知識(shí)與素養(yǎng)同步增長的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施

邱燕珠 王朝暉 歐陽志斌

摘要：以“海帶提碘”的教學(xué)設(shè)計(jì)與實(shí)施為例，探索“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”的教學(xué)設(shè)計(jì)，闡述了在教學(xué)中如何基于真實(shí)情境設(shè)計(jì)符合學(xué)生學(xué)情的活動(dòng)與任務(wù)，從而實(shí)現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，讓學(xué)生的學(xué)科思維得到提升，進(jìn)而發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，實(shí)現(xiàn)知識(shí)與素養(yǎng)的同步增長。

關(guān)鍵詞：素養(yǎng)為本；化學(xué)教學(xué)；海帶提碘；知識(shí)與素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）12-0051-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.013

“為知識(shí)而教”的教學(xué)存在著諸多的弊端，它更多的是教師單向的知識(shí)傳授，學(xué)生學(xué)習(xí)知識(shí)的方法大多是基于記憶和機(jī)械的訓(xùn)練，缺乏師生的雙向互動(dòng)，學(xué)生的主動(dòng)思考和深度學(xué)習(xí)難以發(fā)生。于是，一些人開始宣揚(yáng)“課堂教學(xué)不在于讓學(xué)生掌握多少知識(shí)，而在于培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)”[1]，這種將“為知識(shí)而教”與“為核心素養(yǎng)而教”進(jìn)行二元對(duì)立的想法是極其錯(cuò)誤的。學(xué)生只有通過學(xué)科知識(shí)的學(xué)習(xí)，并綜合運(yùn)用學(xué)科知識(shí)解決實(shí)際問題，才能形成和發(fā)展自己的核心素養(yǎng)，可以說，學(xué)科知識(shí)是解決實(shí)際問題的工具，不具備學(xué)科知識(shí)，學(xué)生的核心素養(yǎng)發(fā)展訴求就成為鏡中花、水中月，因此，在課堂教學(xué)中既要將核心素養(yǎng)目標(biāo)知識(shí)化，又要將知識(shí)教學(xué)素養(yǎng)化，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)知識(shí)和素養(yǎng)的同步增長。

一、“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

為核心素養(yǎng)而教，已成為教育界的共識(shí)，但是“為核心素養(yǎng)而教”的教學(xué)并不是要否定知識(shí)的價(jià)值，而空談素養(yǎng)的培育。筆者經(jīng)過多年的教學(xué)實(shí)踐與探索，建構(gòu)了“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”的化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)的一般思路與方法。

1．設(shè)計(jì)思路

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》提出“素養(yǎng)為本”的基本教學(xué)理念，倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，希望通過學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，能夠激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性，從而促進(jìn)化學(xué)學(xué)科思維能力和學(xué)科實(shí)踐能力的提升，形成必備品格和關(guān)鍵能力。[2]實(shí)踐表明，學(xué)生學(xué)習(xí)某一學(xué)科知識(shí)時(shí)，要按如圖1所示的程序使學(xué)生在認(rèn)知發(fā)展中形成核心素養(yǎng)。即首先從事實(shí)、表象、看法等“個(gè)別”出發(fā)，通過歸納發(fā)現(xiàn)“一般”規(guī)律，形成概念、規(guī)律、理論等結(jié)構(gòu)化的知識(shí)（這個(gè)過程完成知識(shí)發(fā)現(xiàn)的過程，實(shí)質(zhì)是歸納思維方法）。其次，讓學(xué)生運(yùn)用概念、規(guī)律與理論，這些結(jié)構(gòu)化的知識(shí)去解決實(shí)際問題，形成解決問題的典型案例（這個(gè)過程完成知識(shí)應(yīng)用于解決問題的過程，實(shí)質(zhì)是演繹的思維方法）。再次，通過解決問題，或發(fā)現(xiàn)新的問題，開展深入研究，形成新的觀點(diǎn)、新的理論；或?qū)鉀Q問題的過程進(jìn)行反思與歸納，形成解決問題的一般方法，從而在問題解決的過程中形成學(xué)科觀念，提升核心素養(yǎng)。

2．設(shè)計(jì)方法

基于以上分析，綜合考慮知識(shí)與素養(yǎng)之間的關(guān)系，下面以“海帶提碘”為例，闡述如何進(jìn)行“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”的教學(xué)設(shè)計(jì)。

（1）認(rèn)真研讀課程標(biāo)準(zhǔn)，領(lǐng)會(huì)教材的編寫意圖

基于海帶提碘的工業(yè)背景，教師課前認(rèn)真研讀課程標(biāo)準(zhǔn)并查閱了大量相關(guān)文獻(xiàn)。本著服務(wù)教學(xué)目標(biāo)的原則，承載教學(xué)內(nèi)容，精選文獻(xiàn)中的相關(guān)內(nèi)容以表格、圖像等形式呈現(xiàn)。利用素材引導(dǎo)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促使學(xué)生自主完成“海帶提碘”的工藝流程設(shè)計(jì)。

