理解為先的新高考化學(xué)模塊融合教學(xué)實踐

黃捷

［摘 要］基于高中化學(xué)新課標(biāo)、新教材及新高考模塊融合趨勢的分析，設(shè)計并實施理解為先的“鈦合金鑄‘大國重器”模塊融合教學(xué)，滲透“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”的觀念，進(jìn)而提煉化學(xué)模塊融合教學(xué)路徑，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變；挖掘真實有價值的情境素材，發(fā)揮化學(xué)課程整體育人功能；提供高中化學(xué)融合課程的樣本，適應(yīng)學(xué)生未來發(fā)展的多樣化需求。

［關(guān)鍵詞］新高考；化學(xué)模塊融合教學(xué)；理解為先；鈦合金

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻(xiàn)標(biāo)識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）11-0058-06

新高考改革旨在落實立德樹人根本任務(wù)，滿足國家選拔創(chuàng)新人才的要求，培養(yǎng)全面發(fā)展而有個性的人，堅持文化立意和價值觀立意， 強化育人導(dǎo)向。新高考改革推動了中學(xué)教育教學(xué)的變革和素質(zhì)教育的實施，促進(jìn)了育人方式的變革。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》進(jìn)一步優(yōu)化了高中化學(xué)課程結(jié)構(gòu)，將課程類別調(diào)整為必修課程、選擇性必修課程和選修課程。在“3+3”或“3+2+1”高考方案中，《化學(xué)反應(yīng)原理》《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》《有機化學(xué)基礎(chǔ)》均為必考模塊，內(nèi)容增多了，考查的難度提高了。新高考化學(xué)命題以真實有價值的情境為載體，以解決實際問題為任務(wù)，以化學(xué)知識為解決問題的工具，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為宗旨。真實情境問題往往具有綜合性和創(chuàng)新性，同時也有一定的陌生度，需要通過模塊融合甚至學(xué)科融合來解決。只有基于對物質(zhì)的本質(zhì)的理解，紛繁復(fù)雜的物質(zhì)世界在學(xué)生眼中才會變得有規(guī)律可循。因此，理解為先的化學(xué)模塊融合教學(xué)的設(shè)計與實施顯得尤為重要。

一、新高考中化學(xué)模塊融合趨勢分析

新課標(biāo)優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，將選擇性必修模塊作為所有選考化學(xué)學(xué)生的必考模塊。新教材各模塊加強了關(guān)聯(lián)度，如魯科版教材在每一章后都設(shè)置了“微項目”，旨在引導(dǎo)學(xué)生跨模塊、跨學(xué)科解決真實情境問題，培養(yǎng)學(xué)生的綜合素養(yǎng)。與此相呼應(yīng)，新高考中模塊融合試題占比逐年增多。

2020年天津、山東、海南新高考化學(xué)試卷呈現(xiàn)模塊融合試題，2021年遼寧、江蘇和湖北三省新高考化學(xué)試題將物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識融合到其他模塊中進(jìn)行考查，2023年各省份新高考化學(xué)試卷將物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識融入有機、原理、實驗等大題中，2024年各地市質(zhì)檢試題中模塊融合更加普遍。因此，筆者認(rèn)為，新高考化學(xué)試題模塊融合必然成為趨勢。

二、理解為先的教學(xué)設(shè)計與新高考化學(xué)模塊融合教學(xué)

（一）理解為先的教學(xué)設(shè)計

理解為先的教學(xué)設(shè)計（UbD）是一種新型且優(yōu)質(zhì)的教學(xué)設(shè)計理論，由美國學(xué)者威金斯和麥克泰于2008年提出。UbD理論認(rèn)為，當(dāng)教師的教學(xué)旨在使學(xué)習(xí)者理解可遷移的概念和過程，給其提供更多機會將理解的內(nèi)容應(yīng)用到有意義的情境（即真實情境）中，才更可能獲得長期的成就。學(xué)習(xí)者通過主動建構(gòu)意義（即理解的過程）來學(xué)習(xí)和鞏固所學(xué)的知識和技能，并將學(xué)習(xí)結(jié)果應(yīng)用到新的情境中［1］。在這種模式下，教師不再僅僅是知識的傳遞者，更是學(xué)生理解過程的引導(dǎo)者和促進(jìn)者。

