基于內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的主題式單元復(fù)習(xí)教學(xué)

曾開家

摘要：以“物質(zhì)及其變化”單元復(fù)習(xí)教學(xué)為例，圍繞化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展，探索內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的教學(xué)。以“觀銅之美”“說銅之態(tài)”“煉銅之法”“用銅之性”為教學(xué)主線，創(chuàng)設(shè)真實情境，提供思考材料，設(shè)置系列問題，實現(xiàn)人教版新教材第一 單元核心概念和觀念的關(guān)聯(lián)復(fù)習(xí)，基于新課標(biāo)，為新教材提供單元復(fù)習(xí)教學(xué)新方案。

關(guān)鍵詞：內(nèi)容結(jié)構(gòu)化;單元復(fù)習(xí);主題式教學(xué);物質(zhì)及其變化

文章編號：1008-0546（2022）03-0065-04???? 中圖分類號：G632.41 ????文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.014

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》在教學(xué)和評價建議中指出：化學(xué)教學(xué)內(nèi)容的組織，應(yīng)有利于促進(jìn)學(xué)生從化學(xué)學(xué)科知識向化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化，而內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化則是實現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵[1]。內(nèi)容結(jié)構(gòu)化主要有三種形式，分別是基于知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、基于認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化、基于核心觀念的結(jié)構(gòu)化，教師在教學(xué)過程中如何理解并實施結(jié)構(gòu)化策略是本文探究的宗旨之一。單元復(fù)習(xí)教學(xué)是整合知識、提升能力、診斷并發(fā)展核心素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，教師在教學(xué)過程中采用知識梳理、題型歸納等方法較多，將單元必備知識、關(guān)鍵能力進(jìn)行整合發(fā)展核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計借鑒很少，如何進(jìn)行有效的單元專題復(fù)習(xí)，是本文探究的另一宗旨。

二、內(nèi)容分析

根據(jù)新課標(biāo)內(nèi)容和學(xué)業(yè)要求，結(jié)合實例認(rèn)識元素及其化合物的多樣性，能從物質(zhì)類別和元素價態(tài)變化的視角說明物質(zhì)的轉(zhuǎn)化路徑，認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)社會文明進(jìn)步、自然資源綜合利用和環(huán)境保護(hù)中的重要價值[1]。“物質(zhì)及其變化”是人教版新教材必修第一冊第一單元內(nèi)容，教材中的復(fù)習(xí)策略包含整理與提升、復(fù)習(xí)與提高兩個板塊，主要以知識梳理的習(xí)題練習(xí)的形式呈現(xiàn)。本章作為高中化學(xué)的第一章，具有承前啟后的作用，離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)是中學(xué)化學(xué)的重要理論，物質(zhì)類別和元素價態(tài)是認(rèn)識物質(zhì)及其變化的兩個重要視角，它們是高中階段化學(xué)課程的重要基礎(chǔ)[2]。從學(xué)生層面來看，初中所學(xué)元素知識零散不系統(tǒng)，高中所學(xué)物質(zhì)的分類、兩大反應(yīng)等核心概念分散，關(guān)聯(lián)度低。本文試圖采用主題式單元復(fù)習(xí)教學(xué)提升化學(xué)核心概念和觀念的結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、設(shè)計思路

本文選取學(xué)生有一定基礎(chǔ)認(rèn)識的銅元素為載體進(jìn)行知識關(guān)聯(lián)，設(shè)計“觀銅之美”“說銅之態(tài)”“煉銅之法”“用銅之性”認(rèn)識思路的系列學(xué)習(xí)任務(wù)，串聯(lián)物質(zhì)分類、離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等知識，實現(xiàn)本單元核心概念的內(nèi)容結(jié)構(gòu)化。

