基于背景教学理念的空中课堂教学设计

杨健

关键词：背景教学;空中课堂;海水提溴;化学学科核心素养;化学学科观念

背景教学是融合背景知识的教学。所谓背景知识，是学习内容形成或存在的自然或社会环境背景、历史背景、价值背景、领域层次属性、总体和逻辑背景（学科背景）以及教学背景等方面的知识，它们反映着知识在空间和时间维度上广泛的内、外联系。

背景教学是一种整体化的教学，强调知识内外的联系和整合，具有重要的教育意义。法国著名学者埃德加·莫兰从教育哲学的角度阐释了“背景”的重要意义，他认为“认识的进步与其说是由于特殊知识的精确化、形式化和抽象化，不如说是由于愈益能够把这些知识整合到它们的背景中和它们的总体中。因此，发展把知识背景化和整体化的能力变成对教育的绝对要求”。吴俊明教授指出，背景教学不仅有助于帮助学生认知，而且具有重要的教育意义。恰当的背景知识有助于在学科教学中立德树人，运用背景知识是学科教学立德树人的重要途径之一。

现以上海市“空中课堂”中“海水提溴”一课为例，对基于背景教学理念的课堂教学设计作一介绍。

1教学设计思路

1.1教学内容分析

“海水提溴”教学内容是在学习了氯的单质及其化合物性质的基础上进一步学习如何开发海水中的卤素资源，是学生形成化学工业制备和提取物质的一般原理和方法的优良载体，对深入认识卤族元素、理解卤素之间的相似性和递变性具有重要意义。根据《上海市高中化学学科教学基本要求（试验本）》，本节课的学习要求是：知道溴的常见物理性质，了解溴的重要用途;理解海水提溴的主要原理和过程，学会书写相关化学反应的离子方程式;通过海水提溴的学习，认识实际生产过程中物质提取的一般过程和方法。

1.2背景知识分析

1.2.1自然背景

溴及其化合物有良好的溶解性。地球上储量99%的溴主要以无机溴化物的形式存在于海洋中，故溴有“海洋元素之称”，整个大洋水体的溴储量高达100万亿吨，但是海水中溴元素的浓度仅为67mg/L。全球主要的溴资源分布区域及其含溴量为：死海（内陆盐湖），10000-12000 mg/L;美国阿肯色州地下卤水，5000-6000mg/L;印度盐湖，2600-3200 mg/L;中国山东莱州湾地下卤水，200-300mg/L。死海和美国阿肯色州地下卤水含溴量高、储量大：死海地區溴储量为10亿吨，美国地下卤水溴储量为1100万吨。中国溴产量位居全球第三，仅次于以色列和美国。山东依靠较丰富的地下卤水资源，生产了全国80%以上的溴，但是由于过度开采，山东地下卤水的溴浓度不断降低，濒临枯竭，由2001年的290mg/L迅速下降到200mg/L以下。

溴的自然背景揭示了溴元素在自然界中的存储和分布，在其背后蕴含着丰富的教育意义。

（1）溴的自然背景知识有助于形成正确的资源观，对溴元素的存在形式、总量、分布、开发、保护等方面形成全面的认识，对如何开采资源、利用资源、节约资源产生科学的观念。

（2）对资源分布状况的了解、分析是工业生产的起点，对于建构化工生产的一般方法具有重要意义。

（3）全球范围内易开采的溴资源主要掌握在西方国家的手中，我国溴资源的现状不容乐观，浓度低且日渐枯竭。由于地球上溴主要存在于海洋中，这一背景知识有助于学生理解为什么要大力发展从海水中提取溴。

