基于發展學生化學學科核心素養的教學設計

李姍姍+唐勁軍

摘要：從發展學牛化學學科核心素養的角度對“海水資源的開發利用”主題進行了教學設計，創設實際生產、生活的真實情境，采用任務驅動、角色扮演等方法，通過合作、探究的學習活動促進學生參與性學習，使其在探究性學習中增進對化學學科的理解，發展學生“宏觀辨識與微觀探析”、“平衡思想”、“證據推理與模型認知”、“科學精神與社會責任”等學科核心素養。

關鍵詞：學科核心素養；教學設計；海水資源開發利用；探究活動

文章編號：1005-6629（2017）8-0042-05

中圖分類號：G633.8

文獻標識碼：B

1問題的提出

核心素養已經成為當前教育領域熱議的話題。核心素養是學生在接受相應學段的教育過程中，逐步形成的適應個人終生發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力。核心素養不是具體的知識，不能通過直接傳授的方式而獲得，需要在各種形式的學習活動過程中逐漸形成。為了全面落實發展學生核心素養總目標，化學學科核心素養應該貫穿化學教學的全過程。但從當前化學教學的實際來看，許多教師仍然只重視知識的條理性、系統性，忽視知識內容蘊涵的核心素養教學價值，學生雖然掌握化學知識，但不知道化學知識在生產生活中的應用，無法用學科觀念、思維方法看待相關的實際問題。只有充分挖掘教學內容中的基本觀念和方法，借助真實的情境和素材，將學科核心素養融人教學活動中，才能將發展學生核心素養落到實處。

針對“海水資源的開發利用”這一主題，已有一些相關教學研究，如焦蓉等人從三個方面論述了其對促進學生發展的重要價值；王學兵以“先概括，后具體”的教學思路進行了教學設計；徐守兵重點對海水提取溴實驗進行了精心設計重視培養學生的實驗探究能力；王先鋒基于“化學源于生活，生活離不開化學”的思想對“溴、碘的提取”進行了課堂教學設計。此外，還有部分一線教師從不同角度對此內容進行了不同的教學設計但是這些教學設計主要是基于知識與技能、過程與方法的理解與掌握，沒有充分體現出研究自然資源所用到的宏觀微觀結合、變化守恒的基本學科思想與方法，或沒經歷分析、抽象與推理的思維過程，未能充分發揮其在發展學生學科核心素養中的重要功能與價值。

基于以上思考，本文以“海水資源的開發利用”為例，開展基于發展學科核心素養的教學設計，以期為發展學生的學科核心素養的教學提供參考。

2 “海水資源的開發利用”教學設計

2.1教材分析一一挖掘學科核心素養

“海水資源的開發利用”位于人教版必修2第四章第一節，涉及海水水資源、海水化學資源的綜合開發利用，工業中的從海水制鎂、溴、碘等工藝流程技術，可以讓學生在真實的情境中體驗常見的工業生產流程、技術，可在有關物質分離、提純、轉化、檢驗等實驗中培養學生的微粒觀、元素觀、變化觀等化學觀念；在探究海水提取鎂、溴、碘等化學物質的實驗方案中構建從自然提取各種化學物質的理論模型，養成從化學角度思考實際問題、用化學原理解決實際問題的習慣，在資源綜合開發利用中體會化學方法與技術對開發、綜合利用自然資源方面的作用，感悟化學對社會發展的重大貢獻。從而形成化學學科核心素養。通過分析核心知識所包含的基本觀念、學科思維等，并對其進行提煉加工，在教學設計中將這些基本觀念和學科思維方法轉化為課堂問題和學生活動，從而實現教學目標。

2.2教學目標一一突出學科核心素養對三維目標的傳承與提升

（1）在查閱海水資源的特點、應用及海水淡化的方法原理過程中培養學生的信息素養，體會化學對社會的重大貢獻。

（2）在探究海水提鎂的過程中，體會化學對科技發展的重大作用，促進宏微辨識、社會責任等學科核心素養的發展。

（3）在巴拉爾發現溴的科學探究史料學習過程中，探究海水提溴的工業方法，體會化學方法在資源的開發利用中的重要作用，發展學生證據推理、科學精神等學科核心素養。

（4）在角色扮演的思考及探究活動中，培養學生社會責任感及科學探究的核心素養，形成從化學角度，用化學思維和方法解決實際問題的意識。

2.3教學方法

采用以任務為驅動、以問題解決為目的的教學方法，組織學生開展自主、合作、探究等學習活動，實現在活動探究中提升化學學科核心素養。

3教學過程設計

3.1教學流程

教學流程及相應的化學學科核心素養見表1。

3.2教學過程

凡事預則立，不預則廢一一先學后教：布置課前自學任務。

設計意圖：教學并不是從上課開始，而應該早于課堂教學，教師深入解讀課標要求及教材內容，結合學生實際情況，基于發展學生學科核心素養設計自學任務單，留給學生更多的時間和空間進行自主探究學習，讓學生在自學的過程中了解簡單知識，發現感興趣的問題，激發其探究的興趣，有利于培養學生學會學習的核心素養。

