基于核心素養(yǎng)導(dǎo)向的情境創(chuàng)設(shè)策略與教學(xué)實(shí)踐

一、研究背景及意義

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》明確指出，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)由五大關(guān)鍵要素構(gòu)成，即“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”，這五大要素共同構(gòu)成化學(xué)學(xué)科教育的基石。新課程標(biāo)準(zhǔn)積極響應(yīng)“素養(yǎng)為本\"的教育理念，強(qiáng)調(diào)通過(guò)“真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)\"的教學(xué)策略，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的全面發(fā)展。在真實(shí)問(wèn)題情境中，復(fù)雜抽象的化學(xué)知識(shí)得以具象化、生活化，極大地降低了學(xué)習(xí)難度，助力學(xué)生高效獲取并內(nèi)化知識(shí)，提升課堂教學(xué)質(zhì)量，同時(shí)也為小組合作學(xué)習(xí)提供了豐富的素材與契機(jī)，促進(jìn)學(xué)生間的交流協(xié)作與思維碰撞，為構(gòu)建高效、互動(dòng)的化學(xué)課堂奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。

二、化學(xué)核心素養(yǎng)導(dǎo)向下的情境創(chuàng)設(shè)策略

在教學(xué)過(guò)程中，巧妙地設(shè)計(jì)問(wèn)題能引導(dǎo)學(xué)生深入探究。例如，在“廢棄鋰離子電池回收處理\"的教學(xué)內(nèi)容中，通過(guò)向?qū)W生展示如圖1所示與鋰離子電池相關(guān)的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)視頻和生活應(yīng)用圖片，在學(xué)生了解到鋰離子電池應(yīng)用廣泛以及電極中蘊(yùn)藏著豐富的金屬材料后，向他們提出問(wèn)題：如何回收處理這些材料？這為學(xué)生提供了一個(gè)明確的研究方向，并促使他們自主發(fā)現(xiàn)和探究相關(guān)的子問(wèn)題，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)。

（一）問(wèn)題情境，激發(fā)興趣

（二）實(shí)物展示，貼近生活

1.實(shí)物演示。實(shí)物展示能夠?qū)⒒瘜W(xué)與生活聯(lián)系起來(lái)，具有震撼的視覺(jué)沖擊力。例如，在本節(jié)課教學(xué)中，教師可以向?qū)W生展示手機(jī)電板及拆解好的電極材料等實(shí)物，如圖2所示，并結(jié)合新教材選擇性必修一原電池資料卡片中的鋰離子電池知識(shí)，讓學(xué)生了解電極材料中所含的金屬元素（如銅、鋁、鋰和鈷等）。通過(guò)這種方式，學(xué)生充分調(diào)動(dòng)感官，以更深刻的方式理解化學(xué)知識(shí)，增強(qiáng)在學(xué)習(xí)中的直觀感受。

2.生活展現(xiàn)。生活教學(xué)情境因其更加真實(shí)和深刻而被認(rèn)為是一種有效的教學(xué)手段。例如，在教授“廢棄鋰離子電池回收處理\"的內(nèi)容之前，教師可以帶領(lǐng)學(xué)生參觀廢品站，讓他們?cè)诨厥瘴锲分袑ふ液袖囯x子的物品，如廢棄手機(jī)電池等材料。然而，這種方法應(yīng)用于實(shí)際教學(xué)中可能會(huì)受到一些客觀因素的限制，例如班級(jí)人數(shù)過(guò)多、外出活動(dòng)的組織難度較大等。因此，在實(shí)踐中，教師需要根據(jù)具體情況靈活運(yùn)用生活情境教學(xué)手段，提高學(xué)生對(duì)化學(xué)知識(shí)的理解和興趣。

（三）實(shí)驗(yàn)情境，科學(xué)探究

實(shí)驗(yàn)情境設(shè)計(jì)在教育過(guò)程中扮演著至關(guān)重要的角色，它不僅是理論知識(shí)與實(shí)踐操作之間的橋梁，更能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的核心素養(yǎng)。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)情境時(shí)應(yīng)考慮的幾個(gè)關(guān)鍵方面：

1.明確實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)與課堂總?cè)蝿?wù)

