“素养为本”的高阶思维课堂教学设计——以“硫及其化合物”的教学为例

温州大学化学与材料工程学院（325035） 黄 丽 陈迪妹 叶剑强

随着基础教育课程改革的推进，化学教学专家对化学教学理念进行了一定程度的改革和调整，其中最引人关注的便是“化学学科核心素养”的提出。《普通高中化学课程标准（2017 年版）》［1］中就提到了“化学学科核心素养”，并将其分为“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”，这体现了当代社会对高素养、综合型人才的需求。本文以“硫及其化合物”的教学为例，基于化学学科核心素养对该课进行设计与实施的。

一、教学理念

目前，学生的化学学习大多停留在浅层，学生只是被动地接受知识，虽然也开展了自主、合作、探究等学习，但只关注知识的外在形式而忽略了精神本质，并不能真正理解知识［2］。要落实“素养为本”的教学，必然离不开深度学习和高阶思维的发展。

深度学习是指学习者在理解知识的基础上，积极主动地、批判性地学习新知识和新思想，并将它们融入自身原有的认知结构，从而进行有效的知识迁移和问题解决的一种学习［3］。深度学习同时也是一种基于高阶思维发展的理解性学习，二者共同助力学生学科核心素养的发展。

“硫及其化合物”属于元素化合物知识内容。要想通过该主题内容的学习促进学生学科核心素养的发展，必须上升到化学学科的核心观念层面，让学生能够从整体视角去学习新内容。“价类二维图”为元素化合物知识的学习提供了一种新的视角，即从物质的分类和元素的价态去分析某元素及其化合物的性质和用途。本节课的教学正是在“结构决定性质，性质决定用途”总体思路的引导下，嵌入“物质分类”和“元素价态”的学科思想，促进学生深度学习，从而培养学生的化学学科核心素养和高阶思维。

二、教学设计

（一）教材分析

1.主要内容

“硫及其化合物”是人教版化学教材第二册第五章第一节第一课时的内容，具体包括硫单质、硫的氧化物（SO2和SO3）的性质以及它们之间的转化等知识点。本节课可根据硫元素在元素周期表中的位置，利用原子结构和元素性质的关系以及氧化还原反应来展开教学，还可引导学生从物质类别和元素价态的角度，采用实验探究的方法来学习相关性质。

2.地位与作用

本节课是非金属元素氯的延续学习，同时也是对元素化合物的学习思路（结构决定性质，性质决定用途）的复习巩固。本节内容涉及硫单质及其化合物之间的转化，通过学习学生可认识物质及其转化的重要价值，形成变化观念。学生通过应用原子结构和元素周期律的知识，可预测、推断元素及其化合物的性质。教师引导学生从物质类别和元素价态两个视角，结合实验来认识硫及其化合物的性质，既可帮助学生强化“位、构、性”的思想，又可促进学生“宏观辨识与微观探析”核心素养的发展。

（二）学情分析

学生已学习了物质的分类及转化、氧化还原反应、常见的金属元素和非金属元素氯的性质与用途，能够初步根据原子结构和元素周期律对物质的性质进行简单的预测。同时，学生的抽象思维能力已有一定程度的发展，具备一定的逻辑推理能力，能够根据以前学过的知识原理以及实验现象预测、推断物质的性质。此外，学生对化学现象充满强烈的好奇心，渴望通过亲自动手实验来探究知识奥秘。

（三）教学目标

（1）通过分析硫原子的结构，推断硫元素可能具备的性质，强化宏微结合的思维方式；

（2）通过实验探究的方式，了解SO2的主要化学性质，并能够从物质类别和元素价态两个角度对其化学性质进行归类；

（3）通过SO2与水、氧气的反应，初步建立可逆反应的概念；

（4）通过观看视频，认识并能够说出SO2对社会发展的作用以及危害，培养从对立统一的角度辩证地看待化学物质的思维；

（5）通过学习SO3与水反应生成硫酸，体会“从化学走向社会”的意义。

“素养为本”的化学课堂教学设计应注重教学板块与学习任务的一致性，保证学生在教师创设的教学情境中能够调动起学习积极性，乐于探究、勤于动手，在完成学习任务的过程中发展自己的高阶思维能力和知识迁移能力。

（四）教学流程（见图1）

图1

三、教学过程

【多媒体播放】火山爆发视频。

【教师提问】

（1）火山喷发出来的气体的主要成分是什么？

（2）火山熔浆的主要成分是什么？

（3）火山爆发对人类的危害是什么？有益处吗？

【教师引导】阅读课本第7页的“资料卡片”。

设计意图：通过利用多媒体展示硫元素在自然界中的存在形式，并从化学的角度对火山爆发进行分析，让学生感受大自然与化学的紧密联系，辩证看待某一现象对人类的影响，进而培养学生辩证统一的科学思维。