環節一：創設情境，海洋賞寶一一提升信息素養

展示海洋的照片。

設計意圖：通過展示真實漂亮的海洋照片，加上教師生動的講解，集中學生注意，引發學生學習探究的欲望，并為下一環節小組匯報海水資源特點做鋪墊。

[學生]由學生推選的活動主持人主持本環節任務1到任務4的成果展示活動。

設計意圖：基于任務單的形式，學生自主查閱資料，了解海水資源的特點，培養學生的信息素養，提高自主學習的能力；活動中學生可以自由表達自己的想法，從“你有何感想，你會采取什么行動”可以讓學生融入角色，切身思考，培養其社會參與意識。

[教師]教師綜合評價各小組成果，協助主持人開展活動，維持活動秩序。

[主持人]基于任務2進行簡單總結，進入任務3的成果交流活動，各小組作為本組所選方法的介紹員，向大家匯報成果，并回答同學的疑問。endprint

[學生]各小組依次匯報本小組了解的海水淡化方法及原理，其他小組認真傾聽、提問。

[教師]教師針對學生的交流、討論做相應的評價和補充。

設計意圖：任務3是學生在總體了解海水淡化方法的前提下，有選擇地深入了解自己感興趣的方法，體現了學生的自主性，更能激發學生的學習興趣，并且各小組在匯報與傾聽的過程中均扮演著不同的角色，可以互相學習，充分體現了以學生為主體的理念。

[主持人]從海水水資源過渡到海水化學資源的討論。

[學生]各小組在查閱資料的前提下交流、討論關于海水化學資源的特點及應用，匯報成果。

設計意圖：學生通過自主查閱資料了解海水化學資源的豐富性，及其在生產生活中的應用，開闊了學生視野，讓學生了解到了相關的工業生產，體會化學對社會發展的重大貢獻，培養社會責任感。任務1到任務4形成層層遞進、緊密聯系的問題鏈驅動著學生主動學習，激發學生的探究欲望。成果匯報環節由學生主持，學生可以自由發揮，充分展現各自的優點，體現了學生的主體性，激發了學生的學習欲望。

環節二：海洋挖寶、鑒寶一一真實情境中探究，發展學科核心素養

探究活動1：海水提鎂一一發展“宏微辨析”

“模型認知”等學科核心素養。

展示鎂化工產品在航空業的應用素材，引人海水提鎂的探究活動。

[素材展示]河北鎂神科技有限公司通過努力和國內著名大學及科研院所的合作，利用青海鹽湖豐富的鹵鹽資源，開發、研制出了適應和滿足市場需要的各種高端氧化鎂系列產品，由于高純度電熔氧化鎂晶體具有很好的耐高溫性和透光性，因此航天工業領域中使用的耐高溫材料和耐高溫光學材料，都是由高純度電熔氧化鎂晶體制造的。

[教師]如果將海水中的鎂提取出來，一定會加速我國航空業的發展。假如你是“鎂神”科技有限公司的研究員，你將如何提取海水中的鎂？（提示：海水中鎂主要以Mg²⁺形式存在，含量為1.28g.L^-1，如何實現Mg²⁺到Mg的轉化，請結合金屬及其冶煉等知識進行思考、討論）

[學生任務5]回顧金屬及其冶煉，離子反應的相關知識，物質提純、分離的方法，從宏觀與微觀角度分析“海水-Mg²⁺-Mg”的轉化，小組討論，得出將海水中的Mg²⁺轉化為沉淀進行富集，再轉化為鎂鹽，最后通過電解的方法得到單質Mg的設計思路。

設計意圖：設計以促進航空業發展、開發利用鎂的真實情境，學生在體驗探究的過程中，體會化學對科技發展的重要價值，提高社會責任感。在海水提鎂的探究過程中，依據海水中存在Mg²⁺，通過分析微粒變化實現物質的轉化，形成“宏觀一微觀一宏觀”的思維路徑，建構從微粒轉化角度思考實現物質轉化的一般思路，以及電解法提取活潑金屬的一般理論模型。

探究活動2：溴發現的科學探究之旅一一提升“證據推理”“科學精神”等學科核心素養。

[教師]海水中除了擁有豐富的金屬資源，還有豐富的非金屬資源。全球海水中溴的儲量豐富，約占地球溴總儲量的99%，故溴有“海洋元素”之稱，海水中溴含量為65mg·L^-1。溴是如何被科學家發現的呢？

