“研究物質(zhì)的基本方法和程序”單元教學設計

歐陽志斌 曹育紅 曾大慶 邱菊珍

［基金項目］本文系福建省教育科學“十四五”規(guī)劃 2022年度課題“基于化學大概念統(tǒng)攝的單元整體教學實踐研究”（立項批準號：FJJKZX22-024）的階段性研究成果。

［摘 要］“研究物質(zhì)的基本方法和程序”是化學學習和研究的重要內(nèi)容，是在對課程標準和教材內(nèi)容編排進行深入研習的基礎上確立的單元教學主題。文章分析了“研究物質(zhì)的基本方法和程序”單元教學內(nèi)容，介紹了單元教學策略和單元教學思路，比較完整地展示了教學過程，呈現(xiàn)了單元作業(yè)設計和單元教學評價，并進行了單元教學反思，期望能為一線教師的單元教學設計提供一定的借鑒。

［關鍵詞］單元教學設計；物質(zhì)研究；基本方法；程序

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）35-0056-04

單元教學是指教師在研讀課程標準、剖析教科書之后，根據(jù)自己對教學內(nèi)容的理解和所教學生的認知水平，對知識內(nèi)容進行結(jié)構化處理，形成一個相對完整的、有意義的教學主題，以此作為一個教學單元的教學?！把芯课镔|(zhì)的基本方法和程序”是在融合了“物質(zhì)的分類提純”“物質(zhì)的檢驗”“研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法和程序”“一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制”等知識之后，提出的一個單元教學主題，該主題的單元教學具有豐富的素養(yǎng)培育價值。

科學家研究物質(zhì)時，很多情況下需要從混合物中分離提純出所需要的物質(zhì)，然后對提純出的物質(zhì)進行檢驗，而在物質(zhì)分離提純、檢驗的過程中都需要配制溶液。研究物質(zhì)的目的何在？當然是為了利用物質(zhì)，而要利用物質(zhì)，就需要對物質(zhì)的性質(zhì)進行研究。那么要采取什么方法來研究物質(zhì)的性質(zhì)？研究物質(zhì)的性質(zhì)一般需要經(jīng)歷什么樣的步驟？可見，了解與掌握“研究物質(zhì)的基本方法和程序”是化學學習的重要內(nèi)容，也是學生今后從事與化學相關的科學研究工作的必備素養(yǎng)。因此，開展“研究物質(zhì)的基本方法和程序”的課堂教學是學科發(fā)展的本質(zhì)要求，也是發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的重要路徑。

一、單元教學內(nèi)容分析

實驗是研究和學習物質(zhì)及其變化的重要方法，是科學探究的一種重要途徑［1-2］。實驗也是培養(yǎng)學生“科學探究與創(chuàng)新意識”“證據(jù)推理與模型認知”“宏觀辨識與微觀探析”等化學學科核心素養(yǎng)的重要載體［3］。為落實新課標的要求，蘇教版普通高中化學教科書（2020年7月第1版）在必修第一冊專題2第一單元和第二單元主要編排了“物質(zhì)的分離提純”“物質(zhì)的檢驗”“物質(zhì)性質(zhì)和變化的探究”“物質(zhì)的量濃度”等內(nèi)容，旨在讓學生學會物質(zhì)檢驗、分離提純和溶液配制等基礎知識和技能；了解和掌握物質(zhì)性質(zhì)和變化探究、物質(zhì)分離、物質(zhì)檢驗和制備等實驗的一般思路和方法，深刻體會科學探究過程中變量控制的意義。