（2）精心設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)任務(wù)和活動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性

教師根據(jù)“海帶提碘”的真實(shí)案例，選取多個(gè)真實(shí)情境，精心設(shè)計(jì)符合學(xué)生學(xué)情的學(xué)習(xí)任務(wù)和活動(dòng)，調(diào)動(dòng)學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，使學(xué)生愿意參與設(shè)計(jì)、樂于參與設(shè)計(jì)。通過參與學(xué)習(xí)活動(dòng)、完成學(xué)習(xí)任務(wù)，學(xué)生不僅習(xí)得了知識(shí)，提升了學(xué)科思維，形成了學(xué)科觀念，同時(shí)還真切感受到了化學(xué)對(duì)生產(chǎn)生活的貢獻(xiàn)，形成贊賞化學(xué)科學(xué)的意識(shí)，發(fā)展“科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任”等學(xué)科核心素養(yǎng)。

（3）注重過程體驗(yàn)，在體驗(yàn)中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)

本節(jié)課從講解知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)榻鉀Q問題、構(gòu)建模型。重點(diǎn)不是如何進(jìn)行“海帶提碘”，而是在素材和任務(wù)的引領(lǐng)下，讓學(xué)生自己經(jīng)歷“怎樣設(shè)計(jì)”“為什么這樣設(shè)計(jì)”的科學(xué)探究過程。引導(dǎo)學(xué)生通過分析“海帶提碘”工藝流程中的關(guān)鍵要素，自主構(gòu)建“從自然界中提取物質(zhì)”的一般方法與模型。整個(gè)過程，學(xué)生依據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化等學(xué)科知識(shí)，收集相關(guān)證據(jù)，基于證據(jù)進(jìn)行推理論證，最終完成整個(gè)提碘方案的設(shè)計(jì)，培養(yǎng)“證據(jù)推理、模型認(rèn)知、科學(xué)探究”等學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”的教學(xué)實(shí)踐

1．教學(xué)設(shè)計(jì)理念

“海帶提碘”是魯科版高中化學(xué)必修2微項(xiàng)目“海帶提碘與海水提溴”中的內(nèi)容。選擇“海帶提碘”的原因，一是出于該內(nèi)容是實(shí)驗(yàn)教學(xué)的好素材，其中涉及到過濾、萃取、分液等基本操作技能和原理，有利于培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?；二是緣于發(fā)展學(xué)生關(guān)鍵能力的教學(xué)需要，碘的檢驗(yàn)和分離提純是實(shí)驗(yàn)考查的熱點(diǎn)和重點(diǎn)，教材將“海帶提碘”安排在元素化合物及元素周期律學(xué)習(xí)之后，有利于培養(yǎng)學(xué)生的元素觀和轉(zhuǎn)化觀，增進(jìn)對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解并鞏固其應(yīng)用；三是由于“海帶提碘”是思維構(gòu)建的良好載體，海帶提碘必須經(jīng)過原料預(yù)處理、化學(xué)反應(yīng)和產(chǎn)物分離三部分。整個(gè)提碘過程滲透了物質(zhì)的分離提純、循環(huán)利用、綠色環(huán)保、成本節(jié)約等技術(shù)思想，[3]有利于學(xué)生自主構(gòu)建物質(zhì)提取的一般方法與模型。整個(gè)設(shè)計(jì)的初衷就是基于教材的開發(fā)和重構(gòu)，以知識(shí)為載體，培養(yǎng)化學(xué)科學(xué)思維，探索實(shí)施“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”教學(xué)模式。完成從教知識(shí)到教技能，最后到教核心素養(yǎng)的進(jìn)階。設(shè)計(jì)思路如圖2所示。

2．教學(xué)實(shí)施過程

（1）創(chuàng)設(shè)情境，激發(fā)興趣

【生】交流缺碘有哪些危害和如何補(bǔ)碘的問題，了解碘在生命中的作用；然后質(zhì)疑海洋碘庫和缺碘危機(jī)的矛盾，對(duì)比我國和發(fā)達(dá)國家之間提碘技術(shù)的差距。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，激發(fā)學(xué)生對(duì)新知識(shí)探索的興趣。通過質(zhì)疑海洋碘庫和缺碘危機(jī)的矛盾，對(duì)比我國和發(fā)達(dá)國家之間提碘技術(shù)的差距，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任，進(jìn)入課題一海帶提碘。

（2）“海帶提碘”的工業(yè)流程設(shè)計(jì)

