(wèn)題的真實(shí)情境。因此從精選情境素材到真實(shí)問(wèn)題情境教學(xué)的轉(zhuǎn)化還需要教師的再創(chuàng)造。

王偉、王后雄提出從情境素材到生成課堂教學(xué)情境的邏輯路線(xiàn)，即教學(xué)目標(biāo)—情境素材—教學(xué)活動(dòng)，認(rèn)為三者是相互作用的統(tǒng)一體，情境素材的收集與使用受到教學(xué)目標(biāo)的制約，而基于情境素材設(shè)計(jì)的教學(xué)活動(dòng)又可以服務(wù)于教學(xué)目標(biāo)的達(dá)成。［4］

結(jié)合上述觀(guān)點(diǎn)，根據(jù)筆者對(duì)新課標(biāo)的學(xué)習(xí)，基于化學(xué)核心素養(yǎng)的真實(shí)問(wèn)題情境教學(xué)的設(shè)計(jì)可形成如圖1所示的流程圖。即基于學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，對(duì)教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行總體的審視與把握，明確素養(yǎng)導(dǎo)向下的核心知識(shí)以及課標(biāo)要求；根據(jù)核心知識(shí)合理選取素材，使精選素材真正服務(wù)于課堂教學(xué)；基于學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律分析各情境素材之間的邏輯連接關(guān)系，創(chuàng)設(shè)真實(shí)且有意義的問(wèn)題情境；最后基于問(wèn)題情境提煉出化學(xué)問(wèn)題，設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)和學(xué)習(xí)的遷移，最終養(yǎng)成學(xué)科態(tài)度，提升學(xué)科素養(yǎng)。

圖1 基于化學(xué)核心素養(yǎng)的真實(shí)問(wèn)題情境教學(xué)設(shè)計(jì)流程

二、基于化學(xué)核心素養(yǎng)的真實(shí)問(wèn)題情境教學(xué)的具體案例

元素周期表是公認(rèn)的學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的有力工具，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中發(fā)揮著不可替代的指導(dǎo)作用。周期表的發(fā)現(xiàn)及發(fā)展史，更是培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等學(xué)科核心素養(yǎng)的絕佳素材。然而現(xiàn)有的常態(tài)教學(xué)中往往是根據(jù)“位—構(gòu)—性”的關(guān)系，幫助學(xué)生建立元素推斷的思維模型，卻忽略了周期表在實(shí)際生活中的重要價(jià)值，教材中也只是通過(guò)幾段文字介紹周期表在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，顯然不能讓學(xué)生對(duì)門(mén)捷列夫編制元素周期表的革命性意義產(chǎn)生深刻認(rèn)識(shí)，也無(wú)法切實(shí)體會(huì)到周期表與科學(xué)技術(shù)發(fā)展之間的重要關(guān)系，這些都有可能造成淺層學(xué)習(xí)，需要對(duì)教材進(jìn)行二次開(kāi)發(fā)。

1.核心知識(shí)提煉

“元素周期表的應(yīng)用”選自滬科版高二化學(xué)第九章第二節(jié)“元素周期表”第三課時(shí)的內(nèi)容，教材將其安排在高中階段元素化合物的學(xué)習(xí)之后，對(duì)原子結(jié)構(gòu)、周期表的結(jié)構(gòu)及元素周期律有了一定的理性認(rèn)識(shí)的基礎(chǔ)上，其目的就是以此為知識(shí)載體使學(xué)生初步學(xué)會(huì)在元素周期律和元素周期表的指導(dǎo)下探究化學(xué)知識(shí)的學(xué)習(xí)方法，建立元素在周期表中“位置-結(jié)構(gòu)-性質(zhì)”間的關(guān)系，并通過(guò)對(duì)一些特殊材料尋找的簡(jiǎn)單介紹使學(xué)生感悟到周期表在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方面所起的指導(dǎo)作用，深刻認(rèn)識(shí)元素周期表是學(xué)習(xí)和研究化學(xué)的重要工具。新課標(biāo)對(duì)該課題的學(xué)習(xí)要求是“體會(huì)元素周期表在學(xué)習(xí)元素化合物知識(shí)與科學(xué)研究中的重要作用；能結(jié)合相關(guān)資料說(shuō)明元素周期表對(duì)合成新物質(zhì)、制造新材料的指導(dǎo)作用”。

2.情境素材選擇

基于學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，從豐富的情境資料中選取了與本節(jié)課核心知識(shí)、核心思想及核心素養(yǎng)相關(guān)聯(lián)的素材，具體如表1：

表1 基于核心素養(yǎng)下的元素周期表應(yīng)用的情境素材選擇

3.真實(shí)問(wèn)題情境創(chuàng)設(shè)

