陳陸策 王愛富

（1.浙江省杭州第四中學(xué)吳山校區(qū) 浙江 杭州 310000；2.浙江省杭州第四中學(xué)下沙校區(qū) 浙江 杭州 310018）

教材中的每個欄目都被賦予一定的內(nèi)涵和功能，新教材以新課標為依據(jù)，著力凸顯科學(xué)方法體系的構(gòu)建，人教版教材以“章引言”“方法導(dǎo)引”“整理與提升”等欄目，構(gòu)建科學(xué)方法體系并貫穿教材，體現(xiàn)于教材的每一章。“整理與提升”欄目是針對各章內(nèi)容，“從提升認識和觀念的角度進行歸納與整理”，但部分教師在教學(xué)中對學(xué)科理解不夠，在處理該欄目時，大多停留在知識歸納，導(dǎo)致該欄目的教學(xué)功能缺失。筆者試圖從學(xué)科理解角度，以人教版《選擇性必修1》為例，結(jié)合教學(xué)實踐，闡釋如何“整理”章節(jié)知識，“提升”學(xué)生的學(xué)科能力和素養(yǎng)。

一、“整理與提升”欄目的教學(xué)理解

對教材要從“化學(xué)學(xué)科知識及其思維方式和方法的本原性、結(jié)構(gòu)化的認識”進行深入理解，根據(jù)各章內(nèi)容的課標要求以及素養(yǎng)發(fā)展目標，基于認識和觀念的視角進行科學(xué)歸納、總結(jié)和提升。讓學(xué)生知識結(jié)構(gòu)化，讓認知建構(gòu)方法化。［1］

1.基于學(xué)科的認識方式，理解“整理與提升”的教學(xué)功能

化學(xué)反應(yīng)原理是在完成必修課程的基礎(chǔ)上，圍繞“化學(xué)反應(yīng)與能量（第一章和第四章）”“化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率”“水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”三大主題，探索化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律并用以分析問題、解決問題，進一步認識化學(xué)變化所遵循的基本原理并形成關(guān)于物質(zhì)變化的科學(xué)觀念，領(lǐng)略化學(xué)反應(yīng)原理的應(yīng)用對科學(xué)技術(shù)和人類社會文明所起的重要作用。［2］通過化學(xué)反應(yīng)原理的學(xué)習(xí)，主要發(fā)展學(xué)生“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“實驗探究與創(chuàng)新意識”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。所以，通過各章知識的學(xué)習(xí)后，章末“整理與提升”的教學(xué)功能不僅是對各章內(nèi)容的簡單總結(jié)，也不僅是簡單地匯總各章內(nèi)容的知識要點，而是要提升認識和觀念。“整理與提升”欄目的編排和呈現(xiàn)，精心提煉了化學(xué)的認識視角和認識思路，這是教材中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)外顯的重要途徑。［3“］整理與提升”欄目是從學(xué)科內(nèi)容的知識邏輯關(guān)系、認識視角和思路、核心觀念等方面對整章內(nèi)容進行的歸納與整理。

如：第一章“化學(xué)反應(yīng)與能量”，基于某一反應(yīng)事例（如H2與Cl2生成HCl或火箭推進劑肼與N2O4反應(yīng)等）為出發(fā)點，從如何測定反應(yīng)熱，到如何表示反應(yīng)熱的宏觀與微觀角度分析反應(yīng)伴隨著能量變化的邏輯進行整理與歸納，明確化學(xué)反應(yīng)中既有物質(zhì)變化又有能量變化，并從定性與定量相結(jié)合方式加深理解。

再如：第二章“化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率”，從物質(zhì)種類的變化到反應(yīng)方向、限度、速率和調(diào)控四個認識化學(xué)反應(yīng)的角度，既形成化學(xué)熱力學(xué)與化學(xué)動力學(xué)兩條線，又體現(xiàn)兩者之間聯(lián)系的認識思路（見圖1）。［4］

圖1 “化學(xué)反應(yīng)的方向、限度與速率”主題的認識思路

“整理與提升”的教學(xué)功能是促進知識結(jié)構(gòu)化，構(gòu)建結(jié)構(gòu)化的認識模型和應(yīng)用實例。［1］

2.基于學(xué)科思維方式，理解“整理與提升”對學(xué)科能力的發(fā)展價值

化學(xué)學(xué)科的理解，不僅僅是對化學(xué)知識的理解，還需要對化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的思維方式和方法的理解，［5］需要探索化學(xué)教育的本原，建構(gòu)認識物質(zhì)及其變化特征及規(guī)律的認識角度與思路的化學(xué)學(xué)科思維方式。知識的科學(xué)理解是知識符號背后的思想和思維邏輯的內(nèi)化過程。［6］如：第二章“化學(xué)反應(yīng)速率與化學(xué)平衡”可以從反應(yīng)歷程、反應(yīng)速率、反應(yīng)限度、反應(yīng)方向等角度認識化學(xué)反應(yīng)規(guī)律及原理，其中“化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素”可從宏觀與微觀兩個角度進行整理歸納（見圖2）。

