基于“問(wèn)題解決”的化學(xué)單元教學(xué)設(shè)計(jì)

陳玉清　王后雄　孫妍

摘要： 基于對(duì)問(wèn)題解決的相關(guān)理論研究，以“化學(xué)反應(yīng)與電能”為例，選擇“新能源汽車(chē)電池”為主題進(jìn)行單元教學(xué)設(shè)計(jì)。教學(xué)劃分為三個(gè)板塊，分別研究新能源汽車(chē)電池的工作原理、發(fā)展前景、回收利用三個(gè)真實(shí)的問(wèn)題，綜合應(yīng)用電化學(xué)及物理電學(xué)等核心知識(shí)，在復(fù)雜問(wèn)題的解決過(guò)程中加深學(xué)生對(duì)電化學(xué)認(rèn)知模型的理解與應(yīng)用。彰顯化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值，為核心素養(yǎng)的落地探索可行之路徑。

關(guān)鍵詞： 問(wèn)題解決； 單元教學(xué)設(shè)計(jì)； 電化學(xué)； 真實(shí)情境； 新能源汽車(chē)電池

文章編號(hào)： 10056629（2023）10002609 中圖分類(lèi)號(hào)： G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡(jiǎn)稱(chēng)“新課標(biāo)”）明確指出“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(shí)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(shí)現(xiàn)這種轉(zhuǎn)化的關(guān)鍵”［1］。真實(shí)問(wèn)題解決是實(shí)現(xiàn)內(nèi)容結(jié)構(gòu)化的有效路徑，因?yàn)檎鎸?shí)情境中的問(wèn)題都是開(kāi)放的、復(fù)雜的。充滿(mǎn)不確定的問(wèn)題情境有利于激發(fā)并保持學(xué)生的探究熱情，建立基于理解的“彈性圖式”，培養(yǎng)學(xué)生的“專(zhuān)家思維”，促進(jìn)其素養(yǎng)發(fā)展。為此，以“新能源汽車(chē)電池”為主題，提出基于問(wèn)題解決的單元教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)步驟、設(shè)計(jì)思路及評(píng)價(jià)量表，以推進(jìn)素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)實(shí)踐的發(fā)展。

1 問(wèn)題解決的內(nèi)涵及教學(xué)應(yīng)用

1.1 問(wèn)題解決的內(nèi)涵

問(wèn)題解決是以問(wèn)題為核心，將發(fā)現(xiàn)問(wèn)題、提出問(wèn)題、解決問(wèn)題相統(tǒng)一的完整認(rèn)知及實(shí)踐過(guò)程。問(wèn)題解決的最終目的不只是解決某個(gè)具體的問(wèn)題，而是通過(guò)問(wèn)題解決的過(guò)程激發(fā)學(xué)生的思維，重視學(xué)生在解決過(guò)程中的體驗(yàn)或體會(huì)。傳統(tǒng)教學(xué)衡量學(xué)習(xí)成效的標(biāo)準(zhǔn)是，學(xué)生課后對(duì)所學(xué)知識(shí)沒(méi)有問(wèn)題，沒(méi)有問(wèn)題就說(shuō)明學(xué)生掌握了知識(shí)，這種標(biāo)準(zhǔn)忽視了問(wèn)題的價(jià)值，容易使學(xué)生停留在識(shí)記等低階思維層面［2］。而素養(yǎng)導(dǎo)向的教學(xué)實(shí)踐應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，鼓勵(lì)并啟發(fā)學(xué)生提出問(wèn)題，在問(wèn)題解決的過(guò)程中建構(gòu)知識(shí)，發(fā)展高階思維。

1.2 問(wèn)題解決的教學(xué)應(yīng)用

問(wèn)題解決作為發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的有效教學(xué)方式，也遵循著一定的教學(xué)步驟。在閱讀大量問(wèn)題解決式教學(xué)案例的基礎(chǔ)上，總結(jié)并提出以下基于“問(wèn)題解決”的教學(xué)步驟，如圖1所示。

