基于背景教學理念的空中課堂教學設計

楊健

關鍵詞：背景教學;空中課堂;海水提溴;化學學科核心素養;化學學科觀念

背景教學是融合背景知識的教學。所謂背景知識，是學習內容形成或存在的自然或社會環境背景、歷史背景、價值背景、領域層次屬性、總體和邏輯背景（學科背景）以及教學背景等方面的知識，它們反映著知識在空間和時間維度上廣泛的內、外聯系。

背景教學是一種整體化的教學，強調知識內外的聯系和整合，具有重要的教育意義。法國著名學者埃德加·莫蘭從教育哲學的角度闡釋了“背景”的重要意義，他認為“認識的進步與其說是由于特殊知識的精確化、形式化和抽象化，不如說是由于愈益能夠把這些知識整合到它們的背景中和它們的總體中。因此，發展把知識背景化和整體化的能力變成對教育的絕對要求”。吳俊明教授指出，背景教學不僅有助于幫助學生認知，而且具有重要的教育意義。恰當的背景知識有助于在學科教學中立德樹人，運用背景知識是學科教學立德樹人的重要途徑之一。

現以上海市“空中課堂”中“海水提溴”一課為例，對基于背景教學理念的課堂教學設計作一介紹。

1教學設計思路

1.1教學內容分析

“海水提溴”教學內容是在學習了氯的單質及其化合物性質的基礎上進一步學習如何開發海水中的鹵素資源，是學生形成化學工業制備和提取物質的一般原理和方法的優良載體，對深入認識鹵族元素、理解鹵素之間的相似性和遞變性具有重要意義。根據《上海市高中化學學科教學基本要求（試驗本）》，本節課的學習要求是：知道溴的常見物理性質，了解溴的重要用途;理解海水提溴的主要原理和過程，學會書寫相關化學反應的離子方程式;通過海水提溴的學習，認識實際生產過程中物質提取的一般過程和方法。

1.2背景知識分析

1.2.1自然背景

溴及其化合物有良好的溶解性。地球上儲量99%的溴主要以無機溴化物的形式存在于海洋中，故溴有“海洋元素之稱”，整個大洋水體的溴儲量高達100萬億噸，但是海水中溴元素的濃度僅為67mg/L。全球主要的溴資源分布區域及其含溴量為：死海（內陸鹽湖），10000-12000 mg/L;美國阿肯色州地下鹵水，5000-6000mg/L;印度鹽湖，2600-3200 mg/L;中國山東萊州灣地下鹵水，200-300mg/L。死海和美國阿肯色州地下鹵水含溴量高、儲量大：死海地區溴儲量為10億噸，美國地下鹵水溴儲量為1100萬噸。中國溴產量位居全球第三，僅次于以色列和美國。山東依靠較豐富的地下鹵水資源，生產了全國80%以上的溴，但是由于過度開采，山東地下鹵水的溴濃度不斷降低，瀕臨枯竭，由2001年的290mg/L迅速下降到200mg/L以下。

溴的自然背景揭示了溴元素在自然界中的存儲和分布，在其背后蘊含著豐富的教育意義。

（1）溴的自然背景知識有助于形成正確的資源觀，對溴元素的存在形式、總量、分布、開發、保護等方面形成全面的認識，對如何開采資源、利用資源、節約資源產生科學的觀念。

（2）對資源分布狀況的了解、分析是工業生產的起點，對于建構化工生產的一般方法具有重要意義。

（3）全球范圍內易開采的溴資源主要掌握在西方國家的手中，我國溴資源的現狀不容樂觀，濃度低且日漸枯竭。由于地球上溴主要存在于海洋中，這一背景知識有助于學生理解為什么要大力發展從海水中提取溴。

