基于學科核心素養的單元活動設計

熊宗齊

摘要：以人教版選修4第三章第二節“水的電離”為例，結合課堂教學單元活動設計模型，重點闡述教學過程中怎樣依據單元活動進行教學設計，落實化學學科核心素養。基于實踐提出課堂教學單元活動設計的一般步驟，以期為一線教師的課堂教學實踐提供參考。

關鍵詞：學科素養;單元活動;教學設計;水的電離

文章編號：1008-0546（ 2021）01-0030-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.01.009

隨著2017年版高中化學課程標準的實施，化學學科核心素養已漸漸深人人心。但對于一線教師來說，現實的困難莫過于如何讓學科核心素養落實到化學課堂中，俗稱素養落地，即在教學的具體環節中落實對學生學科核心素養的培養。筆者結合自身教學，以人教版選修4第三章第二節“水的電離”為具體案例，詳細闡述在教學過程中的處理方法，以供大家參考。

一、確定教學目標及教學重難點

教學目標的設定要依據課程標準中的內容要求、學業要求及學業質量標準來確定。內容要求規定的學習內容是核心素養形成的載體，用較為明確的行為動詞，從“學什么”“怎么學”來描述學習的內容要求。學業要求是依據學業質量標準的水平和內容要求編寫的，解決“怎么樣”的問題[1]。學業質量標準主要是用于“評”，內容要求、學業要求和學業質量標準是落實“教學評”一體化的重要依據[2-3]。結合上述課標要求、教材內容、學生學情及個人經驗，設定本課教學目標如下：

（1）能依據簡單的實驗認識水的電離，從微觀解釋水的電離，能用化學符號正確表示水的電離平衡。

（2）了解水的離子積的推導過程，并能依據離子積進行簡單的計算。

（3）能說出水電離平衡的影響因素，會運用電離平衡基本規律分析問題和解決問題。

（4）通過水的電離平衡過程中H+、OH-關系的分析，感受矛盾的對立統一的辯證關系。

在此基礎上，結合課堂教學內容確定本節課重、難點。

重點：水的離子積及其簡單計算

難點：水的電離及影響水電離的外界因素

二、設計課堂單元活動

在確定了課堂教學目標之后，需要通過設計一系列的教學單元活動來推動整堂教學活動，即由目標到活動的過程。教學單元活動就是由一系列緊密聯系的師生活動組成的具有一定的獨立性和完整性的教學版塊。在每個單元活動中通過采用合適的教學策略（如：實驗探究、POE策略、模型認知等）來有效推動單元活動的開展。一堂課就是將幾個這樣的核心單元活動有機結合起來，實現課堂教學目標，落實學科核心素養的雙邊活動。因此，每個單元活動的選擇、教學策略的運用、設計意圖的實現就成為了課堂教學設計過程中的關鍵，也是決定一堂課是否能真正落實核心素養的重要環節。結合本節課，提出如下核心單元活動設計模型（見圖1）：

三、教學單元活動實施及設計意圖

1.[教學單元活動一]純水的導電性實驗

探究實驗：測定蒸餾水的導電性

將實驗設計為分組實驗，提供儀器，讓學生組裝實驗裝置。不亮。這與學生之前的認知發生沖突，抓住這個好機會，用問題引導學生思考：

問題：實驗中燈泡不亮，是否說明水是非電解質？燈泡不亮可能有哪些原因？如何改進實驗？

學生交流討論情況：

可能斷路——檢查電路;燈泡電阻太大——換成電阻很小的二極管;電流過小——加靈敏電流計或增大電源電壓等。

學生改進實驗，再次驗證（裝置見圖3）。

注意：二極管和靈敏電流計可以讓學生做，增大電壓的實驗相對有風險，可以由教師做，實驗電壓一般達到200V以上，燈泡才會亮。

結論：水分子能夠發生電離，發生電離的水分子所占比例很小。水是一種極弱電解質，存在有電離平衡。

[活動設計意圖]通過實驗設計和實驗異常現象的分析，充分調動學生的思維，利用問題引導學生思考，從而提升學生實驗設計、評價能力，分析實驗現象以及改進實驗的綜合能力。

[反思]水的弱電離，幾乎是一個常識，但要通過實驗驗證，對學生而言有一定的難度。如何利用實驗探究來深入討論，重點不在結論，而在于探究的過程。平時教學應該多關注這類看似簡單.卻蘊含豐富教學價值的內容，抓住這些教學細節進行合理的系列實驗設計，充分鍛煉學生的實驗方案設計、實驗動手、實驗分析論證的綜合能力。每一次處理好之后，再細細地想一想是否還有其他更好的實驗方案可以替代，如引人手持技術等。在方案設計上進行不斷的調整和完善，從而達到最佳的教學效果。教學的真正功底在于對每一個教學細節的合理的、有效的處理。

