基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計*
——以“鈉及其化合物”為例

劉春春，邢 焰

(黔南民族師范學(xué)院化工學(xué)院，貴州 都勻 558000)

2017年《普通高中化學(xué)課程標準》(2020年修訂版)提出了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，包括“宏觀辨識與微觀探析”“證據(jù)推理與模型認知”“變化觀念與平衡思想”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會責(zé)任”五個維度[1]。之所以提出核心素養(yǎng)的問題，重要原因之一是解決“應(yīng)試教育”導(dǎo)致的“有知識，無素養(yǎng)”的問題[2]。傳統(tǒng)的教學(xué)忽視學(xué)生的主體地位，教育只重視結(jié)果，完全的“唯分數(shù)論”，學(xué)習(xí)知識只是為了應(yīng)付考試而不是實實在在的將知識遷移到有價值的地方，忽視學(xué)生創(chuàng)造力發(fā)展和抑制發(fā)散思維發(fā)展?；瘜W(xué)核心素養(yǎng)對培養(yǎng)學(xué)生關(guān)鍵能力，提高科學(xué)探究，形成正確價值觀念具有重要作用?；瘜W(xué)核心素養(yǎng)落實于化學(xué)教育中，毋庸置疑對教學(xué)優(yōu)化具有重要作用，做好教學(xué)設(shè)計是有效教學(xué)的前提和基礎(chǔ)，優(yōu)質(zhì)的教學(xué)設(shè)計是教師好教、學(xué)生好學(xué)、教好學(xué)生的重要橋梁?；诨瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進行教學(xué)設(shè)計可促使課程達到理想化效果。鈉作為重要金屬，對其研究必不可少，以“鈉及其化合物”為關(guān)鍵詞，中國知網(wǎng)有13篇文獻對其進行了研究，以“鈉及其化合物”“教學(xué)設(shè)計”為關(guān)鍵詞，僅有一篇研究，基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)下“鈉及其化合物”的教學(xué)設(shè)計罕有涉及。為培養(yǎng)“有知識、有素質(zhì)”的合格人才，本文基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)對鈉及其化合物進行教學(xué)設(shè)計探究。

1 基于化學(xué)核心素養(yǎng)下教學(xué)前分析

1.1 基于核心素養(yǎng)與“三序結(jié)合”教材分析

義務(wù)教育階段，學(xué)生對部分金屬通性及化學(xué)性質(zhì)有了初步了解，但未對某一金屬進行過系統(tǒng)性學(xué)習(xí)。普通高中階段中，“鈉及其化合物”在高中必修一第二章第一節(jié)，必修一第一章學(xué)習(xí)了物質(zhì)的分類和氧化還原反應(yīng)。氧化還原反應(yīng)是物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)重要的認識角度和理論依據(jù)，將氧化還原反應(yīng)放在鈉之前學(xué)習(xí)，為學(xué)生學(xué)習(xí)鈉的化學(xué)性質(zhì)奠定基礎(chǔ)，從三序角度來看符合學(xué)科知識邏輯順序。高一是初中向高中轉(zhuǎn)變的過渡，無論是知識的難度還是廣度，較初中而言，都有較大提高?；瘜W(xué)符號抽象性，實驗現(xiàn)象未知性和知識網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜性，導(dǎo)致學(xué)生對學(xué)習(xí)化學(xué)產(chǎn)生抗拒心理。鈉的知識難度偏中，放在第二章位置，在第一章先學(xué)習(xí)簡單知識，有利于消除學(xué)生的懼怕心理，符合學(xué)生心理發(fā)展順序。關(guān)于“鈉及其化合物”的學(xué)習(xí)，按照先學(xué)習(xí)物理性質(zhì)到化學(xué)性質(zhì)再學(xué)習(xí)鈉的化合物，最后應(yīng)用實踐的順序展開，由淺入深，從宏觀到微觀，從性質(zhì)決定應(yīng)用的教學(xué)內(nèi)容編排，滿足學(xué)生認知發(fā)展順序。從核心素養(yǎng)角度看，教學(xué)內(nèi)容從宏觀角度探究微觀性質(zhì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)；教學(xué)過程涉及實驗探究，有效培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)；學(xué)習(xí)實際應(yīng)用于生活，便于培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任核心素養(yǎng)。

