基于新课程标准的高中化学教学设计优化策略

徐龙胜

摘要：根据化学新课标，以“无机非金属材料的主角——硅”教学设计为例，提出教学目标由“三维目标”向“核心素养”转变、教学过程由“知识为本”向“素养为先”转变、作业设计由“知识识记”向“知识获取”转变的三种教学设计优化策略。

关键词：新课标;优化策略;二氧化硅;教学设计

文章编号：1008-0546（2018）12-0065-05 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.022

2003年教育部印发的普通高中课程标准实验稿，为我国普通高中课程改革的实践提供了指导，为基础教育质量的提高作出了积极贡献。然而，随着信息社会的高速发展，普通高中课程标准实验稿已经难以满足新形势下我国人才培养质量的要求。2013年，教育部启动了普通高中课程修订工作，并于2018年颁布了各学科修订版的课程标准，如《普通高中化学课程标准（2017版）》（以下简称“新课标”）。

化学新课标介绍了化学课程性质和基本理念，提出了高中化学学科核心素养与课程目标，对课程结构和课程内容进行完善，并提出课程学业质量内涵及其评价实施建议。依据新课标对高中化学教学进行优化，对深化课程改革、提升高中化学教育品质具有重要的意义[1]。本文以“无机非金属材料的主角——硅”为例，拟从教学目标、教学过程、作业设计等三个角度对高中化学教学设计进行优化。

一、基于新课程标准的高中化学教学设计优化策略

1.教学目标优化——由三维目标向核心素养的转变

新课标与原课标（实验稿）相比最大的亮点在于其凝练了学科核心素养。从“三维目标”到“核心素养”，体现了新一轮课程改革倡导的教育目标由“教书”走向“育人”的转变。“三维目标”体现学科的内在价值，而“核心素养”则强调知识技能的正确获取方式，“核心素养”既是对“三维目标”的传承，又是“三维目标”的提升和发展。核心素养实现了知识与技能、过程与方法、情感态度价值观的有机整合，同时，核心素養比三维目标更具有可操作性。

以“无机非金属材料的主角——硅”的教学设计 [2]为例，常见三维目标设计为：

（1）了解硅元素在自然界中的存在形式。

（2）知道二氧化硅的物理性质;了解二氧化硅与氢氟酸、碱性氧化物、强碱的反应。

（3）了解硅酸的主要化学性质，初步学会硅酸的制备方法。

该教学目标主要体现了教学过程中对知识与技能的要求：如Si的存在形式、SiO2的物理性质以及某些反应（化学性质）。这样的教学目标过于注重知识的识记而忽略了知识的获取过程，难以通过知识的获取过程培养学生的探究能力、思维能力，发掘其育人价值。因此，有必要通过“核心素养目标”在“三维目标”的基础上进行优化补充，对教学过程的各个环节的价值功能进行细化，并提出具体素养培育目标。

2.教学过程优化——由知识的识记到知识的获取方法的转变

元素化合物知识常按照“结构-性质-用途”模式展开教学，如SiO2的常见教学设计思路如图1所示。

该思路有助于学生形成“宏观—微观—符号”三重表征的化学思维，对该元素化合物知识形成较为深刻的认识。然而，在该教学程序实施过程中，我们往往过于强调知识的本身，缺乏拓展延伸和迁移应用，难以应对真实情境中的问题。“授人以鱼不如授人以渔”，基于新课标的教学设计应在原有教学程序的基础上，强调知识的获取方法。例如设计“SiO2性质的预测与验证”探究活动，可培养学生的核心素养——证据推理，并用于类推SO2、SO3等物质的性质，该学习方法甚至可以推广应用到大学元素化学的学习。

3.作业设计优化——由解题技巧向知识应用转化

现行化学教学模式下，多数化学作业以巩固知识为目的，仅仅停留在应试的层面上。为了让学生在考试中取得好成绩，很多教师搜集或编制与高考有关的化学作业题目，让学生机械地完成作业训练。这样的作业会让学生只会做题却不会应用知识，丧失问题意识和探究欲望，很明显是不符合新课程的教学理念的   [3]。

