基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)設(shè)計

于寶忠+王亞敏

【摘 要】高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，反映了社會主義核心價值觀下化學(xué)學(xué)科育人的基本要求。本節(jié)課以轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式為出發(fā)點，通過階梯式問題的設(shè)計，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)的腳手架，逐步提升學(xué)生的知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】二氧化硅和硅酸；教學(xué)設(shè)計；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-0568（2017）15-0098-03

一、設(shè)計理念

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)精神與社會責(zé)任”5個維度，它是高中生綜合素質(zhì)的具體體現(xiàn)，反映了社會主義核心價值觀下化學(xué)學(xué)科育人的基本要求，全面展現(xiàn)了學(xué)生通過化學(xué)課程學(xué)習(xí)形成的關(guān)鍵能力和必備品格。

本節(jié)課以轉(zhuǎn)變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式為出發(fā)點，以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，基于學(xué)科知識特點，將教學(xué)內(nèi)容分成兩個子主題（二氧化硅、硅酸），在每一個子主題中明確需要解決的問題，并通過階梯式問題的設(shè)計，為學(xué)生搭建學(xué)習(xí)的腳手架，在經(jīng)歷解決問題的過程中，感受問題解決的成功與喜悅，逐步提升學(xué)生的知識和技能，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)背景分析

本節(jié)課是“人教版”高中化學(xué)新課程必修1第四章第一節(jié)“無機(jī)非金屬材料的主角——硅”的第一課時。將硅及其化合物的性質(zhì)和應(yīng)用作為非金屬的開篇，能夠讓學(xué)生充分認(rèn)識硅及其化合物在非金屬材料和信息技術(shù)領(lǐng)域等方面有廣泛的應(yīng)用，突出了硅在現(xiàn)代社會中的重要性和應(yīng)用價值，有助于增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。

二氧化硅是學(xué)生日常生活中經(jīng)常接觸的物質(zhì)，含硅元素的材料制品大都是以二氧化硅為原料的，先學(xué)習(xí)比較熟悉的二氧化硅，再學(xué)習(xí)其他化合物和單質(zhì)硅的順序容易激起學(xué)生的興趣，符合學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，因此作為這一節(jié)的第一課時，把學(xué)習(xí)內(nèi)容定為二氧化硅和硅酸。

二氧化硅是典型的酸性氧化物，在生活中學(xué)生對其感性認(rèn)識較為深刻，從感性知識上升為理性知識，學(xué)習(xí)起來具有親切感。學(xué)生在第二章學(xué)習(xí)了物質(zhì)的分類，教學(xué)中運用分類、類比的方法，從復(fù)習(xí)二氧化碳的性質(zhì)入手，遷移建構(gòu)二氧化硅的性質(zhì)，知道化學(xué)變化需要一定的條件，并遵循一定規(guī)律，符合高中生的認(rèn)知水平，且能夠培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)方法和學(xué)習(xí)能力。在二氧化硅和二氧化碳的性質(zhì)的對比學(xué)習(xí)中，給出二氧化硅的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和二氧化碳的結(jié)構(gòu)，通過宏觀辨識與微觀探析，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，并為今后結(jié)構(gòu)的學(xué)習(xí)打下基礎(chǔ)。

三、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

1. 知識與技能

（1）了解SiO2的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途。

（2）了解硅酸的制備和化學(xué)性質(zhì)。

（3）了解二氧化硅材料生產(chǎn)、生活等領(lǐng)域的應(yīng)用。

（4）認(rèn)識元素周期表中位于同一主族元素化合物性質(zhì)的相似性和差異性。

2. 過程與方法

（1）利用已學(xué)過的CO2的性質(zhì)，借助宏觀辨識與微觀探析，建構(gòu)SiO2的結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途，建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)變化觀念，學(xué)習(xí)運用分類、類比等方法學(xué)習(xí)元素化合物知識的方法。

（2）通過對資料的收集，培養(yǎng)獲取有用信息，并有效歸類、有序表達(dá)的能力？

（3）在問題的解決過程中培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力，強(qiáng)化學(xué)生學(xué)習(xí)中的問題意識。

3. 情感、態(tài)度與價值觀

（1）通過實驗培養(yǎng)學(xué)生認(rèn)真、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識。

（2）通過資料收集，感受二氧化硅在材料領(lǐng)域的重要地位，激發(fā)學(xué)生對化學(xué)科學(xué)的興趣，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與社會責(zé)任感？

四、教學(xué)重點和難點

重點：二氧化硅和硅酸的性質(zhì)

難點：二氧化硅的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)