1.2 基于核心素養(yǎng)的教學(xué)目標和評價目標

2017年版普通高中化學(xué)課程標準具有里程碑級的意義，主要在于其立于創(chuàng)新，基于理論，源于實踐，是近十幾年來化學(xué)基礎(chǔ)教育教學(xué)理論的最新研究方法論及成果體現(xiàn)，引領(lǐng)中國基礎(chǔ)化學(xué)教育的前進方向。與2003年課程標準相比，更加注重“教、學(xué)、評”一體化教學(xué)設(shè)計，提供了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中“落地”的基本途徑和策略?；瘜W(xué)核心素養(yǎng)是對科學(xué)素養(yǎng)的深化和具體化，不僅反映了科學(xué)素養(yǎng)的運動和發(fā)展，更反映和體現(xiàn)了化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)特征。通過將化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)進行結(jié)構(gòu)化分析，可知化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)可分為化學(xué)學(xué)科實踐、化學(xué)學(xué)科認識及化學(xué)科學(xué)應(yīng)用，符合哲學(xué)認識論的一般過程(實踐-認識-再實踐)，更加清晰地表明化學(xué)核心素養(yǎng)的哲學(xué)內(nèi)涵[2]?；诤诵乃仞B(yǎng)哲學(xué)形成與發(fā)展及其表現(xiàn)規(guī)律，我們可通過確定化學(xué)課程教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)活動來評測學(xué)生在不同階段的素養(yǎng)發(fā)展水平，因此，確定教學(xué)目標可充分發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。教學(xué)目標是開展教學(xué)想要達到的預(yù)期效果。確立教學(xué)目標，是開展課堂教學(xué)的重要基礎(chǔ)，是驅(qū)動學(xué)生學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)，是提高教學(xué)效率的重要保障，是實現(xiàn)“教、學(xué)、評”一體化教學(xué)的重要依據(jù)。據(jù)此，“鈉及其化合物”課程教學(xué)目標如圖1所示。

圖1 “鈉及其化合物”課堂教學(xué)目標

基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)目標以課程育人為導(dǎo)向、課堂教學(xué)為主線、教學(xué)評價為依據(jù)，注重教學(xué)目標和評價目標一體化[3]。化學(xué)日常學(xué)習(xí)評價和化學(xué)學(xué)業(yè)成就評價作為化學(xué)評價重要組成部分，依據(jù)學(xué)業(yè)質(zhì)量標準，充分發(fā)揮評價功能，促進學(xué)生發(fā)展關(guān)鍵之處，因此，教師應(yīng)該重視使用多樣化評價體系診斷并完善學(xué)生核心素養(yǎng)水平，促進學(xué)生全面發(fā)展，培養(yǎng)自主創(chuàng)新能力，增強學(xué)生學(xué)習(xí)使命感和責(zé)任感。基于此，“鈉及其化合物”教學(xué)評價目標為：①通過實驗探究鈉及其化合物性質(zhì)的互動交流，探討現(xiàn)象原因，引導(dǎo)學(xué)生觀察分析，推導(dǎo)結(jié)論，診斷并發(fā)展學(xué)生實驗探究水平和推理水平。②通過引導(dǎo)對鈉的化合物總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生自主建構(gòu)價類二維圖，完善評價體系，形成師生之間、生生之間互評，診斷并發(fā)展學(xué)生認識發(fā)展水平。③通過創(chuàng)設(shè)饅頭制作的真實情境，培養(yǎng)學(xué)生自主創(chuàng)新意識，診斷并發(fā)展學(xué)生化學(xué)知識應(yīng)用水平和解決實際問題水平。

1.3 教學(xué)重點與難點

1)教學(xué)重點：通過實驗探究掌握鈉的化學(xué)性質(zhì)；建立鈉的化合物之間轉(zhuǎn)化關(guān)系。

2)教學(xué)難點：掌握鈉的化學(xué)性質(zhì)；分析碳酸鈉和碳酸氫鈉性質(zhì)比較。

2 基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)教學(xué)設(shè)計

2.1 教學(xué)思路

見圖2所示。

圖2 教學(xué)思路

2.2 基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)下教學(xué)過程

2.2.1 宏微與實驗探究、小組合作相結(jié)合，探究鈉的性質(zhì)