1.2.2社会背景

溴是一种重要的基础性化工原料，目前人工合成的溴的化合物超过4500种。根据以色列化工集团发布的报告，溴素的各类应用占比为：阻燃剂约占40%、原料中间体与工业用溴约占30%、水处理剂等其他用途约占30%。含溴阻燃剂有性能和成本优势，是目前应用最广泛的阻燃剂，全球电子产品所用阻燃剂约80%是溴系阻燃剂。溴在医药上用途很广，陈芬儿院士主编的《有机药物合成法》中收录的257种世界首次上市的新药，合成工艺用到溴的就有108种。常见的三溴片可用于过度兴奋及神经衰弱（包括神经衰弱引起的头痛和失眠）的治疗。很多高效低毒的农药，如具有广阔市场前景的拟除虫菊酯类杀虫剂、杀螨剂中应用最广的溴螨酯、重要的除草剂溴苯腈，它们的生产都需要溴。大多数含溴消毒剂具有高效、低毒、易分解、无残留的特点，目前工业消毒剂市场溴类产品占有率已经超过了氯类产品。随着溴素需求的不断增加及卤水溴资源的日渐消耗，我国溴素生产已无法满足国内市场的需求，而溴素生产高度集中在西方寡头手中，我国进口来源单一，价格居高不下，面临被“卡脖子”的风险。

溴的社会背景展示了溴素在社会生活中的重要价值，在教学中有重要的教育意义。

（1）了解溴在国民经济和科技发展中的重要意义，深刻感悟化学在改善人民生活品质，推动社会进步方面的重大意义，揭示海水提溴的社会价值。

（2）目前我国溴素不能自给自足，需要大量进口且面临受制于人的背景，可以培养学生的社会责任感，提高对“为什么要发展我国制溴工业”的认识水平。

（3）丰富的溴产品与我们的日常生活和生命健康具有密不可分的联系，溴产业关键在于溴的深度加工和合理利用，不断提高溴的附加值，才能真正实现从制溴大国到制溴强国的转变。

1.2.3技术背景

海水提溴至今已有140多年的历史。1877年“以氯气作为氧化剂”的制溴工艺是现代制溴业的基础;1897年“以卤水为原料的水蒸气蒸馏法”实现了连续操作;1899年“空气吹出法提溴工艺”诞生。目前，溴提取技术有传统的水蒸气蒸馏法和空气吹出法（空气吹出酸液吸收法、空气吹出碱液吸收法），以及树脂吸附法、膜分离法、溶剂萃取法、超重力法、沉淀法等新工艺，见表1。

海水提溴的技术背景呈现了目前人类在化工生产及多数研究活动中所采用的提溴技术手段，对学生深度理解海水提溴有重要作用。

（1）海水提溴的技术背景回答了如何提溴的问题，展现了如何将化学原理物化成技术手段的过程，对技术素养的培养具有重要价值。

（2）人类在技术手段完善、优化、选择的过程中不断思考的减少污染、节约资源、降低能耗、提高经济效益等问题对形成化工过程绿色化的观念具有重要的教育意义。

（3）根据对各种制溴方法的对比分析，揭示不同制溴工艺的技术分歧主要集中在如何提取溴，由此进一步关注如何更高效、更简便、更经济、更环保地分离溴单质和水体方面的工艺研究，既有助于学生全面了解制溴的技术路线，同时还有助于培养他们聚焦关键技术的思维方式。

1.2.4学科背景

“海水提溴”为沪科版高一年级第一学期第二章第三节的第一课时，处于“开发海水中的卤素资源”的大背景中。第一章学习了原子结构及核外电子排布，第二章也已学习了海水晒盐的原理和方法、氯碱工业、氯的单质及其化合物的性质。这些内容是学习“提溴”的前置学科背景知识，具有重要意义：（1）通过海水中的主要元素含量及海水晒盐后的母液成分分析可以启发学生寻找“提溴”的原料;（2）氯和溴可通过原子结构的比较建立性质上的联系，强化“结构决定性质”的观念，培养宏观辨识与微观探析学科核心素养。

在本节之后将进一步学习“海带提碘…‘氯溴碘的活泼性比较”“氧化还原反应”“卤素离子的检验”等。这些内容是“海水提溴”的后置背景知识，要充分考虑“海水提溴”与之的关联：（1）通过比较溴和碘的原子结构，推测碘的性质，巩固“结构决定性质”的观念，进而通过类比形成“海带提碘”的思路，强化证据推理与模型认知学科核心素养;（2）通过推测、实验、归纳的方法研究氯溴碘的化学活泼性规律;（3）海带提碘中所涉及的化学反应原理是未来学习“氧化还原反应”和“离子反应”的绝佳素材。