將課堂的總?cè)蝿?wù)細(xì)化為具體的、可操作的實(shí)驗(yàn)，確保每個(gè)實(shí)驗(yàn)都能支持總?cè)蝿?wù)的完成，為每個(gè)實(shí)驗(yàn)設(shè)定明確的學(xué)習(xí)目標(biāo)和素養(yǎng)目標(biāo)。例如本節(jié)課總?cè)蝿?wù)是廢棄鋰離子電池電極中的金屬材料回收處理。我們循序漸進(jìn)地設(shè)計(jì)了三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：

（1）探究鈷酸鋰的溶解性，分離鋁元素并獲取鈷酸鋰；（2）溶解 LiCoO₂ 固體，獲取 Co²⁺ 和 Li⁺ ：（3）分離溶液中的 Co²⁺ 和 Li⁺ ，還原得到Co單質(zhì)和Li單質(zhì)。

通過(guò)以上三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)的設(shè)置，將課堂總?cè)蝿?wù)細(xì)化，變成可操作的實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理、科學(xué)探究的核心素養(yǎng)。

2.設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與步驟

內(nèi)容選擇：根據(jù)教學(xué)自標(biāo)和學(xué)生的認(rèn)知水平，選擇具有代表性、操作簡(jiǎn)單且能激發(fā)學(xué)生興趣的實(shí)驗(yàn)內(nèi)容。例如在進(jìn)行第一個(gè)實(shí)驗(yàn)之前，同學(xué)們通過(guò)查閱資料以及實(shí)物觀察，了解到鋰離子電池的正極材料為 Al/LiCoO₂ 電極，其含有Al、Co和Li三種金屬元素。針對(duì)這些金屬元素的回收處理教學(xué)，學(xué)生在討論和思考實(shí)驗(yàn)方案之后再進(jìn)行實(shí)際操作。由于電極材料為固態(tài)物質(zhì)，將其分離需要浸取處理。已知鋁可以溶解于酸和強(qiáng)堿，但是鈷酸鋰的溶解性需要進(jìn)行探究。因此，學(xué)生開(kāi)展第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：探究鈷酸鋰在水、酸和堿的溶解性。通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出結(jié)論：鈷酸鋰能夠溶于酸中，不溶于堿和水。所以采取堿浸分離出鋁元素，獲得鈷酸鋰固體。

如何從 LiCoO₂ 固體中分離Li元素和Co元素？鈷酸鋰目前仍處于固體形態(tài)，需將其溶解才能進(jìn)行后續(xù)處理。通過(guò)實(shí)驗(yàn)一了解到鈷酸鋰能夠溶于酸中，應(yīng)該選擇酸浸的方法。根據(jù)檢索資料發(fā)現(xiàn)Co³⁺ 不穩(wěn)定，且具有強(qiáng)氧化性，而 Co²⁺ 相對(duì)較穩(wěn)定且 Co²⁺ 溶液呈粉紅色，因此Co元素在溶液中以Co²⁺ 的形式存在。為了實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，需要選擇具有酸性和還原性的浸取劑。學(xué)生進(jìn)行第二個(gè)實(shí)驗(yàn)：選擇合適的浸取劑。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明：稀硫酸還原鈷酸鋰的速率較慢，只出現(xiàn)少許粉紅色，說(shuō)明其還原性較弱；而濃鹽酸極易揮發(fā)。因此二者皆不適合作為鉆酸鋰的浸取劑。對(duì)此，學(xué)生開(kāi)展小組討論交流后，提出在稀硫酸中額外加入環(huán)保型還原劑（如過(guò)氧化氫）來(lái)提高還原效果，經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)探究， LiCoO₂ 固體幾乎全部溶解，溶液轉(zhuǎn)變?yōu)榉奂t色，結(jié)果說(shuō)明稀硫酸和過(guò)氧化氫組合反應(yīng)效果良好，且反應(yīng)速率較快。第二個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)達(dá)成：溶解 LiCoO₂ 固體，得到 Co²⁺ 和 Li⁺ 。

最后的實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)是溶液中 Co²⁺ 和 Li⁺ 的分離。通過(guò)查閱文獻(xiàn)，已知如表1所示，鋰化合物和鈷化合物的溶解度和穩(wěn)定性，學(xué)生可以自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)分離這兩種金屬元素。首先加入草酸根離子沉淀出Co²⁺ ，再利用碳酸根沉淀出 Li⁺ ，分別加熱這兩種難溶鹽分解得到相應(yīng)的氧化物，最后選擇合適的還原劑得到想要的金屬單質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)第三個(gè)實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)：分離溶液中的 Co²⁺ 和 Li⁺ 。

