“素养为本”背景下的化学创新意识培养策略

\o"分享到微博"\o"分享到微信"\o"分享到QQ"\o"分享到QQ空间"摘要：在课程标准的核心素养教学模式下，高中化学教师应贯彻“素养为本”的基本理念，将课内知识与课外实践相结合，注重培养学生敢于质疑和勇于创新的意识与能力，提升学生综合素养。本文以鲁科版高中化学必修二中的“原电池”教学设计为例，贯彻素养为本的理念，深入探讨在教学过程中怎样培养学生的创新意识等核心素养问题。关键词：课程标准；高中化学；原电池原理；素养为本；创新意识《普通高中化学课程标准》（2017年版2020修订）在课程性质中指出，化学学科核心素养是学生必备的科学素养，是学生终身学习和发展的重要基础[1]。化学学科的核心素养涵括了五个方面的内容，其中对科学探究与创新意识的要求有：能发现和提出有探究价值的问题，运用化学实验、调查等方法进行探究，敢于质疑，勇于创新。为契合课程标准要求，近年来高中化学各版本的教材随着课程标准的出台进行了新的修订。如新修订的北师大“新世纪”，山东科技出版社普通高中化学教材（以下简称鲁科版）与其旧教材相比，内容和程序更为合理和新颖，是对旧版教材的传承与创新，更能促进高中化学教学有效落实化学学科核心素养的培养。本文从化学学科的基础课程出发，以鲁科版高中化学必修第二册第二章第2节中的“化学电池”教学为例，进行探究式教学研究，结合教材和课程标准要求，讨论如何在素养为本的基础理念上开展高中化学学科教学活动，探索有效培养学生创新意识的途径。一、创新意识的内涵和培养意义互联网上关于创新意识的论述为：创新意识是指人们根据社会和个体生活发展的需要，引起创造前所未有的事物或观念的动机，并在创造活动中表现出的意向、愿望和设想，是人们进行创造活动的出发点和内在动力。创新意识的培养和开发是培养创新人才的前提和起点，一个具有创新意识的民族才有希望成为知识经济时代的科技强国。在基础教育阶段，落实创新教育，培养学生的创新精神和创新能力，促使学生全面健康发展已是适应时代要求的当务之急。课堂教学作为学校教育的主阵地，理应成为培养学生创新能力的主要途径。创新意识是化学学科核心素养的关键内容之一，主要是在问题解决的过程中自觉形成的一种意识。教师在教学过程中可以通过加减法、类比联想法，以及逆向思维法等进行化学创新意识的培养。原电池原理作为高中化学中的重点学习内容，若只是按照原来的旧教材编排进行知识传授式教学，将难以培养学生的科学探究意识和创新思维能力。如果对原电池相关的知识如构成条件、电流产生的原因、电子流动方向，以及电解质中离子移动方向等原理知识进行“死记硬背”，学生就无法理解和应用当今各种层出不穷的新型化学电池，更难以形成创新意识和能力。鲁科版必修第二册中关于“原电池”编排大胆创新，以燃料电池构建原电池模型，在燃料电池的教学中，引入正极反应物与负极反应物、离子导体与电子导体等新术语，结合电极组成材料的判断，展开对应原电池装置结构的要素分析，以有序性的分析角度进行各要素的概述，为原电池的认识模型构建打下基础[2]。因此，不仅教学中要编写有利于培养创新意识的教学设计，在课堂实践中更要注重培养学生的创新能力，为顺应时代发展的需要，推进新时代的教育教学改革，也为培养科技创新型人才打好基础。二、基于创新意识培养的原电池教学设计（一）有关原电池教学设计的理论依据根据课程标准的素养要求，对原电池相关模型设计，可以通过分析、推理等方法研究原电池的本质特征、构成要素以及对应元素之间的关系，在建立认知模型的基础上运用模型解释化学现象，从而揭示现象的本质规律。而对原电池的课程教学而言，原电池教学适用于模型构架教学方式，在教学环节中融入宏微结合、证据推理等其他学科素养。因此，关于原电池的教学设计是从氧化还原反应、离子反应以及能量转化观等方面进行深入探究，将化学学科核心知识渗透进教学过程，并且引导学生认识原电池的构成和原理，将学生的实验以及科学探究能力培养进行融合，提高学生在真实的实验情境、问题情境中分析问题、解决问题的能力，进一步促进学生深度思维的形成，发展学生的创新意识[3]。