圖2 “化學(xué)反應(yīng)速率及其影響因素”的知識邏輯

基于上述的整理思路，一方面，從實驗現(xiàn)象變化判斷反應(yīng)的快慢，利用變量控制法研究濃度、溫度和壓強等對反應(yīng)速率的影響并從微觀角度解釋，從反應(yīng)歷程解釋催化劑影響反應(yīng)速率。另一方面，基于不同反應(yīng)物或不同反應(yīng)條件下反應(yīng)速率不同的實驗事實，進行分析綜合、抽象概括、證據(jù)推理、模型建構(gòu)等。從活化能、基元反應(yīng)、催化劑影響反應(yīng)速率等角度，形成基元反應(yīng)、活化能是影響反應(yīng)速率的本質(zhì)原因的認識。從微觀角度認識催化劑能改變反應(yīng)歷程、用碰撞理論（或過渡態(tài)理論）模型解釋外界條件對化學(xué)反應(yīng)速率的影響等，形成從反應(yīng)歷程認識影響化學(xué)反應(yīng)速率的本質(zhì)的認識。

二、“整理與提升”欄目的教學(xué)實施

“整理與提升”不是對各章內(nèi)容的簡單總結(jié)?；趯υ摍谀康慕虒W(xué)理解，促進知識的建構(gòu)與應(yīng)用、促進學(xué)科思維能力的發(fā)展等方面是欄目教學(xué)價值的追求。根據(jù)化學(xué)反應(yīng)原理的知識結(jié)構(gòu)與學(xué)科特點，可以從宏觀現(xiàn)象、微觀實質(zhì)和符號表征三個維度促進知識的建構(gòu)與應(yīng)用，促進認識角度和思路的形成。下面以第一章“化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)”為例說明教學(xué)的實施過程。

1.學(xué)習(xí)目標

（1）通過分析火箭推進劑的原料及反應(yīng)原理，從物質(zhì)變化和能量變化兩個角度認識化學(xué)反應(yīng)，以“體系與能量”為核心概念的宏觀與微觀相結(jié)合的方式認識化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)。

（2）通過分析火箭推進劑的反應(yīng)原理，從定性與定量角度進一步整理化學(xué)反應(yīng)的物質(zhì)變化和能量變化，提升核心觀念的結(jié)構(gòu)化水平。

（3）通過火箭推進劑的原料選擇，建立“綜合考慮化學(xué)變化中的物質(zhì)變化和能量變化來分析、解決實際問題”的多角度認識思路，體會化學(xué)反應(yīng)原理的社會價值和應(yīng)用價值。

2.教學(xué)基本思路

以“體系與能量”和“化學(xué)反應(yīng)與熱能”為統(tǒng)攝性核心概念?；诨鸺七M劑及其反應(yīng)原理，從宏觀的物質(zhì)變化及伴隨的能量變化、微觀的物質(zhì)變化及能量變化的本質(zhì)兩個視角構(gòu)建化學(xué)反應(yīng)中能量變化的本質(zhì)、途徑以及表征方法和計算依據(jù)的結(jié)構(gòu)化知識體系，深入理解熱力學(xué)函數(shù)的影響因素（如內(nèi)能受溫度、壓強、物質(zhì)的聚集態(tài)的影響）和適用條件（如恒溫、恒壓條件下化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱可以用焓變ΔH表示），從定性和定量兩個角度理解化學(xué)反應(yīng)中既有物質(zhì)變化又有能量變化?；舅悸芬妶D3。

圖3 教學(xué)設(shè)計流程

3.教學(xué)過程

【問題情境1】運送神舟系列飛船的長征二F型火箭所使用的化學(xué)推進劑，燃料是偏二甲肼，氧化劑是四氧化二氮?；鸺l(fā)射時，兩種液體在發(fā)動機燃燒室中混合，燃料燃燒生成的熾熱氣體，通過火箭尾部的尾噴管向后快速噴出，對火箭產(chǎn)生反作用力，推動火箭向前飛行。