“海水提溴”是典型的化工生产之一，化工生产的思想方法及一般模型也是其重要的学科背景知识，同时“海水提溴”也对其他化工生产的学习起到借鉴和启发作用。

1.3简要教学设计

基于学科教学内容和背景知识的分析，本节课在紧扣学科核心知识的基础上，充分发挥背景知识的育人功能，教学设计思路如表2：

2主要教學过程

2.1强化应用，导入新课

[图片]展示溴是一种重要的基础性化工原料，溴在阻燃剂、杀菌消毒剂、医药生产、石油开采等领域的重要用途。

设计意图：通过溴素在社会生活中的应用这一背景知识的学习，认识溴素在国民经济中的战略作用，揭示学习制溴工业的重要意义，激发学生学习的兴趣。

2.2提供背景，引发思考

[图片]展示全世界主要溴资源的分布情况及我国溴素主要产地山东溴资源的情况，见图1。

[教师]从全球范围来看，以色列、美国和中国是世界三大产溴国。死海的溴资源含溴量最高，美国阿肯色州地下卤水的溴浓度也达到了约5000mg/L。

[教师]我国的溴产业主要分布在山东，但是山东地下卤水的溴浓度仅有约300mg/L。

[图片]展示我国山东地下卤水资源日渐枯竭的现状，见图2。

[教师]由于大量开采，山东地下卤水的溴含量迅速下降，由2001年的290mg/L下降到2006年的177mg/L。目前，国内溴产量已不能满足需求，每年都需要从国外大量进口。因此，发展壮大我国的溴产业迫在眉睫。

[教师]我国溴产业的发展路在何方？出路有两条：一是寻找和以色列、美国一样的高浓度溴资源;二是由于地球上储量99%的溴分布在海洋中，发展海水提溴技术具有重要的现实意义。

设计意图：通过对全球和我国溴产业现状的剖析，认识到我国制溴业所面临的困境，揭示为防止被西方“卡脖子”，发展具有核心知识产权提溴技术的必要性和紧迫感，厚植爱国主义情怀。感悟化学学科对解决国家和民族在发展过程中遇到的问题所起到的不可替代的作用，引发学生思考如何以海水为资源发展我国的制溴产业。

2.3实验探究，巩固新知

[图片]海水中主要元素的含量图。

[教师]海水中溴元素的含量仅为67mg/L，浓度很低，而且主要以溴离子形式存在。

[思考]如何从海水中提取溴？

[教师]由于海水中溴的浓度很低，所以必须要将海水浓缩。溴在海水中主要以溴离子形式存在，所以需要将溴离子转化成溴单质，从成本等因素综合考虑，工业上通常用氯气来氧化溴离子。

设计意图：通过对教材中溴元素自然背景知识的学习，了解海水中溴元素的含量和存在形式。理解海水中提溴需要“浓缩”和“氧化”两个步骤，从而为后续的学习打开思路，帮助学生建立起海水提溴方法的认知结构模型。

[演示实验]氯水氧化溴化钠溶液并用四氯化碳萃取，观察现象并书写离子方程式。

[教师]讲解萃取的定义和选择萃取剂的原则。

[课堂练习]（1）在3mL溴水中，加入1mL四氯化碳，振荡、静置后，观察试管里的分层现象。（2）能否用酒精将溴从溴水中萃取出来？为什么？

設计意图：使学生理解通过氧化的方法将溴离子转化成溴单质，培养学生根据证据推理逐步形成变化观念，发展学生的学科核心素养。通过课堂练习和变式训练等巩固新学知识，加强对新知识的理解和应用。

2.4问题引领，建构模型

[图片]溴水、溴的四氯化碳溶液。

[教师]通过浓缩和氧化两个步骤后得到溴单质的水溶液，要将溴单质从水溶液中提取出来需要认识溴单质的性质。讲解溴的颜色、密度、溶解性、易挥发性等物理性质。

[教师]物质的结构决定物质的性质，溴是35号元素，画出溴原子的原子结构示意图。

[图片]溴原子和氯原子的原子结构示意图。

[教师]溴原子共有4个电子层，最外层电子数为7，与氯原子相似，都容易得到1个电子形成稀有气体型的稳定结构，所以它们的化学性质相似。但是溴原子的电子层数比氯原子多1层，原子半径比氯原子大，因此溴和氯的化学性质还是存在一些差异的。