（二）新高考化學(xué)模塊融合教學(xué)

以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念為例，無機物知識是促進(jìn)學(xué)生形成該觀念的載體之一。無機物知識主要在必修模塊，必修模塊中學(xué)生獲取的知識以宏觀的性質(zhì)和運用為主，學(xué)生知其然而不知其所以然。選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》模塊從化學(xué)反應(yīng)的能量、方向、限度、速率等角度，揭示化學(xué)反應(yīng)的規(guī)律及運用；選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊則從微觀層面解釋結(jié)構(gòu)對性質(zhì)的影響。可見，以無機物知識為載體構(gòu)建“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，需要貫穿整個高中化學(xué)學(xué)習(xí)過程，模塊融合成為新高考考查的必然。

（三）理解為先的新高考化學(xué)模塊融合教學(xué)設(shè)計思路

理解為先的教學(xué)是達(dá)到教學(xué)最終目標(biāo)的一種有效手段，規(guī)劃先于教學(xué)。成效最高的教學(xué)在開始時就明確預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果，并且還要有學(xué)習(xí)真實發(fā)生的證據(jù)［2］?？梢姡斫鉃橄鹊慕虒W(xué)設(shè)計強調(diào)評價方法，這使得教學(xué)目的更有針對性，與新課標(biāo)所倡導(dǎo)的“教、學(xué)、 評”一體化理念不謀而合［3］。理解為先的新高考化學(xué)模塊融合教學(xué)設(shè)計思路如圖1所示。

三、理解為先的新高考化學(xué)模塊融合教學(xué)案例分析

筆者在高考化學(xué)復(fù)習(xí)教學(xué)中，基于理解為先理論，以“鈦合金鑄‘大國重器”專題為例，實施模塊融合教學(xué)。

（一）教學(xué)設(shè)計思路

理解為先的“鈦合金鑄‘大國重器”模塊融合教學(xué)設(shè)計思路如圖2所示。

1.明確預(yù)期結(jié)果

明確預(yù)期結(jié)果，即確定教學(xué)目標(biāo)，基于課程標(biāo)準(zhǔn)，從理解意義、掌握知能、學(xué)習(xí)遷移三個方面進(jìn)行預(yù)期。

“鈦合金鑄‘大國重器”專題教學(xué)基于真實情境，融合元素化學(xué)、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、有機化學(xué)、反應(yīng)原理等知識，滲透“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”的觀念，實現(xiàn)學(xué)科育人目標(biāo)。教學(xué)目標(biāo)見表1。

2.確定評價方法

確定評價方法，讓教師有效監(jiān)控學(xué)生的課堂學(xué)習(xí)是否達(dá)到理解程度。

（1）評價依據(jù)

學(xué)生組成學(xué)習(xí)共同體，課前預(yù)習(xí)、課中表述回答問題、課后梳理總結(jié)，質(zhì)疑與交流，遷移與驗證，達(dá)成目標(biāo)。

（2）學(xué)生理解的證據(jù)

學(xué)前評價：學(xué)生能從鈦合金在航空航天、核潛艇領(lǐng)域的運用，推測鈦合金具有密度小、強度高、耐腐蝕等特性；知道鈦合金與鐵合金相比有哪些優(yōu)勢，并能從分類角度，類比遷移，預(yù)測金屬鈦制備的原理。

理解意義評價：我國鈦鐵礦儲能豐富，學(xué)生能根據(jù)金屬鈦的制備流程，書寫陌生化學(xué)方程式，并根據(jù)數(shù)據(jù)等信息，選擇適宜反應(yīng)條件。在這個過程中，學(xué)生能運用氧化還原反應(yīng)原理規(guī)范書寫化學(xué)方程式。