（1）問題導(dǎo)向，促進認識角度的形成

【問題】在火箭發(fā)動機燃燒室中發(fā)生了怎樣的反應(yīng)？反應(yīng)時為什么會放出大量的能量？放出能量的本質(zhì)原因是什么？

【分析】通過氧化還原反應(yīng)規(guī)律，分析火箭推進劑發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式為：

化學(xué)反應(yīng)中產(chǎn)生能量變化，宏觀上燃燒體系的內(nèi)能發(fā)生變化，微觀上各物質(zhì)分子中化學(xué)鍵發(fā)生斷裂與形成，從這兩個視角可解釋偏二甲肼與四氧化二氮發(fā)生反應(yīng)時放出大量能量。教學(xué)時可以提供有關(guān)化學(xué)鍵的鍵能數(shù)據(jù)，讓學(xué)生通過定量計算，解釋反應(yīng)會放出大量的能量。

通過上述問題的討論與解決，引導(dǎo)學(xué)生從“體系與能量”的核心概念，從宏觀與微觀理解化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)。

（2）基于多角度認識，促進“化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)”核心觀念的結(jié)構(gòu)化

在從宏觀與微觀兩個角度分析化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)的基礎(chǔ)上，進一步討論以下問題：

【問題】不同的火箭推進劑發(fā)生反應(yīng)放出的能量不同，對于某個化學(xué)反應(yīng)，如何測定或計算反應(yīng)熱？如何表示化學(xué)反應(yīng)的反應(yīng)熱？

【分析】進一步認識化學(xué)反應(yīng)中的熱效應(yīng)可以通過實驗方法測定或應(yīng)用蓋斯定律計算獲得，用熱化學(xué)方程式或圖像等表征化學(xué)反應(yīng)的熱效應(yīng)，從而構(gòu)建“宏觀—微觀—符號”三重表征化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的結(jié)構(gòu)化認識思路（見圖4）。

圖4 化學(xué)反應(yīng)熱效應(yīng)的結(jié)構(gòu)化認識思路

（3）構(gòu)建實際問題解決的思維模型

【問題情境2】火箭推進劑的發(fā)展歷史：中國古代發(fā)明的黑火藥，是世界上最早的火箭推動劑，其反應(yīng)為聚硫橡膠、高氯酸銨（NH4ClO4）、鋁粉（Al）是第二代火箭推進劑，其中高氯酸銨分解反應(yīng)為：2NH4ClO4=N2↑+Cl2↑+4H2O↑+2O2↑，產(chǎn)生的Cl2、O2將聚硫橡膠、鋁粉氧化，放出熱量較多且快速，使高氯酸銨快速分解，推動火箭升空。20世紀60年代，使用液氧、四氧化二氮（N2O4）、液氫（H2）和混肼等液體火箭推進劑，其特點是相對易存儲。目前，也采用液氫、液氧做火箭推進劑。

【問題】根據(jù)火箭推進劑的發(fā)展歷史，選擇火箭推進劑的要求有哪些？

【分析】發(fā)射衛(wèi)星（飛船）的火箭燃料的要求：體積小，重量輕，熱值高。不僅要盡量減輕火箭的重量，而且具有高能量，能快速將衛(wèi)星（飛船）送上軌道。

選擇燃料考慮的視角有：

①原料視角：物質(zhì)的變化（原料應(yīng)體積小，重量輕）。

②能量視角：能量的變化（原料應(yīng)有高熱值）。

③環(huán)境視角：原料及反應(yīng)后的產(chǎn)物對環(huán)境污染小。

目前，火箭升空推進劑在很多情況下采用液氫、液氧做推進劑，符合上述條件。

在知識的建構(gòu)過程中，讓學(xué)生感受到化學(xué)知識背后的社會價值和應(yīng)用價值。

4.教學(xué)反思

在教學(xué)實踐中，充分理解“整理與提升”欄目的教學(xué)功能，才能發(fā)揮其最大的教學(xué)價值。

（1）明確“整理”每章教學(xué)內(nèi)容的角度，改變重在知識點的整理歸納的方式，促進知識與觀念結(jié)構(gòu)化。

（2）設(shè)置一定的問題情境，引領(lǐng)學(xué)生構(gòu)建知識結(jié)構(gòu)化的認識思路，促進思維模型的形成。

（3）努力實現(xiàn)從聚焦知識學(xué)習(xí)到聚焦能力和素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)轉(zhuǎn)化，在知識的“整理”過程中與學(xué)科思維方法、學(xué)科思想觀念有效融合。只有在知識的建構(gòu)與應(yīng)用中不斷培養(yǎng)學(xué)生的思維能力，學(xué)生才能形成終身學(xué)習(xí)的能力。