二、單元教學策略分析

目前，不少教師在該部分內(nèi)容的教學中存在以下幾個問題：（1）“照本宣科”現(xiàn)象嚴重，只會機械地按照教科書上的內(nèi)容來教，缺乏對教科書內(nèi)容的創(chuàng)造性處理；（2）對典型實驗探究活動的教學不夠重視，對實驗及其探究教學沒有進行整體規(guī)劃；（3）在實驗教學中過分地強調(diào)實驗技能的培養(yǎng)，不注重培養(yǎng)學生的科學思維；（4）忽視問題探究情境的創(chuàng)設。針對上述問題，筆者提出以下相應的教學策略。一是對教科書中的相關內(nèi)容進行科學的重構：把必修第一冊專題3第三單元中的“粗鹽中雜質(zhì)離子的去除”內(nèi)容融合到“物質(zhì)的分離提純”中去，把它作為學生學習完“物質(zhì)的分離提純”之后的實際應用，以達到學以致用的目的；將“物質(zhì)的分離提純”中的“分液”“萃取”方法后置，融合到必修第一冊專題5第一單元中的學生必做實驗“鹵素性質(zhì)的遞變”中；將“物質(zhì)的檢驗”中的“SO[2-4]和NH[+4]的檢驗”分別嵌入“硫及其化合物”“氮及其化合物”中；借鑒魯科版教科書的編排方式，以“金屬鈉的性質(zhì)”“氯氣的性質(zhì)”的實驗探究代替“鋁的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)”“溫度能否影響雙氧水的分解快慢”的實驗探究，為此幫助學生總結(jié)研究物質(zhì)性質(zhì)與變化的一般步驟；“鋁的物理性質(zhì)和化學性質(zhì)”則嵌入必修第二冊專題9第一單元的“金屬的冶煉”中，“溫度能否影響雙氧水的分解快慢”則自然而然地融合到必修第二冊專題6第一單元中的學生必做實驗“化學反應速率的影響因素”中。二是以氯化鈉為物質(zhì)載體串聯(lián)起“配制一定物質(zhì)的量濃度的溶液”“用化學沉淀法去除粗鹽中的雜質(zhì)離子”這兩個學生必做實驗，無論是“物質(zhì)的分離提純”“物質(zhì)的檢驗”，還是“研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法和程序”，都始終圍繞著核心物質(zhì)——氯化鈉來展開，使學生始終浸潤在一個大情境、大任務中，增強學生的具身體驗。三是在實驗探究活動中通過設計結(jié)構化的問題鏈，如“依據(jù)什么選擇分離方法？”“依據(jù)物質(zhì)性質(zhì)的哪些差異進行分離？”“不同分離方法的基本原理是什么？”來引發(fā)學生的深度思考，發(fā)展學生的科學思維。四是以“金屬鈉和氯氣的性質(zhì)探究”為總?cè)蝿眨瑒?chuàng)設“如何從海水中獲得金屬鈉和氯氣”等真實而有意義的問題情境，再以“海水資源的綜合利用”為情境載體，引導學生在解決實際問題的過程中自主建構研究物質(zhì)的一般思維模型（如圖1）。

[觀察][實驗][分類][比較][用途][檢驗][結(jié)構][性質(zhì)][研究

物質(zhì)][制備][分離][提純][類別][價態(tài)][結(jié)構][借助感官或儀器研

究物質(zhì)的物理性質(zhì)][運用分類的方法，根據(jù)物質(zhì)的類別預測物質(zhì)的化學性質(zhì)][驗證實驗][做出新預測][進一步研究][實施實驗方案，觀察、記錄實驗現(xiàn)象][發(fā)現(xiàn)特殊現(xiàn)象，

提出新問題][運用比較的方法，歸納總結(jié)物質(zhì)的共性和特性][解釋和結(jié)論][分析和解釋實驗現(xiàn)象，得出結(jié)論] [研究方法][研究程序][認識角度][獲取]

圖1 研究物質(zhì)的一般思維模型

三、學情分析

在學習本單元之前，學生已經(jīng)知道如何利用物質(zhì)溶解性的巨大差異來對物質(zhì)進行分離；掌握了從沸點高低的角度分離液體混合物中某種組分的方法；通過“粗鹽的提純”和“硬水的軟化”等實驗，理解和掌握了過濾、結(jié)晶和蒸餾的基本原理及操作技能；認識了氧氣、鐵等物質(zhì)的性質(zhì)，也掌握了在認識物質(zhì)性質(zhì)的過程中用到的各種方法；學習了“物質(zhì)的量”“溶質(zhì)的質(zhì)量分數(shù)”等內(nèi)容，掌握了一定溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)溶液的配制的操作技能；學習了碳酸鹽、溶液酸堿性、蛋白質(zhì)、淀粉的檢驗方法，還知道利用物質(zhì)的物理性質(zhì)進行粗略的判斷。

