基于真实问题情境的高中化学教学设计——以“从海水中提取溴和碘”为例

◎ 赵春梅

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称《2017版课标》）建议教师在化学教学与评价中应紧紧围绕“发展学生化学学科核心素养”这一主旨，优化教学过程，有效提高教学质量，发展素质教育，落实立德树人根本任务。［1］笔者以“从海水中提取溴和碘”的第一课时为例，进行了“素养为本”的教学实践。

一、教学要求分析及目标确定

“从海水中提取溴和碘”是高一上册《化学（试用本）》（沪科版）第二章第三节的内容。本节课主要内容包括：溴、碘单质的物理性质；氯气置换溴、碘单质；萃取；海水提溴和海带提碘流程设计。学生可以在“海水提溴和海带提碘”工业生产的真实情境中感悟物质转化观念；构建从自然界提取化学物质的一般流程；构建 “原料去杂浓缩、产品富集精制、物质循环使用、资源就近利用” 等重要技术思路。

笔者任课班级学生知识较扎实，高中已经从化合价变化及电子转移视角进一步认识氧化还原反应；对化学学习有较大的兴趣、较强的求知欲望。但是，学生读取和筛选文字、图表等信息能力不强；在工业生产情境中，多角度、辩证地分析解决问题能力薄弱；尤其是还没有学过运用所学知识解决特定条件下提取物质的化工流程设计。

基于内容及学情，笔者制定了本节课的四个教学目标：①理解海水提溴和海带提碘的原理并描述其提取步骤；理解“萃取”概念并初步学会萃取操作。②通过海水提溴和海带提碘中核心问题的探究与解决，学会基于证据进行逻辑推理，感悟科学、技术与社会生活的紧密联系。③通过海水提溴和海带提碘的流程设计，初步学会“工业提取物质的一般流程”模型建构。④了解我国发展海洋强国的战略思想，增强社会责任感和使命感。其中，教学目标②和③ 是重点和难点。

二、教学设计思路

《2017版课标》倡导“素养为本”的教学。《上海市高中化学学科教学基本要求（试验本）》指出，在认识化工生产原理的基础上，感悟技术设计能力是技术创新和实践能力的重要组成部分，应关注化学与技术、社会、环境的联系。［2］

本节课内容是学生第一次接触化学知识与工业技术的融合，基于“发展学生核心素养”的教学理念，设置真实的情境，提出核心问题，体验问题解决手段的多样化，在问题解决的基础上，进行海水提溴和海带提碘工艺流程设计，并对比分析，构建工业提取物质的一般流程，落实重难点。

本节课的教学流程如图1所示。

图1 教学流程

三、教学主要过程及分析

（一）课题引入

【视频引入】溴在自然界中的存在及用途。

【投影】溴及其化合物的用途（见图2）。

【过渡】今天我们一起来研究从海水中提取溴和碘，先来研究海水提溴，为什么要提取溴？为什么要从海水中提溴？

设计意图：激发学生对本节课的学习兴趣，认识元素化合物知识在现实生活中的意义。

图2 溴及其化合物的用途

（二）探究过程

【过渡】从视频中我们了解到：因为溴及其化合物用途广泛，所以要提取；因为99%的溴元素以离子状态存在于海水里，所以要海水提溴。那么，工业上如何实现海水提溴？ 请同学们根据学习单上的相关资料，讨论完成任务一的三个问题。

【资料】提供的资料有：世界各地制溴原料浓度及含溴量表格；海水和卤水中溴的含量；常见氧化剂价格；卤素单质的物理性质；流程图的结构；山东海化集团实现“一水六用”打造海洋化工循环经济。

问题一：如果你是企业家，会把生产溴的工厂建在哪里？

问题二：如何将海水中的溴离子转化为溴单质？

问题三：提溴后的母液如何处理？

【过渡】工业上海水提溴有哪些流程？

【视频】工业提溴。

【板书】根据视频以及化工流程示意图，师生共同归纳“ 海水提溴流程图”。

设计意图：三个问题围绕学科观念建构而设计，环环相扣，让学生经历一个工艺设计师的思维过程，达到对化学问题的深层理解，形成学科知识与工艺并举、科学与技术交融的学科思想。三个问题及追问组成的“问题链”是明线，问题承载的“技术思路”为暗线，双线并行，达到对化学问题的深层理解，不断概括提炼形成可迁移的化学学科观念性知识，详见图3。