掌握知能評價：教師設(shè)計問題鏈，以問題為驅(qū)動，根據(jù)學(xué)生的回答進(jìn)行評價。問題鏈以鈦元素為載體，從鈦在元素周期表中的位置、核外電子排布的特點、與其他微粒間的作用力、化合物的性質(zhì)等方面，層層深入，揭示結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

學(xué)習(xí)遷移評價：學(xué)生對金屬鈦在海洋環(huán)境中的腐蝕及防護(hù)這一真實且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)進(jìn)行交流討論，遷移運用金屬鈦的性質(zhì)和鋼鐵腐蝕知識，從腐蝕損傷、生物污損等方面提出防護(hù)措施，發(fā)展學(xué)科思維。

3.規(guī)劃教學(xué)過程

（1）課前準(zhǔn)備

確定教學(xué)活動環(huán)節(jié)和達(dá)成目標(biāo)的評價依據(jù)。

（2）教學(xué)過程設(shè)計

活動一：結(jié)合視頻展示的鈦合金產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，思考鈦合金相比鐵合金有哪些優(yōu)勢。

活動二：通過工業(yè)制備金屬鈦的流程理解其原理。

活動三：探究鈦及其化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

活動四：交流討論海洋環(huán)境中金屬鈦的腐蝕及防護(hù)。

（二）教學(xué)過程

［專題］鈦合金鑄“大國重器”。

［專題任務(wù)］以鈦為核心元素，通過金屬鈦的應(yīng)用、制備，探究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，交流其腐蝕及防護(hù)，構(gòu)建真實情境下高中化學(xué)模塊融合解決問題的模型。

［學(xué)情分析］認(rèn)知方面，高三下學(xué)期學(xué)生已完成高中化學(xué)必修課程和選擇性必修課程，具備高中化學(xué)基礎(chǔ)知識，但在知識遷移運用方面尚不熟練。情感方面，學(xué)生具有一定的自律性，需要通過完成一定的挑戰(zhàn)性任務(wù)來實現(xiàn)個人成就感。本專題教學(xué)需要依標(biāo)依本設(shè)計符合高考評價要求的真實問題情境，既要讓學(xué)生夠得著，又要讓學(xué)生有提升，能夠深入理解本質(zhì)，實現(xiàn)學(xué)生知識、能力、素養(yǎng)的螺旋式上升。

活動一 結(jié)合視頻展示的鈦合金產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，思考鈦合金相比鐵合金有哪些優(yōu)勢

［視頻］陜西新聞聯(lián)播：從小螺釘?shù)健按髧仄鳌?，寶雞“鈦”厲害！

［提問］鈦合金可用于航空航天、深海潛水領(lǐng)域，相比鐵合金，它具有哪些優(yōu)勢？鈦合金有哪些性質(zhì)？

設(shè)計意圖：從小螺釘?shù)健按髧仄鳌保寣W(xué)生樹立“化學(xué)是人類進(jìn)步的關(guān)鍵”的學(xué)科價值觀，增強民族自豪感。同時，引導(dǎo)學(xué)生掌握化學(xué)的基本原理和學(xué)習(xí)方法，形成化學(xué)學(xué)科的核心觀念，關(guān)注人類面臨的與化學(xué)有關(guān)的社會問題，培養(yǎng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

活動二 通過工業(yè)制備金屬鈦的流程理解其原理

［講述］鈦元素在自然界分布很廣，在地殼的金屬元素含量中僅次于鋁、鐵和鎂，居第四位，我國鈦鐵礦儲量排世界第一。以鈦鐵礦（FeTiO3）為原料，用鎂還原法冶煉金屬鈦的生產(chǎn)流程如圖3所示。

［提問］請列舉常見的金屬冶煉方法和依據(jù)。

設(shè)計意圖：設(shè)計真實情境，引導(dǎo)學(xué)生類比遷移金屬冶煉方法。

［講述］根據(jù)金屬鈦的生產(chǎn)流程回答以下問題（見表2）。

此環(huán)節(jié)以鈦鐵礦制備金屬鈦為載體，必備知識涉及化學(xué)方程式書寫、反應(yīng)條件控制、電極反應(yīng)式書寫、晶胞計算、反應(yīng)歷程分析等，考查的關(guān)鍵能力為運用分析、類比和遷移等方法解決實際問題的能力，注重發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)化學(xué)的社會價值。