要想將理論方案應(yīng)用到實(shí)際操作中，同學(xué)們需要詳細(xì)規(guī)劃實(shí)驗(yàn)步驟，包括實(shí)驗(yàn)材料準(zhǔn)備、實(shí)驗(yàn)操作指導(dǎo)、數(shù)據(jù)記錄與分析方法等，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程安全、有序。

3.促進(jìn)宏觀辨識(shí)與微觀探析的結(jié)合

引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)符號(hào)、圖表等工具對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行表征，培養(yǎng)其符號(hào)思維能力。結(jié)合實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度探析物質(zhì)變化的本質(zhì)和規(guī)律，增強(qiáng)學(xué)生對(duì)化學(xué)原理的理解。例如在第一個(gè)實(shí)驗(yàn)情境下，通過(guò)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)鈷酸鋰不能溶于堿中，可以將Al/LiCoO₂ 電極置于氫氧化鈉溶液中浸取，從而分離鋁元素。將鋁單質(zhì)發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)通過(guò)符號(hào)進(jìn)行表征，讓學(xué)生清晰了解到實(shí)驗(yàn)背后的微觀反應(yīng)，落實(shí)宏微結(jié)合的核心素養(yǎng)發(fā)展。

4.評(píng)估與反饋

采用多種評(píng)價(jià)方式（如觀察記錄、實(shí)驗(yàn)報(bào)告、口頭匯報(bào)等）對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)成果進(jìn)行全面評(píng)估。給予學(xué)生及時(shí)、具體的反饋，幫助他們認(rèn)識(shí)到自己的優(yōu)點(diǎn)和不足，明確努力方向。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)情境以完成課堂總?cè)蝿?wù)時(shí)，需要經(jīng)歷一個(gè)系統(tǒng)而周密的思考過(guò)程，這不僅關(guān)乎實(shí)驗(yàn)的科學(xué)性和有效性，還直接影響到學(xué)生核心素養(yǎng)的培養(yǎng)。

三、基于素養(yǎng)導(dǎo)向的“廢棄鋰離子電池的回收處理\"教學(xué)設(shè)計(jì)

（一）內(nèi)容分析

本節(jié)課旨在對(duì)分散在教材必修一、必修二以及選擇性必修一的知識(shí)進(jìn)行整合，利用鋰離子電池這一載體促使學(xué)生形成整體認(rèn)知。通過(guò)將之前學(xué)習(xí)的物質(zhì)分離提純方法、金屬冶煉方法、氧化還原反應(yīng)、綠色化學(xué)等孤立、碎片化的知識(shí)在真實(shí)復(fù)雜情境下進(jìn)行重整，來(lái)聚焦社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題“廢棄鋰離子電池的回收處理”。在獨(dú)立思考、團(tuán)隊(duì)合作過(guò)程中，學(xué)生將親身體驗(yàn)科學(xué)家的研究過(guò)程，深刻理解情境教學(xué)對(duì)幫助解決問(wèn)題的價(jià)值和功能，同時(shí)發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。本課題關(guān)注身邊的化學(xué)，通過(guò)理論與實(shí)踐相結(jié)合、主動(dòng)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、動(dòng)手操作等方式，讓學(xué)生總結(jié)梳理廢棄物回收利用的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)模型，從而提升學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性和主動(dòng)性，并培養(yǎng)學(xué)生社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

（二）學(xué)情分析

經(jīng)過(guò)三年的高中化學(xué)課程，高三學(xué)生已基本掌握物質(zhì)分離提純方法、元素化合物知識(shí)、金屬冶煉方法、氧化還原反應(yīng)、綠色化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)，并初步掌握化學(xué)工藝流程。此外，他們還具備一定的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并且在活動(dòng)中樂(lè)于學(xué)習(xí)。然而，他們尚未深入思考如何將所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合應(yīng)用，對(duì)真實(shí)情境下進(jìn)行物質(zhì)的分離提純也缺乏經(jīng)驗(yàn)。

