背景知識融入的化學活動課堂設計與實踐

楊健 沈小祥 陸婕萍

摘要：以“海帶提碘”一課為例，分析海帶提碘的資源分布、生化價值、經(jīng)濟價值、技術原理等背景知識，設計閱讀（調(diào)查）、思考、交流、探究和總結(jié)（反饋）等學習活動，培育宏觀辨識和微觀探析、科學探究與創(chuàng)新意識等化學學科核心素養(yǎng)，樹立科學的化學與化工過程綠色化等學科觀念，激發(fā)愛國主義熱情和社會責任感。背景知識融入的關鍵在于學習活動設計應緊扣主題，注重有效性。

關鍵詞：背景教學；活動課堂；學科核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2023）10-0034-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.10.008

一、問題的提出

為更好地開展“素養(yǎng)為本的教學”，上海市第四期“雙名工程”化學攻關計劃錢秋萍基地開展了“化學主題活動”開發(fā)與實踐研究。本研究將“化學主題活動”定義為：以促進學生化學核心素養(yǎng)提升為目的，以化學主題統(tǒng)領的化學微課程為主要學習內(nèi)容，以大任務驅(qū)動的線上線下自主探究為主要學習形式而設計的一系列綜合性化學學習活動。主題活動包括課前、課中和課后，活動課堂就是其課堂教學部分。

背景教學是融人背景知識的教學，是一種整體化的教學方式。法國著名學者埃德加·莫蘭從教育哲學的角度闡釋了“背景”的重要意義，他認為“認識的進步主要地與其說是由于特殊知識的精確化、形式化和抽象化，不如說是由于愈益能夠把這些知識整合到它們的背景中和它們的總體中。因此，發(fā)展把知識背景化和整體化的能力變成對教育的絕對要求”[1]。吳俊明教授也認為“通過在教學中融入背景知識，實現(xiàn)知識內(nèi)外的聯(lián)系和整合，對學科教學立德樹人，發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)具有重要意義”[2]。

背景知識的融入需要學習活動來落實，學習活動需要根據(jù)背景知識的性質(zhì)和特點來進行設計?，F(xiàn)以“海帶提碘”一課為例，對背景知識融人化學活動課堂的教學作一介紹。

二、教學設計思路

1．背景知識分析

（1）資源分布

碘主要存在于海水中，但其濃度僅為0.06 mg/L。世界上具有開采價值的碘礦主要在智利、日本和美國，三國碘產(chǎn)量約占全球95%。[3]我國碘礦不足，主要以海藻、海帶為原料，生產(chǎn)成本高，產(chǎn)能受限。通過資源分布的學習，幫助學生形成正確的資源觀，理解我國為何要從海藻、海帶中提碘。

（2）生化價值

碘被稱為“生命元素”，是人體必需的微量元素。缺碘會引起地方性甲狀腺腫及克汀病，適量攝人加碘鹽或富含碘的食品，可有效預防缺碘引起的生理疾病。但過量攝入碘，也會對人體造成危害。通過生化價值背景的學習，幫助學生辯證理解碘元素對于生命健康的重要意義，認識其重要價值。

（3）經(jīng)濟價值

碘在醫(yī)學上、工業(yè)上、農(nóng)業(yè)上、軍事上均有重要用途。20世紀60年代，西方全面封鎖我國，切斷了碘的來源。為了打破封鎖，中央大力扶持制碘工業(yè)，經(jīng)過10年努力，基本滿足了國內(nèi)用碘需求，形成了具有自主知識產(chǎn)權(quán)的特殊民族工業(yè)。[4]但是，現(xiàn)在我國碘產(chǎn)能已遠不能滿足需要，85%以上需進口，我國碘的進出口情況如圖1。

通過經(jīng)濟價值背景的學習，幫助學生認識發(fā)展我國制碘工業(yè)的必要性。

（4）技術原理

原料不同提碘方法不同。以海藻或海帶為原料主要有灰化法、發(fā)酵法和浸出吸附法；以鹵水為原料的提碘方法主要有空氣吹出法、離子交換法、活性炭吸附法等，[5]詳見表1。