五、教學(xué)方法

基于階梯式問題的學(xué)案導(dǎo)學(xué)教學(xué)法

六、教學(xué)用具

試劑：硅酸鈉溶液（飽和Na2SiO3溶液按1 ∶ 2的體積比用水稀釋），酚酞溶液，稀鹽酸。

儀器：試管，膠頭滴管。

多媒體教學(xué)設(shè)備

七、教學(xué)過程

1. 課堂導(dǎo)入

【教師】地殼中含量居第2位的元素是什么元素？它在自然中的存在形態(tài)有哪些？它們在生活中起到了怎樣的重要作用？請負(fù)責(zé)收集任務(wù)小組的組長展示收集整理的圖片。

【學(xué)生】展示并講述。

【設(shè)計意圖】通過課前安排學(xué)生自主收集資料，贊賞化學(xué)對社會發(fā)展的重大貢獻(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感，激發(fā)學(xué)習(xí)熱情。

【過渡】為什么二氧化硅在人類生活中得到廣泛的應(yīng)用？它具有怎樣優(yōu)良的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)？

2. 課堂活動——主題活動1：二氧化硅

【環(huán)節(jié)1】明確學(xué)習(xí)任務(wù)

【學(xué)生】閱讀課堂活動單上的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

【設(shè)計意圖】通過細(xì)化學(xué)習(xí)目標(biāo)，使學(xué)生明確學(xué)習(xí)任務(wù)。

【環(huán)節(jié)2】研究硅元素在自然界中的存在形式

【學(xué)生】按以下課堂活動單上的內(nèi)容自主學(xué)習(xí)，然后分組匯報總結(jié)。

【舊知識回顧】

（1）寫出C、Si原子結(jié)構(gòu)示意圖：C____，Si_____。

（2）碳元素在自然界中的存在形態(tài)有哪些？

【深入思考】

（1）C、Si原子結(jié)構(gòu)有何相同之處？這決定了碳與硅具有什么樣相同的性質(zhì)？

（2）為什么硅元素在自然界中只以化合態(tài)形式存在？為什么說硅是構(gòu)成地球上礦物界的主要元素。

【設(shè)計意圖】通過設(shè)計階梯式問題，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度認(rèn)識物質(zhì)的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念。

【環(huán)節(jié)3】研究二氧化硅的結(jié)構(gòu)與物理性質(zhì)

【教師】展示學(xué)生收集到的二氧化硅的存在和應(yīng)用圖片。

【設(shè)疑】二氧化碳是由CO2分子構(gòu)成的物質(zhì)，這類由分子直接構(gòu)成的物質(zhì)通常具有熔、沸點低、硬度小的特點。SiO2具有怎樣的性質(zhì)特點？為什么它與CO2的性質(zhì)有很大的差異？

【學(xué)生】按以下課堂活動單上的問題分組研究，然后匯報總結(jié)。

【問題研究】

（1）根據(jù)SiO2的存在和應(yīng)用，總結(jié)SiO2物理性質(zhì)特點。

（2）為什么CO2和SiO2的物理性質(zhì)的差異這么大？

【設(shè)計意圖】通過設(shè)置“進(jìn)階式”問題，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行宏觀辨識和微觀探析，將抽象知識形象化，進(jìn)一步強(qiáng)化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的學(xué)科思想。

【教師】展示金剛石和二氧化硅晶體結(jié)構(gòu)的動畫。

【學(xué)生】觀察、思考、領(lǐng)悟。

【環(huán)節(jié)4】研究二氧化硅的化學(xué)性質(zhì)

【學(xué)生】按以下課堂活動單上的內(nèi)容自主學(xué)習(xí)，然后分組匯報總結(jié)。

【舊知識回顧】

（1）CO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，寫出它與水、NaOH溶液、CaO反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【設(shè)計意圖】設(shè)置“平臺式”問題，利用舊知識遷移，構(gòu)建SiO2化學(xué)性質(zhì)。

【深入思考】

（2）SiO2是硅酸（H2SiO3）的酸酐，也是酸性氧化物，你認(rèn)為它能否像CO2一樣與水反應(yīng)生成硅酸？為什么？試寫出SiO2與NaOH溶液、CaO反應(yīng)的化學(xué)方程式。

（3）玻璃中含有SiO2，實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎？

（4）實驗室里氫氟酸是保存在塑料瓶中，而不能保存在玻璃試劑瓶中，你知道為什么嗎？

【設(shè)計意圖】運用化學(xué)變化的規(guī)律，設(shè)置“進(jìn)階式”問題，進(jìn)行SiO2化學(xué)性質(zhì)的初步構(gòu)建，培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科的“變化觀念”。

【教師】播放氫氟酸與玻璃反應(yīng)的實驗錄相。

【學(xué)生】記錄實現(xiàn)現(xiàn)象，書寫化學(xué)方程式。

【學(xué)生】討論以下問題，然后分組匯報。

（5）SiO2既能與NaOH溶液反應(yīng)，又能與氫氟酸反應(yīng)，所以有同學(xué)認(rèn)為SiO2應(yīng)該屬于兩性氧化物，而不屬于酸性氧化物？你同意這個觀點嗎？說說你的理由。