（三）目標(biāo)分析

1.本節(jié)旨在通過(guò)分析廢棄鋰離子電池電極材料中所含的金屬元素，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)真實(shí)物品成分性質(zhì)的復(fù)雜性。為此，我們將分離提純方法、元素化合物知識(shí)、金屬冶煉方法、氧化還原反應(yīng)以及綠色化學(xué)等基礎(chǔ)知識(shí)進(jìn)行初步整合，從宏觀和微觀相結(jié)合的視角分析實(shí)際問(wèn)題。

2.本節(jié)課旨在提高學(xué)生在團(tuán)隊(duì)協(xié)作和自主設(shè)計(jì)方案中的科學(xué)探究能力，以思考廢舊物回收處理的基本方法。通過(guò)培養(yǎng)這些能力，學(xué)生將能夠更好地應(yīng)對(duì)現(xiàn)實(shí)生活中的環(huán)境問(wèn)題。

3.觀察分析實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣的重要途徑之一。同時(shí)，類比遷移也是培養(yǎng)證據(jù)推理能力的有效方法。本節(jié)課計(jì)劃運(yùn)用這些策略來(lái)增強(qiáng)學(xué)生的學(xué)習(xí)動(dòng)力和創(chuàng)新意識(shí)。

4.此外，本節(jié)課強(qiáng)調(diào)學(xué)科核心概念與真實(shí)外部世界的聯(lián)系，通過(guò)創(chuàng)立真實(shí)情境，提升學(xué)生的思維邏輯性和知識(shí)應(yīng)用性品質(zhì)。我們還將培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，以確保他們?cè)谖磥?lái)的職業(yè)和公民角色中具有積極的影響力。

（四）教學(xué)流程（見(jiàn)圖3）：

情境 問(wèn)題 素養(yǎng)

通過(guò)諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)?lì)C布的視頻引入鋰 與科技最新資訊聯(lián)系，拓寬學(xué)生的視離子生展在人生活的應(yīng)用用， 總池電：如的金收處理廢棄的鋰離子 m 野發(fā)學(xué)生考，提問(wèn)介紹廢棄鋰離子電池對(duì)環(huán)境的危害以 問(wèn)題

及資源的浪費(fèi)

引導(dǎo)學(xué)生去觀察桌面上的電極材料 Mgt; 子極中金C處理 Mgt; 先從單的負(fù)極材料的，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)新教材的資料卡片了解正極材料 通過(guò)類比遷移，從鐵的常見(jiàn)價(jià)態(tài)推斷Al/LiCoO2，陌生的金屬元素就是鈷 M 子問(wèn)題2：推測(cè)鉆元素的 常見(jiàn)價(jià)態(tài) m 出鉆元素的常見(jiàn)價(jià)態(tài)，培養(yǎng)知識(shí)的遷元素 移和應(yīng)用的核心素養(yǎng)

我們的極材料然是分奔， m 子問(wèn)題3：鈷酸鋰能否溶于 利用實(shí)題，再引學(xué)學(xué)生過(guò)實(shí)驗(yàn)去要辦法它轉(zhuǎn)移到溶液中去，這就 水、酸和堿 自己的選擇，培養(yǎng)其證據(jù)推理能力堿浸過(guò)濾后，得到NaAIO2溶液和LiCoO2 子問(wèn)題4：如何從NaA1O2 自主設(shè)計(jì)方案，對(duì)已學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合 利用，并用符號(hào)表征。從宏觀辨識(shí)再固體。我們先從簡(jiǎn)單的回收A1入手 溶液中回收到A1單質(zhì) 到微觀探析，了解工藝背后的化學(xué)反應(yīng)LiCoO固體中含有Li和Co兩種寶貴的金 Li單質(zhì)：Co從LiCoO固體中分離提 循序進(jìn)，自主保護(hù)問(wèn)題，培養(yǎng)綠色結(jié)合前面查閱資料了解到Co不穩(wěn)定， 將理論方案應(yīng)用到實(shí)際操作中去，在是有強(qiáng)氧化性，Co\"穩(wěn)定，故應(yīng)以Co m 子問(wèn)題6：選取何種浸取劑

溶液中存在Li和Co2。通過(guò)查閱相關(guān)資 m 子問(wèn)題7：如何從溶液中分 mgt; 過(guò)查，信息，主學(xué)方料知道Li和Co的化合物的溶解性 離提純Li單質(zhì)和Co單質(zhì)