通過對技術原理背景的學習，幫助學生形成正確的技術觀，目前提碘技術還在不斷向著更高效、更綠色、更經(jīng)濟的方向發(fā)展。

2．學習活動分析

形成“建構(gòu)知識的共同體”，開展自律性、合作性、創(chuàng)造性的學習活動，是教師教學研究的主要課題，也是豐富學生背景知識，彰顯育人價值，發(fā)展核心素養(yǎng)的有效手段。[6]背景知識融入的活動課堂應重點關注閱讀（調(diào)查）活動、思維活動、交流活動、探究活動、總結(jié)（反饋）活動等，[7]其設計如圖2。

{前，引導學生圍繞學習主題開展閱讀或調(diào)查活動，使學生通過與文本、社會的對話對學習主題的社會背景、自然背景、技術背景等形成認識、引發(fā)思考，通過與自我對話形成獨特見解。課中，就閱讀體會、調(diào)查結(jié)果開展交流，從而推動師生、生生對話，在表達、傾聽和爭論中，形成探究方案，在假設、探究、推理中達成共識，通過總結(jié)（反饋）實現(xiàn)學科知識與背景知識間結(jié)構(gòu)化有機融合。課后，通過深入的學科閱讀或調(diào)查，深化對學習主題的認識。

3．教學設計框架

本課時在教學中融人了背景知識，通過背景閱讀（調(diào)查）引發(fā)思考，以思考推動對話，在對話的基礎上開展探究，最后在總結(jié)和反思中構(gòu)建知識網(wǎng)絡，發(fā)揮背景知識的育人功能，本課時設計思路見表2。

三、教學實踐過程

1．課前閱讀，了解背景

【課前作業(yè)】走訪周邊商店，調(diào)查加碘鹽的化學組成，了解碘對人體健康的影響。[8]

設計意圖：了解碘的自然背景、生化背景等，揭示其背后的人文和社會價值。

2．交流分享，展示背景

【教師】本節(jié)課我們學習碘的提取，請同學分享碘的閱讀和調(diào)查成果。

【學生1】碘是人體必需的微量元素，是合成甲狀腺素的重要元素，缺碘會引起地方性甲狀腺腫及克汀病。

【學生2】碘是重要的化工原料，在醫(yī)療、農(nóng)業(yè)、工業(yè)、軍事上有重要用途。

設計意圖：了解碘元素對人體健康的辯證關系，碘在國民經(jīng)濟中的重要作用，認識到我國碘缺乏的現(xiàn)狀，為引出“為什么要提碘？”“如何提碘？”做好鋪墊。

3．互動對話，揭示背景

【教師】我國85%以上的碘需要進口，大量進口碘是否存在風險？

【學生】西方的封鎖曾導致我國無碘可用，為此我國獨立研發(fā)了海帶提碘工藝。

設計意圖：通過對話揭示海帶提碘工藝的意義，引導學生正確理解為什么要提碘？為誰提碘？為什么要通過海帶提碘？激發(fā)愛國主義熱情和社會責任感。

4．實驗分析，完善背景

【學生實驗】取兩支試管，分別加入淀粉溶液，向其中一支試管中加入幾滴碘水，另一支試管中加入幾滴KI溶液。

【學生】碘水變藍色，KI溶液無明顯現(xiàn)象，說明I2能使淀粉溶液變藍，I一不能使淀粉溶液變藍。

【教師】碘是53號元素，請同學畫出碘的原子結(jié)構(gòu)示意圖，描述碘原子的結(jié)構(gòu)特點，猜想碘的化學性質(zhì)。

【學生】碘原子與氯、溴原子相比，最外層電子數(shù)均為7，都易得1個電子形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，所以它們化學性質(zhì)相似，但由于氯、溴、碘原子的電子層數(shù)依次遞增，半徑依次增大，因此化學性質(zhì)存在一定的差異。

設計意圖：通過對原子結(jié)構(gòu)的分析建立鹵素原子之間的聯(lián)系，強化物質(zhì)決定性質(zhì)的理解，激活學科背景知識，為后續(xù)學習提碘打下基礎。