設(shè)計意圖：工業(yè)流程題為高考常見題型，通過設(shè)置此類題型，引導(dǎo)學(xué)生研究化學(xué)原理在生產(chǎn)實踐中的應(yīng)用，充分體現(xiàn)化學(xué)對科學(xué)技術(shù)的巨大貢獻(xiàn)，以及化學(xué)在社會進(jìn)步中的突出地位，發(fā)揮化學(xué)學(xué)科的育人功能。

活動三 探究鈦及其化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

［講述］鈦鎳合金可用于戰(zhàn)斗機的油壓系統(tǒng)。讓學(xué)生回答以下問題（見表3）。

該環(huán)節(jié)涉及的必備知識為配合物結(jié)構(gòu)、與有機物形成配位鍵、共價鍵類型、共價鍵鍵參數(shù)、雜化軌道類型、空間構(gòu)型、NA，關(guān)鍵能力為科學(xué)推理論證能力，同時注重發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”學(xué)科核心素養(yǎng)。

設(shè)計意圖：從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，有助于學(xué)生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用”的觀念。物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)和元素周期表是互相融合的，通過以上設(shè)計引導(dǎo)學(xué)生持久理解并結(jié)合“位—構(gòu)—性”認(rèn)識元素。從元素在元素周期表中的位置、基態(tài)原子核外電子排布、微粒間的作用力，引導(dǎo)學(xué)生建立原子結(jié)構(gòu)—元素位置—元素性質(zhì)—物質(zhì)性質(zhì)—物質(zhì)用途之間的關(guān)聯(lián)，促進(jìn)學(xué)生對元素化合物系統(tǒng)認(rèn)識方式的形成［5］。

活動四 交流討論海洋環(huán)境中金屬鈦的腐蝕及防護(hù)

［閱讀］2020年11月10日，我國自主創(chuàng)新、自行研制的萬米載人潛水器“奮斗者”號，下潛至馬里亞納海溝10 909米，創(chuàng)造了中國載人深潛新紀(jì)錄，達(dá)到世界領(lǐng)先水平。中國科學(xué)院金屬研究所鈦合金團(tuán)隊為“奮斗者”號建造了世界最大、搭載人數(shù)最多的潛水器載人艙球殼。

金屬鈦在海水和海洋大氣環(huán)境中具有極高的抗蝕性能，其抗蝕性能遠(yuǎn)優(yōu)于鋁合金、不銹鋼和鎳基合金，被稱為“海洋金屬”。海水環(huán)境中鈦表面發(fā)生氧化反應(yīng)形成鈍化膜，轉(zhuǎn)移的電子被氧化劑如質(zhì)子、溶解氧和水反應(yīng)消耗。

海洋環(huán)境中金屬鈦與鋼、鋁和銅材料相比，防污性能最差。主要原因是金屬鈦具有良好的生物相容性，幾乎所有海洋生物都可以在其表面附著，導(dǎo)致嚴(yán)重的生物污損發(fā)生，如附著藻類、藤壺等生物［6］。

［引導(dǎo)］嘗試從上述閱讀材料中提取學(xué)科問題。

［思考］（1）寫出金屬鈦抗腐蝕過程中的電極反應(yīng)式。

（2）列舉海洋環(huán)境中金屬鈦的腐蝕及原因。

（3）對于海洋環(huán)境中的金屬鈦，可采取哪些防護(hù)措施？

設(shè)計意圖：此環(huán)節(jié)先通過閱讀和交流研討，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀能力、獲取信息能力、提出問題和解決問題的能力，再設(shè)計開放性問題，引導(dǎo)學(xué)生從學(xué)科內(nèi)融合走向跨學(xué)科融合。真實情境問題的解決，通常不是單一學(xué)科就能完成的，往往需要多學(xué)科融合推進(jìn)。在真實豐富的教學(xué)情境下，通過化學(xué)問題引導(dǎo)學(xué)生自主探究和實踐，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和敢于創(chuàng)新的意識［7］。