基于學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展順序編輯素材，分析各情境素材之間的邏輯連接關(guān)系，創(chuàng)設(shè)了以時(shí)間為橫軸，以化學(xué)史和科技發(fā)展史為縱軸的動(dòng)態(tài)情境，從1869年門(mén)捷列夫編制第一張?jiān)刂芷诒黹_(kāi)始，到2006年俄羅斯科學(xué)家宣布合成118號(hào)元素結(jié)束，在這橫跨100多年的歷史中，通過(guò)“初識(shí)元素周期表→再識(shí)元素周期表→深識(shí)元素周期表”三個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，將元素周期表應(yīng)用中的知識(shí)方法主線(xiàn)和情感主線(xiàn)串聯(lián)起來(lái)，進(jìn)而深刻認(rèn)識(shí)到門(mén)捷列夫所編制的元素周期表給研究化學(xué)所帶來(lái)的革命性意義，體會(huì)到元素周期表在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的指導(dǎo)作用。具體問(wèn)題情境見(jiàn)圖6。

4.教學(xué)活動(dòng)設(shè)計(jì)

基于以上問(wèn)題情境設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)，將學(xué)生置身于一個(gè)高度情境化的真實(shí)場(chǎng)景中，通過(guò)“推斷未知元素的相關(guān)性質(zhì)”“查閱元素發(fā)現(xiàn)史”以及“三次尋找制冷材料”的任務(wù)活動(dòng)，使學(xué)生體驗(yàn)類(lèi)似科學(xué)家進(jìn)行科學(xué)探索的一般過(guò)程，在真實(shí)問(wèn)題情境中逐步形成歸納、演繹等解決問(wèn)題的方法。以“三次尋找制冷材料”為例，通過(guò)運(yùn)用化學(xué)研究中“發(fā)現(xiàn)問(wèn)題—理論預(yù)測(cè)—搜集證據(jù)—分析推理—得出結(jié)論”的科學(xué)方法，體會(huì)元素周期表在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中重要的指導(dǎo)作用，感受化學(xué)在積極應(yīng)對(duì)能源消耗、環(huán)境污染等全球性問(wèn)題上作出的貢獻(xiàn)，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)情感和社會(huì)責(zé)任感，落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)，此部分的教學(xué)活動(dòng)實(shí)錄如下。

【科研情境一】制冷與我們的生活息息相關(guān)，全球能源有近1/3用在制冷上。所以尋找一種節(jié)能環(huán)保的制冷方式意義重大。

【PPT】展示20世紀(jì)初的一些制冷劑（見(jiàn)表2），并指出早期制冷劑使用時(shí)存在的安全隱患。

表2 部分制冷劑的性質(zhì)

【學(xué)生活動(dòng)】根據(jù)學(xué)案上信息及元素周期律的知識(shí)，試著尋找一種不易燃無(wú)毒安全的制冷劑，并將結(jié)果填寫(xiě)在學(xué)案上（見(jiàn)表3）。

表3 部分氫化物的毒性和可燃性比較

【提問(wèn)】根據(jù)比較結(jié)果，科學(xué)家找到兩種物質(zhì)CF4及CCl4，二者不易燃燒且毒性比較小。但相比于以前的制冷劑，CF4沸點(diǎn)-128℃，比較低、不容易液化，CCl4沸點(diǎn)76.8℃，比較高、不容易蒸發(fā)。能否找到一種制冷劑的沸點(diǎn)是介于兩者之間的呢？

【學(xué)生回答】例如CFCl3、CF2Cl2、CF3Cl等。

【數(shù)據(jù)支撐】CFCl3沸點(diǎn)：23.7℃，CF2Cl2沸點(diǎn)：-29.8℃，CF3Cl沸點(diǎn)：-81.3℃。

【過(guò)渡】以上這些物質(zhì)就是氟利昂，氟利昂通過(guò)元素周期表尋找出來(lái)之后在很長(zhǎng)一段時(shí)間中都是制冷劑的代名詞，但由于它對(duì)環(huán)境的破壞性已經(jīng)在全球范圍內(nèi)被慢慢禁用了，那么是否能尋找到一種既環(huán)保又能起到制冷效果的制冷材料呢？

【科研情境二】20世紀(jì)60年代，半導(dǎo)體制冷片開(kāi)始大規(guī)模應(yīng)用。半導(dǎo)體制冷是一種固體制冷方式，與傳統(tǒng)的壓縮機(jī)制冷系統(tǒng)相比，沒(méi)有機(jī)械轉(zhuǎn)動(dòng)部分，無(wú)需制冷劑，無(wú)噪聲，無(wú)污染。