5．聚焦重點，強化背景

【教師】碘元素在海水中的濃度遠低于溴的濃度，如何從海洋中提取碘呢？

【學生1】提溴主要有“濃縮、氧化、提取”三個步驟。提碘也應當首先濃縮，海帶、海藻具有富集碘的能力，這些植物中的碘大多以有機物的形式存在。

【學生2】含碘有機物不能被直接氧化成碘單質(zhì)，所以應將海帶曬干、灼燒成灰，轉(zhuǎn)變成I—。接著將海帶灰溶解、過濾，這樣碘幾乎都以I一的形式存在于濾液中了。

【教師】濾液中I一濃度與海水相比大大提高了，相當于“濃縮”。接下來如何將I一轉(zhuǎn)化成I2呢？

【學生】我們知道C12可將Br一轉(zhuǎn)化成Br2，我們可以嘗試用Cl2氧化I一。

【教師】常見的氧化劑除氯水外還有雙氧水、酸性高錳酸鉀溶液等，接下來我們一起研究不同氧化劑對碘離子的氧化作用吧。

【學生】分組實驗。

【學生1】氯水、雙氧水、酸性高錳酸鉀溶液均能氧化I一，生成I2。加四氯化碳后，液體分層，四氯化碳層均變成紫紅色，加淀粉溶液后均變藍。

【學生2】我們組取淀粉一KI溶液于試管，加少量氯水時，溶液變藍，但加過量氯水后藍色褪去了。

【教師】加入過量的氯水后，氯水將生成的I2氧化成了HI03。同學們思考該選擇何種氧化劑呢？

【學生1】氯氣反應速度快，但要確保不能過量，且氯氣有毒，需做好尾氣處理。

【學生2】提碘工業(yè)應建在沿海，氯氣可通過氯堿工業(yè)制取。如果是利用硝石或者鹵水制碘，氯氣運輸不便就不合適了。

【學生3】最好能知道各種氧化劑的價格及運輸成本。

【教師】液氯價格波動很大，2020年最低每噸僅100元，而旺季高達1700元，據(jù)了解廠家27.5%雙氧水報價1250元／噸，價格穩(wěn)定，高錳酸鉀為24000元／噸。

【PPT】生產(chǎn)Imol I2所需氧化劑的成本：氧氣為0.007～0.12元，雙氧水為0.16元，高錳酸鉀為1.52元。

【學生】氯氣有價格優(yōu)勢，但波動大、有污染，易將碘單質(zhì)進一步氧化，所以不同產(chǎn)地、不同時間所用的氧化劑可能會不同，研究廉價、高效的氧化劑是發(fā)展壯大我國的提碘工業(yè)的一個重要環(huán)節(jié)。

【教師】接下來請同學們思考如何將I2從其水溶液中提取出來？

【學生】通過查閱資料，Br2的沸點較低，易揮發(fā)，可鼓入熱空氣或水蒸氣使其揮發(fā)出來，而I2的沸點比水還高，所以I2的提取方法和Br2是不同的。

【視頻】播放萃取碘水中I2的視頻。

【教師】經(jīng)萃取和分液，得到了I2的CCl4溶液，如何再進一步分離I2和CC14呢？

【學生】可用蒸餾的方法得到I2。

設計意圖：引導學生運用類比思維，通過討論、探究等方法建構(gòu)海帶提碘的流程。通過實驗，綜合原料產(chǎn)地、成本、環(huán)境友好等因素，討論氧化劑的選擇，培養(yǎng)學生綜合分析能力。

6．總結(jié)反思，融合背景

【PPT】海水提碘的流程圖、海水提溴的流程圖

【教師】本節(jié)課我們學習了海帶提碘的原理和方法，認識到提溴和提碘具有相似性，都經(jīng)過了“濃縮、氧化、提取”三個步驟，分別對應化工生產(chǎn)的生產(chǎn)原料準備、主反應、反應產(chǎn)物加工三個步驟。由于原料和性質(zhì)的差異，在生產(chǎn)中兩者還存在諸多差別。目前，我國用碘還存在被“卡脖子”的風險，需要科技工作者不斷尋找新的碘資源，改進制碘工藝，保證用碘安全。