扎根于教材的“惰性知識(shí)”脫離了真實(shí)生活情景，不具有廣泛的遷移性，阻礙了學(xué)生素養(yǎng)的形成。教育的功能是使學(xué)生具備解決未來(lái)真實(shí)情境中復(fù)雜問(wèn)題的能力，因此教師的教學(xué)應(yīng)注重真實(shí)情境中的問(wèn)題解決［3］。基于“問(wèn)題解決”的教學(xué)分為以下四個(gè)步驟：

（1） 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境。情境須貼近學(xué)生的真實(shí)生活，富有吸引力，引導(dǎo)學(xué)生大膽聯(lián)想已有經(jīng)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的探究欲及相關(guān)認(rèn)知圖式，在情境中生成問(wèn)題。

（2） 拆解大問(wèn)題。問(wèn)題解決教學(xué)的核心是“問(wèn)題鏈”。教師需將復(fù)雜的大問(wèn)題分解成一個(gè)個(gè)層層遞進(jìn)、螺旋式上升的子問(wèn)題，且每個(gè)子問(wèn)題需在有連貫的子情境中呈現(xiàn)。

（3） 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題沖突。真實(shí)情境中的問(wèn)題常常是劣構(gòu)的，解決問(wèn)題的條件和途徑并非單一、理想化的，因此常常出現(xiàn)沖突。學(xué)生需要逐一解決蘊(yùn)含“沖突”的子問(wèn)題，最終實(shí)現(xiàn)大問(wèn)題的解決。這一過(guò)程中，教師需鼓勵(lì)學(xué)生拓寬思路，靈活調(diào)動(dòng)頭腦中相關(guān)的知識(shí)板塊，從而獲得對(duì)問(wèn)題更高位的理解。

（4） 引導(dǎo)應(yīng)用遷移。學(xué)習(xí)知識(shí)是為了應(yīng)用于實(shí)踐，教師需引導(dǎo)學(xué)生及時(shí)總結(jié)，以具體問(wèn)題為原型，回顧并總結(jié)出問(wèn)題解決過(guò)程中可借鑒的思路，提煉出可遷移的思維模型，使學(xué)生在未來(lái)遇到類(lèi)似情境時(shí)，也可應(yīng)用該模型解決問(wèn)題。

2 基于“問(wèn)題解決”的單元教學(xué)設(shè)計(jì)思路

2.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境

真實(shí)具體的問(wèn)題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì)［4］。新課標(biāo)在“化學(xué)反應(yīng)與能量”的教學(xué)策略中明確指出，“應(yīng)創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，組織學(xué)生開(kāi)展基于能量利用需求選擇反應(yīng)等活動(dòng)，形成合理利用化學(xué)反應(yīng)中的能量變化的意識(shí)和思路”，同時(shí)提供“鋰離子電池與新型電池的開(kāi)發(fā)”等情境素材建議。基于此，本研究選用“新能源汽車(chē)電池”作為本單元的真實(shí)情境及學(xué)習(xí)主題。之所以選用新能源汽車(chē)電池，原因在于它相較于其他情境而言具有特殊的教學(xué)價(jià)值：一是新能源汽車(chē)電池較好地綜合了原電池及電解池的工作原理，注重原電池及電解池的實(shí)際意義及重要應(yīng)用，有助于學(xué)生掌握分析化學(xué)電池工作原理的系統(tǒng)思路；二是與“碳中和”等社會(huì)熱點(diǎn)緊密聯(lián)系，貼近學(xué)生的真實(shí)生活，體現(xiàn)出化學(xué)對(duì)自然環(huán)境及社會(huì)發(fā)展的突出價(jià)值；三是學(xué)習(xí)素材豐富，體現(xiàn)跨學(xué)科思想，有利于發(fā)展學(xué)生的多種學(xué)科核心素養(yǎng)。其教學(xué)價(jià)值如圖2所示。

在“新能源汽車(chē)電池”這一大情境的統(tǒng)領(lǐng)下，從工作原理、發(fā)展前景、回收利用三個(gè)視角從下至上進(jìn)行分析和梳理，呈現(xiàn)出三個(gè)相互銜接的小情境，旨在使學(xué)生全方位地了解新能源汽車(chē)電池，切實(shí)感受化學(xué)知識(shí)與社會(huì)生活的緊密聯(lián)系，充分發(fā)揮“新能源汽車(chē)電池”的教學(xué)價(jià)值。本單元情境設(shè)計(jì)及對(duì)應(yīng)的教學(xué)價(jià)值如圖3所示。