四、單元教學目標

1.初步學會物質(zhì)的分離提純、檢驗等基礎化學實驗原理和基本技能，并通過粗鹽提純的實驗方案設計，鞏固物質(zhì)的檢驗、分離提純和溶液配制等實驗技能。能根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)設計物質(zhì)分離、提純和檢驗的實驗方案。

2.通過對鈉與氧氣的反應及氯氣性質(zhì)的探究，體會觀察法、實驗法、分類法、比較法、實驗條件控制在研究物質(zhì)性質(zhì)過程中的重要應用。

3.通過探究氯氣的性質(zhì)，了解研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序。能對化學問題做出預測和假設，設計實驗方案并實施，通過分析、推理得出結(jié)論［4］。

4.初步學會配制一定物質(zhì)的量濃度溶液的實驗技能，認識物質(zhì)的量濃度在生產(chǎn)和研究中的重要應用。

五、單元教學思路

基于以上認識和分析，筆者對“研究物質(zhì)的基本方法和程序”內(nèi)容進行單元整體設計，選擇以氯化鈉為核心物質(zhì)串起6個課時的教學內(nèi)容，其單元教學路徑如圖2所示：先通過展示“金屬鈉和氯氣的重要應用”引發(fā)學生對“探究金屬鈉和氯氣的性質(zhì)”的強烈興趣，然后以金屬鈉的性質(zhì)探究為載體學習研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法，以氯氣的性質(zhì)探究為載體學習研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序，再分解過渡性問題“工業(yè)上如何制備金屬鈉和氯氣？”，從“電解氯化鈉溶液制取氯氣”和“一定物質(zhì)的量濃度的氯化鈉溶液的配制”的角度引出教學主題“物質(zhì)的量濃度”，接著以“如何從海水中獲得食鹽？”“如何去除粗鹽中的雜質(zhì)離子？”等問題引出教學主題“物質(zhì)的分離提純”和“粗鹽中雜質(zhì)離子的去除”，最后以“如何檢驗獲得的氯化鈉？”這一問題引出教學主題“物質(zhì)的檢驗”。具體的課時安排、教學主題和核心活動如表1所示。

[展示金屬鈉和氯氣的重要應用] [探究金屬鈉和

氯氣的性質(zhì)][工業(yè)上如何制備

金屬鈉和氯氣？][設置問題][激發(fā)興趣][物質(zhì)的分離提純][如何從海水中

獲得食鹽？][電解熔融氯化鈉制取金屬鈉][電解氯化鈉溶液制取氯氣][一定物質(zhì)的量濃度的氯化鈉溶液的配制][如何檢驗獲得的氯化鈉？][粗鹽中雜質(zhì)

離子的去除][如何去除粗鹽中的雜質(zhì)離子？][物質(zhì)的檢驗][設置

問題][設置

問題][問題? 分解][設置? 問題] [物質(zhì)的量濃度]

圖2 “研究物質(zhì)的基本方法和程序”單元教學路徑

表1 “研究物質(zhì)的基本方法和程序”單元教學規(guī)劃

[課時安排 教學主題 核心活動 1 研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法 金屬鈉的性質(zhì)探究 1 研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序 氯氣的性質(zhì)探究 1 物質(zhì)的量濃度 配制一定物質(zhì)的量濃度的氯化鈉溶液 1 物質(zhì)的分離提純 從海水中獲得食鹽 1 粗鹽中可溶性雜質(zhì)的去除 粗鹽中雜質(zhì)離子（如SO[2-4]、Ca2+、Mg2+）的去除 1 物質(zhì)的檢驗 常見離子（Cl-、Na+、K+）的檢驗 ]

六、課時教學設計

作為單元教學的具體實施環(huán)節(jié)，課時教學設計需要進一步細化教學目標、教學內(nèi)容，幫助學生逐步整合知識內(nèi)容、提煉和內(nèi)化研究物質(zhì)的基本方法和程序，并遷移應用到后續(xù)的化學學習和科學研究中去。