2.1教學單元活動二]水電離平衡的表征

問題：如何從微觀層面來解釋水的導電性呢？能用化學語言表示出來嗎？

上式簡化為：H2O==H++OH

圖4可以形象地表示水的電離過程。與化學平衡一樣，當電離達到平衡時，電離產物H+和OH-濃度之積與未電離的H2O的濃度之比也是一個常數。

依據圖5中的信息，我們可以得到哪些結論？

討論總結：Kw隨溫度的升高而增大;水的電離是一個吸熱過程。

圖像數據顯示：250C時，c（H+）=c（OH-）=1x10^-7mol/L

此時水的離子積：Kw=c（H+）.c（OH-）=1.0×10^-4（常用）

[活動設計意圖]利用宏觀實驗現象，引導學生進行微觀解釋，再用化學語言進行簡潔的表達，鍛煉學生“宏觀一微觀一符號一曲線”表征問題的能力[4]。結合化學平衡模型，引導學生推導水的電離平衡常數及離子積，明確離子積與溫度的關系，提升學生利用模型分析問題、解決問題的能力。

[反思]這里有一個細節，經常被忽略，就是c（H2O）可視為常數（55.6mol/L，可以取1L水，結合密度約1000g，依據c=n/V可求），但很多人把常數和1等同，這是不合理的。對于化學理論或概念的學習，一般都會經歷一個由簡入繁、由表及里、由淺人深的過程，在這個相對較長的過程中，需要從多個維度進行闡述，從而達到局部到整體的理解。“宏觀一微觀一符號一曲線”四重表征是一個很好的策略。從宏觀的水的電離實驗，到微觀上用水分子的碰撞來解釋水的電離，再到用化學符號語言來表征整個電離過程，最后用曲線的方式來表征Kw或者是氫離子濃度隨溫度變化的規律。可以幫助學生更好更全面地理解水的電離平衡。

3.[教學單元活動三]影響水的電離平衡的外界因素

問題：結合已學弱電解質的電離平衡影響因素，分析討論水電離平衡的影響因素有哪些？

①溫度：通過表1的數據，你可以分析溫度是如何影響水的電離平衡的嗎？

水的電離是吸熱過程，升高溫度，水的電離平衡右移，電離程度增大，c（H+）和c（OH-）同時增大，Kw增大，但由于c（H+）和c（OH-）始終保持相等，故仍呈中性。

②酸、堿問題：在水中通人少量HCl氣體，水的電離平衡將如何移動（不考慮溫度的變化）？說出你的理由。

[P-預測]

生1：水的電離平衡將正向移動。HCl是強電解質，會電離出H+，H+會與水電離的OH-反應，促使水的電離平衡向右移動。

生2：水的電離平衡將逆向移動。HCl是強電解質，會電離出H+，c（H+）增大，抑制水電離，促使水的電離平衡向左移動。

[O-觀察]借助pH傳感器測定溶液的變化曲線，處理數據后如圖6。

問題：圖6的實驗結果能否說明兩位同學的預測？

[E-解釋]這個過程中，溫度不變，所以平衡無論如何移動，Kw不變。溶液中c（H+）既然增大，那么溶液中c（0H）一定減小，所以，水的電離是被抑制了，平衡是逆向移動。

向純水中加入酸或堿，由于酸（堿）電離產生的H+（OH-），使溶液中的c（H+）或c（OH一）增大，使水的電離平衡左移，水的電離程度減小，但Kw不變。

③鹽（鹽類水解中討論）

[活動設計意圖]結合平衡影響因素分析模型，從溫度和離子濃度兩個角度認識水的電離平衡移動規律，豐富學生對平衡思想的認識，借助POE策略提升結合模型分析問題、解決問題的能力[5]。

[反思]平時應多進行圖、表數據的轉換與處理，采取盡可能多的呈現方式，培養學生提取信息、分析數據的能力。近年來高考中的圖、表越來越多，具有很好的區分度，平時教學中應多考慮這方面的培養。另外，平衡移動的分析模型非常重要，它直接影響電離、水解、沉溶平衡的理解。教學中應充分發揮各種策略的優勢來幫助學生提升分析問題、解決問題的綜合能力。