1.2.2社會背景

溴是一種重要的基礎性化工原料，目前人工合成的溴的化合物超過4500種。根據以色列化工集團發布的報告，溴素的各類應用占比為：阻燃劑約占40%、原料中間體與工業用溴約占30%、水處理劑等其他用途約占30%。含溴阻燃劑有性能和成本優勢，是目前應用最廣泛的阻燃劑，全球電子產品所用阻燃劑約80%是溴系阻燃劑。溴在醫藥上用途很廣，陳芬兒院士主編的《有機藥物合成法》中收錄的257種世界首次上市的新藥，合成工藝用到溴的就有108種。常見的三溴片可用于過度興奮及神經衰弱（包括神經衰弱引起的頭痛和失眠）的治療。很多高效低毒的農藥，如具有廣闊市場前景的擬除蟲菊酯類殺蟲劑、殺螨劑中應用最廣的溴螨酯、重要的除草劑溴苯腈，它們的生產都需要溴。大多數含溴消毒劑具有高效、低毒、易分解、無殘留的特點，目前工業消毒劑市場溴類產品占有率已經超過了氯類產品。隨著溴素需求的不斷增加及鹵水溴資源的日漸消耗，我國溴素生產已無法滿足國內市場的需求，而溴素生產高度集中在西方寡頭手中，我國進口來源單一，價格居高不下，面臨被“卡脖子”的風險。

溴的社會背景展示了溴素在社會生活中的重要價值，在教學中有重要的教育意義。

（1）了解溴在國民經濟和科技發展中的重要意義，深刻感悟化學在改善人民生活品質，推動社會進步方面的重大意義，揭示海水提溴的社會價值。

（2）目前我國溴素不能自給自足，需要大量進口且面臨受制于人的背景，可以培養學生的社會責任感，提高對“為什么要發展我國制溴工業”的認識水平。

（3）豐富的溴產品與我們的日常生活和生命健康具有密不可分的聯系，溴產業關鍵在于溴的深度加工和合理利用，不斷提高溴的附加值，才能真正實現從制溴大國到制溴強國的轉變。

1.2.3技術背景

海水提溴至今已有140多年的歷史。1877年“以氯氣作為氧化劑”的制溴工藝是現代制溴業的基礎;1897年“以鹵水為原料的水蒸氣蒸餾法”實現了連續操作;1899年“空氣吹出法提溴工藝”誕生。目前，溴提取技術有傳統的水蒸氣蒸餾法和空氣吹出法（空氣吹出酸液吸收法、空氣吹出堿液吸收法），以及樹脂吸附法、膜分離法、溶劑萃取法、超重力法、沉淀法等新工藝，見表1。

海水提溴的技術背景呈現了目前人類在化工生產及多數研究活動中所采用的提溴技術手段，對學生深度理解海水提溴有重要作用。

（1）海水提溴的技術背景回答了如何提溴的問題，展現了如何將化學原理物化成技術手段的過程，對技術素養的培養具有重要價值。

（2）人類在技術手段完善、優化、選擇的過程中不斷思考的減少污染、節約資源、降低能耗、提高經濟效益等問題對形成化工過程綠色化的觀念具有重要的教育意義。

（3）根據對各種制溴方法的對比分析，揭示不同制溴工藝的技術分歧主要集中在如何提取溴，由此進一步關注如何更高效、更簡便、更經濟、更環保地分離溴單質和水體方面的工藝研究，既有助于學生全面了解制溴的技術路線，同時還有助于培養他們聚焦關鍵技術的思維方式。

1.2.4學科背景

“海水提溴”為滬科版高一年級第一學期第二章第三節的第一課時，處于“開發海水中的鹵素資源”的大背景中。第一章學習了原子結構及核外電子排布，第二章也已學習了海水曬鹽的原理和方法、氯堿工業、氯的單質及其化合物的性質。這些內容是學習“提溴”的前置學科背景知識，具有重要意義：（1）通過海水中的主要元素含量及海水曬鹽后的母液成分分析可以啟發學生尋找“提溴”的原料;（2）氯和溴可通過原子結構的比較建立性質上的聯系，強化“結構決定性質”的觀念，培養宏觀辨識與微觀探析學科核心素養。

在本節之后將進一步學習“海帶提碘…‘氯溴碘的活潑性比較”“氧化還原反應”“鹵素離子的檢驗”等。這些內容是“海水提溴”的后置背景知識，要充分考慮“海水提溴”與之的關聯：（1）通過比較溴和碘的原子結構，推測碘的性質，鞏固“結構決定性質”的觀念，進而通過類比形成“海帶提碘”的思路，強化證據推理與模型認知學科核心素養;（2）通過推測、實驗、歸納的方法研究氯溴碘的化學活潑性規律;（3）海帶提碘中所涉及的化學反應原理是未來學習“氧化還原反應”和“離子反應”的絕佳素材。