1.研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法：以金屬鈉的性質(zhì)探究為知識載體，將“研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法”這一教學主題滲透進每一個教學環(huán)節(jié)中，讓學生充分體會研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法在具體實例中的應用，提高學生探索未知、崇尚真理的意識。本課時教學內(nèi)容從金屬鈉的重要用途引入，激發(fā)學生探究金屬鈉的性質(zhì)的興趣，從而為整個單元知識的學習注入動力。在金屬鈉的性質(zhì)探究教學環(huán)節(jié)中，首先利用各種手段讓學生觀察金屬鈉的物理性質(zhì)，然后通過三組實驗，培養(yǎng)學生的觀察能力和實驗探究能力，最后引導學生用分類、比較的方法對金屬鈉的性質(zhì)進行總結(jié)歸納，培養(yǎng)學生質(zhì)疑、設想、推導、證實、理論歸納等一系列有效的科學探究意識。

2.研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序：以氯氣的性質(zhì)探究為知識載體，將“研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序”這一教學主題滲透進每一個教學環(huán)節(jié)中，讓學生充分體會研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序［5］。本課時教學內(nèi)容首先從氯氣的物理性質(zhì)引入，然后引導學生根據(jù)氯氣所屬的物質(zhì)類別來預測氯氣可能具有哪些化學性質(zhì)，接著進一步設計要完成的實驗，最后組織學生反思研究氯氣性質(zhì)的過程，引導學生進一步體會研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序，如果發(fā)現(xiàn)特殊現(xiàn)象，就要嘗試提出新的問題、做出新的預測及進行進一步的研究。

3.物質(zhì)的量濃度：先以“20 ℃下氯化鈉飽和溶液的質(zhì)量分數(shù)的計算”導入，設計問題“除了質(zhì)量分數(shù)，還有其他定量表示溶液組成的方法嗎？”引入物質(zhì)的量濃度概念，而后以氯氣的工業(yè)生產(chǎn)需要配制氯化鈉溶液這一事實鼓勵學生完成“準確配制一定物質(zhì)的量濃度的氯化鈉溶液”學習任務，最后通過設計結(jié)構化的問題串引領學生在已有知識的基礎上不斷探索，逐步形成“準確配制一定物質(zhì)的量濃度的氯化鈉溶液”的實驗步驟。

4.物質(zhì)的分離提純：先以問題“配制氯化鈉溶液所需的氯化鈉固體如何從自然界中獲得？”導入，驅(qū)動學生思考如何從海水中獲得粗鹽，再以“粗鹽中的難溶性雜質(zhì)如何去除”來介紹過濾，以“如何從氯化鈉溶液中獲得氯化鈉固體”來介紹蒸發(fā)結(jié)晶，以“如何從氯化鈉溶液中獲得水”來介紹蒸餾，以“如何除去氯化鈉溶液中少量的硝酸鉀”來介紹降溫結(jié)晶，最后提煉出物質(zhì)分離提純的思想方法。

5.粗鹽中可溶性雜質(zhì)的去除：以問題“經(jīng)過海水曬鹽獲得的粗鹽并不能直接用作化工原料，因為粗鹽中含有其他一些鹽（如CaCl2、MgCl2、Na2SO4）和難溶性雜質(zhì)。將粗鹽溶于水，過濾除去難溶性雜質(zhì)后，如何進一步除去可溶性雜質(zhì)以提純粗鹽呢？”導入，驅(qū)動學生思考應該選擇什么樣的除雜試劑，如何確保雜質(zhì)完全除去，如何確定除雜試劑的加入順序等，進而系統(tǒng)性地設計好實驗方案并完成實驗。

6.物質(zhì)的檢驗：以問題“從海水中獲得的粗鹽經(jīng)過分離提純，即可獲得純凈的氯化鈉。如何確定它的組成？”導入，驅(qū)動學生從微觀的角度認識氯化鈉的組成，并思考檢驗氯離子應該選擇什么樣的試劑。通過“分別往氯化鈉和碳酸鈉溶液中加入AgNO3溶液”演示實驗，讓學生明白還需要加入去干擾試劑，進而歸納出氯離子的檢驗方法，而鈉離子的檢驗則通過教師演示實驗來完成，并由教師介紹焰色反應，最后總結(jié)物質(zhì)檢驗的思想方法。