[教師活動]展示鈉的儲存環(huán)境，引導(dǎo)學(xué)生觀察鈉的特點，以及學(xué)生親自體驗切割鈉過程中發(fā)生了什么變化。

[學(xué)生活動]

[教師]現(xiàn)在請同學(xué)將剛剛切下的鈉放入水中，觀察現(xiàn)象并請一位同學(xué)將觀察的現(xiàn)象寫在黑板上。

[學(xué)生板書]①鈉浮在水面上；②鈉逐漸變小且不斷游動；③發(fā)出響聲。

[教師]同學(xué)們觀察得很仔細，請同學(xué)們思考下為什么會出現(xiàn)這樣的現(xiàn)象呢。

[學(xué)生回答1]鈉浮在表面上是因為密度比水小；會發(fā)出響聲是因為鈉和水發(fā)生劇烈反應(yīng)。

[學(xué)生回答2]會游動是因為產(chǎn)生了氣體。

[過渡提問]為什么鈉和水會發(fā)生劇烈反應(yīng)呢，產(chǎn)生的氣體是什么。請同學(xué)們結(jié)合之前所學(xué)過的知識思考。

[學(xué)生]根據(jù)之前所學(xué)過的原子結(jié)構(gòu)知識，鈉最外層只有一個電子，容易失去，其化學(xué)性質(zhì)較活潑，所以發(fā)生劇烈反應(yīng)，也說明鈉具有很強的還原性；根據(jù)反應(yīng)前后元素種類不變，生成的氣體是氫氣。

[教師總結(jié)]很好，從原子結(jié)構(gòu)分析鈉的活潑性，說明同學(xué)形成了較好的結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的意識。

[教師]那么請一位同學(xué)向生成物溶液中滴加酚酞，觀察現(xiàn)象，闡明產(chǎn)生的物質(zhì)是什么。

[學(xué)生]溶液由無色變紅，說明生成的物質(zhì)是堿。

[教師]同學(xué)們的回答一針見血，那請同學(xué)們寫寫鈉和水反應(yīng)的方程。

[教師]非常好，同學(xué)們回想下我們的鈉是怎樣儲存的，為什么呢，又會發(fā)生怎樣的反應(yīng)呢。

[學(xué)生1]鈉是儲存在煤油中的，目的是為了隔絕氧氣。

[教師講解+播放視頻]常溫下鈉和氧氣生成氧化鈉，現(xiàn)在請同學(xué)們觀看視頻鈉和氧氣在燃燒情況下能否發(fā)生反應(yīng)。如果可以，那生成物質(zhì)是什么。

[教師]同學(xué)們回答得非常好，根據(jù)第一章學(xué)習(xí)的物質(zhì)的分類，我們知道氧化鈉和過氧化鈉都屬于金屬氧化物，氧化鈉和水能生成堿。那么過氧化鈉和水反應(yīng)嗎，二氧化碳呢。

[實驗探索]學(xué)生分為兩組進行實驗探究，A組學(xué)生將水滴入放有過氧化鈉固體的試管中，立即將帶火星的木條放在試管口，觀察現(xiàn)象；B組學(xué)生探究過氧化鈉和二氧化碳能否發(fā)生反應(yīng)。觀察現(xiàn)象并寫出反應(yīng)方程式。

[教師]很好，我們之前學(xué)習(xí)酸能和堿生成鹽和水，那么氫氧化鈉和酸生成什么呢？

[學(xué)生回答]氯化鈉和水。

[教師評價]根據(jù)以上知識學(xué)習(xí)和實驗探究，可以看出同學(xué)們知識儲備很豐富，實驗探究能力和證據(jù)推理能力也較強，下面有請一位同學(xué)將今天的知識從物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)兩方面進行梳理。

[學(xué)生板書設(shè)計]