2.2 拆解大問(wèn)題

本單元教學(xué)將三個(gè)板塊中的大問(wèn)題拆解成3個(gè)小問(wèn)題進(jìn)行教學(xué)，無(wú)論是橫向的大問(wèn)題還是縱向的小問(wèn)題都呈現(xiàn)層層遞進(jìn)、環(huán)環(huán)相扣的次序，以“小步調(diào)”逐步達(dá)成最終問(wèn)題的解決，避免學(xué)生在短時(shí)間內(nèi)吸收大量知識(shí)而產(chǎn)生認(rèn)識(shí)負(fù)荷。本單元的問(wèn)題鏈設(shè)計(jì)如圖4所示。

以第一板塊“新能源汽車(chē)電池的工作原理”為例，展現(xiàn)該板塊中大問(wèn)題的拆解過(guò)程：鋰離子電池與學(xué)生的日常生活息息相關(guān)，而磷酸亞鐵鋰電池是新能源汽車(chē)電池的典型代表之一，適合作為學(xué)生認(rèn)識(shí)新能源汽車(chē)電池的原型，因此第一個(gè)子問(wèn)題是以磷酸鐵鋰電池為例，探究其充、放電時(shí)的反應(yīng)過(guò)程。隨著學(xué)生對(duì)充、放電過(guò)程的分析逐步深入，會(huì)發(fā)現(xiàn)它與一般單液或雙液原電池存在差異。為深入探索差異產(chǎn)生的原因，第二個(gè)子問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步探究電池內(nèi)部微粒的移動(dòng)方向，使學(xué)生發(fā)現(xiàn)化學(xué)電池還可以通過(guò)離子（Li+）的嵌入和脫嵌來(lái)運(yùn)作，從而對(duì)引起Li+變化的本質(zhì)原因展開(kāi)探究，促進(jìn)學(xué)生守恒觀的發(fā)展。第三個(gè)子問(wèn)題是對(duì)上述兩個(gè)問(wèn)題的提煉和總結(jié)，通過(guò)提煉出該電池的構(gòu)成要素，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化，幫助學(xué)生掌握分析陌生電池的思想方法。按照類(lèi)似的拆解方式，可將本單元情境中的問(wèn)題按照由易到難、由簡(jiǎn)單到綜合的順序進(jìn)行排列，形成符合學(xué)生認(rèn)知特點(diǎn)且具有邏輯順序的問(wèn)題鏈，幫助學(xué)生在問(wèn)題解決的過(guò)程中實(shí)現(xiàn)思維進(jìn)階。

2.3 發(fā)現(xiàn)問(wèn)題沖突

在所有的學(xué)科領(lǐng)域，只要把知識(shí)運(yùn)用到具體情境中，就會(huì)產(chǎn)生大量的結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題［5］。結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題的空間結(jié)構(gòu)并不明確，因此學(xué)生經(jīng)歷真實(shí)問(wèn)題解決時(shí)常面臨實(shí)際情況與已有經(jīng)驗(yàn)的沖突，而問(wèn)題沖突正是激發(fā)學(xué)生興趣、引發(fā)困惑、體驗(yàn)意義的重要載體，也是深度理解發(fā)生的前提、關(guān)鍵與條件［6］。因此，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)并解決沖突的過(guò)程對(duì)促進(jìn)學(xué)生的深度理解具有重要意義。