（二）有关原电池教学的地位与价值根据我国目前高中化学课程的相关标准，原电池的相关课程教学要求应以原电池为例，充分认识到化学能与电能之间的转换关系，并且从氧化还原反应的角度认识到原电池的工作原理。原电池的教学课程内容在化学反应与能量的章节下，尤其是在鲁科版必修教材中，更为注重原电池的原理教学，基于能量角度将化学反应能量转化的具体应用与原电池的工作原理进行相互融合。电池是人们日常生活中必不可少的物品，而学生通常情况下只知其物，不知其理，原电池与化学能量之间的关系具有高度的融合性。与此同时，将原电池的相关内容安排在化学反应与能量转化这一章节内容中，可以合理培养学生的重要学科思维，具有重要学科育人价值，为学生在高中继续研修化学学科选择性必修课程，以及在高考必备知识和关键能力的积累中具有重要地位。（三）有关原电池教学设计的目标本节课根据课程标准的核心素养要求进行目标设计。主要是从氧化还原反应的概念出发，对氢氧燃料电池的构成要素以及相关工作原理进行探究，进而能够初步构建原电池的基本模型，拓展学生的能量观、转化观。同时，化学原电池的构成要素以及基本工作原理是学生学习原电池的基础，在课程教学中应结合原电池的教学内容和要求，指导学生开展实验探究，设计简单的原电池，在教师的理论指导与自身的实验探究过程中，正确组装原电池模型，以微观视角自觉做好原电池的工作原理探析。再从其他角度发现新问题，引发新思考，并且进一步做好科学探究与化学创新意识的发展，提高化学核心素养中宏观辨识与微观探析、证据推理和模型认知等的素养培养。除此之外，原电池的课程教学内容还要求学生能够运用原电池模型、氧化还原反应相关知识，进行生活中部分复杂化学电池的分析，能够充分了解到氢氧燃料电池在航天工程中的重要性，要求学生能够学会用辩证法看待事物及其变化，将绿色化学思想渗透融入可持续发展理念，发展科学精神素养，以此有效增强学生的社会责任意识。（四）原电池教学的设计思路关于原电池的课程教学，应贯彻落实到素养为本的基础上，以化学学科中核心素养的创新意识培养为基本理念，设计相关教学环节，构建学习任务群，探究氢氧燃料电池、制作简单铜锌原电池、分析生活中实用的电池、课后制作水果电池等。主要流程：根据演示实验简易的“氢氧燃料电池”建立原电池的四要素，从而构建原电池模型。在初步了解原电池的原理基础上，设计“制作一个简单的铜锌原电池”的实验活动，通过探究自制的电池探究原电池工作原理，进而深化思维认知模型。再应用所学知识分析生活实际过程中的各种化学电池，体现化学在生活中的重要应用的基本思路。原电池的教学过程旨在以建立模型的方式，帮助学生深入理解原电池的相关原理，进而在模型构建的基础上激发学生的创新意识，引导学生建立分析角度、构建模型以及应用模型的认知思路，以氢氧燃料电池为基础构建原电池的工作原理以及一般性模型，进而有效指导学生在课程标准以及核心素养要求下完成原电池相关的学习任务。三、基于创新意识培养的原电池教学过程设计精心设计教学环节，发展学生创新素养，关于原电池的教学具体环节主要分为三个方面，分别是构建模型、探究模型以及应用模型，前后联系，环环相扣。环节一：构建原电池模型本节课以燃料电池为主要情境素材，主要是为了让学生能够初步理解原电池的构成要素以及工作原理。首先以氢能源汽车的动力源——氢氧电池导入教学，再以简单模型引导学生进行氢氧燃料原电池的分析，指导学生观察、思考和分析氢氧燃料原电池的构成，进而形成原电池的基本模型。在此过程中教师要能够引导学生从个别的实物模型抽象出一般原电池的构成要素和基本模型，启发学生认识新事物的思路和角度，能用氧化还原大概念的知识分析原电池的基本原理，并能将模型进行迁移，以此提高学生的实际创新思维能力。环节二：探究原电池模型原电池的探究模型建立，主要是指导学生开展相关实验探究，提出任务清单、方法导引和方案框架，以此引导学生进行铜锌原电池的设计实验探究，锻炼学生实验操作能力，再启发学生思考，由实验现象观察探寻原电池的微观原理。学生在原电池的模型基础上能够利用实际发生的实验过程，在微观角度讨论和分析问题，从而深化理解原电池的构成要素和原理。