基于核心素養(yǎng)培育的高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)研究
——以“鋁及其化合物復(fù)習(xí)”為例

福 建 省 漳 平 第 一 中 學(xué)(364400) 陳權(quán)富

福建教育學(xué)院化學(xué)教育研究所(350025) 張賢金

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn) (2017 年版)》(以下簡(jiǎn)稱(chēng) “2017 年版課程標(biāo)準(zhǔn)”)提出了化學(xué)學(xué)科5個(gè)方面的核心素養(yǎng)。因此,高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)不應(yīng)只重視課本知識(shí)技能的重現(xiàn),只重視知識(shí)的歸納總結(jié)與系統(tǒng)化,而更應(yīng)該重視探究意識(shí)、思維能力的提升,以落實(shí)發(fā)展和提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)目標(biāo)。要落實(shí)化學(xué)核心素養(yǎng)就需要在化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中挖掘教學(xué)內(nèi)容價(jià)值,選取真實(shí)情境,創(chuàng)設(shè)真實(shí)的化學(xué)問(wèn)題,將知識(shí)結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化,建立思維模型,將真實(shí)情境素材與必備知識(shí)和關(guān)鍵能力有機(jī)整合,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究和構(gòu)建工藝流程模型等形式的高階思維活動(dòng),使發(fā)展核心素養(yǎng)融合在真實(shí)情境問(wèn)題的解決過(guò)程中?；诖?以高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué),以鋁及其化合物復(fù)習(xí)為例,挖掘鋁及其化合物在化學(xué)核心知識(shí)中的價(jià)值,設(shè)計(jì)3個(gè)主要教學(xué)活動(dòng),精選 “無(wú)機(jī)阻燃添加劑 (氫氧化鋁)”“探究鋁元素的兩性實(shí)驗(yàn)”“由鋁土礦生產(chǎn)鋁的工藝流程”等真實(shí)教學(xué)情境,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)探究和構(gòu)建工藝流程模型的高階思維活動(dòng)。通過(guò)本教學(xué)案例研究,提出實(shí)施基于核心素養(yǎng)培育的高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)建議。

1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

在鋁及其化合物的復(fù)習(xí)教學(xué)中,首先設(shè)計(jì)建構(gòu)性化學(xué)學(xué)習(xí)情境,以一種應(yīng)用廣泛的阻燃添加劑(氫氧化鋁)為設(shè)計(jì)情境,引導(dǎo)學(xué)生分析物質(zhì)的性質(zhì)和用途,建立鋁及其化合物之間轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,目的是幫助學(xué)生建構(gòu)化學(xué)學(xué)科的核心概念和基本觀念；其次,設(shè)計(jì)探究溶液中pH 變化對(duì)鋁元素存在形式影響的實(shí)驗(yàn)方案,通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和問(wèn)題討論培養(yǎng)學(xué)生高階思維能力；第三設(shè)計(jì)真實(shí)工業(yè)生產(chǎn)流程,引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)工藝流程模型,利用模型解決實(shí)際問(wèn)題,從而在本節(jié)的學(xué)習(xí)中掌握必備知識(shí),發(fā)展關(guān)鍵能力,使學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)得到提升和發(fā)展。具體教學(xué)設(shè)計(jì)思路見(jiàn)圖1。

圖1 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

2 教學(xué)流程

2.1 創(chuàng)設(shè)情境，構(gòu)建轉(zhuǎn)化圖

學(xué)生活動(dòng)：觀看無(wú)機(jī)阻燃添加劑相關(guān)視頻。

交流研討：①指出含鋁元素的物質(zhì),討論建立鋁及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖 (見(jiàn)圖2)；②運(yùn)用鋁及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,用反應(yīng)化學(xué)方程式和簡(jiǎn)要的語(yǔ)言解釋氫氧化鋁的阻燃原理。

圖2 鋁及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,引導(dǎo)學(xué)生基于經(jīng)驗(yàn)和已有知識(shí)建立鋁及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。引導(dǎo)學(xué)生重新建構(gòu)鋁及其化合物的基本概念和基本轉(zhuǎn)化,通過(guò)認(rèn)識(shí)氫氧化鋁在生活生產(chǎn)中的用途,體現(xiàn)鋁及其化合物的價(jià)值,增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感。