“海水提溴”是典型的化工生產之一，化工生產的思想方法及一般模型也是其重要的學科背景知識，同時“海水提溴”也對其他化工生產的學習起到借鑒和啟發作用。

1.3簡要教學設計

基于學科教學內容和背景知識的分析，本節課在緊扣學科核心知識的基礎上，充分發揮背景知識的育人功能，教學設計思路如表2：

2主要教學過程

2.1強化應用，導入新課

[圖片]展示溴是一種重要的基礎性化工原料，溴在阻燃劑、殺菌消毒劑、醫藥生產、石油開采等領域的重要用途。

設計意圖：通過溴素在社會生活中的應用這一背景知識的學習，認識溴素在國民經濟中的戰略作用，揭示學習制溴工業的重要意義，激發學生學習的興趣。

2.2提供背景，引發思考

[圖片]展示全世界主要溴資源的分布情況及我國溴素主要產地山東溴資源的情況，見圖1。

[教師]從全球范圍來看，以色列、美國和中國是世界三大產溴國。死海的溴資源含溴量最高，美國阿肯色州地下鹵水的溴濃度也達到了約5000mg/L。

[教師]我國的溴產業主要分布在山東，但是山東地下鹵水的溴濃度僅有約300mg/L。

[圖片]展示我國山東地下鹵水資源日漸枯竭的現狀，見圖2。

[教師]由于大量開采，山東地下鹵水的溴含量迅速下降，由2001年的290mg/L下降到2006年的177mg/L。目前，國內溴產量已不能滿足需求，每年都需要從國外大量進口。因此，發展壯大我國的溴產業迫在眉睫。

[教師]我國溴產業的發展路在何方？出路有兩條：一是尋找和以色列、美國一樣的高濃度溴資源;二是由于地球上儲量99%的溴分布在海洋中，發展海水提溴技術具有重要的現實意義。

設計意圖：通過對全球和我國溴產業現狀的剖析，認識到我國制溴業所面臨的困境，揭示為防止被西方“卡脖子”，發展具有核心知識產權提溴技術的必要性和緊迫感，厚植愛國主義情懷。感悟化學學科對解決國家和民族在發展過程中遇到的問題所起到的不可替代的作用，引發學生思考如何以海水為資源發展我國的制溴產業。

2.3實驗探究，鞏固新知

[圖片]海水中主要元素的含量圖。

[教師]海水中溴元素的含量僅為67mg/L，濃度很低，而且主要以溴離子形式存在。

[思考]如何從海水中提取溴？

[教師]由于海水中溴的濃度很低，所以必須要將海水濃縮。溴在海水中主要以溴離子形式存在，所以需要將溴離子轉化成溴單質，從成本等因素綜合考慮，工業上通常用氯氣來氧化溴離子。

設計意圖：通過對教材中溴元素自然背景知識的學習，了解海水中溴元素的含量和存在形式。理解海水中提溴需要“濃縮”和“氧化”兩個步驟，從而為后續的學習打開思路，幫助學生建立起海水提溴方法的認知結構模型。

[演示實驗]氯水氧化溴化鈉溶液并用四氯化碳萃取，觀察現象并書寫離子方程式。

[教師]講解萃取的定義和選擇萃取劑的原則。

[課堂練習]（1）在3mL溴水中，加入1mL四氯化碳，振蕩、靜置后，觀察試管里的分層現象。（2）能否用酒精將溴從溴水中萃取出來？為什么？

設計意圖：使學生理解通過氧化的方法將溴離子轉化成溴單質，培養學生根據證據推理逐步形成變化觀念，發展學生的學科核心素養。通過課堂練習和變式訓練等鞏固新學知識，加強對新知識的理解和應用。

2.4問題引領，建構模型

[圖片]溴水、溴的四氯化碳溶液。

[教師]通過濃縮和氧化兩個步驟后得到溴單質的水溶液，要將溴單質從水溶液中提取出來需要認識溴單質的性質。講解溴的顏色、密度、溶解性、易揮發性等物理性質。

[教師]物質的結構決定物質的性質，溴是35號元素，畫出溴原子的原子結構示意圖。

[圖片]溴原子和氯原子的原子結構示意圖。

[教師]溴原子共有4個電子層，最外層電子數為7，與氯原子相似，都容易得到1個電子形成稀有氣體型的穩定結構，所以它們的化學性質相似。但是溴原子的電子層數比氯原子多1層，原子半徑比氯原子大，因此溴和氯的化學性質還是存在一些差異的。