学生在实验探究过程中能够进一步深化对原电池结构和原理的认知，能够引导学生从宏观现象探寻到对应的微观本质，再根据原电池相关原理分析化学电池，以此提高学生对原电池的分析推理能力。在此实验探究环节，步骤细化，问题驱动，有利于培养学生证据推理及解决问题的能力，使学生思维的外显，为创新意识的培养创造条件。由宏观现象分析铜锌原电池微粒变化，写出两电极反应式，作图表示铜锌原电池的工作原理，标出电子转移方向，离子移动方向等，形成从宏观到微观再到符号表征的化学研究基本程序模型。形成根据氧化还原反应设计原电池的一般思路和方法，从微观角度理解、能用关系图表示原电池工作原理，并能用电极反应式表示简单的原电池的电极反应。在此环节，探究活动不仅关注学生的操作步骤和结果，还应该关注学生分析过程的思维能力培养。如实验过程中有的学生关注到锌片上也有气泡产生，提出疑问，教师此时不要直接告诉原因，课堂中生成性的问题是进行探究教学最好的资源，培养学生发现问题、提出问题是发展创新思维的前提条件，可以引导学生从电极材料的纯度、电极反应的环境分析等提出猜想，指导学生查阅资料，设计新的方案，通过实验论证，由于时间关系，可以设计成课后探究活动和课上展示成果的方式，有利于学生提高辩证思维和实验创新能力。环节三：应用原电池模型在原电池模型的应用环节有三个活动。活动一是学生根据教材自主将生活中使用的化学电池进行分类，简要叙述其性能特点，训练语言表达能力，发展分类观，明白利用氧化还原反应还可以设计出各种实用的电池。宣传本地有名的电池企业，形成化学理论源于实践并应用于实践的道理。活动二是应用已学知识具体分析化学电池。由锌锰电池、铅蓄电池、燃料电池的装置图和电池总反应式判断电池构成要素简单工作原理，培养学生的迁移应用能力，学会迁移也是发展学生创新意识的重要途径。活动三是观看视频——氢燃料电池汽车，分析氢能源汽车的优缺点和发展前景，以及在减少碳排放方面将有重要的战略意义。氢氧燃料电池是本节课的主要的情境素材，氢燃料电池汽车介绍，与导课首尾呼应，让学生感受化学与生活的密切联系及在人类社会发展中的巨大贡献，渗透“绿色化学”理念，发展学生辩证唯物观，激励学生学习科学技术，致力于新能源和新技术的开发，培养学生社会责任意识的素养。四、关于教学中培养学生创新思维的思考与建议在当下教育不断创新的背景下，教师更要有“敢创新、能创新”的魄力，不仅只是拥有创新理念和意识，更要致力于探索具有创新性的“新教学”实践。要想去改变，要去“折腾”，要能“折腾”，但又不能乱“折腾”，因为有课程标准的详细指导可以参考，有高考评价体系明确目标的参照，有教材创新性的范式可以模仿，更有许多“先行者”包括一线教师做了深入研究，总结出许多宝贵的经验。如胡久华、安鹏等[4]的优秀课例“铁盐和亚铁盐”的单元教学就是在课程标准指引下，结合鲁科版和人教版的教材基础上的尝试和创新，该课例展示创造者深厚的学术功底，且是吸收优秀研究成果，经多次改进而做出的精品，很值得一线教师参考、学习和借鉴。先学习再研究，行动起来，开始尝试改变本身就是一种创新，有了新的思路、方法就大胆在教学中尝试和实践，主动设计有利于培养创新意识的课例，厚积薄发，亦能促进教师专业成长。要培养学生的创新意识，教师除了设计有利于培养创新意识的教学活动，也要在课堂上善于捕捉学生“闪光点”，同样的活动情境，不同的学生会有不同的认识和思维，有时学生的见解很有差异性和新颖性，这正是创新意识具有的特征，只要是合理的见解，就要创造条件让学生去探索，这种实际的课堂中生成性的创新思维更具有发展的意义，需要教师呵护、引导和培育。在实践层面，教师应该多开展有趣的可锻炼创新能力的实践活动，除了课标中要求的探究实验，还要多设计探究式的实验情境或活动。如北京四中的高杰、刘银[5]就长期研究创造性探究教学设计，擅长运用各种情境设计开展探究式教学活动，很好地落实化学学科核心素养，尤其有利于培养学生的创新意识和创造性思维等高阶思维能力，他们也是敢“折腾”、能“折腾”的典范，值得认真学习。此外，可以结合当前热