基于STSE的主題式教學實踐
——以新授課“鈉的性質與應用”為例

洪鵬波 任乃林

一、問題的提出

在傳統的元素化合物版塊的新授課中，往往通過創設一定教學情境的方式來引入元素化合物知識，但是不同情境相互之間沒有關聯，不能體現出教學情境之間的關聯性，缺乏教學情境的整體性。主題式教學是指課堂教學以“項目探究形式”或“真實情境的問題解決”來統整書本知識與現實生活生產和社會中的學科問題，以某個具體主題為主線，創設幾個具有關聯性的真實問題情境，把化學知識融入關聯性情境中，使問題情境貫穿整個課堂，而情境問題的解決過程也是教學內容逐步展開的過程。主題式教學與傳統的講授式教學存在一定的差異，前者強調基于真實問題情境，課堂上把“情境”一以貫之，并多次利用情境關聯的問題，使學科知識呈現結構化。主題式教學有助于拓寬學生視野、激發探究欲望，有助于使學生認識到化學既源于生活又服務于生活，體會化學學科的社會價值，增強社會責任感，提升學生學科能力，促進化學學科核心素養的發展。

對于元素化合物板塊教學，《普通高中化學課程標準（2017 年版）》（以下簡稱為課標）提出，要引導學生將知識轉化成解決生產生活中真實情境問題的能力，突出元素化合物特有的STSE（Science Technology Society Enviroment）教育價值，從而更好地培養學生的化學學科核心素養。基于上述背景，筆者以該版塊中的新授課“鈉的性質與應用”為例，進行了基于STSE 的主題式教學實踐。

二、教學目標和評價目標

課標倡導“教、學、評”一體化，注重教學目標、評價目標與學習任務的一致性。教師既要重視輸入性化學教學目標的設計，也要重視輸出性化學評價目標的設計。參照課標對本節內容的要求，結合教材和具體的學情分析，確定了本節課的教學目標和評價目標，如表1 所示：

表1 “鈉的性質與應用”教學目標和評價目標

三、教學重難點

重點：鈉與水反應，鈉的研究思路的建構。

難點：鈉與水反應的探究實驗。

四、教學設計思路

“鈉的性質與應用”的STSE 主題式教學的設計思路（如圖1 所示）是以鈉電池為載體，創設符合鈉電池的一系列具有真實性和關聯性的情境，將鈉的性質與應用融入其中，以情境線、任務線、評價線、素養線四線貫穿整個教學過程。

圖1 “鈉的性質與應用”STSE主題式教學設計思路

五、教學設計

在進行新授課之前，事先讓學生5～6 人組成小組，通過上網查閱資料（主要是文獻），了解鈉電池的相關知識（如鈉電池的種類、構造、原理、優勢等）。

（一）閱讀科技新聞材料，引入新課

創設與日常生產生活緊密聯系的真實情境，引出本節課的探究任務——鈉的性質與應用，拓寬學生視野，激發學生探究興趣。

【引入】創設情境，提供科技新聞材料以及圖片（2018 年6 月，中國首輛鈉離子電池低速電動車在中國科學院物理研究所園區問世）。在鈉離子電池商業化之前，科研工作者首先要研究鈉電池的相關性質。這一節課我們就通過了解鈉電池的相關性質進而學習鈉的性質與應用。

（二）任務一：鈉的存在形式及含量

提供文獻中的相關數據，讓學生思考鈉電池為什么有可能取代鋰電池，從而讓學生了解鈉元素在地球上含量高，在自然界以化合物的形式存在；鈉單質可以通過化學反應制得；通過查閱資料，了解了鈉單質的部分物理性質。

【提供情境線一】有科學家預測，鈉電池有可能取代鋰電池。結合下面表2 中提供的信息，思考鈉電池為什么有可能取代鋰電池。

表2 Li和Na的相關信息

【追問】聯系日常生活，我們接觸最多的鈉的化合物有哪些？

【拓展】從表2 中我們還可以知道鈉單質的密度小、熔點低等部分物理性質。

（三）任務二：從物質類別和結構兩個角度預測鈉的性質

從物質類別和結構兩個角度對鈉的性質進行預測，讓學生形成“同一類別物質性質相似”“結構決定性質”的觀念，培養學生學會從宏微結合的角度分析和解決問題。

【提供情境線二】通過查閱文獻可知鈉電池中有鈉硫電池，但是鈉硫電池存在一個弊端：若在300 ℃以上的高溫環境下工作，當電解質管破裂或者滲漏時，高溫的液態鈉和液態硫直接接觸會發生劇烈反應，釋放大量熱，甚至引起電池爆炸。

