“素養為本”的初中化學單元教學設計
——以《自然界的水》為例*

顧 杰，李艷妮，馮 默，王穎臻，楊艷華**

(1.昆明學院 化學化工學院，云南 昆明 650214；2.武強縣第二實驗中學，河北 衡水 053300)

《義務教育化學課程標準(2022年版)》指出：義務教育化學課程以促進學生核心素養發展為導向，主要包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任[1]。核心素養是學生在接受相關學科教育后形成的適合個人終身發展和社會需要的必備品質和關鍵能力[2]。初中化學中“自然界的水”單元，將學科知識、學科技能與社會實際問題聯系在一起，突出了學科價值[3]，更凸顯了學科的育人價值。

因此，在前期研究基礎上[4-6]，基于“素養為本”教育理念，本文以“自然界的水”為例，采用單元教學設計，選取其中與素養為本相關的基礎知識，通過生活實例創設真實問題情境，激發學生的學習興趣和探究欲，在教學活動中不斷完善學科思維體系，發展學生的學科核心素養。在“課題1 愛護水資源”的教學過程中，以圖片形式呈現節約用水和防治水體污染部分的內容，通過圖片形式，讓學生意識到愛護水資源的重要性，進而樹立可持續發展意識，增強社會責任感。在“課題2 水的凈化”的教學中，通過實驗探究，了解過濾、吸附等凈水方法，初步建立“結構決定性質、性質決定用途”的思維觀念；利用自制簡易凈水器，培養運用所學知識分析和解決實際問題的能力，提升探究精神與創新意識，展現化學學科的應用價值。在“課題3 水的組成”的教學活動中，引導學生開展科學探究，深入認識水的組成，體會科學家研究物質的科學精神，培養學生的證據推理能力，體會研究物質的一般思路和方法；利用微觀示意圖建立模型認知，幫助學生建立“宏-微-符”三重表征的學科思維。在講解“課題4 化學式與化合價”的過程中，利用原子結構示意圖講解化合價定義，降低學習難度，培養學生邏輯思維能力；通過反復訓練，提高學生用符號表征物質組成的能力，為下一單元的學習做準備。需要說明的是，以上的教學過程并不是真正一節課的教學設計，而是我們認為能夠體現培養學生核心素養的內容。

1 教材分析

《自然界的水》是人教版初中化學教材上冊第四單元，具有人文內容與學科內容均衡配合、從宏觀到微觀、從社會到生活再到學科的特點，較好地體現了STSE的教育理念[7]。以水為載體，力圖為學生提供認識及探索周圍常見事物的素材和線索，創造從身邊事物中學習化學知識的意境。從選材生活化、呈現形式多樣化、體現實驗操作技能的價值、培養科學探究精神等幾方面凸顯出化學是一門以實驗為基礎的科學。

2 學情分析

2.1 已有認知

在本單元學習之前，學生已了解氧氣的基本性質，初步學習了分子和原子以及元素等相關知識，為化學式及化合價的學習奠定了基礎，對微觀建構也有一定的幫助。在制取氧氣實驗中，學生學習過基礎實驗操作技能，能夠為實驗探究提供基本保證。

2.2 發展目標

學生之前只是初步掌握了基礎實驗操作技能，對研究物質的一般過程和基本方法并不熟練。因此，本次教學設計有針對性地運用生活素材和化學史創設問題情境，帶領學生進行實驗探究，體驗科學探究的一般過程，增強動手操作能力和感知興趣，發展宏微結合認識物質組成的學科核心素養。此外，化合價定義較為抽象，為此我們利用原子結構示意圖，化抽象為具體，幫助學生提升邏輯思維能力。

3 教學思路

首先，利用生活用水水費單，注重培養愛護水資源的社會責任。其次，通過視頻和趣味實驗等方式學習水的凈化方法，提高學生學習主體性和化學知識的應用意識，理解化學學科的價值。第三，引導學生實驗探究水的組成，領悟研究物質組成的思路和方法，初步形成物質分類觀，培養探究能力和創新意識。然后利用水分子分解微觀圖，初步培養宏觀辨識與微觀探析的能力。最后，利用原子結構圖講解化合價定義，化抽象為具體，提升邏輯思維能力；利用化合價書練習書寫化學式，培養利用化學符號表征物質的能力。