[科學史話]巴拉爾（ Balard，Antoine Jerome.1802～1876）法國化學家。巴拉爾1842年在研究鹽湖中植物的時候，將采集到的黑角菜燃燒成灰，然后用浸泡的方法得到一種灰黑色的浸出液。他往浸出液中加入氯水和淀粉，溶液即分為兩層：下層顯藍色，這是由于淀粉與溶液中的碘生成了化合物；上層顯棕黃色，這是一種以前沒有見過的現象。為什么會出現這種現象呢？經巴拉爾的研究，認為可能有兩種情況：一是氯與溶液中的碘形成新的氯化碘，使溶液呈棕黃色；二是氯把溶液中的新元素置換出來了，因而使上層溶液呈棕黃色。巴拉爾想了些辦法，試圖把新的化合物分開，但都沒有成功。巴拉爾分析這可能不是氯化碘，而是一種與氯、碘相似的新元素。他用乙醚將棕黃色的物質提出，再加苛性鉀，則棕黃色褪掉，加熱蒸干，剩下的物質像氯化鉀一樣。然后把剩下的物質與硫酸、二氧化錳共熱，則產生紅棕色的有惡臭的氣體，冷凝為棕黃色液體。巴拉爾判斷，這是與氯和碘相似的一種新元素。法國科學院于1826年8月14日，由化學家孚克勞、泰納、蓋·呂薩克共同審查巴拉爾的新發現。最終他們把這種新元素命名為溴，含義是惡臭（其具有刺激性氣味）。

然而在巴拉爾發現溴的幾年前，德國著名的有機化學家李比希（ Liehig，U.1803～1873）在研究工作中就出現過這樣的現象。李比希接受了一家制鹽工廠的請求，考察母液中含有什么物質？在分析的過程中，發現淀粉碘化物過夜以后變成黃色。他再將母液通入氯氣進行蒸餾，得到一種黃色的液體，沒有分析研究就判斷是氯化碘，并把裝液體的瓶子貼上氯化碘的標簽。在巴拉爾發現溴之后，李比希知道自己錯了，他將貼氯化碘標簽的瓶子特別保存起來，作為研究工作中的教訓。并且他常把這個瓶子給朋友看，以表明不加分析研究、不作論證，而以先入為主的觀念來對待科學，往往讓很大的發現在眼前錯過。

[教師]從巴拉爾和李比希兩位化學家的探究、發現過程，大家得到什么啟發？

[學生]學生沉浸在化學史中，感受科學發現的過程，形成強調證據推理的嚴謹求實的科學態度。

設計意圖：用真實的史料，讓學生了解科學家的科學發現過程，意識到科學探究需要嚴謹求實的態度，應該通過證據和推理進行證實或證偽來建立觀念。培養學生證據推理、科學精神的學科核心素養。而且溴的發現過程可以為學生提供從海水中提取溴的設計思路。

[教師]假如你是化學家巴拉爾，再重溫一次科學發現之旅，你將如何設計實驗實現海水中提取溴？（提示海水中的溴主要以Br^-形式存在，請根據巴拉爾的科學發現過程進行思考）endprint

[學生任務6]再次閱讀科學史料，尋找思路，結合氧化還原反應中電子得失守恒，從微觀角度分析宏觀現象，得出實驗原理（化學方程式表示）。

C1₂+2Br^-=Br₂+2C^-

Br₂+2oH^-=Br^-+Bro^-+H₂o

Br^-+Bro^-+2H⁺= Br₂+H₂o

設計意圖：在了解化學家巴拉爾發現溴的基礎上，學生以化學家的角色進行探究，能夠激發學生的探究熱情，從中體會化學方法在開發利用資源方面的重要作用；學生依據氧化還原反應，電子得失守恒分析從Br^-到Br₂的轉化過程，發展了學生宏觀辨識與微觀探析、變化守恒、科學精神等學科核心素養。

[問題驅動]海水中溴離子的濃度很低，在工業上能夠按照以上流程來進行大規模生產溴嗎？還需要進行哪些改進？如何在提取過程中濃縮溴？

[學生任務7]學生思考如何在微粒的轉化過程中實現溴的濃縮。

[教師]介紹工業提取溴的常用方法，基于環境保護，操作安全，實驗條件，以氯水作為氧化劑，氫氧化鈉溶液作為溴的吸收劑，設計一個實驗，模擬工業制溴的過程。

[師生]學生討論設計實驗裝置，教師參與學生討論，引導設計出實驗裝置。

[演示實驗]空氣吹出堿吸收法制溴。

設計意圖：設計實驗方案后，通過演示實驗學生感受工業海水提溴的過程，從原來溴水顏色較淺和加入硫酸后吸收器中顏色較深，體會海水制溴過程中將溴不斷濃縮的重要意義。明白工業生產與實驗理論的區別，形成理論聯系實際及社會參與意識。考慮到SO₂污染環境，NaOH溶液是實驗室常用藥品，必修1學習了溴與堿的相關反應，選擇空氣吹出堿吸收的方法模擬海水提溴符合學生的最近發展區，同時培養學生的綠色化學觀念。