然后，以“工业制溴”视频和“化工提取物质流程示意图”为支架，学生自主构建“海水提溴”流程图，从而形成学科知识与工艺并举、科学与技术交融的学科思想。

图3 问题线索和技术思路线索

【过渡】谈到溴的发现，不得不提到两位化学家：巴拉尔和李比希，阅读化学史话“巴拉尔发现溴和李比希的遗憾”。巴拉尔是在研究海藻提碘时偶然发现的溴，那么碘是怎么提取的？

【资料】从海带中提取碘的原理及流程，提供的资料有：化学史话“巴拉尔发现溴和李比希的遗憾”；海带提碘问题支架；教材中学生实验“从海带中提取碘”文字描述；海水和海带中碘元素的含量；常用有机溶剂物理性质；溴和碘在不同溶剂中的颜色。

设计意图：巴拉尔发现溴的过程中，不仅包含着证据推理等科学精神，还包含着海藻提碘的过程，承上启下。

（三）类比迁移

问题一：原料为何选择海带、海藻？

问题二：为什么要把海藻烧成灰？

问题三：海带提碘原理是什么？

问题四：如何从碘水中提取碘单质？

【学生实验】萃取碘水中的碘。

【提问】你看到了什么现象？ 根据实验总结，要想成功萃取，两种溶剂之间以及溶质与溶剂之间要满足什么条件？

【练习】类比海水提溴流程图，请在学习单上画出海带提碘流程图。

【巡视】教师巡视，拍照投屏。

【评价】评价流程图。

【板书】海带提碘流程。

设计意图：通过化学史话“巴拉尔发现溴和李比希的遗憾”设置情境，学生在感悟证据推理、实验求证等科学精神的同时，跟着科学家的脚步，转入海带提碘的探究，分析资料探究解决四个核心问题。在此基础上，类比海水提溴，设计海带提碘的工艺流程，实现能力迁移的目的。同时进一步感悟科学、技术与社会生活的紧密联系。并通过实验，感悟要想萃取成功，萃取剂和溶质、萃取剂和溶剂必须满足的条件，理解萃取概念，初步学会萃取操作。

（四）归纳总结

【提问】比较海水提溴和海带提碘流程，总结它们的共同点。

【板书】工业提取物质的一般流程。

设计意图：通过两个工艺对比方式，帮助学生形成“自然资源提取常见化学物质”的一般思路、方法和观念性认识；初步学会“工业提取物质的一般流程”模型建构。

（五）拓展提升

【过渡】海洋是资源宝库，我国对海洋资源的开发和利用越来越重视，我们一起来学习习近平总书记在青岛海洋科学与技术试点国家实验室考察时的讲话。

【视频】习近平总书记考察时的讲话。

【讲述】今天我们学习了海水中提取溴和碘的技术，关心海洋、认识海洋、经略海洋，还需要更多、更新的技术，这需要大家共同努力，为海洋强国的实现贡献自己的一份力量。

设计意图：了解我国发展海洋强国的战略思想，增强社会责任感和使命感。

（六）学以致用

【讲述】海洋是一个资源宝库，目前，从海水中提取的两类物质已形成产业。一类是陆上含量极少，只能从海水中提取的物质，如溴和碘等；另一类是海水中含量较高、提取比较容易，而且成本也不高的物质，如镁和钾等。如何从海水中提取单质镁？课下请大家依据资料设计海水提镁的流程。