了解學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)，有助于教師明確學(xué)生的思維障礙，以學(xué)生的已有經(jīng)驗(yàn)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)認(rèn)知沖突。經(jīng)過(guò)相關(guān)文獻(xiàn)查閱，了解到學(xué)生在學(xué)習(xí)“化學(xué)能與電能”時(shí)，普遍遇到的困難是建立電化學(xué)過(guò)程的系統(tǒng)分析思路［7］。在知識(shí)與技能層面上，學(xué)生在此之前已經(jīng)學(xué)習(xí)了原電池及電解池，具備根據(jù)電池裝置圖書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式的能力，但分析的電池仍是簡(jiǎn)單電池，較少有分析工業(yè)生產(chǎn)中復(fù)雜電池的機(jī)會(huì)。在思維層面上，學(xué)生的頭腦中并未建立起原電池與電解池之間的聯(lián)系。在前概念上，許多學(xué)生在判斷微粒移動(dòng)方向等問(wèn)題上仍存在疑惑和混淆。學(xué)生的學(xué)習(xí)起點(diǎn)及教學(xué)策略分析如圖5所示。

基于上述分析，本單元設(shè)計(jì)了3個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題沖突：當(dāng)學(xué)生開(kāi)展第一板塊“磷酸鐵鋰電池工作原理”的學(xué)習(xí)時(shí)，Li+的變化（嵌入及脫嵌）與學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)中離子得失電子的常見(jiàn)形態(tài)產(chǎn)生沖突，有助于學(xué)生運(yùn)用守恒觀理解微粒變化的本質(zhì)，有效擊破“判斷微粒運(yùn)動(dòng)方向”的學(xué)習(xí)難點(diǎn)；第二板塊“新能源汽車(chē)電池的發(fā)展前景”

中，學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)中“鋰離子電池的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)”與現(xiàn)實(shí)情況中“全球范圍的鋰資源短缺”產(chǎn)生沖突，有助于學(xué)生應(yīng)用電化學(xué)認(rèn)知模型解決現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，形成分析陌生電池的系統(tǒng)思路；第三板塊“新能源汽車(chē)電池的回收利用”中，學(xué)生基于已有經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)的回收方案與真實(shí)工業(yè)生產(chǎn)中“環(huán)保性、安全性、經(jīng)濟(jì)性”等限制條件產(chǎn)生沖突，有助于學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)，提升決策能力。教師須充分挖掘問(wèn)題沖突背后蘊(yùn)含的教學(xué)價(jià)值，引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)收集資料等活動(dòng)吸納新知。本單元問(wèn)題沖突的設(shè)計(jì)如圖6所示。

問(wèn)題沖突是導(dǎo)向深度理解的引線，問(wèn)題解決過(guò)程中的沖突都將驅(qū)動(dòng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)新問(wèn)題、提出新猜想、收集新論據(jù)，促使學(xué)生在連續(xù)的問(wèn)題解決中實(shí)現(xiàn)知識(shí)的意義建構(gòu)，獲得素養(yǎng)發(fā)展。

2.4 引導(dǎo)應(yīng)用遷移

發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的關(guān)鍵是由“知識(shí)理解”向“知識(shí)遷移”過(guò)渡，再向“知識(shí)創(chuàng)新”提升，而學(xué)科性知識(shí)與實(shí)踐性知識(shí)的結(jié)合是實(shí)現(xiàn)知識(shí)遷移及創(chuàng)新的必經(jīng)途徑［8］。因此教師需要引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決新問(wèn)題，發(fā)揮知識(shí)的實(shí)踐價(jià)值，為學(xué)生提供利于遷移的實(shí)踐情境。

本單元中，通過(guò)第一板塊的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)初步掌握電化學(xué)問(wèn)題的系統(tǒng)分析模型。在第二板塊的學(xué)習(xí)中，學(xué)生可以應(yīng)用該認(rèn)知模型，類(lèi)比推理出鈉離子電池的工作原理，為后續(xù)鈉離子電池與鋰離子電池的對(duì)比提供理論依據(jù)。在第三板塊的學(xué)習(xí)中，教師引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用“鈉離子電池內(nèi)部構(gòu)造”等已有知識(shí)，分析鈉離子電池中可循環(huán)利用的材料，同時(shí)結(jié)合“元素化合物”知識(shí)，開(kāi)展“鈉離子電池回收方案”的設(shè)計(jì)活動(dòng)，使學(xué)生親身體驗(yàn)學(xué)科知識(shí)的社會(huì)價(jià)值。本單元活動(dòng)線設(shè)計(jì)如圖7所示。

