知識與素養同步增長的化學教學設計與實施

邱燕珠 王朝暉 歐陽志斌

摘要：以“海帶提碘”的教學設計與實施為例，探索“知識與素養同步增長”的教學設計，闡述了在教學中如何基于真實情境設計符合學生學情的活動與任務，從而實現知識的結構化，讓學生的學科思維得到提升，進而發展學生的化學學科核心素養，實現知識與素養的同步增長。

關鍵詞：素養為本；化學教學；海帶提碘；知識與素養

文章編號：1008-0546（2022）12-0051-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.013

“為知識而教”的教學存在著諸多的弊端，它更多的是教師單向的知識傳授，學生學習知識的方法大多是基于記憶和機械的訓練，缺乏師生的雙向互動，學生的主動思考和深度學習難以發生。于是，一些人開始宣揚“課堂教學不在于讓學生掌握多少知識，而在于培養學生的核心素養”[1]，這種將“為知識而教”與“為核心素養而教”進行二元對立的想法是極其錯誤的。學生只有通過學科知識的學習，并綜合運用學科知識解決實際問題，才能形成和發展自己的核心素養，可以說，學科知識是解決實際問題的工具，不具備學科知識，學生的核心素養發展訴求就成為鏡中花、水中月，因此，在課堂教學中既要將核心素養目標知識化，又要將知識教學素養化，進而實現知識和素養的同步增長。

一、“知識與素養同步增長”的化學教學設計

為核心素養而教，已成為教育界的共識，但是“為核心素養而教”的教學并不是要否定知識的價值，而空談素養的培育。筆者經過多年的教學實踐與探索，建構了“知識與素養同步增長”的化學教學設計的一般思路與方法。

1．設計思路

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提出“素養為本”的基本教學理念，倡導真實問題情境的創設，希望通過學習方式的轉變，能夠激發學生學習的主動性，從而促進化學學科思維能力和學科實踐能力的提升，形成必備品格和關鍵能力。[2]實踐表明，學生學習某一學科知識時，要按如圖1所示的程序使學生在認知發展中形成核心素養。即首先從事實、表象、看法等“個別”出發，通過歸納發現“一般”規律，形成概念、規律、理論等結構化的知識（這個過程完成知識發現的過程，實質是歸納思維方法）。其次，讓學生運用概念、規律與理論，這些結構化的知識去解決實際問題，形成解決問題的典型案例（這個過程完成知識應用于解決問題的過程，實質是演繹的思維方法）。再次，通過解決問題，或發現新的問題，開展深入研究，形成新的觀點、新的理論；或對解決問題的過程進行反思與歸納，形成解決問題的一般方法，從而在問題解決的過程中形成學科觀念，提升核心素養。

2．設計方法

基于以上分析，綜合考慮知識與素養之間的關系，下面以“海帶提碘”為例，闡述如何進行“知識與素養同步增長”的教學設計。

（1）認真研讀課程標準，領會教材的編寫意圖

基于海帶提碘的工業背景，教師課前認真研讀課程標準并查閱了大量相關文獻。本著服務教學目標的原則，承載教學內容，精選文獻中的相關內容以表格、圖像等形式呈現。利用素材引導，激發學生學習興趣，促使學生自主完成“海帶提碘”的工藝流程設計。

（2）精心設計學習任務和活動，調動學生的學習積極性

教師根據“海帶提碘”的真實案例，選取多個真實情境，精心設計符合學生學情的學習任務和活動，調動學生的學習積極性，使學生愿意參與設計、樂于參與設計。通過參與學習活動、完成學習任務，學生不僅習得了知識，提升了學科思維，形成了學科觀念，同時還真切感受到了化學對生產生活的貢獻，形成贊賞化學科學的意識，發展“科學態度和社會責任”等學科核心素養。

（3）注重過程體驗，在體驗中發展學生的核心素養

本節課從講解知識轉變為解決問題、構建模型。重點不是如何進行“海帶提碘”，而是在素材和任務的引領下，讓學生自己經歷“怎樣設計”“為什么這樣設計”的科學探究過程。引導學生通過分析“海帶提碘”工藝流程中的關鍵要素，自主構建“從自然界中提取物質”的一般方法與模型。整個過程，學生依據物質的性質及轉化等學科知識，收集相關證據，基于證據進行推理論證，最終完成整個提碘方案的設計，培養“證據推理、模型認知、科學探究”等學科核心素養。