2.2 探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生高階思維

學(xué)生活動(dòng)：理論計(jì)算。

(1)已 知：Ksp[Al(OH)3]＝1.3×10－33,在0.1mol/LAl2(SO4)3溶液中,溶液pH 為多少時(shí)可使Al3＋完全沉淀? (注：30.13＝0.5,lg5.0＝0.7)

(2)將1 mol/L 的NaOH 溶 液 滴 入50 mL 0.1mol/L Al2(SO4)3溶液中,當(dāng)生成的Al(OH)3完全溶解時(shí)消耗的NaOH 溶液的體積是多少,并作圖說(shuō)明。

探究實(shí)驗(yàn)：研究溶液pH 變化對(duì)鋁元素存在形式的影響。實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖3,實(shí)驗(yàn)測(cè)得數(shù)據(jù)見(jiàn)圖4。

問(wèn)題研討：

(1)用離子方程式解釋a 點(diǎn)溶液呈酸性的原因。

(2)b點(diǎn)到c點(diǎn)pH 變化很小的原因是什么? d點(diǎn)到e點(diǎn)呢?

(3)鋁元素在溶液中存在形式與溶液pH 變化有什么關(guān)系?

(4)分析實(shí)驗(yàn)探究得到的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與理論計(jì)算數(shù)據(jù)有哪些差異? 為什么?

(5)常溫下濃氨水(pH 約為12.04)能溶解Al(OH)3嗎? 制備Al(OH)3過(guò)程中為什么要用氨水來(lái)沉淀Al3＋?

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置

圖4 滴加NaOH 溶液體積與溶液pH 變化的關(guān)系

設(shè)計(jì)意圖：鋁及其化合物區(qū)別于另外4種常見(jiàn)金屬的特點(diǎn)是：Al、Al2O3、Al(OH)3既能與酸反應(yīng)生成以Al3＋形式存在的鋁鹽,又能與堿反應(yīng)生成一種以[Al(OH)4]－形式存在的含鋁元素鹽,之所以具備這樣性質(zhì)原因之一是Al(OH)3具有兩性。因此,設(shè)計(jì)有關(guān)“溶液的pH 變化對(duì)鋁元素存在形式不同”的探究實(shí)驗(yàn),引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)交流研討有價(jià)值的問(wèn)題。這種“鋁三角及有關(guān)圖像分析”的復(fù)習(xí)教學(xué)不同于常規(guī)課,有利于學(xué)生形成知識(shí)源于客觀實(shí)驗(yàn)事實(shí)的觀念。

2.3 建構(gòu)原料到產(chǎn)品工藝流程模型

學(xué)生活動(dòng)：交流研討。分析以下制備鋁單質(zhì)的工藝流程,建構(gòu)原料到產(chǎn)品工藝流程模型。

常見(jiàn)的2種從鋁土礦(主要成分是Al2O3,還含有SiO2、Fe2O3等雜質(zhì))制備鋁的工藝流程見(jiàn)圖5。已知SiO2堿溶時(shí)轉(zhuǎn)化為鋁硅酸鈉沉淀。

圖5 鋁土礦制備鋁的工藝流程

模型建構(gòu)：原料到產(chǎn)品工藝流程模型見(jiàn)圖6。

圖6 原料到產(chǎn)品工藝流程模型

遷移應(yīng)用：工業(yè)上利用水鈷礦制備草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)的工藝流程見(jiàn)圖7。

已知：①水鈷礦主要成分為Co2O3、Co(OH)3,還含有少量Fe2O3、Al2O3、MnO 等雜質(zhì)；②浸出液含有的陽(yáng)離子主要有H＋、Co2＋、Fe2＋、Mn2＋、Al3＋等；③當(dāng)金屬離子濃度為0.01mol/L時(shí),以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH(見(jiàn)表1)。