4 教學設計

4.1 教學目標

[知識與技能]

①了解節約用水及防治水污染的措施；②了解吸附、沉淀、過濾和蒸餾等凈化水的常用方法；③通過觀察氫氣燃燒和水的電解實驗現象及水分解的微觀示意圖，從宏觀和微觀角度認識水的組成；④能用化學式表示一些物質的組成。

[過程與方法]

①利用“生活用水水費單”，認識節水和防治水體污染的重要性；②通過引導學生開展實驗探究，掌握過濾的操作要點，獲得基礎實驗操作技能，了解活性炭和明礬等凈水劑的凈水原理；③通過科學探究認識水的組成，培養學生收集資料、分析、歸納、表達與交流的能力，初步掌握研究物質的一般過程和方法

[情感態度與價值觀]

①學習從化學角度認識自然界的水，更清楚地認識水是人類寶貴自然資源，培養愛護水資源的社會責任；②通過自制簡易凈水器，激發學生學習興趣，體會化學與生活的密切聯系，理解化學學科的價值；③通過認真觀察并記錄氫氣燃燒和水電解的實驗現象，分析并總結實驗結果，提高學生的證據推理能力，培養嚴謹求實的科學態度和探究精神；④初步感受宏觀與微觀、定性與定量、“結構決定性質、性質決定用途”的學科思想。

4.2 教學重難點

①重點：過濾、蒸餾等分離混合物的實驗操作；水組成的探究實驗；化學式與化合價；相對分子質量的計算。

②難點：從宏觀角度和微觀角度認識水的組成；化合價。

4.3 教學方法

實驗探究法、演示法、講授法、討論法。

4.4 教學過程

課題1 愛護水資源

【導入】多媒體展示如圖1[8]，請同學們談談對“水”的認識？

圖1 黃河壺口瀑布

設計意圖：一方面，以“黃河水”圖片導入新課，吸引學生注意力，激發學習興趣；另一方面，用圖片直觀反映水的存在形式，引導學生從不同角度思考對“水”的認識，培養發散思維，提高學生的主動性，體會化學與生活的關系。

【思考】水是地球上最普通、最常見的物質之一，生物體內都含有水，是不是就意味著取之不盡，用之不竭呢？教材71頁圖4～10是一張生活用水水費單[9]，觀察后談談你的看法。

設計意圖：水費單中除了自來水水費，還包括水資源費和污水處理費，旨在讓學生認識到淡水資源短缺，并受到不同程度的污染，學會辯證地認識人類擁有的水資源，增強節水意識和愛護水資源的可持續發展意識和社會責任。

【多媒體展示】“國家節水標志”和昆明市滇池近10年前后水質對比圖，請學生談談感受，并聯系生活實際分別給出節水和防治水體污染的具體措施。

設計意圖：讓學生明白節約用水是每一位公民的責任與義務，直接感知愛護水資源的重要性，明白污染易、治理難的道理，增強環保意識，領悟化學與生活、環境的關系，做到將節水和愛護水資源意識內化于心，付諸于行。

【小結】從工業、農業、生活三方面總結節水和防治水體污染措施。

【課題小結】以上內容是“課題1 愛護水資源”中，我們認為能夠體現素養為本的教學內容。通過生活用水水費單和學生身邊的水體污染實例，掌握節水和防治水體污染措施的同時增強環保意識，培養愛護水資源的社會責任。