對(duì)上述教學(xué)環(huán)節(jié)進(jìn)行整合可發(fā)現(xiàn)，本單元教學(xué)流程將“設(shè)計(jì)情境”“拆解問(wèn)題”“發(fā)現(xiàn)沖突”“應(yīng)用遷移”四個(gè)環(huán)節(jié)分為內(nèi)部小循環(huán)和整體大循環(huán)。“內(nèi)部小循環(huán)”指每個(gè)教學(xué)板塊均包含上述四個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)，“整體大循環(huán)”指前一板塊所學(xué)知識(shí)均在下一板塊得到遷移和應(yīng)用，又引發(fā)新的困惑、形成新的問(wèn)題，開(kāi)啟新一輪循環(huán)，教學(xué)中強(qiáng)調(diào)學(xué)生在教師引導(dǎo)下的合作共建。本單元的教學(xué)流程如圖8所示。

3 基于“問(wèn)題解決”的“化學(xué)能與電能”單元教學(xué)設(shè)計(jì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)的處理

3.1 建構(gòu)認(rèn)知模型，實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化

化學(xué)認(rèn)知模型是學(xué)生研究化學(xué)問(wèn)題、理解化學(xué)知識(shí)的系統(tǒng)化思路，學(xué)生通過(guò)建構(gòu)認(rèn)知模型能準(zhǔn)確把握復(fù)雜問(wèn)題的認(rèn)識(shí)角度，迅速抓住事物變化的本質(zhì)及規(guī)律［9］。本單元教學(xué)中，教學(xué)重點(diǎn)即是建構(gòu)電化學(xué)認(rèn)知模型并運(yùn)用模型分析陌生電池，發(fā)展學(xué)生基于模型解釋及預(yù)測(cè)能量變化的能力。

例如，在板塊1的學(xué)習(xí)中，教師為學(xué)生提供支架“磷酸鐵鋰電池的內(nèi)部構(gòu)造”及“充、放電過(guò)程中Li+的變化示意圖”（如圖9和圖10所示），引導(dǎo)學(xué)生探究磷酸鐵鋰電池的工作原理，激發(fā)認(rèn)知沖突：該電池中的電解質(zhì)并非溶液，而是具有空間結(jié)構(gòu)的無(wú)機(jī)物固體，Li+也并非是與溶液中其他離子發(fā)生反應(yīng)，而是在無(wú)機(jī)物固體的空間結(jié)構(gòu)中進(jìn)行嵌入和脫嵌運(yùn)動(dòng)。磷酸鐵鋰電池拓展和深化了學(xué)生對(duì)化學(xué)電池的認(rèn)識(shí)，有助于學(xué)生抓住分析電化學(xué)問(wèn)題的實(shí)質(zhì)。

在教師的引導(dǎo)下，學(xué)生合作建構(gòu)以磷酸鐵鋰電池為原型的電化學(xué)認(rèn)知模型，掌握從“宏觀微觀符號(hào)”的認(rèn)識(shí)思路：首先看宏觀的電池裝置，把握電池的三個(gè)基本構(gòu)成要素“電極、電子導(dǎo)體（導(dǎo)線）、離子導(dǎo)體（電解質(zhì)）”；接著研究微觀的反應(yīng)原理，選擇合適的電極反應(yīng)物，從得失電子的角度推測(cè)電極產(chǎn)物，利用守恒觀分析微粒的變化過(guò)程；最后用符號(hào)表征反應(yīng)過(guò)程，書(shū)寫(xiě)充、放電時(shí)的電極反應(yīng)式。師生共同建構(gòu)的磷酸鐵鋰電池認(rèn)知模型如圖11所示。

當(dāng)學(xué)生掌握上述電化學(xué)認(rèn)知模型后，在未來(lái)面對(duì)陌生電池時(shí)，能自動(dòng)檢索模型思維方法，自覺(jué)調(diào)用認(rèn)識(shí)角度，提升電化學(xué)問(wèn)題分析過(guò)程中的元認(rèn)知思維水平［13］，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化。