4.[教學單元活動四]水電離平衡的相關計算

問題：常溫下，濃度為O.Olmol/L的鹽酸溶液中，由水電離產生的c（H）是多少？（已知：Kw=1.0x10^-14）

討論分析（表2）：

為何只適用于稀電解質溶液呢？這是一個普遍被忽略的問題。

通過表3數據，依據Kw=K電離.c（H：O）=c（H+）.c（0H一），不難發現，只有在稀溶液中，c（H：O）可以認為近似不變，Kw的近似計算才有意義。

評價任務：

思考1：常溫下，濃度為1x10^-4mol/L的NaOH溶液中，由水電離產生的c（OH-）是多少？溶液中c（H+）是多少？

思考）：在常溫下，由水電離產生的c（H+）水=1X10^-9mol/L的溶液，則該溶液的酸堿性如何？

思考3：在常溫下，是否存在由水電離產生的c（H+）*> 1X10^-7mol/L的溶液？若存在，該溶液的酸堿性如何？

[活動設計意圖]從定性分析提升到定量計算，能更加精準而深入地理解水的電離平衡及其應用范圍。通過表格對水和酸液中的離子對比，輔助學生理解電離平衡的變化，從而理解在酸液中的Kw表達式。引導學生通過準確地解一元二次方程和近似計算的結果對比，認識近似處理的意義和科學性，從而更好地理解近似計算的公式，最后通過思考題，鞏固、檢測學生學習的效率與水平。

[反思]學生的計算能力是普遍比較弱的，平時的教學中應予以重視。通過計算可以幫助學生從之前的定性分析走向定量分析，通過對數據的分析，學生能夠更加清晰地理解水的電離過程中各種離子的濃度大小變化，可以加深學生對平衡變化過程中的認識，加上結果的對比，就能更加全面地理解平衡變化的規律。教學中，應注重定性與定量、過程與結果并重的策略，全方位地提升學生的學科素養。

四、基于學科核心素養的教學設計思考

學科核心素養落實的教學設計是一個艱難且富有挑戰性的任務，作為一線教師，應盡快學習相關理論，理解“能力教學取向”向“素養教學取向”轉變的必然趨勢，積極開展教學實踐研究，探尋素養教學的一般思路。基于上述教學實踐，思考提出以下課堂教學設計的一般步驟： 第一，設計教學單元活動。認真研讀《課程標準》，尤其是內容要求、學業要求和學業質量標準，把握教學基調，盡量參考各個版本的教材，體會教材是如何體現課標的，結合學生學情和教學實際，哪些是可以借鑒的，哪些是可以改進的，還可以有哪些處理方法等。基于以上情況，確定一節課的核心教學單元活動。

第二，精選教學策略。對于不同的核心教學單元活動，選擇恰當的教學策略。如實驗類的可以選擇科學探究或POE策略;理論概念類的可以選用“宏一微一符一曲”四重表征或模型認知策略。這就要求我們平時需要多看文獻，不斷積累一些好的教學策略，但要注意的是：策略最重要的是思想，而不是策略本身。確定了單元活動的基本策略后，開始打磨每一個活動細節，在細節處彰顯學科核心素養，這是最難的地方，也是最需要時間和經驗的積累。

第三，構建教學框架。這個階段的任務主要有兩個，一是搭建核心單元活動、教學策略及核心素養的關系框架，認真推敲三者之間的聯系，確保學科核心素養真正落實。二是確定核心單元活動的先后順序及過渡銜接。這是確保課堂能夠順利進行的關鍵，設計得再好，最終要能執行下去。對于每一處銜接，要仔細推敲，充分考慮課堂學生的各種情況，確定好可能的課堂教學過渡引語，以保證教學過程的順利實施。值得注意的是，不可完全拘泥于框架，課堂突發情況同樣是一次好的教學機遇，要善于利用。

第四，及時進行教學評價。在每次教學前、教學中及教學后，積極同步開展日常教學評價。通過預習與自評、提問與點評、練習與作業、復習與考試、問卷與反饋等多種方式開展評價，不斷調整、總結、反思、改進，實現“教學評”一體化。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部，普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2]房喻，徐端鈞主編，普通高中化學課程標準（2017年版）解讀[M].北京：高等教育出版社，2018

[3]化學課程教材研究發展中心.普通高中課程標準實驗教科書（化學選修4）[M].北京：人民教育出版社，2007

[4]錢揚義.化學概念與化學“學科關鍵詞”的學習與認知[M].北京：科學出版社，2009

[5] 彭豪，基于POE策略的高中化學“四重表征”概念教學研究[J].化學教學，2011（10）：24-27