设计意图：继续以海洋为背景，设计“从海水中提取镁”，进一步加深学生对化工提取物质的一般流程的认识。

四、教学反思

（一）对教法和学法的总结

本节课采用“任务驱动问题解决”的教学方法，组织学生开展“分析推理、实验感悟、小组合作”等学习活动，详见图4。

（二）设计特点

图4 本节课教法和学法的推进思路

海水提溴和海带提碘同中有异：原理相似、流程相仿，浓缩提纯细节不同；异中有同：浓缩提纯方法都是由物质性质决定的，体现了物质性质在工业生产中的作用。本节课充分挖掘内容承载的育人价值，整合资源，在真实情境中，用任务驱动、问题解决的教学方法，以问题为起点，通过推理、设计、对比的学习方法，构建化工提取物质的流程模型，形成元素观、转化观、技术观等观念性认识。

（三）目标达成

为了帮助学生克服第一次接触化学知识与工业技术融合的陌生感，发展学生的化学学科核心素养，本节课以真实问题情境为载体，设置了视频情境、问题情境、史料情境、信息情境、图式情境、时代情境，设计了“为什么提溴？如何提溴？怎样发现的溴？如何提碘？自然资源中如何提取物质？海洋强国战略是指什么？”六个课题，安排了“探究海水提溴、探究海带提碘、构建化工提取物质一般流程”三项任务。学生在真实问题情境中，在任务驱动下，以一个企业家的身份，在问题解决及模型构建过程中，通过观看感悟、推理归纳、实验类比、小组合作、交流讨论等学习方式，感受到“从化合物到单质”物质转化所蕴含的原理性知识在工业生产中的核心作用，感受到物质性质对工艺的影响，体会到知识与工艺并举、科学与技术交融，了解到我国发展海洋强国的战略思想，感受到肩负的责任与使命。通过提问与点评、生生交流、小组汇报交流、课后调查、作业反馈等方式，评价学生的学习效果，从中可以得出，学生在这节课中学会探究、学会思考、学会方法、有了思想感悟；掌握知识、提高效率、推进思维、发展了素养。

五、进一步思考

实现“素养为本”的教学，关键是教师要更新理念和观念，并积极开展教育教学实践。

（一）要确立以核心素养为导向的教学观念

观念是行动的指南，“素养为本”的教学实践必须从教学观念的转变、更新开始。核心素养导向的教学必须确立三大基本理念：基于立德树人的教学是就教学方向而言的，真正的教学是教人，而不是教书，学科教师不是教学科，而是用学科来教人，这是培育学科核心素养首先必须确立的教学观念；基于课程意识和学科本质的教学是就教学内容而言的，教学不能只停留在“学科表层”（现象），而应进入“学科深层”（本质），要有课程的高度、课程的视野；基于学生学习的教学是就教学主体而言的，学是教学的出发点、落脚点，教学的中心、重心在学而不在教，教学应该围绕学来组织、设计、展开。基于学生学习的教学不仅是教学本质的体现，也是学生形成学科核心素养的必然要求。［3］教育部部长陈宝生在2017年全国教育工作会议上明确强调，要“建立以学习者为中心的人才培养模式”。把教学关系变革提高到人才培养模式的高度，这对我们推进“素养为本”的教学具有重要的指导意义。

（二）需要增强效能感

研究发现，预测教师对学生影响程度的最有效的一个指标就是教师对自己教学行为所导致变化的看法，这种看法称为教师效能感。如果教师认为学生的成功与否完全取决于天赋、家庭环境或者教师无法控制的其他因素，那么这些教师的教学表现就很可能不同于那些认为自己的努力对学生的成功至关重要的教师。效能感强的教师更倾向付出持续的努力，知难而进，竭尽全力地使每个学生都成功。［4］效能感强的教师，会主动转变教学观念，抛却师道尊严，做到与学生真正平等地对话交流，营造教与学之间宽松、民主、和谐的氛围，为师生互动创造良好的条件；会在教学实践中积极创设真实问题情境以及开发多样的学生活动，创设师生互动的契机；会重新审视课程，探索新的教学活动和课程选择，以便为不同类型的学习者提供互动机会，为其成功的人生奠定基础；会建立起科学而先进的质量观，摒弃以往单纯以学生的考试分数来衡量学生学习效果的做法。