圖7 制備草酸鈷晶體(CoC2O4·2H2O)的工藝流程

表1 金屬離子以氫氧化物形式沉淀時(shí)溶液的pH

交流研討：

(1)列出過(guò)程中鈷元素的主要存在形式；

(2)指出主要操作步驟原理和作用,討論各步加入試劑的目的；

(3)綜合分析各步的化工生產(chǎn)條件,寫(xiě)出主要轉(zhuǎn)化的化學(xué)方程式。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)構(gòu)建工藝流程模型和遷移應(yīng)用等活動(dòng),讓學(xué)生掌握基本知識(shí)和技能,掌握化工工藝流程題解題的一般思路和方法。能運(yùn)用離子反應(yīng)、化學(xué)平衡分析解決化工生產(chǎn)問(wèn)題。通過(guò)高階思維活動(dòng)建構(gòu)工藝流程模型,設(shè)計(jì)真實(shí)情境遷移應(yīng)用提高模型認(rèn)識(shí)水平,促進(jìn)學(xué)科核心素養(yǎng)的有效發(fā)展。

3 教學(xué)反思與建議

2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)提出了5個(gè)維度的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),將基本知識(shí)技能學(xué)習(xí)、化學(xué)思想觀念建構(gòu)、科學(xué)探究和問(wèn)題解決能力結(jié)合起來(lái),回答了“教什么”“怎么教”的問(wèn)題。本教學(xué)案例,不僅幫助學(xué)生重建鋁及其化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,還培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究和證據(jù)推理等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng),是基于核心素養(yǎng)培育的高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)案例。因此,結(jié)合本案例就高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué),提出以下幾點(diǎn)教學(xué)建議。

3.1 善于構(gòu)建主題，突出核心概念

根據(jù)2017年版課程標(biāo)準(zhǔn)設(shè)置,構(gòu)建合適的主題,實(shí)現(xiàn)從知識(shí)到核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化。如本案例中鋁及其化合物復(fù)習(xí)教學(xué)的主題,設(shè)計(jì)3 個(gè)活動(dòng)。第一,設(shè)計(jì)情境重整鋁及其化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系圖和基礎(chǔ)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；第二,設(shè)計(jì)溶液中pH 變化對(duì)鋁元素存在形式影響的實(shí)驗(yàn)探究,突破鋁及其化合物的教學(xué)難點(diǎn),提升學(xué)生的科學(xué)探究能力；第三,設(shè)計(jì)工藝流程模型,鞏固相關(guān)內(nèi)容,達(dá)到遷移應(yīng)用知識(shí)的目的,提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

3.2 充分挖掘教學(xué)內(nèi)容中特定價(jià)值，創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境

這是高三化學(xué)復(fù)習(xí)有效教學(xué)的關(guān)鍵。既要有建構(gòu)性的化學(xué)學(xué)習(xí)情境,如本案例中“無(wú)機(jī)阻燃添加劑”和“探究溶液中pH 變化對(duì)鋁元素存在形式的影響實(shí)驗(yàn)”,又要有遷移性的化學(xué)學(xué)習(xí)情境,如本案例中“工藝流程模型的遷移應(yīng)用”。同時(shí),結(jié)合科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境問(wèn)題的解決過(guò)程,實(shí)施教、學(xué)、評(píng)一體化的復(fù)習(xí)教學(xué)活動(dòng)。

3.3 落實(shí)核心素養(yǎng)目標(biāo)，優(yōu)化教學(xué)主線

要明確教學(xué)內(nèi)容主題和學(xué)習(xí)任務(wù),結(jié)合真實(shí)情境,設(shè)計(jì)有價(jià)值的問(wèn)題和教學(xué)評(píng)價(jià)。從核心知識(shí)、真實(shí)情境和核心素養(yǎng)3個(gè)方面設(shè)計(jì)教學(xué)主線,對(duì)一節(jié)課進(jìn)行整體規(guī)劃。如本案例中通過(guò) “無(wú)機(jī)阻燃添加劑”建構(gòu)鋁及其化合物轉(zhuǎn)化關(guān)系圖,主要是落實(shí) “宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)；通過(guò)“探究溶液中pH 變化對(duì)鋁元素存在形式的影響實(shí)驗(yàn)”,主要是落實(shí) “科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)；通過(guò)“構(gòu)建工藝流程模型和遷移應(yīng)用”,主要是落實(shí)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”素養(yǎng)。基于核心素養(yǎng)培育的化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施,使高三化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)不再是 “炒冷飯”式的教學(xué),不再是只有知識(shí)的歸納整理,也不再是講練的簡(jiǎn)單結(jié)合。提高了高三化學(xué)復(fù)習(xí)的有效性,更好地完成 “立德樹(shù)人”的根本任務(wù)。