設(shè)計意圖：通過實物展示(鈉)，對學(xué)生的視覺感官產(chǎn)生沖突，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀層面對鈉的物理性質(zhì)進行初步總結(jié)；通過實驗探究，小組合作學(xué)習(xí)，從微觀角度揭示其化學(xué)性質(zhì)，有利于培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)；通過演示實驗到學(xué)生動手操作，讓學(xué)生感知化學(xué)實驗的樂趣，推動學(xué)生自主設(shè)計實驗?zāi)芰?，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。學(xué)生自己透過現(xiàn)象看本質(zhì)，通過現(xiàn)象推原理，發(fā)展了學(xué)生證據(jù)推理與模型認知能力，診斷并發(fā)展了學(xué)生實驗探究能力和推理水平。

2.2.2 梳理知識，建構(gòu)鈉及其化合物價類二維圖

[實驗探究]探究碳酸鈉和碳酸氫鈉的熱穩(wěn)定性，并且思考兩者間是否可以相互轉(zhuǎn)化。

[演示實驗]直接加熱大小試管，大試管中盛放碳酸鈉，小試管中盛放碳酸氫鈉，將其試管通入澄清石灰水中，觀察現(xiàn)象。

[學(xué)生回答]發(fā)現(xiàn)澄清石灰水變渾濁，裝有碳酸氫鈉的試管很快發(fā)生分解。

[教師提問]石灰水變渾濁說明生成了什么物質(zhì)？請用化學(xué)方程式表達。

[教師總結(jié)]根據(jù)碳酸氫鈉穩(wěn)定分解生成的物質(zhì)來看，碳酸氫鈉可以和碳酸鈉相互轉(zhuǎn)化嗎？

[教師活動]回答的非常好，請同學(xué)們梳理前面所做實驗歸納鈉的化合物。

[學(xué)生活動]以上實驗中所涉及的鈉的化合物有：過氧化鈉、氧化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉以及氫氧化鈉和氯化鈉。

[教師講解]根據(jù)鈉及其化合物建立價類二維圖，首先畫出橫縱坐標，橫坐標是類別(包括單質(zhì)、氧化物、酸/堿、鹽等)，縱坐標是化合價，請同學(xué)們討論并畫出鈉及其化合物價類二維圖。

[學(xué)生作業(yè)]鈉及其化合物價類二維圖如圖3所示。

圖3 鈉及其化合物價類二維圖

設(shè)計意圖：通過引導(dǎo)學(xué)生建立價類二維圖，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)，幫助學(xué)生形成建立價類二維圖意識，診斷并發(fā)展學(xué)生知識總結(jié)能力。

2.2.3 創(chuàng)設(shè)真實情境，感知化學(xué)價值

“化學(xué)源于生活，學(xué)習(xí)化學(xué)應(yīng)用于生活”，創(chuàng)設(shè)真實情境，讓學(xué)生感受化學(xué)在生活中的價值。

[播放視頻]播放某饅頭鋪子制作饅頭的過程。

[教師提問]通過以上視頻，同學(xué)們觀察到所吃的包子需要幾個環(huán)節(jié)？

[學(xué)生回答]涉及材料準備、和面、發(fā)酵、捏成型、上鍋蒸、出鍋等幾方面。

[教師]同學(xué)們觀察很仔細，那么請同學(xué)們思考下發(fā)酵過程中有使用到我們的什么化學(xué)物質(zhì)呢？

[實物展示]展現(xiàn)一袋自發(fā)面粉和一袋普通面粉，請同學(xué)們觀察兩袋面粉組成成分有何不同？

[學(xué)生回答]自發(fā)面粉里有碳酸氫鈉成分，普通面粉里沒有。

[教師評價+總結(jié)]同學(xué)觀察很仔細，那么我們就可以知道在發(fā)酵的過程中又加入碳酸氫鈉，俗名小蘇打，作為發(fā)酵作用。

[作業(yè)布置]請同學(xué)們下去自己動手制作饅頭，對比加入碳酸氫鈉和不加對饅頭有何影響。并思考潛水運動員常戴的氧氣面罩和我們學(xué)習(xí)的鈉的化合物有沒有關(guān)系呢？治療胃酸我們用的是什么呢？查閱資料，自主學(xué)習(xí)。