基于新课标的化学作业设计，其宗旨应当为核心素养而非解题技巧，测试情境应当为真实的、有意义的而非虚拟、无意义的;测试任务应当是学生能够灵活运用所学知识解决实际问题而非死记硬背知识却与生活脱节的。通过作业设计的优化，让学生逐步形成“能够适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力”。

二、基于高中化学核心素养培育的“无机非金属材料的主角——硅”教学案例

1.基于核心素养发展的教学目标设计

相对于三维目标，核心素养的超越更多体现在“操作性上”，因为素养是可测的、有阶段性的、有水平层次差异的  [4]。在确定教学目标时，可以以三维目标（主要为知识技能目标）为载体，在知识技能的学习过程中，将对学生总体的素养期望融入其中，并据其选择教学活动方式  [5]。如基于高中化学核心素养培育的硅的教学目标设计如下：

2.基于化学核心素养的教学活动实施

新课标解读：高中化学核心素养应当反映出社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求。因此，根据《党的十九大报告》、《政府工作报告》等报告文件内容进行真实情境的创设，使学生明确国家政策、方针，树立社会主义核心价值观，激发学生的爱国主义热情，并且让学生习得的核心知识、育成的核心素养能够更好地应用于建设有中国特色的社会主义。

新课标解读：新课标在“课程内容——化学与社会发展”中提议使用“陶瓷、水泥、玻璃、光导纤维和单晶硅等无机非金属材料”“从沙子到单晶硅”等情境素材。化学来源于生活，化学也应当用于解决生活中实际问题。通过生活中常见的沙子的感性认识作为知识出发点，认识到“从沙子到单晶硅”的转化过程中，化学科学所起到的巨大作用。此外，通过“看一看”、“闻一闻”等活动，使学生的实验观察能力得到训练。

新课标解读：“证据推理与模型认知”、“宏观辨识与微观探析”是化学核心素养的重要组成部分，以上教学设计通过比较SiO2与CO2的结构模型，让学生认识SiO2特殊的微观结构，并根据结构预测出SiO2的性质（包括物理性质）和在一定条件下可能发生的化学反应，让学生能从宏观和微观结合的视角对物质及其变化进行分类和表征，形成“结构决定性质”的化学核心观念，充分体现了学生的化学核心素养培育目标。

新课标解读：新课标提出“能从不同视角对纷繁复杂的化学变化进行分类研究，逐步揭示各类变化的特征和规律，能够预测在一定条件下某种物质可能发生的化学变化”。分类法是化学学科学习的重要方法，将SiO2的组成与CO2组成进行比较，使学生从熟悉的CO2的性质出发，举一反三，预测出SiO2可能的化学性质。

“实践是检验真理的唯一标准”，通过结构预测得出的SiO2的性质还需要实验验证，但是SiO2与NaOH溶液反应速率非常缓慢，所以设计创新实验“利用数字化传感器测定SiO2与NaOH溶液反应pH值的变化”让学生更易观察到实验现象（见图2），通过该探究活动，让学生有机会使用信息化工具解决化学实际问题，适应信息社会的发展。

新课标还要求学生“能根据物质的性质分析实验室、生产、生活及环境中的某些常见问题，说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法”。上述教学设计中，通过氢氧化钠溶液的保存方法，酸、碱式滴定管构造的不同让学生学到的知识能够应用到实际问题中，强化“结构决定性质，性质决定用途”的化学核心观念。

新课标解读：新课标要求“能从元素价态的角度，依据氧化还原反应原理预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象”。通过对SiO2中Si元素的价态分析，学生认识到二氧化硅的氧化性，从而可以选择还原剂还原SiO2来制取Si，实现“沙子到单晶硅”的转变。尽管中学教材只涉及到SiO2与C的反应，但是学生会想到更多的还原剂，如H2、活泼金属单质等，我们应当引导学生通过查阅相关教材或者文献来证实或者证伪自己的假设，此举不仅可以维护学生的求知欲，也让学生能够通过该探究过程掌握基本的科学研究方法，形成严谨的科学态度。

新课标解读：新课标还要求学生能够“设计常见的物质制备、分离、提纯、检验等简单任务的方案”。学生根据分类法很容易预测出硅酸可能具有的弱酸性，在此基础上，引导学生设计实验验证硅酸的弱酸性，并對实验方案进行评价和优化，从而培养学生的科学探究能力。