二、“知識與素養同步增長”的教學實踐

1．教學設計理念

“海帶提碘”是魯科版高中化學必修2微項目“海帶提碘與海水提溴”中的內容。選擇“海帶提碘”的原因，一是出于該內容是實驗教學的好素材，其中涉及到過濾、萃取、分液等基本操作技能和原理，有利于培養學生的實驗能力；二是緣于發展學生關鍵能力的教學需要，碘的檢驗和分離提純是實驗考查的熱點和重點，教材將“海帶提碘”安排在元素化合物及元素周期律學習之后，有利于培養學生的元素觀和轉化觀，增進對所學知識的理解并鞏固其應用；三是由于“海帶提碘”是思維構建的良好載體，海帶提碘必須經過原料預處理、化學反應和產物分離三部分。整個提碘過程滲透了物質的分離提純、循環利用、綠色環保、成本節約等技術思想，[3]有利于學生自主構建物質提取的一般方法與模型。整個設計的初衷就是基于教材的開發和重構，以知識為載體，培養化學科學思維，探索實施“知識與素養同步增長”教學模式。完成從教知識到教技能，最后到教核心素養的進階。設計思路如圖2所示。

2．教學實施過程

（1）創設情境，激發興趣

【生】交流缺碘有哪些危害和如何補碘的問題，了解碘在生命中的作用；然后質疑海洋碘庫和缺碘危機的矛盾，對比我國和發達國家之間提碘技術的差距。

設計意圖：創設真實情境，激發學生對新知識探索的興趣。通過質疑海洋碘庫和缺碘危機的矛盾，對比我國和發達國家之間提碘技術的差距，培養學生科學精神和社會責任，進入課題一海帶提碘。

（2）“海帶提碘”的工業流程設計

活動一：原料的選取與預處理

【材料1】①海水中元素分布特點：總儲量大，濃度低。海水中部分元素的含量如表1所示。②很多海產品富含碘，碘含量很高。部分海產品的含碘量如表2所示。將海帶中的碘提取出來，比較適合實驗室中提取碘。

設計意圖：培養學生從材料中獲取信息并用于解決實際問題的能力。初步體會實際工業生產對原材料的選取原則，以及應根據不同的具體需求對原料進行相應的預處理。

活動二：物質問的轉化

【師】海帶提碘的兩個關鍵要素：一是如何將I一轉化為I：，二是如何對得到的I：進行分離提純。

【生】思考、討論得出：將I一轉化為I：，元素化合價升高，應加入氧化劑。

【師】參考表3中數據，你會選擇哪種氧化劑，為什么？寫出相關反應的方程式。

【師】根據材料1的數據，分析工業提碘的最佳原料并說明理由。

【生】海洋中含碘總量雖高，但濃度低，工業上應選擇含碘量高的海帶作為原料，海帶價格便宜，可以降低生產成本。

【師】歸納“工業生產原料選取”原則。原料選取應遵循廉價易得，經濟實惠，環保無污染等原則。

【材料2】查閱資料，展示海帶成分信息：每1000 9干海帶中含816 mg碘元素，多數以化合態的形式存在，具體存在形式有兩種，一種是有機碘化物（不溶于水，通過灼燒可將其轉化為I一），另一種則以可溶性礦物質（I-）的形態存在。

【師】如何從海帶中提取到I一，如何分離出來，這種方法適用于分離哪種混合物？

【生】思考、討論。

【材料3】方案1：將干海帶灼燒，再加水浸泡其燃燒產物，通過過濾操作獲取含有I一的溶液。方案2：將干海帶加水浸泡，通過過濾操作獲取含I一的溶液。

【師】請你評價以上兩種實驗方案的優缺點。

【生】思考、討論得出：方案1：優點是能將海帶中的碘元素充分提取出來，效率較高；缺點是操作煩瑣且耗費時間長，比較適合工業生產。方案2：優點是可快速獲取海帶中可溶性的I一，操作簡單；缺點是不能完全

【生】思考、討論得出：由元素周期表中元素性質的遞變規律可知，氯水、溴水均可用作提取碘單質的氧化劑，酸性KMnO4氧化性太強，會把得到的碘單質進一步氧化，濃硫酸則會產生污染性氣體SO：，雙氧水氧化性適中，環保無污染，但是價格比較高。綜合考慮環保、成本、氧化效率等因素，考慮選取Cl2。