【設(shè)計意圖】能多角度分析化學(xué)反應(yīng)，深刻認(rèn)識兩性氧化物與酸堿反應(yīng)的本質(zhì)，明確SiO2的特殊性質(zhì)。

（6）從CO2和SiO2中碳、硅元素的化合價看，二者應(yīng)該還具有什么性質(zhì)？試寫出體現(xiàn)這一性質(zhì)的化學(xué)方程式。

【設(shè)計意圖】能基于證據(jù)對物質(zhì)的變化提出可能的假設(shè)，并通過分析推理加以證實，建立元素化合價與性質(zhì)關(guān)系模型，培養(yǎng)“證據(jù)推理與模型認(rèn)識”素養(yǎng)。

【環(huán)節(jié)5】課堂小結(jié)

【學(xué)生】總結(jié)CO2和SiO2在性質(zhì)上的異同，并說明造成這些異同的原因是什么。

【環(huán)節(jié)6】應(yīng)用提升

【學(xué)生】自主完成課堂活動單“應(yīng)用提升Ⅰ”。

【過渡】你知道食品包裝袋中的硅膠干燥劑是怎么制得的嗎？

3. 課堂活動——主題活動2：硅酸

【環(huán)節(jié)1】明確學(xué)習(xí)任務(wù)

【學(xué)生】閱讀課堂活動單上的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

【環(huán)節(jié)2】實驗4-1硅酸的制法

在試管中加入3～5mlNa2SiO3溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色變淺并接近消失時停止、靜置。仔細(xì)觀察變化過程及現(xiàn)象，完成實驗報告。

【學(xué)生】分組實驗。

【設(shè)計意圖】通過分組實驗，訓(xùn)練學(xué)生的實驗操作技能，培養(yǎng)學(xué)生的合作精神和嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度，贊賞學(xué)生面對“異?！爆F(xiàn)象敢于提出自己的見解，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)精神”素養(yǎng)。

【教師】實驗中生成的軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠，經(jīng)干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為“硅膠”。“硅膠”為什么可用作催化劑的載體和干燥劑？如果在實驗中用“硅膠”干燥氣體，它應(yīng)該放置在什么儀器中？“硅膠”不適合干燥什么氣體？

【學(xué)生】思考并回答。

【設(shè)計意圖】設(shè)置“進(jìn)階式”問題，引起對硅酸性質(zhì)的深入思考。

【環(huán)節(jié)3】研究硅酸的化學(xué)性質(zhì)

【學(xué)生】自主研究以下問題，然后匯報。

碳酸和硅酸都顯弱酸性，二者性質(zhì)比較相似，試結(jié)合碳酸的性質(zhì)，完成下列問題：

（1）硅酸與NaOH溶液反應(yīng)的化學(xué)方程式和離子方程式。

（2）硅酸受熱分解的化學(xué)方程式。

【設(shè)計意圖】類比構(gòu)建硅酸的化學(xué)性質(zhì)。

【教師】在元素周期表中，同一主族元素的最高價含氧酸的酸性是逐漸減弱的，所以硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，它不能使指示劑變色。請你設(shè)計簡單的實驗，證明碳酸的酸性比硅酸強(qiáng)。

【學(xué)生】小組討論，設(shè)計實驗方案。

【設(shè)計意圖】設(shè)置研究性問題，強(qiáng)化對硅酸酸性的認(rèn)識，培養(yǎng)科學(xué)探究意識。

【環(huán)節(jié)4】課堂小結(jié)

【學(xué)生】總結(jié)碳酸和硅酸的性質(zhì)有哪些異同？

【環(huán)節(jié)5】應(yīng)用提升

【學(xué)生】自主完成課堂活動單“應(yīng)用提升Ⅱ”。

4. 學(xué)習(xí)評價

【學(xué)生】自主完成隨堂檢測。

【設(shè)計意圖】設(shè)置試題，鞏固所學(xué)知識，并對學(xué)生的知識與能力進(jìn)行結(jié)果性評價。

5. 作業(yè)布置

（1）預(yù)習(xí)“第2課時 硅酸鹽和硅單質(zhì)”。

（2）（選做）上網(wǎng)查詢深入研究：為什么干冰的熔沸點遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于石英晶體。

【設(shè)計意圖】培養(yǎng)學(xué)習(xí)習(xí)慣，培養(yǎng)學(xué)習(xí)興趣。

八、板書設(shè)計

參考文獻(xiàn)：

[1] 林小駒，李躍，沈曉紅.高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體系的構(gòu)成和特點[J].教育導(dǎo)刊，2015，（5）：78-81.

[2] 裴新寧，劉新陽.為21世紀(jì)重建教育——歐盟“核心素養(yǎng)”框架的確立[J].全球教育展望，2013，42，（12）：89-102.

（編輯：易繼斌）