基于真實問題情境的高中化學教學設計
——以“從海水中提取溴和碘”為例

◎ 趙春梅

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《2017版課標》）建議教師在化學教學與評價中應緊緊圍繞“發展學生化學學科核心素養”這一主旨，優化教學過程，有效提高教學質量，發展素質教育，落實立德樹人根本任務。［1］筆者以“從海水中提取溴和碘”的第一課時為例，進行了“素養為本”的教學實踐。

一、教學要求分析及目標確定

“從海水中提取溴和碘”是高一上冊《化學（試用本）》（滬科版）第二章第三節的內容。本節課主要內容包括：溴、碘單質的物理性質；氯氣置換溴、碘單質；萃取；海水提溴和海帶提碘流程設計。學生可以在“海水提溴和海帶提碘”工業生產的真實情境中感悟物質轉化觀念；構建從自然界提取化學物質的一般流程；構建 “原料去雜濃縮、產品富集精制、物質循環使用、資源就近利用” 等重要技術思路。

筆者任課班級學生知識較扎實，高中已經從化合價變化及電子轉移視角進一步認識氧化還原反應；對化學學習有較大的興趣、較強的求知欲望。但是，學生讀取和篩選文字、圖表等信息能力不強；在工業生產情境中，多角度、辯證地分析解決問題能力薄弱；尤其是還沒有學過運用所學知識解決特定條件下提取物質的化工流程設計。

基于內容及學情，筆者制定了本節課的四個教學目標：①理解海水提溴和海帶提碘的原理并描述其提取步驟；理解“萃取”概念并初步學會萃取操作。②通過海水提溴和海帶提碘中核心問題的探究與解決，學會基于證據進行邏輯推理，感悟科學、技術與社會生活的緊密聯系。③通過海水提溴和海帶提碘的流程設計，初步學會“工業提取物質的一般流程”模型建構。④了解我國發展海洋強國的戰略思想，增強社會責任感和使命感。其中，教學目標②和③ 是重點和難點。

二、教學設計思路

《2017版課標》倡導“素養為本”的教學。《上海市高中化學學科教學基本要求（試驗本）》指出，在認識化工生產原理的基礎上，感悟技術設計能力是技術創新和實踐能力的重要組成部分，應關注化學與技術、社會、環境的聯系。［2］

本節課內容是學生第一次接觸化學知識與工業技術的融合，基于“發展學生核心素養”的教學理念，設置真實的情境，提出核心問題，體驗問題解決手段的多樣化，在問題解決的基礎上，進行海水提溴和海帶提碘工藝流程設計，并對比分析，構建工業提取物質的一般流程，落實重難點。

本節課的教學流程如圖1所示。

圖1 教學流程

三、教學主要過程及分析

（一）課題引入

【視頻引入】溴在自然界中的存在及用途。

【投影】溴及其化合物的用途（見圖2）。

【過渡】今天我們一起來研究從海水中提取溴和碘，先來研究海水提溴，為什么要提取溴？為什么要從海水中提溴？

設計意圖：激發學生對本節課的學習興趣，認識元素化合物知識在現實生活中的意義。

圖2 溴及其化合物的用途

（二）探究過程

【過渡】從視頻中我們了解到：因為溴及其化合物用途廣泛，所以要提取；因為99%的溴元素以離子狀態存在于海水里，所以要海水提溴。那么，工業上如何實現海水提溴？ 請同學們根據學習單上的相關資料，討論完成任務一的三個問題。

【資料】提供的資料有：世界各地制溴原料濃度及含溴量表格；海水和鹵水中溴的含量；常見氧化劑價格；鹵素單質的物理性質；流程圖的結構；山東海化集團實現“一水六用”打造海洋化工循環經濟。

問題一：如果你是企業家，會把生產溴的工廠建在哪里？

問題二：如何將海水中的溴離子轉化為溴單質？

問題三：提溴后的母液如何處理？

【過渡】工業上海水提溴有哪些流程？

【視頻】工業提溴。

【板書】根據視頻以及化工流程示意圖，師生共同歸納“ 海水提溴流程圖”。

設計意圖：三個問題圍繞學科觀念建構而設計，環環相扣，讓學生經歷一個工藝設計師的思維過程，達到對化學問題的深層理解，形成學科知識與工藝并舉、科學與技術交融的學科思想。三個問題及追問組成的“問題鏈”是明線，問題承載的“技術思路”為暗線，雙線并行，達到對化學問題的深層理解，不斷概括提煉形成可遷移的化學學科觀念性知識，詳見圖3。