【師】總結氧化劑選擇原則：氧化性適中、反應條件溫和、原料易得，經濟實惠、綠色環保。

設計意圖：體會元素周期律、元素周期表在分析、解決實際問題中的價值，學生考慮氯氣就是元素周期表同族性質遞變性的一個應用。把I一轉化為I2的過程體現了氧化還原反應在物質轉化中的應用。同時使學生進一步體會工業生產不同于實驗室，工業生產需要考慮成本、產率、環保等問題。

活動三：I2的分離提純

【師】如何把前面得到的I2分離提純出來呢？能否將碘水直接蒸干得到單質碘？能否將碘水濃度進一步提高？

【生】思考、討論得出：CCl4萃取或者活性炭吸附生成的碘單質。

【師】提煉“富集”思想。從低濃度到高濃度的濃縮過程就是碘的“富集”。

【師】根據以上分析，小組討論設計海帶提碘的實驗方案并畫出相對應的流程圖。

【生】初步完成海帶提碘的工藝流程圖并動手實驗，得到碘的四氯化碳溶液。

【師】如何分離碘和四氯化碳，得到純凈的I2呢？

【生】蒸餾。

【材料4】數據表明，碘從45C左右開始升華，沸點184.4℃，CCl4的沸點為76.8℃。[4]

【生】思考、討論得出：因受熱時，在CCl4揮發的同時也有部分I：升華，所以無法用蒸餾的方法分離碘和四氯化碳。

【材料5】向有機層中加入NaOH溶液，將I2轉化為無機鹽Nal、NalO3，將碘釋放出來，萃取劑獲得再生，可以重復使用，這種方法稱為反萃取。無機鹽Nal、NalO3在酸化的條件下即可轉化為I2。寫出以上相關反應的離子方程式。

【生】按要求書寫材料5中的化學方程式。

【師】請同學完善海帶提碘的工藝流程圖。

【生】小組討論，完善海帶提碘的工藝流程圖（如圖3所示），動手實驗。

設計意圖：通過海帶提碘流程圖的繪制，幫助學生初步建立物質提取的一般思路模型，發展學生“證據推理與模型認知”核心素養。通過相關離子方程式的書寫，鞏固元素化合物知識，將知識的應用落到實處。“如何將I一轉化為I2”與“如何提純分離碘單質”是本節的重難點，整節課通過資料閱讀和親身動手實驗，交流研討“海帶提碘”的工業流程，調動了學生學習積極性。

（3）模型的建構

【師生】通過“海帶提碘”，歸納從自然界中提取物質的一般思路和方法，如圖4所示。

設計意圖：對解決問題的思維過程進行歸納，形成解決問題的一般思維模型，在這個過程中不僅有利于促進學生知識結構化，還能形成正確的學科觀念，達到知識與素養的同步增長。

三、總結與反思

本節課學生表現積極，課堂氣氛活躍，學習效果較好。課后對學生進行了訪談，學生認為本節課作為課堂的主體，真實地體驗了科學探究的過程。課后，筆者一直在思考：以知識學習為載體，培養學生的化學學科思維，立足于“知識與素養同步增長”教學模式的構建，其著力點應該是：一要為學生搭建科學探究的平臺，提供觀察的對象，設置探究性問題，組織探究活動。二要指導學生形成正確的科學研究思路，引導學生收集證據、推理分析，形成不同類知識的思維方法和思維模式。三要培養學生嚴謹求實的科學態度，讓學生在生活中學，在真實體驗中學、在做中學、在學中悟，懂得運用化學知識解決實際的化學問題，體悟化學學科價值，培養學生的科學態度和社會責任感。四要激發學生進行科學創新的動機，鼓勵學生敢于質疑、勇于創新。為學生提供素材，比如說實驗中的異常現象、方案設計中的缺陷，讓學生提出有價值的學科問題。當然，在課后還要針對“知識與素養同步增長”的課堂教學進行評價，以診斷教師的教與學生的學的質量和效果，從而促進教師改進和優化教學方式，驅動學生積極轉變化學學習方式。

參考文獻

[1] 李潤州，基于完整知識觀的素養教學[J].中小學教師培訓，2018（9）：33-37.

[2] 鄭長龍，孫佳林．“素養為本”的化學課堂教學的設計與實施[J].課程·教材·教法，2018，38（4）：71-78.

[3] 陳廷俊．發展學生核心素養的教學實踐與思考——以“海水資源的開發利用”為例[J]．中學化學教學參考，2017（1/2）：5-8.

[4]趙玉泉，劉克文．對新課程中從海帶中提取碘的比較研究和問題探索[J]．中學化學教學參考，2013（6）：39-42.