設計意圖：通過對溴的性質和溴原子結構的認識為后續探討如何從溴水中提取溴單質做鋪墊，同時強化結構決定性質的化學觀念。

[教師]在濃縮海水中通人適量的氯氣得到溴的水溶液，接下來請同學們思考如何從海水中進一步提取溴單質呢？

[教師]可以利用溴單質易揮發的性質，鼓入熱空氣或者水蒸氣，使溴揮發出來，冷凝后就得到粗溴了。由于水蒸氣蒸餾法要求溴的含量高才有經濟效益，而我國的溴資源溴的含量普遍較低，所以目前我國生產溴的方法中，水蒸氣蒸餾法約占溴產能的10%，其余90%都為空氣吹出法。

[教師]也可以利用溴單質易溶于有機溶劑的性質，通過有機溶劑萃取得到溴單質。但是萃取效率高、毒性小、來源廣、價格便宜的萃取劑還在尋找之中，所以這種方法目前還未形成大規模工業化生產。

[圖片]文獻截圖展示離子交換樹脂法、膜分離法、沉淀法、超重力法等海水提溴的最新方法。

[學習任務]課后認真查閱相關文獻，詳細了解各種提溴方法的優勢和不足，掌握提溴技術的最新進展。

設計意圖：通過實驗、圖片展示和物理性質等的背景鋪墊以及鼓入熱空氣或水蒸氣、萃取法等方法的比較，加強學生分析、思考的能力，認識到化工生產過程中需要考慮經濟效益、環境保護等諸多實際問題，形成綠色化學的理念，建構海水提溴的“濃縮、氧化、提取”的認知模型。通過海水提溴最新方法背景材料的學習，了解海水提溴最新技術背景，拓展學生視野，培養技術觀念。

2.5小結回顧，深化主題

[教師]小結從海水中提取溴單質的方法，從中可以看出化工生產的一般步驟，共分為三步：海水中溴的濃度很低，需要將海水濃縮，這是在為生產原料做準備;海水中的溴以離子形式存在，需用氧化劑將溴離子氧化成溴單質，這是該化工生產的主要反應;利用溴單質易揮發的性質，通熱空氣或者水蒸氣進行提取，得到粗溴，這是對反應產物的加工。

[問題]如何將粗溴進一步精制得到高純度的溴呢？

[圖片]海水提溴的流程圖。

[小結]這節課我們學習了海水提溴工藝流程的設計。從資源到產品，關鍵是要思考如何從復雜的體系中將目標產物轉化并提取出來。盡管工業生產的實際過程非常復雜，但是大多數化工生產所面臨的問題從本質上是相似的，需要重點考慮濃度和純度的問題。有時原料中目標物含量太低，需要對原材料進行合理的加工，想辦法提高目標物的濃度，也就是富集的過程。當主反應完成后，接下來就是如何從一個復雜體系中提取產物了，實際上就是產物與其他雜質分離，屬于分離提純的問題。在轉化的過程中還要充分考慮環境保護、原料利用率、設備投入、能源消耗、經濟效益等諸多實際問題。

設計意圖：總結本節課的主干知識，為化工生產的學習建立一般的認識模型，明確化工生產需要解決的主要問題和思考的方向，為以后學習類似化工生產的主題提供背景知識。

2.6作業鞏固，閱讀提升

（1）整理海水提溴的主要流程及相關化學方程式。

（2）教材配套練習冊P15第1-2題、第5-6題、第9題。

（3）閱讀相關背景資料，了解海水提溴的新方法、新技術;查找碘的背景資料，了解其存在、用途、制備等信息。

設計意圖：鞏固并梳理課時學習內容，通過對背景材料的閱讀加強對海水提溴新技術的理解。通過對碘的背景材料的查找和閱讀，培養學生獲取信息的能力，為制碘工業的學習儲備必要的背景知識。

3教學反思

3.1背景教學要求教師具有豐富的學科背景知識

背景教學所需的背景知識涉及知識背后的多種隱性因素，如知識的自然及社會（人文）性背景要素、知識的生成性要素、知識的實踐性內涵以及知識的拓展性內涵等。對于科學知識而言，不僅應當了解其科學發展的歷史、解釋自然現象過程中所起的作用、在當今社會生活中的應用、未來發展的態勢及其轉化成技術手段的原理，而且應當清楚地定位其在學科體系中所處的位置及與其他知識間的聯系，甚至在人類整體知識體系中的地位及其與其他學科知識間的關聯。