【教师引导】引导学生画出硫原子和S2-的结构示意图，明白硫元素容易得到电子，具有很强的氧化性。

【追问】同一主族的氧原子也具有氧化性，为什么硫遇上氧时显+4价或+6价而不是-2价呢？

【学生回答】氧与硫处于同一主族，但氧的电子层比硫少，氧化能力比硫强，因此硫与氧结合时通常显+4价或+6价而不是-2价。

设计意图：借助原子结构示意图，让学生明白氧原子的氧化性比硫原子强，为后续学习硫单质和氯气的氧化性比较奠定基础，同时强化学生的微观意识和宏微结合的思维方式。

后续的学习环节中需要学生从元素价态的角度去学习元素化合物知识，因此提前让学生明白硫元素存在几种价态可为学生搭建学习的脚手架，为学生高阶思维的发展奠定基础。

【课件展示】硫元素的价态：-2、0、+4、+6。

【教师提问】硫元素处于最低价态、中间价态以及最高价态时分别具有什么性质？

【学生回答】硫元素处于最低价态时只有还原性，处于中间价态时既有氧化性又有还原性，处于最高价态时只有氧化性。

化学学习需要一定的方法指导，学生只有掌握了一定的学习方法，在新的问题情境中才会调动自身的已有知识经验，并在解决问题的过程中不断激活思维，发展知识迁移应用能力。一些“硫及其化合物”的教学设计在介绍SO2的性质时，虽然也涉及酸性氧化物和元素价态的内容，但都是比较独立的，并未从方法的高度进行汇总，因此，本课的教学设计注重从方法的视角去引导学生深度学习。

先从物质类别的角度（单质—氧化物—酸—碱—盐）展开教学，即从硫单质开始学习。

【课件展示】体现单质硫氧化性和还原性的化学方程式。

【教师提问】对比Cl2和Cu、Fe 反应的化学方程式，思考S和Cl2谁的氧化性更强，原因是什么，如何证明。（从产物被氧化后价态的高低去分析）

【学生回答】Cl2的氧化性强于S，因为Cl的原子半径小于S，更易得到电子，所以氧化性更强。

【证明】与Cl2反应的产物的价态高于与S 反应的产物的价态，如Cl2能够将Fe、Cu 氧化到最高价态+3价和+2价，而S只能将它们氧化到+2价和+1价。

设计意图：强化元素周期律和原子结构的知识学习，并在此基础上进行运用、拓展，使学生通过氧化性差异的对比，提高对比学习的能力以及批判性思维能力，深化学生对这部分知识的理解。

【课件展示】展示介绍硫单质用途的相关图片。

设计意图：体现“从化学走向社会”的理念，让学生感受到化学对社会发展和人类生活所做出的贡献。通过介绍用硫黄处理散落的水银的生活案例，提高学生的实验安全意识，助其掌握有关实验安全的知识。

【教师提问】SO2易溶于水，如何证明？

【小组探究】学生小组讨论思考，设计实验方案（见表1），再师生一起点评。

表1

【学生实验】完成课本实验5-1 和实验5-2，并填写课件中的表格（见表2）。

表2

设计意图：先让学生思考实验方案，体验科学探究的过程和乐趣，这有助于转变学生的学习方式，提升学生的思维能力。小组合作讨论旨在锻炼学生的沟通表达能力，生生之间的交流能够让学生突破自身的认知限制，避免思维定式，活跃思维。

【教师提问】根据物质的分类，SO2属于哪一类？其定义是什么？

【学生回答】SO2属于酸性氧化物。酸性氧化物是与碱反应只生成盐和水的氧化物，可以与碱和碱性氧化物反应。

【追问】你们能写出相应的化学方程式吗？（提示：SO2的性质与CO2相似）

【学生回答】SO2+2NaOH＝Na2SO3+H2O；SO2+。

设计意图：学生经过该环节的学习能更加明白这类化合物的通性，本环节起到一定的归纳提升作用。

介绍SO2与水的反应，引出可逆反应的定义以及特征。学生在听完教师讲解后再完成几道习题去巩固相应的知识，并说出可逆反应的判断依据。学生判断的过程便是积极主动地掌握知识的过程。

【教师讲述】二氧化硫中的硫显+4价，它会有怎样的性质呢？接下来就让我们从元素价态的角度进行分析。请同学们先根据自己的已有知识和预习的结果写出相关的化学方程式。

【课件播放】

（1）氧化性（+4→0）：SO2+2H2S＝3S↓+2H2O。

（2）还原性（+4→+6）：SO2+Cl2+2H2O＝2HCl+H2SO（4弱酸制强酸）。

（3）可逆反应：2SO2+。

设计意图：该部分知识学习难度不大，但学生知识积累较少，不能在头脑中有效搜索到与SO2氧化还原性有关的化学方程式，需要教师发挥指导者和引领者的作用进行相应引导。通过体现SO2还原性的反应方程式介绍一类新的反应——弱酸制取强酸，从而丰富学生对化学反应的认识，为后续学习空气吹出法提取溴单质等有关知识做好铺垫，拓展学生的认知。