課題2 水的凈化

【創設問題情境】市售的礦泉水與自來水有何區別？自來水是否可以直接飲用？

設計意圖：從生活著手，讓學生感受化學與生活息息相關，激發學生思考，為學習水的凈化做鋪墊。

【引導】請觀察老師桌上的一杯水，如圖2所示，分析雜質的類型及分布特點？

圖2 濁液

【歸納總結】

雜質觀察現象雜質特點茶葉、花瓣不溶于水不溶性雜質色素溶解在水中可溶性雜質

設計意圖：引導學生自己分析比較，概括出雜質特點，初步培養學生的分類意識，發展學習化學的學科思維。

【提問】如何去除這些雜質呢？

【小組實驗】通過靜置、沉淀后將上部分水倒出，觀察現象。

【追問】不溶物全部被除去了嗎？

設計意圖：讓學生意識到有些漂浮或懸浮在水中的雜質，通過簡單的靜置、沉淀并不能除去，制造認知沖突，引起學生的好奇心，激發探究欲。

【引導】漏勺、茶網、紗布都是生活中將難溶物與水分離的用具，同學們認為它們有何不同？

設計意圖：用生活素材啟迪學生思考，通過創設在生活中學習化學的情境，拉近化學與生活的距離，激發學習興趣，為過濾操作的講授做鋪墊。

【講述】化學上將難溶物與水分離的操作稱為過濾，采用濾紙，過濾效果優于漏勺、茶網、紗布等。

[實驗器材]圓形濾紙、漏斗、帶鐵圈的鐵架臺、燒杯、玻璃棒。

【小組實驗】在老師引導下搭建過濾裝置，比較并回答過濾后的水與過濾前澄清度有何不同，各小組間相互比較，選出澄清度最高和最低的兩個小組，分享成功之處和失敗之處。

設計意圖：幫助學生獲得基本的實驗操作技能，提高動手操作能力，增強實踐能力；比較過濾前后水的變化，能讓學生獲得成就感，體會化學學科的價值；分享成功之處與失敗之處，讓學生知道失敗的原因，利于培養學生分析、歸納、表達的能力和嚴謹求實的科學態度。

【小組討論】上面的過濾實驗中，有幾個操作要點？

【師生共同總結】過濾操作要點歸納為“一貼二低三靠”。

【小組討論】還可以利用什么物品代替實驗室中的濾紙和漏斗過濾液體？

【引導】想一想市售凈水器的凈水原理以及家用冰箱異味的去除方法。

【小組實驗】在相同兩杯淘米水中分別加入適量活性炭和明礬，觀察現象，比較異同。

設計意圖：利用生活素材“淘米水”，通過試驗直觀感知活性炭和明礬凈水的異同，加深對物理變化和化學變化的理解，初步感受“結構決定性質，性質決定用途”的思維觀念。

【講述】活性炭具有疏松多孔結構，能吸附色素和異味，為物理變化。而明礬溶于水后生成膠狀物，對雜質進行吸附，使雜質沉降達到凈水目的，為化學變化。

【視頻演示】請觀看視頻，視頻截圖如圖3所示[10]。思考：①圓底燒瓶中加碎瓷片的原因？②溫度計的位置？③冷凝水的進出口？④蒸餾水可不可以用于養魚？

圖3 蒸餾實驗視頻截圖

設計意圖：一方面，讓學生通過觀看視頻，掌握蒸餾裝置的關鍵之處，培養收集信息的能力。另一方面，讓學生知道蒸餾水是凈化程度較高的水，里面含有較少的氧分子，不可用于養魚，增加生活常識，提升綜合素質。

【課外實驗】自制簡易凈水器：取一個空塑料飲料瓶，剪去底部，瓶口用導管的單孔橡膠塞塞緊，將瓶子倒置，瓶內放置洗凈的蓬松棉、紗布、活性炭等，試驗凈化效果最佳放置順序。

設計意圖：該實驗趣味性較強，與生活聯系緊密，提升學生學習的主動性與積極性，有利于培養學習化學的興趣。不限制蓬松棉、紗布、活性炭的放置順序，讓學生通過試驗探究，培養學生應用所學知識和技能分析解決問題的能力，有利于提升探究精神和創新意識。

【課題小結】以上內容是“課題2水的凈化”中，我們認為能夠體現素養為本的教學內容。通過創設真實問題情境，引導學生開展實驗探究掌握過濾的操作要點，利用試驗了解活性炭和明礬凈水原理，最后用自制簡易凈水器試驗幫助學生綜合應用所學知識，增強科學探究與實踐能力。

課題3 水的組成

【創設問題情境】水曾經被看作是一種“元素”，那么同學們認為水會分解？

[尋找依據]活動1：閱讀教材81頁資料卡片，回答下列問題：①科學家普利斯特里做了什么實驗？出現了什么現象？②卡文迪許和拉瓦錫的實驗改進之處和得出的結論分別是什么？