設計意圖：歸納總結(jié)海帶提碘的工藝流程，通過與海水提溴工藝的對比建立單元知識間的聯(lián)系，使課時知識與學科背景知識融合，強化化學觀念與化學思維，形成化工生產(chǎn)的一般思路和方法。

7．作業(yè)鞏固，深化背景

【作業(yè)】（1）完成教材配套練習；（2）閱讀文獻，進一步了解制碘新技術，思考我國海洋產(chǎn)業(yè)的發(fā)展方向。

設計意圖：通過課后背景閱讀，幫助學生在課堂學習的基礎上進一步加強對新工藝的了解，引導學生在海洋產(chǎn)業(yè)大背景中認識化學學科價值。

四、教學設計與反思

1．背景知識有效融入關鍵在于學習活動設計

背景知識涉及知識背后的隱性因素，具有豐富的育人功能。立德樹人是教育的根本任務，背景知識是發(fā)揮育人功能的重要載體，發(fā)揮背景知識育人功能的關鍵途徑就是學習活動。

通過學科閱讀、調(diào)查可以獲取相應的背景知識；基于背景知識的思考則是推動背景知識發(fā)揮育人功能的關鍵；在交流分享、互動對話中，可將個人的思考轉(zhuǎn)化成群體的共識，依靠群體智慧優(yōu)化認識；探究是打通知識與背景知識之間關鍵節(jié)點的實踐和反思活動；通過總結(jié)、反饋，實現(xiàn)知識的結(jié)構(gòu)化?？傊虒W的各環(huán)節(jié)都要精心設計學習活動，只有統(tǒng)籌設計、有效實施，才能真正實現(xiàn)學科核心素養(yǎng)的落地。

2．背景教學理念下的活動設計應圍繞大主題

背景知識融人的活動課堂應始終圍繞大主題，為解決核心問題服務?！昂岬狻币徽n中，各種學習活動應始終圍繞為什么提碘？怎樣提碘？怎樣更好地提碘？等問題展開。

背景閱讀，使學生對碘的用途及我國制碘現(xiàn)狀形成初步了解，對為什么要提碘這個問題形成了各自的理解；交流分享和互動對話活動，加強了對“為什么要提碘？”“為什么要通過海帶提碘？”的認識，為學習“怎樣提碘？”打下基礎；實驗探究活動，聚焦提碘的關鍵步驟和重點環(huán)節(jié)，幫助學生理解“怎樣提碘？”；總結(jié)和反饋活動，學生全面梳理海帶提碘的原理和流程，鞏固了重點知識，完善了知識網(wǎng)絡；課后學科閱讀，使得學生對“如何優(yōu)化提碘工藝？”的思考得以繼續(xù)深入。

3．背景教學理念下的活動設計應強調(diào)有效性

中共中央辦公廳、國務院辦公廳印發(fā)的《關于進一步減輕義務教育階段學生作業(yè)負擔和校外培訓負擔的意見》要求全面壓減作業(yè)總量和時長，減輕學生過重作業(yè)負擔，同時要求大力提升教育教學質(zhì)量，確保學生在校內(nèi)學足學好。[9]在此背景下，對課堂教學的有效性提出了更高的要求，如何通過高效教學活動實現(xiàn)減負增效成了需要迫切研究的問題。

為了及時鞏固學習成果，評估教學成效，本節(jié)課運用信息化手段進行了微型檢測，通過電子白板和答題器及時反饋學生答題情況見表3。

結(jié)果顯示本堂課的教學目標得到了較好的落實，學生基本掌握了海帶提碘的主要原理和過程。在作業(yè)中根據(jù)“素養(yǎng)為本”和“學生為本”的理念，進一步加強分層作業(yè)、彈性作業(yè)和個性化作業(yè)的設計和布置，發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)，真正滿足各層次學生個性化發(fā)展的需要。

參考文獻

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[9] 進一步減輕義務教育階段學生作業(yè)負擔和校外培訓負擔[N]．人民日報，2021-07-25 （001）．