【教師】簡(jiǎn)單講述半導(dǎo)體制冷器的工作原理，介紹半導(dǎo)體是常溫下導(dǎo)電性能介于導(dǎo)體與絕緣體之間的材料。

【學(xué)生活動(dòng)】根據(jù)半導(dǎo)體的性質(zhì)，在元素周期表中尋找適合作半導(dǎo)體材料的元素。（見(jiàn)圖2）

圖2 元素周期表

【繼續(xù)設(shè)疑】周期表中金屬元素與非金屬元素分界線(xiàn)附近的元素很多都是良好的半導(dǎo)體材料。據(jù)研究顯示，在同族元素或同種類(lèi)型的化合物之間，制冷效果隨著平均原子量的增長(zhǎng)呈上升趨勢(shì)，目前常常使用的有Sb2Se3，其他類(lèi)似的還可以是什么？

【學(xué)生回答】根據(jù)同主族元素性質(zhì)相似，可以找到例如Bi2Te3、Sb2Te3、Bi2Se3等等。

【數(shù)據(jù)支撐】見(jiàn)資料卡片

【過(guò)渡】為提高制冷效果，所采用的高純稀有半導(dǎo)體制冷材料成本較高、能耗較大，嚴(yán)重地阻礙了半導(dǎo)體制冷器的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展，那么還能尋找到又環(huán)保又節(jié)能的制冷材料嗎？

【科研情境三】21世紀(jì)初，科學(xué)家開(kāi)始轉(zhuǎn)向高性能的室溫磁制冷技術(shù)研究，室溫磁制冷技術(shù)具有零GWP（全球變暖潛能）、零ODP（臭氧消耗潛能）、高效、低噪音等特點(diǎn)，有望成為具有重要應(yīng)用前景的制冷技術(shù)之一。

【教師】介紹磁制冷技術(shù)，簡(jiǎn)單講述其原理。

【提問(wèn)】要實(shí)現(xiàn)這種技術(shù)的發(fā)展，歸根結(jié)底是磁性材料的尋找！目前我們所熟悉的磁性材料中以含F(xiàn)e元素居多，利用元素周期表，還能尋找到其他適合做磁性材料的元素嗎？

【學(xué)生回答】與鐵元素同屬于第Ⅷ族的Co、Ni等元素。（見(jiàn)圖3）。

圖3 第Ⅷ族元素

【PPT】展示部分磁性材料（見(jiàn)圖4）

圖4 部分磁性材料

【繼續(xù)提問(wèn)】后來(lái)人們又發(fā)現(xiàn)Gd（釓元素）具有巨磁熱效應(yīng)，用來(lái)做室溫的磁制冷材料更好，要找到類(lèi)似釓具有巨磁熱效應(yīng)的元素，你會(huì)把目光聚焦在元素周期表的哪塊區(qū)域呢？

【學(xué)生回答】周期表中釓（Gd）元素所在的鑭系元素或錒系元素。（見(jiàn)圖5）。

圖5 鑭系元素以及錒系元素

【教師】展望我國(guó)稀土磁制冷材料的發(fā)展前景。

【總結(jié)】翻開(kāi)教材附錄中包含118種元素的周期表，這張?jiān)刂芷诒淼膬r(jià)值，不僅僅局限于制冷材料的尋找，它在農(nóng)藥、催化劑、耐高溫的合金材料等等新型物質(zhì)的尋找上都發(fā)揮著它巨大的、不可被替代的指導(dǎo)作用！

5.教學(xué)設(shè)計(jì)思路圖

通過(guò)在素養(yǎng)導(dǎo)向下提煉核心知識(shí)，根據(jù)核心知識(shí)精選素材，并創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，基于問(wèn)題情境設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)最終形成如圖6所示的教學(xué)設(shè)計(jì)思路。

三、結(jié)語(yǔ)

真實(shí)具體的問(wèn)題情境是化學(xué)核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)，具體的實(shí)施策略則是以“學(xué)科核心素養(yǎng)”為主旨，以“學(xué)科知識(shí)”為中心，以“情真意切”為境界，以“教學(xué)活動(dòng)”為途徑貫穿和落實(shí)，寓理于情、融情于境，將情境素材和教材知識(shí)密切結(jié)合。只有為學(xué)生創(chuàng)設(shè)“真情境”，引出“真問(wèn)題”，實(shí)施“真活動(dòng)”，才能讓學(xué)生習(xí)得“真知識(shí)”，生成“真智慧”，從而使相對(duì)枯燥的知識(shí)靈動(dòng)飛揚(yáng)起來(lái)，最大限度地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，使核心素養(yǎng)的培育真正落到實(shí)處，凸顯化學(xué)學(xué)科的育人功能。

圖6 元素周期表應(yīng)用的教學(xué)設(shè)計(jì)流程圖