新课标解读：新课标尤其注重知识的实际应用，要求学生：“能说明常见元素及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响”，所以在元素化合物的学习中，要引导学生根据物质的性质去预测物质的应用，使知识转化为生产力。上述教学设计中，通过设计“烧一烧”、“粘一粘”的实践活动，让学生亲身体验到硅酸钠的粘性和防火性，从而得出其作为粘合剂和木材防火剂的用途，让学生意识到学习化学知识是为解决生活实际问题，化学知识应当应用于造福人类。

3.基于新课标的作业设计

新课标对学业水平测试试题同样做出了要求，要求构建以化学学科核心素养为导向的命题框架 [7]。

鉴于此，本节内容可以设计作业如下：

材料1：不同形态不同纯度的硅制取方式各有不同，具体方法如下：无定型硅可以通过镁还原二氧化硅的方式制得。实验室里可用镁粉在赤热下还原粉状二氧化硅 [8]。

问题1：请说明为什么用镁粉和粉状二氧化硅？

问题2：请写出该过程的反应方程式，并说明要完成该实验，需要控制哪些条件？

问题3：制取的Si中有哪些杂质？请说明除杂的实验操作。

材料2：晶体硅可以用碳在电炉中还原二氧化硅制得。工业上生产硅是在电弧炉中还原硅石（SiO2含量大于99%）。使用的还原剂为石油焦（石油的减压渣油，经焦化装置，在500～550℃下裂解焦化而生成的黑色固体焦炭）和木炭等。使用直流电弧炉时，能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低（0.3%～0.8%），采用质量高的硅石（SiO2大于99%），可直接炼出制造硅钢片用的高质量硅。电子工业中用的高纯硅则是用氢气还原三氯氢硅或四氯化硅而制得。高纯的半导体硅可在1200℃的热硅棒上用氢气还原高纯的SiHCl3或SiCl4制得。超纯的单晶硅可通过直拉法或区域熔炼法等制备。

问题1：根据以上信息，试画出SiO2制备单晶硅的流程并写出相关反应方程式。

问题2：查阅资料，初步认识晶体的基本知识，并了解直拉法。

新课标解读：以上作业以实验室和生产实际中通过SiO2制取Si的方法为知识背景，结合高中知识，创设真实的、有意义的测试情境。材料1中的作业设计可以帮助学生对高中所学内容进行补充完善，提升知识应用能力，同时训练了实验条件的控制等基本实验思想;材料2中的作业设计则要求学生通过类比迁移、查阅文献等方法提升自学能力。以上作业的设计不仅促进了学生的思考、推理和判断能力的发展，也有利于培养学生的科学态度和社会责任。

Si在材料科学中具有重要作用，在必修课程《主题5：化学与社会发展》中对Si、SiO2做出了相关要求和教学建议，但是SiO2、硅酸与硅酸盐等知识已经不属于新课标要求的基本内容，而正因为其知识要求等级的降低，我们在教学中才可以更好地放开手脚进行“素养为先”的化学教育，可以让学生通过本节课的学习，掌握元素化合物学习的基本方法：分类法、氧化还原反应分析法，形成探究思维：结构预测性质，实验检验性质，性质推导应用。通过该内容学习过程习得的核心素养，再用于学习SO2、H2SO3等物质的性质，使学生在学习过程中举一反三，融会贯通，真正做到学习方式的转变，养成符合新时代要求的创新精神和实践能力。

参考文献

[1][7]  中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]  张艳艳.无机非金属材料的主角——硅的教学设计及反思[J].中学化学教学参考，2015（1）：32-33

[3]  陆国志，张秀琦.高中化学有效作业的设计与评价[J].中学化学教学参考，2014（3）：68-71

[4]  王星乔等.基于化学核心素养的教学设计——以“铁及其化合物的应用”为例[J].化学教学，2017（5）：51-55

[5]  蒋永贵.指向核心素养的学习目标研制[J].课程·教材·教法，2017（39）：29-35

[6]  吴国庆等.无机化学[M].北京：高等教育出版社，2002

[8]  金属百科工作组.硅的制取及硅片的制备[EB/OL].http：//baike.asianmetal.cn/metal/si/extraction.shtml，2014-04-10/2018-05-21