设计意图：通过对溴的性质和溴原子结构的认识为后续探讨如何从溴水中提取溴单质做铺垫，同时强化结构决定性质的化学观念。

[教师]在浓缩海水中通人适量的氯气得到溴的水溶液，接下来请同学们思考如何从海水中进一步提取溴单质呢？

[教师]可以利用溴单质易挥发的性质，鼓入热空气或者水蒸气，使溴挥发出来，冷凝后就得到粗溴了。由于水蒸气蒸馏法要求溴的含量高才有经济效益，而我国的溴资源溴的含量普遍较低，所以目前我国生产溴的方法中，水蒸气蒸馏法约占溴产能的10%，其余90%都为空气吹出法。

[教师]也可以利用溴单质易溶于有机溶剂的性质，通过有机溶剂萃取得到溴单质。但是萃取效率高、毒性小、来源广、价格便宜的萃取剂还在寻找之中，所以这种方法目前还未形成大规模工业化生产。

[图片]文献截图展示离子交换树脂法、膜分离法、沉淀法、超重力法等海水提溴的最新方法。

[学习任务]课后认真查阅相关文献，详细了解各种提溴方法的优势和不足，掌握提溴技术的最新进展。

设计意图：通过实验、图片展示和物理性质等的背景铺垫以及鼓入热空气或水蒸气、萃取法等方法的比较，加强学生分析、思考的能力，认识到化工生产过程中需要考虑经济效益、环境保护等诸多实际问题，形成绿色化学的理念，建构海水提溴的“浓缩、氧化、提取”的认知模型。通过海水提溴最新方法背景材料的学习，了解海水提溴最新技术背景，拓展学生视野，培养技术观念。

2.5小结回顾，深化主题

[教师]小结从海水中提取溴单质的方法，从中可以看出化工生产的一般步骤，共分为三步：海水中溴的浓度很低，需要将海水浓缩，这是在为生产原料做准备;海水中的溴以离子形式存在，需用氧化剂将溴离子氧化成溴单质，这是该化工生产的主要反应;利用溴单质易挥发的性质，通热空气或者水蒸气进行提取，得到粗溴，这是对反应产物的加工。

[问题]如何将粗溴进一步精制得到高纯度的溴呢？

[图片]海水提溴的流程图。

[小结]这节课我们学习了海水提溴工艺流程的设计。从资源到产品，关键是要思考如何从复杂的体系中将目标产物转化并提取出来。尽管工业生产的实际过程非常复杂，但是大多数化工生产所面临的问题从本质上是相似的，需要重点考虑浓度和纯度的问题。有时原料中目标物含量太低，需要对原材料进行合理的加工，想办法提高目标物的浓度，也就是富集的过程。当主反应完成后，接下来就是如何从一个复杂体系中提取产物了，实际上就是产物与其他杂质分离，属于分离提纯的问题。在转化的过程中还要充分考虑环境保护、原料利用率、设备投入、能源消耗、经济效益等诸多实际问题。

设计意图：总结本节课的主干知识，为化工生产的学习建立一般的认识模型，明确化工生产需要解决的主要问题和思考的方向，为以后学习类似化工生产的主题提供背景知识。

2.6作业巩固，阅读提升

（1）整理海水提溴的主要流程及相关化学方程式。

（2）教材配套练习册P15第1-2题、第5-6题、第9题。

（3）阅读相关背景资料，了解海水提溴的新方法、新技术;查找碘的背景资料，了解其存在、用途、制备等信息。

设计意图：巩固并梳理课时学习内容，通过对背景材料的阅读加强对海水提溴新技术的理解。通过对碘的背景材料的查找和阅读，培养学生获取信息的能力，为制碘工业的学习储备必要的背景知识。

3教学反思

3.1背景教学要求教师具有丰富的学科背景知识

背景教学所需的背景知识涉及知识背后的多种隐性因素，如知识的自然及社会（人文）性背景要素、知识的生成性要素、知识的实践性内涵以及知识的拓展性内涵等。对于科学知识而言，不仅应当了解其科学发展的历史、解释自然现象过程中所起的作用、在当今社会生活中的应用、未来发展的态势及其转化成技术手段的原理，而且应当清楚地定位其在学科体系中所处的位置及与其他知识间的联系，甚至在人类整体知识体系中的地位及其与其他学科知识间的关联。