四、教學(xué)過程

1.教學(xué)環(huán)節(jié)一：觀銅之美

【情境1】投影圖1 中三星堆銅面具、四羊方尊、馬踏飛燕

【材料1】

①在三星堆遺址，出土了許多青銅人面具，它們是中國古代最早和出土規(guī)模最大的面具群體。一件面具高64.5厘米，寬138厘米，這件面具最奇特的是：雙眼呈柱狀外凸達(dá)16厘米，被人們俗稱為“千里眼、順風(fēng)耳”。

②四羊方尊是中國仍存商代青銅方尊中最大的一件，其每邊邊長為52.4 厘米，高58.3厘米，重量34.5公斤，被史學(xué)界稱為“臻于極致的青銅典范”，位列十大傳世國寶之一 。

③馬踏飛燕為東漢青銅器，為甘肅省博物館鎮(zhèn)館之寶。? 高34.5厘米，長45厘米，寬13.1厘米，重7.3千克，造型矯健精美，作昂首嘶鳴、疾足奔馳狀，顯示了一種勇往直前的豪情壯志，是中華民族偉大氣質(zhì)的象征。

【問題1】青銅的出現(xiàn)標(biāo)志著人類從石器時代進(jìn)入青銅時代，是人類文明進(jìn)步的標(biāo)志。 青銅是純凈物嗎？

【學(xué)生】不是。是銅的合金，是混合物。

【追問】你的分類依據(jù)是什么呢？ 能否系統(tǒng)梳理物質(zhì)的分類方法呢？

【學(xué)生】思考交流后回答。

【小結(jié)】評價學(xué)生的觀點，展示圖2物質(zhì)分類的知識關(guān)聯(lián)。

設(shè)計意圖：用中華民族歷史悠久的文物創(chuàng)設(shè)情境，引入本節(jié)課教學(xué)內(nèi)容的主題載體，通過學(xué)生對知識的梳理，實現(xiàn)物質(zhì)分類的知識邏輯關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化，增強(qiáng)民族自豪感，起到診斷并發(fā)展學(xué)生社會責(zé)任素養(yǎng)的作用。

2.教學(xué)環(huán)節(jié)二：說銅之態(tài)

【過渡】銅元素在自然界中如何存在？盡可能多的說出你知道的含銅物質(zhì)。

【學(xué)生】交流分享。

【情境2】投影圖3銅及銅礦石

【材料2】介紹價類二維圖

【問題2】它們哪些是電解質(zhì)？ 哪些是非電解質(zhì)？屬于什么物質(zhì)類別？ 銅在其中的化合價是多少？

【學(xué)生】交流討論回答，將物質(zhì)在價類二維圖中找出相應(yīng)的位置并畫出轉(zhuǎn)化關(guān)系如圖4。

【思考】已知反應(yīng)：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O，氧化亞銅是堿性氧化物嗎？

【學(xué)生】不是，除生成水之外，還有銅單質(zhì)生成。 根據(jù)信息補(bǔ)充價類二維圖。

【追問】不同類別物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化的一般規(guī)律如何構(gòu)建？ 價類二維圖優(yōu)點何在？

【學(xué)生】思考交流后回答。

【小結(jié)】評價學(xué)生的觀點，展示圖5不同類別物質(zhì)轉(zhuǎn)化圖[3]。基于物質(zhì)類別和元素價態(tài)，可以預(yù)測物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化途徑。 例如，對于 CuO，從物質(zhì)類別來看，它屬于堿性氧化物，據(jù)此可以預(yù)測它可能與酸發(fā)生反應(yīng);從元素價態(tài)來看，CuO 中銅元素的化合價是+2 價，為銅元素的高價態(tài)，據(jù)此可以預(yù)測它具有氧化性，可能與具有還原性的物質(zhì)發(fā)生反應(yīng)。

設(shè)計意圖：通過交流分享銅在自然界存在的形態(tài)，并構(gòu)建主題載體銅元素的價類二維圖，診斷學(xué)生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的模型認(rèn)知水平，實現(xiàn)物質(zhì)認(rèn)識思路結(jié)構(gòu)化，發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知素養(yǎng)、變化觀念素養(yǎng)。