【提問】我們從物質類別角度來預測：鈉屬于金屬單質，除了上述文獻講到的可以與硫反應外，還能否與O、Cl反應？

【追問】初中時，我們已經知道了鈉原子的結構。請畫出其原子結構示意圖，并結合已有知識，預測鈉的性質。

（四）任務三：鈉與氧氣反應

學生親自動手切割金屬鈉，感受鈉的硬度，獲取鈉的部分物理性質；觀察教師做的演示實驗“鈉與氧氣在不同條件下的反應”，使學生意識到反應條件不同，生成物可能不同，知道反應條件對結果的影響，培養學生的變化觀念。值得注意的是，在學生進行實驗前，教師要強化實驗的安全意識，培養學生科學態度與社會責任素養。

【提供情境線三】“金屬-空氣”電池是以金屬作為負極活性物質，以氧氣作為正極活性物質，氧氣通過氣體擴散電極到達“氣-液-固”三相界面，并與金屬負極反應而放出電能。請同學們結合所學知識預測：是否存在鈉空氣電池？下面我們先通過實驗來探究鈉能否與氧氣反應。

【提示】在接下來要進行的實驗中要注意：不要用手直接接觸鈉，而要用鑷子夾取。

【學生實驗1】①觀察鈉的光澤和顏色；②用刀切去外皮，觀察鈉表面的變化。

【討論】通過實驗，你認為金屬鈉具有哪些物理性質和化學性質（同時用方程式表示）？根據實驗現象，解析鈉保存在煤油中的原因。

【過渡】鈉與氧氣在常溫下生成氧化鈉，在加熱條件下是否也生成氧化鈉？

【教師演示實驗】鈉與氧氣加熱反應

【學生活動】記錄實驗現象，書寫方程式。

【播放視頻】鈉與氯氣、硫等非金屬單質反應。

【小結】鈉能和氧氣、氯氣、硫等非金屬單質反應，證明鈉具有強還原性。

（五）任務四：鈉與水反應

通過鈉與水反應這個探究實驗，改變以往探究實驗中學生動手多而思考少的狀態，更加注重培養學生的高階思維。在預測環節，要求學生從物質組成和氧化還原兩個角度進行預測，實際上是引導學生作出有依據的預測。探究實驗通過預測、實驗、結論這三個環節，發展學生的探究能力，培養學生證據推理的化學學科核心素養。同時，通過鈉與水反應實驗和港口爆炸事件來提升學生的安全意識，讓安全意識根植于頭腦中。由鈉能夠與水反應這個性質決定了鈉可用作強除水劑，建立“性質決定用途”的思想。通過正反兩個案例，可以使學生懂得要一分為二地看待物質，正確認識物質的性質，合理看待化學物質。

【提供情境線四】鈉電池的開發應用離不開鈉的生產。工業生產金屬鈉時，除了要防止鈉與空氣反應以外，還要嚴格防水、防潮，因此，操作現場不可以安裝水暖和汽暖。

【思考與討論】鈉的生產為何如此嚴格？鈉除了與氧氣反應外，是否還能與水發生反應？

【預測】鈉的還原性很強，能還原HCl 中的H 元素，能由此推測它也可以還原HO 中的H元素嗎？如果能，從物質類別和氧化還原反應的角度預測鈉與水反應的生成物。

【生1】從物質類別角度來預測，鈉為活潑金屬單質，能把HO 電離出來的H置換成H。

【生2】從氧化還原反應的角度來預測，鈉有強的還原性，反應中會失去電子，形成Na，Na與HO 電離出來的OH結合形成NaOH。同時，HO 中H得電子，形成H。

【學生實驗2】探究鈉與水的反應

【提示】從鈉在水中的位置、鈉的形狀變化、溶液顏色的變化等方面觀察和描述實驗現象。分析實驗現象，你能得出哪些結論?