【教师引导】通过实验5-2可知SO2的漂白作用是暂时的，那么它的漂白原理是什么？它又有何用处？

【课件展示】SO2的漂白原理及其用途。

【教师补充】揭露商家利用SO2的漂白性所做的一些危害人类健康的事情，并借此对学生进行思想教育。

【课件展示】SO2的用途：制取硫酸，做防腐剂、漂白剂、杀菌剂等。

【课件展示】介绍SO2危害的图片。

设计意图：借助课件让学生掌握SO2的用途和危害，引导学生关注社会热点，也让学生明白事物具有正反面，明白化学可为社会做出贡献，但使用不当也会对社会造成危害，培养学生“科学态度与社会责任”核心素养。

介绍SO3的化学性质时，让学生仿照前面SO2的学习思路，自己完成这部分知识的建构，并上台展示学习成果。

设计意图：给学生思维迁移的机会，检验学生对知识的掌握程度，强化学生学习方法的掌握。

【布置作业】

（1）SO2、Cl2、Na2O2和活性炭均具有漂白性，它们的漂白性有何区别？

（2）将SO2和Cl2通入品红溶液，溶液颜色如何变化？原因是什么？

（3）使用SO2是弊大于利还是利大于弊？理由是什么？

设计意图：知识的学习不应局限于课堂，更重要的是课后对知识的反思和回顾复习。将课堂上一些需要学生借助其他资料解答的问题转移到课后去解决，可以有效训练学生运用现代信息技术搜集资料的能力和深度分析问题的能力。

四、教学反思

（一）教学目标凸显素养立意，促进学生思维发展

教学目标既是课堂教学的出发点，又是课堂教学的归宿，更是评判教学实施效果的重要依据。目前的课堂教学要求落实学生学科核心素养的培养，教学目标也由“三维目标”转向“素养目标”，因此制订教学目标时不能只关注文本知识而忽略学生思维的发展和学习方法的掌握。本节课所设定的“通过分析硫原子的结构，推断硫元素可能具备的性质，强化宏微结合的思维方式”等教学目标就体现了“宏观辨识与微观探析”等核心素养，促使学生通过不同的学习板块以及学习任务的完成获得知识和发展思维。

简而言之，教学目标不应局限于知识，而应重在发展学生分析综合能力、思辨能力以及创造性思维能力等高阶思维能力。

（二）“教、学、评”一体化，促进学生素养发展

“教、学、评”一体化指向有效教学，强调在教学过程中以评促学、以评促教，最终使教师和学生都能在原有水平上得到发展和提高［4］。教师可以在课堂上通过各种学习活动来检测学生对知识的掌握程度，如让学生设计实验来验证SO2易溶于水的性质，通过学生的回答便可以明确学生的思维层次，从而为后续教学提供参考，并据此调整课堂教学的节奏和深浅度。

对学生的评价离不开学生课堂学习任务的完成情况和学生的课堂表现，因此实施“教、学、评”一体化就必须在设计任务时以“素养为本”为导向。

（三）丰富教学过程，提升学生学习效率

“以教师为主体”的课堂已被“以学生为主体”的课堂所取代，基于此，教学过程更加注重调动学生学习的主动性，教学方法也更加丰富多样。尤其是现代信息技术的运用，促进了学习环境的改变，便于学习者积极地建构知识，而深度学习也需要学习者借助信息技术来实现知识的建构［5］。

此外，素养的发展也离不开问题情境的设计，教师应精心设计问题情境，让学生学会从问题情境中挖掘核心知识和核心观念［6］。例如，本节课中教师借助问题情境，让学生根据SO2的用途和危害讨论SO2的利弊。学生在不断寻求论据的过程中，思维在不断地优化发展。情境的设计不是就知识学知识，而是引导学生去挖掘情境背后所蕴藏的知识体系，让其感受到化学与生活的紧密联系。

（四）穿插探究式教学，提升学生高阶思维水平

探究式教学可以让学生的主体地位得到充分的体现，同时可以最大限度地提升学生的高阶思维水平。如在本节课的“SO2易溶于水”的性质实验中，师生是以一种平等、开放和愉悦的状态进行的，学生在探究过程中能够大胆地说出自己的猜想，积极主动地调动已有知识经验。穿插探究式教学，能保证教学张弛有度，使学生较长时间地集中注意力，更为重要的是能有效提升学生的高阶思维水平。