活動(dòng)一：原料的選取與預(yù)處理

【材料1】①海水中元素分布特點(diǎn)：總儲(chǔ)量大，濃度低。海水中部分元素的含量如表1所示。②很多海產(chǎn)品富含碘，碘含量很高。部分海產(chǎn)品的含碘量如表2所示。將海帶中的碘提取出來，比較適合實(shí)驗(yàn)室中提取碘。

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生從材料中獲取信息并用于解決實(shí)際問題的能力。初步體會(huì)實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)對(duì)原材料的選取原則，以及應(yīng)根據(jù)不同的具體需求對(duì)原料進(jìn)行相應(yīng)的預(yù)處理。

活動(dòng)二：物質(zhì)問的轉(zhuǎn)化

【師】海帶提碘的兩個(gè)關(guān)鍵要素：一是如何將I一轉(zhuǎn)化為I：，二是如何對(duì)得到的I：進(jìn)行分離提純。

【生】思考、討論得出：將I一轉(zhuǎn)化為I：，元素化合價(jià)升高，應(yīng)加入氧化劑。

【師】參考表3中數(shù)據(jù)，你會(huì)選擇哪種氧化劑，為什么？寫出相關(guān)反應(yīng)的方程式。

【師】根據(jù)材料1的數(shù)據(jù)，分析工業(yè)提碘的最佳原料并說明理由。

【生】海洋中含碘總量雖高，但濃度低，工業(yè)上應(yīng)選擇含碘量高的海帶作為原料，海帶價(jià)格便宜，可以降低生產(chǎn)成本。

【師】歸納“工業(yè)生產(chǎn)原料選取”原則。原料選取應(yīng)遵循廉價(jià)易得，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠，環(huán)保無污染等原則。

【材料2】查閱資料，展示海帶成分信息：每1000 9干海帶中含816 mg碘元素，多數(shù)以化合態(tài)的形式存在，具體存在形式有兩種，一種是有機(jī)碘化物（不溶于水，通過灼燒可將其轉(zhuǎn)化為I一），另一種則以可溶性礦物質(zhì)（I-）的形態(tài)存在。

【師】如何從海帶中提取到I一，如何分離出來，這種方法適用于分離哪種混合物？

【生】思考、討論。

【材料3】方案1：將干海帶灼燒，再加水浸泡其燃燒產(chǎn)物，通過過濾操作獲取含有I一的溶液。方案2：將干海帶加水浸泡，通過過濾操作獲取含I一的溶液。

【師】請(qǐng)你評(píng)價(jià)以上兩種實(shí)驗(yàn)方案的優(yōu)缺點(diǎn)。

【生】思考、討論得出：方案1：優(yōu)點(diǎn)是能將海帶中的碘元素充分提取出來，效率較高；缺點(diǎn)是操作煩瑣且耗費(fèi)時(shí)間長，比較適合工業(yè)生產(chǎn)。方案2：優(yōu)點(diǎn)是可快速獲取海帶中可溶性的I一，操作簡單；缺點(diǎn)是不能完全

【生】思考、討論得出：由元素周期表中元素性質(zhì)的遞變規(guī)律可知，氯水、溴水均可用作提取碘單質(zhì)的氧化劑，酸性KMnO4氧化性太強(qiáng)，會(huì)把得到的碘單質(zhì)進(jìn)一步氧化，濃硫酸則會(huì)產(chǎn)生污染性氣體SO：，雙氧水氧化性適中，環(huán)保無污染，但是價(jià)格比較高。綜合考慮環(huán)保、成本、氧化效率等因素，考慮選取Cl2。

【師】總結(jié)氧化劑選擇原則：氧化性適中、反應(yīng)條件溫和、原料易得，經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、綠色環(huán)保。

設(shè)計(jì)意圖：體會(huì)元素周期律、元素周期表在分析、解決實(shí)際問題中的價(jià)值，學(xué)生考慮氯氣就是元素周期表同族性質(zhì)遞變性的一個(gè)應(yīng)用。把I一轉(zhuǎn)化為I2的過程體現(xiàn)了氧化還原反應(yīng)在物質(zhì)轉(zhuǎn)化中的應(yīng)用。同時(shí)使學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)工業(yè)生產(chǎn)不同于實(shí)驗(yàn)室，工業(yè)生產(chǎn)需要考慮成本、產(chǎn)率、環(huán)保等問題。