設(shè)計意圖：從學(xué)生熟悉的領(lǐng)域進行教學(xué)，感受化學(xué)在生活中的價值，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。將理論知識應(yīng)用與實踐中，是教學(xué)的目的之一，布置任務(wù)讓學(xué)生實際操作，有助于學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。讓學(xué)生查閱資料學(xué)習(xí)鈉的化合物在生活中的作用，培養(yǎng)學(xué)生自主探索能力，診斷學(xué)生查閱資料的水平。

2.2.4 化學(xué)史引入，培養(yǎng)科學(xué)精神

在高中教材中，雖然侯氏制堿法在鈉及其化合物后面作為化學(xué)史事學(xué)習(xí)，但是它對我們高中階段的學(xué)習(xí)具有重要意義，是學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容。侯氏制堿法所用原料為食鹽、氨氣、二氧化碳，其中氨氣和二氧化碳來自合成氨[4]。其反應(yīng)原理中涉及了高溫煅燒、過濾、降溫結(jié)晶等步驟，為之后學(xué)習(xí)工藝流程打下基礎(chǔ)。

[視頻播放]侯氏制堿法反應(yīng)原理。

[教師提問]通過觀看視頻，請同學(xué)們說說在此過程中都發(fā)生了什么反應(yīng)？

[學(xué)生回答]氨氣與氯化銨、二氧化碳、水反應(yīng)生成碳酸氫鈉以及碳酸氫鈉分解的反應(yīng)。

[教師提問]那反應(yīng)過程中所產(chǎn)生的二氧化碳怎么處理呢？

[學(xué)生回答]二氧化碳大量排放會產(chǎn)生溫室效應(yīng)，我們應(yīng)該對二氧化碳進行循環(huán)利用。

[教師評價+任務(wù)布置]同學(xué)們都很有環(huán)境保護意識，像侯德榜這樣的偉人化學(xué)界還有很多，同學(xué)們下去查閱資料進行學(xué)習(xí)了解。

設(shè)計意圖：化學(xué)史引入是教學(xué)的重要資源，對化學(xué)知識的源來進行了解，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神。侯德榜制堿法中從學(xué)生對有毒物質(zhì)的處理，很好的體現(xiàn)學(xué)生較強的社會責(zé)任。

3 教學(xué)總結(jié)與建議

本文基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進行教學(xué)，主要采用實物觀察，實物分析，實驗探究，視頻播放，小組合作，討論研究等方法進行的。圍繞教學(xué)目標和教學(xué)思路展開，通過實物展示引導(dǎo)學(xué)習(xí)物理性質(zhì)，實驗探究揭示化學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與微觀探析素養(yǎng)，診斷并發(fā)展學(xué)生問題解決能力和推理能力。有趣的化學(xué)實驗和貼近生活的任務(wù)，進一步提升學(xué)生化學(xué)興趣，科學(xué)探究精神。

3.1 講授法與自主探索、合作學(xué)習(xí)相結(jié)合

傳統(tǒng)課堂實施強調(diào)接受學(xué)習(xí)、死記硬背、機械記憶。教育改革以來，改變了傳統(tǒng)的課程實施方式，講授法與自主探索、合作學(xué)習(xí)相結(jié)合，充分發(fā)揮學(xué)生的主體性。通過教師向?qū)W生講授知識，引導(dǎo)學(xué)生自主總結(jié)，形成知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。由于學(xué)生處于初升高階段，無論是化學(xué)知識掌握、心理發(fā)展程度以及化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)意識都還處于不成熟階段，所以需要教師的講授，并不能單純的自主探索。

3.2 創(chuàng)設(shè)生活中真實情境，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

通過創(chuàng)設(shè)真實情境，從學(xué)生熟悉的領(lǐng)域攝入，揭示化學(xué)的社會價值。以饅頭制作中需要的發(fā)酵粉引入化學(xué)物質(zhì)，讓學(xué)生體驗化學(xué)的神奇，加強面對某物質(zhì)時聯(lián)系化學(xué)的意識，不僅激發(fā)學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)興趣，而且培養(yǎng)學(xué)生自主探究和應(yīng)用知識解決問題的能力。