[教師]大家體驗了化學家的發現之旅與工業實際生產之后有何感想。

[學生]各抒己見，表達對科學發現的崇敬，實際生產中理論要與實踐相結合。

設計意圖：在親自經歷設計、探究、實驗后給學生一個反思、消化表達的機會，有利于學生對知識的建構，感受化學方法在實現物質轉化中的重要作用。

探究活動3：海帶中碘的提取及檢驗一一培養“變化守恒”、“宏微辨析”等學科核心素養。

[教師]海洋不但為我們提供各種金屬制品和化工產品，同時也為人類提供了不少美食。夏天來一碗海帶綠豆湯，那可是清涼一夏。都說海帶中含有碘元素，你來當一回食品檢驗員，怎樣通過實驗證明海帶中真實存在碘元素，請設計實驗進行驗證。（提示海帶灼燒后的灰燼中碘元素以I^-形式存在）

[學生任務8]依據淀粉遇碘變藍色的宏觀現象，結合氧化還原反應從微觀角度分析如何實現I^-到I₂的轉化。

（1）灼燒；

（2）浸取和過濾；

（3）氧化。

[學生實驗]學生分組實驗，教師輔助學生實驗，引導學生正確進行實驗操作。

[追問]若要從海帶中提取純凈的碘單質還應該進行哪些實驗操作？

[學生]結合碘單質的性質在檢驗實驗的基礎上進行分析、討論，得出將氧化后的碘進行萃取或升華即可得到純凈的碘。

設計意圖：以貼近實際生活的情境導入，可以激發學生的探究興趣，感受生活無處無化學，依據氧化還原反應，從元素觀與守恒觀的角度思考實現I^-到I₂，的轉化，通過宏觀現象分析推斷微粒的變化，發展了學生宏微辨析、變化守恒等學科核心素養，構建了鑒別物質的一般理論模型。

環節三：海洋寶物綜合開發利用一一發展“社會責任”“創新意識”等學科核心素養

[教師]大自然把海洋這座寶庫毫無保留地賜予了我們，我們也應該珍惜和保護它，通過合理的方法發揮其應有的作用。假如你是資源開發管理局的局長，從保護環境、可持續發展、效益高的角度出發，你會對資源開發做哪些調整？課后可以通過查閱資料了解更多有關海水資源開發利用的信息，給海水寫一個自傳。

[學生任務9]回想各資源開發工業流程，及其產品的應用特點，結合可持續發展、高效的目標，提出各種各樣的方案。

設計意圖：以開放式的問題結課，可以發散學生思維，在思考的過程中也實現了對內容的歸納總結；同時對開放性問題的思考提高了學生的創新意識和參與意識。學生通過課后查閱資料，撰寫海水自傳，可以更進一步全面了解與海水資源相關的信息，培養其信息素養，提高從化學角度分析、解決社會問題及社會責任感的意識。

4教學反思

（1）本教學以課前任務單的形式，通過設計具有邏輯關系、難度逐層遞進的系列任務驅動學生自主學習，發揮學生的積極能動性，使學生成為學習的主人；學生在查閱搜集資料的過程中提高學習化學的興趣，培養信息素養。

（2）通過科技發展、科學史料、生活等多樣化的素材情境，組織探究活動，使學生從中學會從海水中提取各種化學資源的工藝流程、方法，發展了學生宏微辨析、變化與守恒、模型推理、科學探究、社會責任等學科核心素養；學生從中體會到探究樂趣，感受化學在白然資源綜合開發利用、工業生產中的重大貢獻與價值。

（3）在多重角色扮演與真實問題解決中，培養了學生的社會責任感和參與意識，多樣化的情境及探究活動為發展學生學科核心素養提供了載體。

（4）本教學設計充分體現了學生主體、教師主導的理念，學生在自主學習的基礎上，在真實的情境中進行小組討論，合作探究，實現知識的意義建構。充分體現了以學生為中心，強調學生對知識的主動探索、主動發現和對所學知識意義的主動建構等建構主義理論的觀念；本設計也融合了建構主義學習理論中學習環境的四大要素“情境、協作、會話、意義建構”。endprint