3.2 促進(jìn)學(xué)科融合，重視跨學(xué)科教學(xué)

跨學(xué)科教學(xué)是融合兩門(mén)及以上學(xué)科的知識(shí)、方法等，以問(wèn)題解決為導(dǎo)向的教學(xué)活動(dòng)［14］。教育的目的是使學(xué)生具備應(yīng)對(duì)未來(lái)風(fēng)險(xiǎn)挑戰(zhàn)時(shí)的必備品格和關(guān)鍵能力，而學(xué)生未來(lái)面臨的問(wèn)題大多是結(jié)構(gòu)不良問(wèn)題，因此教學(xué)中應(yīng)積極開(kāi)發(fā)學(xué)科知識(shí)交互的場(chǎng)域，提升問(wèn)題的綜合性和開(kāi)放性。

例如，在本單元板塊2“新能源汽車(chē)電池的發(fā)展前景”學(xué)習(xí)中，學(xué)生面臨的真實(shí)挑戰(zhàn)是“鋰離子電池應(yīng)用廣泛，但鋰資源十分稀缺”。基于元素周期律的學(xué)習(xí)，學(xué)生意識(shí)到金屬Na與Li性質(zhì)相似且Na的儲(chǔ)量豐富，提出可用鈉離子電池替代鋰離子電池。為驗(yàn)證該方案的可行性，教師提供相關(guān)事實(shí)資料，組織學(xué)生開(kāi)展“比較鈉離子電池與鋰離子電池”的小組探究活動(dòng)。其中，能量密度等概念與物理電學(xué)知識(shí)聯(lián)系緊密，因此該探究活動(dòng)為學(xué)生提供了學(xué)科融合的場(chǎng)域。具體教學(xué)過(guò)程如下：

［活動(dòng)2.1］搜集資料，結(jié)合表1中的信息，類(lèi)比磷酸鐵鋰電池的工作原理，從原子結(jié)構(gòu)、能量密度、氧化性及還原性等角度，探究鈉離子電池的優(yōu)勢(shì)及缺點(diǎn)。

［學(xué)生討論］根據(jù)上述資料，可從以下三個(gè)角度比較鈉離子電池與鋰離子電池：

（1） 相對(duì)原子質(zhì)量角度：利用物理電學(xué)、電化學(xué)等基本知識(shí)及數(shù)學(xué)的推導(dǎo)技能，將能量密度大小與放電電流I聯(lián)系起來(lái)。其推理過(guò)程如圖12所示。

根據(jù)上述公式推導(dǎo)，可以得出“在相同時(shí)間內(nèi)，相同質(zhì)量的鋰離子電池比鈉離子電池向外提供的能量更多”這一結(jié)論，由此說(shuō)明鋰離子電池的能量密度比鈉離子電池更大。

（2） 離子半徑角度：由于Na+的離子半徑比Li+更大，在正負(fù)極材料的晶體結(jié)構(gòu)中脫嵌會(huì)更困難，遷移速度隨之減慢，因此鈉離子電池充放電循環(huán)的次數(shù)比鋰離子電池更少。

（3） 標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)角度：標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)越低，還原態(tài)失電子的能力就越強(qiáng)，由于鋰電池的標(biāo)準(zhǔn)電極電勢(shì)更低，所以Li的還原性比Na更強(qiáng)，使得相同的電極材料在用于鈉離子電池時(shí)，從正極脫嵌出的Na+更少，嵌入負(fù)極碳層的Na+也越少。因此鋰離子電池儲(chǔ)能性更好［16］。

［學(xué)生總結(jié)］學(xué)生在綜合小組討論的結(jié)果后，得出以下結(jié)論：

（1） 鈉離子電池的優(yōu)點(diǎn)：鈉儲(chǔ)量豐富，成本較低，可以大量生產(chǎn);