設計意圖：通過化學史，讓學生總結科學家們的實驗結論，知道水并不是一種“元素”，從中體會科學探究的一般過程，學習科學家研究物質組成的科學思維，堅守實踐是檢驗真理的學科觀念，提升創新意識。

活動2：回憶氧氣的制取，觀察下列兩個化學方程式，思考并回答用過氧化氫或高錳酸鉀能否制取氧氣？

設計意圖：讓學生明白物質發生化學變化時，原子的種類不變，元素也不會改變，為水的電解實驗提供理論依據，初步培養化學變化中原子、元素種類不變的學科觀念。

活動3：關于氧氣的基本性質大家已經了解，那么對于氫氣，同學們知道多少？請自學氫氣的相關性質。

[實驗方案]經討論后，一致認為先用氫氣燃燒實驗初步探究水的組成，再用水的電解實驗深入探究水的組成。

[教具準備]水電解器、導線、滴定玻璃管

[觀看演示實驗]視頻播放氫氣燃燒實驗，觀察現象，小組討論并回答：實驗中有無新物質生成？發生了什么變化？

設計意圖：利用這組討論，讓學生從中理解化學變化的實質，從實驗現象中感受水的生成，體會科學研究的思維方法，認識實驗研究和創新思維的重要性，并養成在觀察基礎上分析、歸納實驗現象的習慣，培養抽象邏輯思維能力。

[得出結論]水由氫元素與氧元素組成。

【過渡】物質的組成元素都有固定的原子個數比，為了探究水中氫元素與氧元素的原子個數比，請同學們在老師的指導下進行下面實驗探究。

[小組實驗]1)在水電解器玻璃管里加滿水，并加入少量硫酸鈉或氫氧化鈉以增強導電性，接通直流電源，觀察兩個電極附近和玻璃管內的現象并填入表1中。

2)切斷上述裝置的電源，用燃著的木條分別在玻璃管尖嘴口檢驗電解反應中產生的氣體，觀察并記錄現象填入表2中。

表1 兩電極附近和玻璃管內的現象

表2 木條燃燒情況及解釋

設計意圖：讓學生動手做實驗，掌握基礎的實驗操作技能，提高學生動手能力，幫助學生初步學會從定性和定量視角研究物質組成；培養學生根據實驗現象分析、比較、歸納等證據推理的科學思維以及求真務實的科學態度和探究精神。

【多媒體展示】水分子分解過程示意圖，如圖4所示，請同學們嘗試使用圖形表述水的分解過程。

設計意圖：首先，將微觀粒子，即分子、原子可視化，抽象的概念直觀化，不僅降低理解難度，還有利于建立“宏-微-符”三重表征的學科思維；其次，將微觀粒子模型化，幫助學生建立模型認知，建構“物質由元素組成和微觀粒子構成”和“化學變化中元素不變”的學科觀念；最后，讓學生描述水的分解過程，旨在提高學生的主體性，培養觀察、分析、歸納和表達的能力。

圖4 水分子分解示意圖

[得出結論]用表達式表示水的分解：

【練習】了解化合物、氧化物、單質的概念后，嘗試將表3中的物質進行分類。

表3 一些常見物質的物質名稱及對應化學式

設計意圖：通過自主分析、歸納，增強對化合物、氧化物、單質等基本概念的理解，幫助學生初步形成分類觀，培養知識遷移和終身學習能力。

【課題小結】以上內容是“課題3水的組成”中，我們認為能夠體現素養為本的教學內容。通過引導學生科學探究，經歷科學探究的一般過程。在此過程中，盡可能啟迪學生思考，引導學生動手操作，培養科學探究與實踐能力。利用水的分解微觀示意圖建立模型認知，幫助學生深入認識水的組成，發展宏觀辨識與微觀探析的能力。