培養(yǎng)小組合作精神和解決問(wèn)題的能力生活中的固體廢棄物有很多種，很多廢 根據(jù)廢棄鋰離子電池電極材料的回收棄物中都有用的材料。回收利用可以保 M 問(wèn)題升華：能否建構(gòu)一般 m 處理過(guò)程設(shè)計(jì)一般固體廢棄物的回收護(hù)環(huán)境，節(jié)約資源 固體廢棄物回收模型 模型。理論聯(lián)系實(shí)際，回歸生活。進(jìn)行模型建構(gòu)，解決同類問(wèn)題

（五）教學(xué)反思

本節(jié)課的研究聚焦于當(dāng)前社會(huì)熱點(diǎn)問(wèn)題——廢棄鋰離子電池電極材料的回收處理，主要分為三個(gè)部分。課前，學(xué)生通過(guò)微課了解鋰離子電池的應(yīng)用領(lǐng)域、結(jié)構(gòu)組成以及工作原理，梳理工業(yè)上對(duì)原料預(yù)處理的幾種手段和金屬冶煉方法，并通過(guò)課前任務(wù)單鞏固了所學(xué)內(nèi)容。根據(jù)任務(wù)單完成情況，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生對(duì)鈷元素相關(guān)反應(yīng)的掌握仍然有待提高。因此，在課中設(shè)計(jì)回收正極材料之前，我們先介紹了鈷元素的相關(guān)化學(xué)性質(zhì)。課中，學(xué)生圍繞鋰離子電極材料的回收展開(kāi)多種討論和探究，結(jié)合已有知識(shí)，查閱資料并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)了回收處理方案以解決實(shí)際問(wèn)題，并建構(gòu)了一般固體廢棄物的回收模型。課后，我們?cè)O(shè)計(jì)了學(xué)習(xí)任務(wù)單，將固體廢棄物的回收模型應(yīng)用到實(shí)際工業(yè)流程中。在主模塊的教學(xué)設(shè)計(jì)中，通過(guò)自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、動(dòng)手操作和總結(jié)梳理廢棄物回收利用的項(xiàng)自式學(xué)習(xí)模型，旨在提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性和主動(dòng)性，培養(yǎng)其社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

然而，本節(jié)課的設(shè)計(jì)電極材料的回收處理都是定性研究，沒(méi)有結(jié)合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)定量測(cè)定。我們可以進(jìn)一步考慮如何找到變量之間的關(guān)系，進(jìn)行定量計(jì)算，拓展學(xué)生的思維。同時(shí)，在課堂上，我們發(fā)現(xiàn)學(xué)生的設(shè)計(jì)方案仍存在局限性。因此，還應(yīng)多引導(dǎo)學(xué)生發(fā)散思維，引發(fā)頭腦風(fēng)暴，通過(guò)多種途徑達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康模岣邔W(xué)生解決問(wèn)題的能力。

四、結(jié)語(yǔ)

在新課程改革的大背景下，高中化學(xué)教學(xué)中的情境教學(xué)研究顯得尤為重要，它不僅是深化教學(xué)改革的關(guān)鍵一環(huán)，也是推動(dòng)“新課程”與“新高考”綜合改革順利實(shí)施的有效手段。教師應(yīng)清晰把握化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，將這些核心素養(yǎng)融人教學(xué)目標(biāo)，創(chuàng)設(shè)貼近學(xué)生生活實(shí)際、符合科學(xué)原理的情境。通過(guò)情境的創(chuàng)設(shè)，引導(dǎo)學(xué)生小組討論、實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)分析，自主構(gòu)建知識(shí)體系，深化對(duì)化學(xué)概念、原理的理解。情境教學(xué)后，教師應(yīng)組織學(xué)生進(jìn)行反思總結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生回顧學(xué)習(xí)過(guò)程，全面評(píng)估學(xué)生的學(xué)習(xí)成果和進(jìn)步情況。通過(guò)反思評(píng)價(jià)，教師可以及時(shí)調(diào)整教學(xué)策略，優(yōu)化教學(xué)設(shè)計(jì)，提升教學(xué)效果。

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責(zé)任編輯：黃大燦