然后，以“工業制溴”視頻和“化工提取物質流程示意圖”為支架，學生自主構建“海水提溴”流程圖，從而形成學科知識與工藝并舉、科學與技術交融的學科思想。

圖3 問題線索和技術思路線索

【過渡】談到溴的發現，不得不提到兩位化學家：巴拉爾和李比希，閱讀化學史話“巴拉爾發現溴和李比希的遺憾”。巴拉爾是在研究海藻提碘時偶然發現的溴，那么碘是怎么提取的？

【資料】從海帶中提取碘的原理及流程，提供的資料有：化學史話“巴拉爾發現溴和李比希的遺憾”；海帶提碘問題支架；教材中學生實驗“從海帶中提取碘”文字描述；海水和海帶中碘元素的含量；常用有機溶劑物理性質；溴和碘在不同溶劑中的顏色。

設計意圖：巴拉爾發現溴的過程中，不僅包含著證據推理等科學精神，還包含著海藻提碘的過程，承上啟下。

（三）類比遷移

問題一：原料為何選擇海帶、海藻？

問題二：為什么要把海藻燒成灰？

問題三：海帶提碘原理是什么？

問題四：如何從碘水中提取碘單質？

【學生實驗】萃取碘水中的碘。

【提問】你看到了什么現象？ 根據實驗總結，要想成功萃取，兩種溶劑之間以及溶質與溶劑之間要滿足什么條件？

【練習】類比海水提溴流程圖，請在學習單上畫出海帶提碘流程圖。

【巡視】教師巡視，拍照投屏。

【評價】評價流程圖。

【板書】海帶提碘流程。

設計意圖：通過化學史話“巴拉爾發現溴和李比希的遺憾”設置情境，學生在感悟證據推理、實驗求證等科學精神的同時，跟著科學家的腳步，轉入海帶提碘的探究，分析資料探究解決四個核心問題。在此基礎上，類比海水提溴，設計海帶提碘的工藝流程，實現能力遷移的目的。同時進一步感悟科學、技術與社會生活的緊密聯系。并通過實驗，感悟要想萃取成功，萃取劑和溶質、萃取劑和溶劑必須滿足的條件，理解萃取概念，初步學會萃取操作。

（四）歸納總結

【提問】比較海水提溴和海帶提碘流程，總結它們的共同點。

【板書】工業提取物質的一般流程。

設計意圖：通過兩個工藝對比方式，幫助學生形成“自然資源提取常見化學物質”的一般思路、方法和觀念性認識；初步學會“工業提取物質的一般流程”模型建構。

（五）拓展提升

【過渡】海洋是資源寶庫，我國對海洋資源的開發和利用越來越重視，我們一起來學習習近平總書記在青島海洋科學與技術試點國家實驗室考察時的講話。

【視頻】習近平總書記考察時的講話。

【講述】今天我們學習了海水中提取溴和碘的技術，關心海洋、認識海洋、經略海洋，還需要更多、更新的技術，這需要大家共同努力，為海洋強國的實現貢獻自己的一份力量。

設計意圖：了解我國發展海洋強國的戰略思想，增強社會責任感和使命感。

（六）學以致用

【講述】海洋是一個資源寶庫，目前，從海水中提取的兩類物質已形成產業。一類是陸上含量極少，只能從海水中提取的物質，如溴和碘等；另一類是海水中含量較高、提取比較容易，而且成本也不高的物質，如鎂和鉀等。如何從海水中提取單質鎂？課下請大家依據資料設計海水提鎂的流程。