課題4 化學式與化合價

【過渡】像H2O這樣，用元素符號和數字的組合表示物質組成的式子叫做化學式。

【小組討論】請寫出化學式H2O表示的意義，并討論符號H、2H、H2、2H2具有什么意義？

設計意圖：以符號H2O表示的意義為基礎，幫助學生從宏觀與微觀，定性與定量視角認識符號表征的意義，有效培養學生用概念進行區分宏觀和微觀的判斷能力。

【設疑】如何正確書寫化學式呢？

【講解】化合物都有固定的組成，如表4所示，不同物質組成元素的原子個數比并不都是1∶1。

表4 一些物質組成元素的原子個數比

化學上用“化合價”表示原子相互化合的數目，那么原子相互化合的數目與什么有關呢？從原子結構角度，以NaCl形成過程為例，如圖5所示，請同學們思考并回答。

圖5 氯化鈉形成過程

設計意圖：以NaCl的形成過程為例，讓學生直觀地認識原子相互化合的數目與原子最外層電子數有關，Na易失去最外層的一個電子顯+1價，Cl得到一個電子顯-1價，最終形成最外層為8電子的穩定結構，化抽象為具體，幫助學生理解化合價定義的同時，發展抽象思維能力。

【小組討論】教材85頁表4-2中是一些常見元素的化合價，試著編寫能幫助記憶的化合價韻語、歌謠或順口溜，看誰記得準、記得多。

設計意圖：讓學生記住“一價氫氯鈉鉀銀，二價氧鈣鋇鎂鋅，三鋁四硅五價磷，二三鐵二四碳，二四六硫都齊全”的口訣。識記一些常見元素化合價是推算化合物中某一元素化合價的必要前提，也是書寫化學方程式的重要知識儲備，讓學生自主尋找記憶方法，轉變以往死記硬背的學習觀念，培養發散思維和創新意識。

【應用】1)根據化合價書寫化學式

用最小公倍數法帶領同學們完成教材86頁例題，然后自主完成教材89頁第5題。

2)根據化學式確定化合價

根據化合物中各元素化合價代數和為零，帶領同學們計算碘酸鉀(KIO4)中碘元素的化合價，然后自主完成教材89頁第4題。

設計意圖：通過練習，考察學生對化合價的掌握情況，學習化學式的正確書寫方式，培養用符號表示物質組成的能力。

【過渡】根據元素的化合價可以推測實際化合物的化學式，那么根據化學式能推算什么呢？

【講述】1)計算相對分子質量

相對分子質量是物質中各原子的相對原子質量之和，經過第三單元的學習，我們知道相對原子質量不等于原子的實際質量，是個比值，單位為“1”，書寫時一般省略不寫。

例如：O2的相對分子質量=16×2=32；H2O的相對分子質量=1×2+16=18

2)計算物質組成元素的質量比

例如：二氧化碳(CO2)中碳元素和氧元素的質量比等于12：(16×2)=3∶8

3)計算物質中某元素的質量分數=該元素的質量/組成物質的元素總質量×100%

例如：計算化肥硝酸銨(NH4NO3)中氮元素的質量分數。

①計算出NH4NO3的相對分子質量=14+1×4+14+16×3=80

②再計算氮元素的質量分數=(14×2)÷80×100%=35%

【鞏固提高】展示醫用葡萄糖注射液的標簽圖，讓學生進行相關計算。

【課題小結】以上內容是“課題4化學式與化合價”中，我們認為能夠體現素養為本的教學內容。先利用原子結構示意圖，化抽象為具體，幫助學生理解化合價定義的同時提升抽象邏輯思維能力。其次，通過小組討論的形式，尋找化合價記憶方法，培養學生發散思維和創新意識。最后，帶領學生學習化合價、化學式的相關應用，培養學生用符號表征物質組成和運用理論知識解決實際問題的能力。

5 總結

本文遵循“素養為本”的教學理念，合理運用生活素材創設真實問題情境，最大限度激發學生的學習興趣，培養愛護水資源的社會責任。通過引導學生進行實驗探究、體驗科學探究的一般過程，幫助學生完善化學學習的科學思維，同時借助微觀圖建立模型認知，培養“宏-微-符”三重表征能力。引導學生運用所學知識解決實際問題，深刻體會化學學科的價值，最終實現促進學生化學學科核心素養和能力協調發展的教學目標。