七、單元教學評價

有效開展日常教學評價，是實施“教、學、評”一體化教學的重要方式。在教學實踐中，筆者選擇紙筆測驗的方式進行相應的評價，而這其中，單元作業(yè)是最佳的評價方式。單元作業(yè)的設計和實施，影響到整個單元教學的效果和學生未來知識結(jié)構的發(fā)展。在單元作業(yè)設計中，精選“學習·理解”“應用·實踐”“遷移·創(chuàng)新”三個層次的習題，能提升學生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題和解決問題的能力，也能診斷學生在學完單元的全部內(nèi)容后，是否建立了研究物質(zhì)的基本方法和程序的認知模型，是否能根據(jù)實驗目的和假設設計解決問題的實驗方案并完成實驗，是否能通過分析、推理獲得實驗結(jié)論并依據(jù)證據(jù)分析和解決實際問題，從而檢測教學目標的達成情況。

八、單元教學設計的反思

（一）對課時教學銜接的思考

一個教學單元一般需要多個課時才能完成，所以每個課時的教學順序和內(nèi)容銜接都非常值得推敲。教學順序和內(nèi)容銜接一般要考慮學生對知識的接受程度、知識的發(fā)展歷程、教科書上的知識編排順序等因素。本單元教學以氯化鈉為核心物質(zhì)將6個課時的教學內(nèi)容進行了有效的串聯(lián)，教學順序是“研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法和程序”→“物質(zhì)的量濃度”→“物質(zhì)的分離提純”→“物質(zhì)的檢驗”，遵循科學家研究物質(zhì)的一般思路和方法。

（二）對課時教學活動設計的思考

課時教學活動的設計是實現(xiàn)單元教學目標的基礎性工作。課時教學活動的設計應該著眼于學生學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，有利于學生的主動學習、探究學習和合作學習，有利于學生深度學習的發(fā)生，有利于學生高階思維的發(fā)展。本案例中的第2課時“研究物質(zhì)性質(zhì)的基本程序”設計了關鍵問題“氯氣能與水反應嗎？”，并以“氯水成分的探究”教學活動引導學生從元素守恒的角度推測氯氣與水反應的生成物。這一教學活動先通過設置啟發(fā)性問題，引發(fā)學生積極思考，然后合作設計實驗方案并進行驗證，讓學生經(jīng)歷一次完整的科學探究過程。

（三）對教科書內(nèi)容處理的思考

單元教學側(cè)重于教學內(nèi)容的結(jié)構化，而內(nèi)容的結(jié)構化是實現(xiàn)知識向核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的關鍵。不同版本的教科書對同一知識內(nèi)容的編排順序、呈現(xiàn)方式有所差異，因此，圍繞單元教學主題，對不同版本的教科書內(nèi)容進行篩選、整合、重構尤為重要。本單元教學以蘇教版高中化學教科書必修第一冊專題2“研究物質(zhì)的基本方法”第一單元和第二單元的內(nèi)容為基礎，整合魯科版高中化學教科書必修第一冊第一章第二節(jié)“研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序”的內(nèi)容，以氯化鈉為核心物質(zhì)，借鑒人教版高中化學必修教科書的編排方式，將蘇教版教科書“物質(zhì)的檢驗”中SO[2-4]、NH[+4]的檢驗和“物質(zhì)的分離提純”中“分液”“萃取”的方法安排在后續(xù)學習中完成，把“粗鹽中雜質(zhì)離子的去除”作為“物質(zhì)的分離提純”的實際應用。另外，為了避免增加學生的學習難度，在此單元教學中，不向?qū)W生介紹氯氣與水的反應是可逆反應。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 朱鵬飛，陳敏.化學學科核心素養(yǎng)為本的單元教學設計：以蘇教版化學1“研究物質(zhì)的實驗方法”為例［J］.化學教與學，2020（1）：6-9.

［2］? 王云生.蘇教版化學必修課程教科書實驗內(nèi)容編寫評析［J］.化學教學，2021（6）：33-36.

［3］? 歐陽志斌.指向核心素養(yǎng)的“氯氣及氯的化合物”單元整體教學設計與實施［J］.現(xiàn)代中小學教育，2021（11）：32-36.

［4］? 尹麗鳳.三個版本化學教材關于元素化合物內(nèi)容的分析比較研究［D］.濟南：山東師范大學，2022.

［5］? 張奉國.《研究物質(zhì)性質(zhì)的方法和程序》教學設計［J］.中學化學教學參考，2006（6）：21-22.

（責任編輯 羅 艷）