3.教學(xué)環(huán)節(jié)三：煉銅之法

【過渡】銅單質(zhì)在自然界存量很少，古人是如何煉銅的呢？

【學(xué)生】可以由+2價銅的化合物轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì);可以由+1價銅的化合物轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì);可以由銅的氧化物轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì);可以由銅鹽轉(zhuǎn)化為銅單質(zhì)。

【情境3】演示實驗：燃燒涂抹孔雀石粉末的濾紙，灰渣中有紫紅色固體。

【材料3】

①殷墟考古發(fā)現(xiàn)，古人選用孔雀石[主要成分為 Cu2（OH）2CO3]煉銅冶煉方法為將點燃的木炭接觸孔雀石。

②藍(lán)銅礦[主要成分2CuCO3· Cu（OH）2]常與孔雀石伴生存在，與焦炭一起加熱可得銅。

③北宋沈括《夢溪筆談》中記載：“信州鉛山有苦泉，流以為澗。 挹其水熬之則成膽礬，烹膽礬則成銅 。熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”。

【問題3】書寫上述材料中的化學(xué)方程式，是離子反應(yīng)的寫出離子方程式。

【學(xué)生】交流討論書寫

材料 ① Cu2（OH）2CO3 2CuO + CO2 ↑+ H2O;2CuO+C 2Cu + CO2↑

材料②2[2CuCO3·Cu（OH）2]+3C 6Cu+7CO2↑+2H2O

材料③Fe+Cu2+=Cu+Fe2+

【追問】上述方程式分別是哪種類型的化學(xué)反應(yīng)？【學(xué)生】交流討論回答。

【小結(jié)】展示圖6化學(xué)反應(yīng)分類圖[3]，指出可以不同角度認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)。

【思考1】材料①②的方法為火法煉銅，③為濕法煉銅，在古代哪種方法更普遍呢？ 為什么？

【學(xué)生】火法煉銅更普遍，因為原料易得。

【思考2】如果讓你根據(jù)已有化學(xué)知識，從孔雀石中煉制銅，你會設(shè)計怎么樣的方案呢？

【學(xué)生】可用火法煉銅的原料采取濕法煉銅：①將孔雀石粉粹后加過量稀硫酸;②將反應(yīng)后的混合物過濾;③向濾液中加入金屬鐵。

【追問】能否寫出其中的復(fù)分解反應(yīng)的離子方程式？

【學(xué)生】思考交流書寫離子方程式 Cu2（OH）2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O。

【思考3】考慮銅元素在自然界的主要存在形態(tài)，現(xiàn)代工業(yè)煉銅大多采用高溫冶煉黃銅礦（CuFeS2）火法煉銅，原理如圖7，請書寫氧化亞銅與硫化亞銅高溫反應(yīng)的化學(xué)方程式，并指出氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。

【學(xué)生】思考書寫化學(xué)方程式2Cu2O+Cu2S? 6Cu+SO2↑并說出兩劑兩產(chǎn)物。

【小結(jié)】展示圖8 氧化還原反應(yīng)概念認(rèn)識思路發(fā)展[3]。Cu2S并沒有得失氧，但它既是氧化劑又是還原劑。人類認(rèn)識氧化還原反應(yīng)并不是一蹴而就的，是從宏觀視角的元素得失氧，經(jīng)歷化合價的升降，最終到了微觀視角的電子轉(zhuǎn)移。

設(shè)計意圖：通過對涉及火法煉銅和濕法煉銅的方程式書寫、反應(yīng)分類、兩劑兩產(chǎn)物判斷，實現(xiàn)對化學(xué)反應(yīng)認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化、氧化還原概念認(rèn)識思路的結(jié)構(gòu)化，診斷并發(fā)展學(xué)生宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與模型認(rèn)知等核心素養(yǎng)。