活動(dòng)三：I2的分離提純

【師】如何把前面得到的I2分離提純出來呢？能否將碘水直接蒸干得到單質(zhì)碘？能否將碘水濃度進(jìn)一步提高？

【生】思考、討論得出：CCl4萃取或者活性炭吸附生成的碘單質(zhì)。

【師】提煉“富集”思想。從低濃度到高濃度的濃縮過程就是碘的“富集”。

【師】根據(jù)以上分析，小組討論設(shè)計(jì)海帶提碘的實(shí)驗(yàn)方案并畫出相對(duì)應(yīng)的流程圖。

【生】初步完成海帶提碘的工藝流程圖并動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，得到碘的四氯化碳溶液。

【師】如何分離碘和四氯化碳，得到純凈的I2呢？

【生】蒸餾。

【材料4】數(shù)據(jù)表明，碘從45C左右開始升華，沸點(diǎn)184.4℃，CCl4的沸點(diǎn)為76.8℃。[4]

【生】思考、討論得出：因受熱時(shí)，在CCl4揮發(fā)的同時(shí)也有部分I：升華，所以無法用蒸餾的方法分離碘和四氯化碳。

【材料5】向有機(jī)層中加入NaOH溶液，將I2轉(zhuǎn)化為無機(jī)鹽Nal、NalO3，將碘釋放出來，萃取劑獲得再生，可以重復(fù)使用，這種方法稱為反萃取。無機(jī)鹽Nal、NalO3在酸化的條件下即可轉(zhuǎn)化為I2。寫出以上相關(guān)反應(yīng)的離子方程式。

【生】按要求書寫材料5中的化學(xué)方程式。

【師】請(qǐng)同學(xué)完善海帶提碘的工藝流程圖。

【生】小組討論，完善海帶提碘的工藝流程圖（如圖3所示），動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。

設(shè)計(jì)意圖：通過海帶提碘流程圖的繪制，幫助學(xué)生初步建立物質(zhì)提取的一般思路模型，發(fā)展學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)。通過相關(guān)離子方程式的書寫，鞏固元素化合物知識(shí)，將知識(shí)的應(yīng)用落到實(shí)處?！叭绾螌一轉(zhuǎn)化為I2”與“如何提純分離碘單質(zhì)”是本節(jié)的重難點(diǎn)，整節(jié)課通過資料閱讀和親身動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，交流研討“海帶提碘”的工業(yè)流程，調(diào)動(dòng)了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性。

（3）模型的建構(gòu)

【師生】通過“海帶提碘”，歸納從自然界中提取物質(zhì)的一般思路和方法，如圖4所示。

設(shè)計(jì)意圖：對(duì)解決問題的思維過程進(jìn)行歸納，形成解決問題的一般思維模型，在這個(gè)過程中不僅有利于促進(jìn)學(xué)生知識(shí)結(jié)構(gòu)化，還能形成正確的學(xué)科觀念，達(dá)到知識(shí)與素養(yǎng)的同步增長。

三、總結(jié)與反思

本節(jié)課學(xué)生表現(xiàn)積極，課堂氣氛活躍，學(xué)習(xí)效果較好。課后對(duì)學(xué)生進(jìn)行了訪談，學(xué)生認(rèn)為本節(jié)課作為課堂的主體，真實(shí)地體驗(yàn)了科學(xué)探究的過程。課后，筆者一直在思考：以知識(shí)學(xué)習(xí)為載體，培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科思維，立足于“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”教學(xué)模式的構(gòu)建，其著力點(diǎn)應(yīng)該是：一要為學(xué)生搭建科學(xué)探究的平臺(tái)，提供觀察的對(duì)象，設(shè)置探究性問題，組織探究活動(dòng)。二要指導(dǎo)學(xué)生形成正確的科學(xué)研究思路，引導(dǎo)學(xué)生收集證據(jù)、推理分析，形成不同類知識(shí)的思維方法和思維模式。三要培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度，讓學(xué)生在生活中學(xué)，在真實(shí)體驗(yàn)中學(xué)、在做中學(xué)、在學(xué)中悟，懂得運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際的化學(xué)問題，體悟化學(xué)學(xué)科價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。四要激發(fā)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)創(chuàng)新的動(dòng)機(jī)，鼓勵(lì)學(xué)生敢于質(zhì)疑、勇于創(chuàng)新。為學(xué)生提供素材，比如說實(shí)驗(yàn)中的異?，F(xiàn)象、方案設(shè)計(jì)中的缺陷，讓學(xué)生提出有價(jià)值的學(xué)科問題。當(dāng)然，在課后還要針對(duì)“知識(shí)與素養(yǎng)同步增長”的課堂教學(xué)進(jìn)行評(píng)價(jià)，以診斷教師的教與學(xué)生的學(xué)的質(zhì)量和效果，從而促進(jìn)教師改進(jìn)和優(yōu)化教學(xué)方式，驅(qū)動(dòng)學(xué)生積極轉(zhuǎn)變化學(xué)學(xué)習(xí)方式。

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