【追問】怎么從氧化還原角度證明氣體為H而不是O，并書寫方程式。

【思考】鈉保存在煤油或石蠟油中還有其他目的嗎？當火災現場存放大量活潑金屬時，能用水滅火嗎？

【播放視頻】《港口爆炸事件》，專家認為最有可能的原因是金屬鈉遇水爆炸。

【聯系生產】鈉可用作強除水劑。例如，乙醚不與鈉反應，制備無水乙醚時，在初步干燥后，用金屬鈉除去乙醚中少量的水。

（六）通過價類二維圖歸納鈉的化學性質，總結金屬單質的研究思路

元素化合物內容的結構化，是促進學生從知識向核心素養轉化的關鍵。在組織教學內容時，應從低級的、基于元素化合物知識關聯的結構化到基于認識元素化合物思路的結構化，從而提升學生元素化合物知識的結構化水平。通過小結總結金屬單質的研究思路，可以使學生在以后學習一種陌生金屬單質時，能夠有序地從四個方面對其進行研究，形成自己的研究思路。

【小結】最后，我們從鈉的價態和類別兩個角度來鞏固鈉的化學性質，然后畫出鈉的價類二維圖（如圖2 所示）。

圖2 鈉的價類二維圖

【拓展】Na 有強的還原性，所以Na氧化性很弱，因此，Na要轉化成金屬Na 需要進行電解。而近現代才有電解技術，所以現代才有鈉電池。

【小結】總結金屬單質的研究思路：第一步，通過查閱資料以及觀察物質外觀，了解物理性質；第二步，從物質類別和結構兩個角度來預測金屬單質的化學性質；第三步，通過實驗探究金屬單質的相關性質，其中在探究金屬單質與某種物質反應的產物之前，可以從物質類別和氧化還原兩個角度來預測產物；最后，通過性質來掌握用途或保存方式。

【課后作業】課后查閱：鈉除了做鈉電池、制無水乙醚時使用，在生產生活中的其他應用及原理。如高壓鈉燈、金屬鈉和鉀實現腫瘤高溫消融治療的新方法等。

【設計意圖】這項課后作業是一個發展性、開放性的作業，將學習活動從課內延伸到課外，可以拓寬學生視野，贊賞化學對社會發展的重大貢獻，培養學生“科學態度與社會責任”的學科核心素養。

六、教學啟示

“鈉的性質與應用”的STSE 主題式教學設計是以鈉電池的一系列兼具真實性和關聯性的情境為載體，把鈉的存在形式及含量、鈉的性質、鈉與氧氣反應、鈉與水反應等知識串聯起來。教學實踐表明，為了更好地發展學生的化學學科核心素養，在進行主題式教學時，除了應基于學生的真實體驗和認知規律外，還應注重以下三個方面：

（一）重視創設情境的真實性，培養學生的核心素養

課標強調在教學時要創設真實情境，以化學知識為工具來解決基于真實情境的實際問題，真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺。真實情境素材可以從STSE、化學史料、化學實驗等有利于體現知識的育人價值和功能價值的真實情境素材中選取。如本教學設計創設的四個情境均為鈉電池生產中存在的真實問題情境。創設這些真實情境能讓學生認識化學對社會發展、科技進步的重大貢獻，感悟化學學科的社會價值，培養學生正確的學科價值觀念，激發學生解決問題的興趣。

（二）重視創設情境的關聯性，促進學生知識結構化

知識本身具有很強的邏輯性、系統性，作為知識載體的教學情境也應具有系統性、關聯性。如本教學設計通過創設四個與鈉電池有關聯性的問題情境，把鈉的性質與應用的知識融入關聯性情境中，問題情境貫穿整個課堂，在情境問題的解決過程中，教學內容逐步展開，形成主題式教學。學生在具有關聯性的情境中學習，知識結構的建構也逐級完成。

（三）創設多樣化活動，培養學生的高階思維

為了培養學生的高階思維能力，教師應盡可能地讓學生在多樣化的學習活動中進行分析、對比、調研、歸納、創造。本教學設計有兩個地方體現了對學生高階思維的培養：第一，在進行鈉的性質教學之前，從物質的類別和結構兩個角度對鈉的性質進行預測，讓學生形成“同一類別物質性質相似”“結構決定性質”的觀念；第二，鈉與水反應的探究實驗，在預測環節，要求學生從物質組成和氧化還原兩個角度對生成物進行預測，實際上是引導學生作出有依據的預測，改變了以往探究實驗中學生動手多而思考少的狀態，培養了學生的高階思維。