設計意圖：繼續以海洋為背景，設計“從海水中提取鎂”，進一步加深學生對化工提取物質的一般流程的認識。

四、教學反思

（一）對教法和學法的總結

本節課采用“任務驅動問題解決”的教學方法，組織學生開展“分析推理、實驗感悟、小組合作”等學習活動，詳見圖4。

（二）設計特點

圖4 本節課教法和學法的推進思路

海水提溴和海帶提碘同中有異：原理相似、流程相仿，濃縮提純細節不同；異中有同：濃縮提純方法都是由物質性質決定的，體現了物質性質在工業生產中的作用。本節課充分挖掘內容承載的育人價值，整合資源，在真實情境中，用任務驅動、問題解決的教學方法，以問題為起點，通過推理、設計、對比的學習方法，構建化工提取物質的流程模型，形成元素觀、轉化觀、技術觀等觀念性認識。

（三）目標達成

為了幫助學生克服第一次接觸化學知識與工業技術融合的陌生感，發展學生的化學學科核心素養，本節課以真實問題情境為載體，設置了視頻情境、問題情境、史料情境、信息情境、圖式情境、時代情境，設計了“為什么提溴？如何提溴？怎樣發現的溴？如何提碘？自然資源中如何提取物質？海洋強國戰略是指什么？”六個課題，安排了“探究海水提溴、探究海帶提碘、構建化工提取物質一般流程”三項任務。學生在真實問題情境中，在任務驅動下，以一個企業家的身份，在問題解決及模型構建過程中，通過觀看感悟、推理歸納、實驗類比、小組合作、交流討論等學習方式，感受到“從化合物到單質”物質轉化所蘊含的原理性知識在工業生產中的核心作用，感受到物質性質對工藝的影響，體會到知識與工藝并舉、科學與技術交融，了解到我國發展海洋強國的戰略思想，感受到肩負的責任與使命。通過提問與點評、生生交流、小組匯報交流、課后調查、作業反饋等方式，評價學生的學習效果，從中可以得出，學生在這節課中學會探究、學會思考、學會方法、有了思想感悟；掌握知識、提高效率、推進思維、發展了素養。

五、進一步思考

實現“素養為本”的教學，關鍵是教師要更新理念和觀念，并積極開展教育教學實踐。

（一）要確立以核心素養為導向的教學觀念

觀念是行動的指南，“素養為本”的教學實踐必須從教學觀念的轉變、更新開始。核心素養導向的教學必須確立三大基本理念：基于立德樹人的教學是就教學方向而言的，真正的教學是教人，而不是教書，學科教師不是教學科，而是用學科來教人，這是培育學科核心素養首先必須確立的教學觀念；基于課程意識和學科本質的教學是就教學內容而言的，教學不能只停留在“學科表層”（現象），而應進入“學科深層”（本質），要有課程的高度、課程的視野；基于學生學習的教學是就教學主體而言的，學是教學的出發點、落腳點，教學的中心、重心在學而不在教，教學應該圍繞學來組織、設計、展開。基于學生學習的教學不僅是教學本質的體現，也是學生形成學科核心素養的必然要求。［3］教育部部長陳寶生在2017年全國教育工作會議上明確強調，要“建立以學習者為中心的人才培養模式”。把教學關系變革提高到人才培養模式的高度，這對我們推進“素養為本”的教學具有重要的指導意義。

（二）需要增強效能感

研究發現，預測教師對學生影響程度的最有效的一個指標就是教師對自己教學行為所導致變化的看法，這種看法稱為教師效能感。如果教師認為學生的成功與否完全取決于天賦、家庭環境或者教師無法控制的其他因素，那么這些教師的教學表現就很可能不同于那些認為自己的努力對學生的成功至關重要的教師。效能感強的教師更傾向付出持續的努力，知難而進，竭盡全力地使每個學生都成功。［4］效能感強的教師，會主動轉變教學觀念，拋卻師道尊嚴，做到與學生真正平等地對話交流，營造教與學之間寬松、民主、和諧的氛圍，為師生互動創造良好的條件；會在教學實踐中積極創設真實問題情境以及開發多樣的學生活動，創設師生互動的契機；會重新審視課程，探索新的教學活動和課程選擇，以便為不同類型的學習者提供互動機會，為其成功的人生奠定基礎；會建立起科學而先進的質量觀，摒棄以往單純以學生的考試分數來衡量學生學習效果的做法。