四、理解為先的新高考化學(xué)模塊融合教學(xué)實踐的效果

理解為先的“鈦合金鑄‘大國重器”模塊融合教學(xué)，打破必修模塊和選擇性必修模塊的壁壘，順應(yīng)新課標(biāo)、新教材、新高考趨勢，緊扣“發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)”的主旨，收到了很好的教學(xué)效果。

（一）提煉了化學(xué)模塊融合教學(xué)路徑，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變

“鈦合金鑄‘大國重器”教學(xué)實踐，將學(xué)生置身于大國重器科研場景中，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和激發(fā)學(xué)生的使命感，變被動灌輸為主動探究，轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式。問題設(shè)計層層深入，引導(dǎo)學(xué)生運用所學(xué)知識解決問題，反思?xì)w納，培養(yǎng)關(guān)鍵能力，形成必備品格。由此提煉出的“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”化學(xué)模塊融合教學(xué)路徑如圖4所示。

（二）挖掘了真實有價值的情境素材，發(fā)揮化學(xué)課程整體育人功能

“鈦合金鑄‘大國重器”教學(xué)實踐，從“小螺釘”到“大國重器”，有效地融入真實情境，見微知著。2024年1月19日，中共中央、國務(wù)院首次表彰國家卓越工程師。習(xí)近平總書記在中央人才工作會議上強調(diào)要培養(yǎng)大批卓越工程師。這無疑在高中學(xué)生的心中播撒科學(xué)的種子，鼓勵其樹立遠(yuǎn)大志向，樹立科技報國的理想，并為之奮斗。

（三）提供了高中化學(xué)融合課程的樣本，適應(yīng)學(xué)生未來發(fā)展的多樣化需求

“鈦合金鑄‘大國重器”教學(xué)實踐，讓每個學(xué)生都發(fā)揮自己的潛能、獲得應(yīng)有的發(fā)展，同時為開發(fā)高中化學(xué)多樣化融合課程，實施跨模塊甚至跨學(xué)科教學(xué)提供可借鑒的樣本。

新課標(biāo)強調(diào)素質(zhì)教育，以發(fā)展學(xué)生的身心健康為根本，以解決實際教育問題為要點［8］，注重培養(yǎng)學(xué)生的綜合素質(zhì)和能力。模塊融合教學(xué)為學(xué)科核心素養(yǎng)提升創(chuàng)新思路，回應(yīng)育人方式改革和教育評價改革對培育和選拔創(chuàng)新人才的需求。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻(xiàn)? ?］

［1］［2］? 威金斯，麥克泰.理解為先模式：單元教學(xué)設(shè)計指南（一）［M］.盛群力，沈祖蕓，柳豐，等譯.福州：福建教育出版社，2018.

［3］? 張含璐.理解為先，逆向設(shè)計：以“元素周期表”的教學(xué)設(shè)計為例［J］.化學(xué)教與學(xué)，2022（24）：38-41.

［4］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［5］? 張紅娟.新高考背景下化學(xué)模塊間融合試題研究［J］.教學(xué)考試，2021（23）：57-59.

［6］? 李金龍，賴思穎，董敏鵬.海洋環(huán)境鈦金屬的應(yīng)用現(xiàn)狀及其防護(hù)技術(shù)研究［J］.表面技術(shù)，2023（5）：1-13.

［7］? 江合佩，單旭峰.高考化學(xué)創(chuàng)新性考查的內(nèi)涵及實施路徑：以2021年廣東、江蘇等8省市普通高中學(xué)業(yè)水平等級適應(yīng)性考試化學(xué)試題為例［J］.教育測量與評價，2021（3）：33-42.

［8］? 楊修寶.習(xí)近平教育文化思想意涵論析［J］. 黑龍江教育學(xué)院學(xué)報，2018（3）：1-3.

（責(zé)任編輯 羅 艷）