4.教學(xué)環(huán)節(jié)四：用銅之性

【情境4】銅除了可以大量用作導(dǎo)電材料外，其化合物硫酸銅也有較多用途。如波爾多液、游泳池消毒劑、潔廁塊等。

【材料4】

①銅粉在空氣中加熱很快變黑，加稀硫酸溶解后得到藍(lán)色溶液，但同時在燒杯底部觀察到有紅色固體。

②向試管中加入少量銅粉，然后加稀硫酸，振蕩，無現(xiàn)象;再加雙氧水，振蕩，溶液很快變藍(lán)，同時伴隨氣泡產(chǎn)生。

【問題4】請設(shè)計實驗方案由銅制備硫酸銅？

【學(xué)生1】方案一：將銅在空氣中加熱，然后加稀硫酸溶解即可。

【學(xué)生2】方案二：銅粉內(nèi)部難以被氧化，過濾后將未被氧化的銅再次加熱氧化，需要重復(fù)實驗。可向銅粉中加入稀硫酸，不斷通入空氣并加熱，一段時間后溶液變藍(lán)，再繼續(xù)加熱一段時間，這樣操作可以使銅逐漸被氧化完全。

【學(xué)生3】方案三：向試管中加銅粉，然后加稀硫酸，加過量雙氧水，這樣簡約快捷。

【追問1】方案二是對方案一操作方法的優(yōu)化，能否寫出化學(xué)方程式，找出兩劑兩產(chǎn)物并標(biāo)示出雙線橋？

【學(xué)生】思考交流書寫化學(xué)反應(yīng)方程式：2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O，并畫出雙線橋。

【追問2】方案三是對方案一氧化劑的優(yōu)化，能否寫出離子方程式，找出兩劑兩產(chǎn)物并標(biāo)示出單線橋？

【學(xué)生】思考交流書寫化學(xué)反應(yīng)方程式：Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O，并畫出單線橋。

【追問3】方案三中氣泡是什么物質(zhì)？為何產(chǎn)生？

【學(xué)生】思考交流討論，氣泡是氧氣，過氧化氫分解產(chǎn)生，生成物硫酸銅起催化作用。

【小結(jié)】展示圖9 氧化還原反應(yīng)核心觀念結(jié)構(gòu)化圖[3]。強(qiáng)化“氧化劑得電子，化合價降低;還原劑失電子，化合價升高”這一核心觀念。

【作業(yè)】查閱資料，了解其他由銅制備硫酸銅的方法。

設(shè)計意圖：由前面銅的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化到制法，再到硫酸銅的用途，強(qiáng)化氧化還原反應(yīng)核心觀念的結(jié)構(gòu)化認(rèn)識，進(jìn)一步發(fā)展宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與模型認(rèn)知等核心素養(yǎng)。

五、反思與心得

本節(jié)單元復(fù)習(xí)課選取學(xué)生有一定基礎(chǔ)的銅元素為主題，降低了難度，利于激發(fā)學(xué)生興趣，同時彌補(bǔ)了新教材中無銅元素知識的不足，實現(xiàn)了銅元素的主題式復(fù)習(xí);串聯(lián)物質(zhì)的分類及轉(zhuǎn)化、離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)等內(nèi)容，實現(xiàn)了物質(zhì)分類及反應(yīng)分類的知識關(guān)聯(lián)結(jié)構(gòu)化，實現(xiàn)了物質(zhì)轉(zhuǎn)化及氧化還原反應(yīng)概念發(fā)展的認(rèn)識思路結(jié)構(gòu)化，實現(xiàn)了氧化還原反應(yīng)“劑—電—價”核心觀念結(jié)構(gòu)化。本節(jié)基于內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的主題式教學(xué)，為新課標(biāo)、新教材下的單元與模塊復(fù)習(xí)提供了新的嘗試與范式。

參考文獻(xiàn)

[1] 中華人民共和國教育部.《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 喬國才，夏建華.普通高中教科書教師教學(xué)用書.化學(xué)必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：4.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學(xué)課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書.化學(xué)必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：6.

3479500338247