這對教師提出了較高的要求，教師不但要具備深厚的學科知識，還要不斷學習、接收新知識以滿足不斷變化的時代要求。備課不能僅僅準備教材上的知識，而應以教材知識為核心，充分聯系科學史、科學方法、學科知識體系、社會生活，使得核心知識之間產生內在的有機聯系，發展學科核心素養，真正實現整體化的教學。

3.2背景教學的關鍵是對背景知識進行深度加工

背景知識從內容來說涉及方方面面，從時間跨度來說既聯系知識發展的過去，對接當今時代知識的應用，還面向知識發展的未來。在時間有限的課堂內顯然無法包羅萬象，所以在教學中背景知識必須要進行深度加工，要脈絡清晰地呈現知識間復雜的聯系，還要重點突出，詳略得當。

背景知識的深度加工包含對背景材料的選擇和加工，以及呈現背景知識的方式和過程設計。在“海水提溴”一課中，首先呈現社會背景和自然背景，用簡潔的語言突出溴的重要價值和我國制溴工業所面臨的困境，使學生明白“為什么要提溴”“為誰提溴”，從而增強社會責任感，使學生的個人成長與民族的復興使命緊密相連，培養其理想信念和責任擔當。在課的主體環節，將技術背景和學科背景自然地融入教學過程，既落實主干知識，又通過背景知識的學習增強知識間的聯系，培養了學科核心素養。

3.3學科閱讀是推動背景教學的有效方法之一

在時間有限的課堂內，無法真正全面展現學科知識背后豐富的背景知識。要使學生能充分感悟知識背后隱性的知識內涵，大力開展學科閱讀，培養學生獲取、篩選、加工信息的能力是推動背景教學的有效途徑之一。

學科閱讀可以由教師指定參考書目在一定時間內作為長作業供學生學習，豐富學科背景知識;也可由教師根據自己對單元或課時內容的研究組織背景材料供學生課前預習，或在課堂中作為學習材料幫助落實課堂教學目標;還可安排作為課后拓展閱讀。學科閱讀作為課前預習作業，由學生自己尋找閱讀材料，然后課堂上開展交流分享，增強學生自主獲取信息和語言表達交流的能力。

3.4背景教學的課堂應當具有豐富多樣的連接點

背景教學的有效落實主要還是在于課堂，背景教學的關鍵是要在課堂上通過背景知識建立核心知識之間的聯系，從而通過整體的教學發展學生的學科核心素養。要建立起這種聯系，關鍵是要以核心知識為中心找到其與學生已有知識、未來將學知識、自然背景、社會背景、歷史背景等背景知識的鏈接點，特別是那些具有立德樹人重要教育意義的背景知識。

所以，課堂中一定要注意通過豐富的活動設置核心知識與背景知識的鏈接點。如課前可以通過知識回顧、畫思維導圖、學生演講等手段來喚醒學生已有的背景知識;課中可以通過帶著問題的背景材料閱讀、師生對話、小組討論等方式來強化核心知識間的聯系及在社會中的應用;課后通過鞏固練習、文本閱讀等方法來銜接未來所學的內容。總之，背景教學要求課堂教學具有很強的開放度，留有鏈接背景知識的各種可能性，真正實現聯系過去、聯系現在、聯系未來;聯系自然、聯系生活、聯系社會;聯系已學知識、聯系未學知識、聯系其他學科知識。

3.5基于背景的情境設計是深化情境教學的要義

背景教學和情境教學有相似之處，但它們的側重點不同。狹義的背景教學是指自然及社會（人文）背景知識的教學，自然及社會情境是情境教學中常見的情境，所以兩者容易產生混淆。背景教學重在聯系，形成整體認識，在背景知識的學習過程中發揮學科育人的功能。情境教學重在應用，在特定的情感氛圍、認知和實踐環境的綜合體中，產生“學在其中”的學習體驗，從而有利于激發學習興趣，促進學生學習。

背景教學和情境教學不能非此即彼，而應當相互配合，共同促進學習水平的提升。與學生生活最密切相關的背景教學應當情境化，在對背景知識的挖掘、重組、設計的基礎上創設真實問題情境幫助學生提高知識的應用水平，以適應未來真實生活的挑戰。教學情境的創設應當基于核心知識的背景知識，以豐富背景知識作為重要使命之一，從而深化情境教學。