（2） 鈉離子電池的缺點(diǎn)：相比于鋰離子電池，能量密度更低，循環(huán)次數(shù)更少，儲(chǔ)能性更弱。

3.3 注重即時(shí)反饋，實(shí)現(xiàn)“教學(xué)評(píng)”一體化

新課標(biāo)明確指出教學(xué)評(píng)價(jià)中要尤其重視學(xué)生的日常學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，充分發(fā)揮評(píng)價(jià)的育人功能，而評(píng)價(jià)是以學(xué)生活動(dòng)為載體開(kāi)展的，因此教學(xué)評(píng)價(jià)應(yīng)通過(guò)學(xué)生學(xué)習(xí)活動(dòng)中的表現(xiàn)來(lái)顯化學(xué)生當(dāng)下的素養(yǎng)發(fā)展水平。借鑒姜建文評(píng)價(jià)目標(biāo)的設(shè)計(jì)思路［17］，結(jié)合教學(xué)具體情況，設(shè)計(jì)本單元的教學(xué)評(píng)價(jià)量表，如表2所示。

利用上述評(píng)價(jià)量表，可在每一板塊的學(xué)習(xí)中給予學(xué)生即時(shí)的反饋及評(píng)價(jià)，有效促進(jìn)“教學(xué)評(píng)”一體化在實(shí)踐中的落地。

4 教學(xué)建議

4.1 創(chuàng)建境脈化的課堂，讓學(xué)生經(jīng)歷完整的問(wèn)題解決過(guò)程

在一般教學(xué)實(shí)踐中，課堂大多是“去境脈化”的，因?yàn)閷W(xué)校教育中“提出問(wèn)題”和“界定問(wèn)題”往往由教師或教材代為完成［18］。而在本單元教學(xué)中，情境是真實(shí)復(fù)雜的，學(xué)生完整地經(jīng)歷“提出問(wèn)題—界定問(wèn)題—發(fā)現(xiàn)沖突—解決沖突”等一系列問(wèn)題解決過(guò)程。相較于教師單向傳遞的“惰性知識(shí)”，學(xué)生在真實(shí)問(wèn)題解決中建構(gòu)的知識(shí)是經(jīng)過(guò)深度加工的，更易長(zhǎng)久地保存于記憶中，遷移到未來(lái)的陌生場(chǎng)景里，有助于提升學(xué)生的問(wèn)題解決能力。

4.2 教學(xué)聯(lián)系社會(huì)熱點(diǎn)，使學(xué)生體驗(yàn)化學(xué)知識(shí)的社會(huì)價(jià)值

新能源汽車(chē)是目前汽車(chē)工業(yè)中發(fā)展勢(shì)頭最強(qiáng)勁的產(chǎn)業(yè)，與學(xué)生的未來(lái)生活息息相關(guān)，而電池作為新能源汽車(chē)的“心臟”，其性能的優(yōu)化都將為新能源汽車(chē)的發(fā)展創(chuàng)造巨大的價(jià)值。通過(guò)本單元的學(xué)習(xí)，學(xué)生對(duì)新能源汽車(chē)電池的工作原理有了更深入的理解，能從學(xué)科視角出發(fā)解釋社會(huì)問(wèn)題并提供可行建議，開(kāi)拓學(xué)生成為“電池研發(fā)人員”的職業(yè)潛力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的內(nèi)在動(dòng)機(jī)。

基于問(wèn)題解決的單元教學(xué)設(shè)計(jì)，以真實(shí)情境作為學(xué)生建構(gòu)知識(shí)的載體，既有助于學(xué)科知識(shí)及實(shí)踐知識(shí)的融合，又促進(jìn)學(xué)生知識(shí)的結(jié)構(gòu)化，有利于多個(gè)方面的學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。其教學(xué)設(shè)計(jì)思路所具有的推廣及應(yīng)用價(jià)值，仍需要在未來(lái)的教學(xué)實(shí)踐中進(jìn)一步打磨和改進(jìn)。

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*國(guó)家新聞出版署人教數(shù)字研究院2022年度重點(diǎn)課題“數(shù)據(jù)支持下的中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)質(zhì)量評(píng)價(jià)體系構(gòu)建及實(shí)施研究”（RJA0322001）；中國(guó)教育學(xué)會(huì)2022年度一般規(guī)劃課題“高中生化學(xué)實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)測(cè)評(píng)研究”（202234000801B）研究成果。