这对教师提出了较高的要求，教师不但要具备深厚的学科知识，还要不断学习、接收新知识以满足不断变化的时代要求。备课不能仅仅准备教材上的知识，而应以教材知识为核心，充分联系科学史、科学方法、学科知识体系、社会生活，使得核心知识之间产生内在的有机联系，发展学科核心素养，真正实现整体化的教学。

3.2背景教学的关键是对背景知识进行深度加工

背景知识从内容来说涉及方方面面，从时间跨度来说既联系知识发展的过去，对接当今时代知识的应用，还面向知识发展的未来。在时间有限的课堂内显然无法包罗万象，所以在教学中背景知识必须要进行深度加工，要脉络清晰地呈现知识间复杂的联系，还要重点突出，详略得当。

背景知识的深度加工包含对背景材料的选择和加工，以及呈现背景知识的方式和过程设计。在“海水提溴”一课中，首先呈現社会背景和自然背景，用简洁的语言突出溴的重要价值和我国制溴工业所面临的困境，使学生明白“为什么要提溴”“为谁提溴”，从而增强社会责任感，使学生的个人成长与民族的复兴使命紧密相连，培养其理想信念和责任担当。在课的主体环节，将技术背景和学科背景自然地融入教学过程，既落实主干知识，又通过背景知识的学习增强知识间的联系，培养了学科核心素养。

3.3学科阅读是推动背景教学的有效方法之一

在时间有限的课堂内，无法真正全面展现学科知识背后丰富的背景知识。要使学生能充分感悟知识背后隐性的知识内涵，大力开展学科阅读，培养学生获取、筛选、加工信息的能力是推动背景教学的有效途径之一。

学科阅读可以由教师指定参考书目在一定时间内作为长作业供学生学习，丰富学科背景知识;也可由教师根据自己对单元或课时内容的研究组织背景材料供学生课前预习，或在课堂中作为学习材料帮助落实课堂教学目标;还可安排作为课后拓展阅读。学科阅读作为课前预习作业，由学生自己寻找阅读材料，然后课堂上开展交流分享，增强学生自主获取信息和语言表达交流的能力。

3.4背景教学的课堂应当具有丰富多样的连接点

背景教学的有效落实主要还是在于课堂，背景教学的关键是要在课堂上通过背景知识建立核心知识之间的联系，从而通过整体的教学发展学生的学科核心素养。要建立起这种联系，关键是要以核心知识为中心找到其与学生已有知识、未来将学知识、自然背景、社会背景、历史背景等背景知识的链接点，特别是那些具有立德树人重要教育意义的背景知识。

所以，课堂中一定要注意通过丰富的活动设置核心知识与背景知识的链接点。如课前可以通过知识回顾、画思维导图、学生演讲等手段来唤醒学生已有的背景知识;课中可以通过带着问题的背景材料阅读、师生对话、小组讨论等方式来强化核心知识间的联系及在社会中的应用;课后通过巩固练习、文本阅读等方法来衔接未来所学的内容。总之，背景教学要求课堂教学具有很强的开放度，留有链接背景知识的各种可能性，真正实现联系过去、联系现在、联系未来;联系自然、联系生活、联系社会;联系已学知识、联系未学知识、联系其他学科知识。

3.5基于背景的情境设计是深化情境教学的要义

背景教学和情境教学有相似之处，但它们的侧重点不同。狭义的背景教学是指自然及社会（人文）背景知识的教学，自然及社会情境是情境教学中常见的情境，所以两者容易产生混淆。背景教学重在联系，形成整体认识，在背景知识的学习过程中发挥学科育人的功能。情境教学重在应用，在特定的情感氛围、认知和实践环境的综合体中，产生“学在其中”的学习体验，从而有利于激发学习兴趣，促进学生学习。

背景教学和情境教学不能非此即彼，而应当相互配合，共同促进学习水平的提升。与学生生活最密切相关的背景教学应当情境化，在对背景知识的挖掘、重组、设计的基础上创设真实问题情境帮助学生提高知识的应用水平，以适应未来真实生活的挑战。教学情境的创设应当基于核心知识的背景知识，以丰富背景知识作为重要使命之一，从而深化情境教学。