知识与素养同步增长的化学教学设计与实施

邱燕珠 王朝晖 欧阳志斌

摘要：以“海带提碘”的教学设计与实施为例，探索“知识与素养同步增长”的教学设计，阐述了在教学中如何基于真实情境设计符合学生学情的活动与任务，从而实现知识的结构化，让学生的学科思维得到提升，进而发展学生的化学学科核心素养，实现知识与素养的同步增长。

关键词：素养为本；化学教学；海带提碘；知识与素养

文章编号：1008-0546（2022）12-0051-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.013

“为知识而教”的教学存在着诸多的弊端，它更多的是教师单向的知识传授，学生学习知识的方法大多是基于记忆和机械的训练，缺乏师生的双向互动，学生的主动思考和深度学习难以发生。于是，一些人开始宣扬“课堂教学不在于让学生掌握多少知识，而在于培养学生的核心素养”[1]，这种将“为知识而教”与“为核心素养而教”进行二元对立的想法是极其错误的。学生只有通过学科知识的学习，并综合运用学科知识解决实际问题，才能形成和发展自己的核心素养，可以说，学科知识是解决实际问题的工具，不具备学科知识，学生的核心素养发展诉求就成为镜中花、水中月，因此，在课堂教学中既要将核心素养目标知识化，又要将知识教学素养化，进而实现知识和素养的同步增长。

一、“知识与素养同步增长”的化学教学设计

为核心素养而教，已成为教育界的共识，但是“为核心素养而教”的教学并不是要否定知识的价值，而空谈素养的培育。笔者经过多年的教学实践与探索，建构了“知识与素养同步增长”的化学教学设计的一般思路与方法。

1．设计思路

《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出“素养为本”的基本教学理念，倡导真实问题情境的创设，希望通过学习方式的转变，能够激发学生学习的主动性，从而促进化学学科思维能力和学科实践能力的提升，形成必备品格和关键能力。[2]实践表明，学生学习某一学科知识时，要按如图1所示的程序使学生在认知发展中形成核心素养。即首先从事实、表象、看法等“个别”出发，通过归纳发现“一般”规律，形成概念、规律、理论等结构化的知识（这个过程完成知识发现的过程，实质是归纳思维方法）。其次，让学生运用概念、规律与理论，这些结构化的知识去解决实际问题，形成解决问题的典型案例（这个过程完成知识应用于解决问题的过程，实质是演绎的思维方法）。再次，通过解决问题，或发现新的问题，开展深入研究，形成新的观点、新的理论；或对解决问题的过程进行反思与归纳，形成解决问题的一般方法，从而在问题解决的过程中形成学科观念，提升核心素养。

2．设计方法

基于以上分析，综合考虑知识与素养之间的关系，下面以“海带提碘”为例，阐述如何进行“知识与素养同步增长”的教学设计。

（1）认真研读课程标准，领会教材的编写意图

基于海带提碘的工业背景，教师课前认真研读课程标准并查阅了大量相关文献。本着服务教学目标的原则，承载教学内容，精选文献中的相关内容以表格、图像等形式呈现。利用素材引导，激发学生学习兴趣，促使学生自主完成“海带提碘”的工艺流程设计。

（2）精心设计学习任务和活动，调动学生的学习积极性

教师根据“海带提碘”的真实案例，选取多个真实情境，精心设计符合学生学情的学习任务和活动，调动学生的学习积极性，使学生愿意参与设计、乐于参与设计。通过参与学习活动、完成学习任务，学生不仅习得了知识，提升了学科思维，形成了学科观念，同时还真切感受到了化学对生产生活的贡献，形成赞赏化学科学的意识，发展“科学态度和社会责任”等学科核心素养。

（3）注重过程体验，在体验中发展学生的核心素养

本节课从讲解知识转变为解决问题、构建模型。重点不是如何进行“海带提碘”，而是在素材和任务的引领下，让学生自己经历“怎样设计”“为什么这样设计”的科学探究过程。引导学生通过分析“海带提碘”工艺流程中的关键要素，自主构建“从自然界中提取物质”的一般方法与模型。整个过程，学生依据物质的性质及转化等学科知识，收集相关证据，基于证据进行推理论证，最终完成整个提碘方案的设计，培养“证据推理、模型认知、科学探究”等学科核心素养。

二、“知识与素养同步增长”的教学实践

1．教学设计理念

“海带提碘”是鲁科版高中化學必修2微项目“海带提碘与海水提溴”中的内容。选择“海带提碘”的原因，一是出于该内容是实验教学的好素材，其中涉及到过滤、萃取、分液等基本操作技能和原理，有利于培养学生的实验能力；二是缘于发展学生关键能力的教学需要，碘的检验和分离提纯是实验考查的热点和重点，教材将“海带提碘”安排在元素化合物及元素周期律学习之后，有利于培养学生的元素观和转化观，增进对所学知识的理解并巩固其应用；三是由于“海带提碘”是思维构建的良好载体，海带提碘必须经过原料预处理、化学反应和产物分离三部分。整个提碘过程渗透了物质的分离提纯、循环利用、绿色环保、成本节约等技术思想，[3]有利于学生自主构建物质提取的一般方法与模型。整个设计的初衷就是基于教材的开发和重构，以知识为载体，培养化学科学思维，探索实施“知识与素养同步增长”教学模式。完成从教知识到教技能，最后到教核心素养的进阶。设计思路如图2所示。

2．教学实施过程

（1）创设情境，激发兴趣

【生】交流缺碘有哪些危害和如何补碘的问题，了解碘在生命中的作用；然后质疑海洋碘库和缺碘危机的矛盾，对比我国和发达国家之间提碘技术的差距。

设计意图：创设真实情境，激发学生对新知识探索的兴趣。通过质疑海洋碘库和缺碘危机的矛盾，对比我国和发达国家之间提碘技术的差距，培养学生科学精神和社会责任，进入课题一海带提碘。

（2）“海带提碘”的工业流程设计

活动一：原料的选取与预处理

【材料1】①海水中元素分布特点：总储量大，浓度低。海水中部分元素的含量如表1所示。②很多海产品富含碘，碘含量很高。部分海产品的含碘量如表2所示。将海带中的碘提取出来，比较适合实验室中提取碘。

设计意图：培养学生从材料中获取信息并用于解决实际问题的能力。初步体会实际工业生产对原材料的选取原则，以及应根据不同的具体需求对原料进行相应的预处理。

活动二：物质问的转化

【师】海带提碘的两个关键要素：一是如何将I一转化为I：，二是如何对得到的I：进行分离提纯。

【生】思考、讨论得出：将I一转化为I：，元素化合价升高，应加入氧化剂。

【师】参考表3中数据，你会选择哪种氧化剂，为什么？写出相关反应的方程式。

【师】根据材料1的数据，分析工业提碘的最佳原料并说明理由。

【生】海洋中含碘总量虽高，但浓度低，工业上应选择含碘量高的海带作为原料，海带价格便宜，可以降低生产成本。

【师】归纳“工业生产原料选取”原则。原料选取应遵循廉价易得，经济实惠，环保无污染等原则。

【材料2】查阅资料，展示海带成分信息：每1000 9干海带中含816 mg碘元素，多数以化合态的形式存在，具体存在形式有两种，一种是有机碘化物（不溶于水，通过灼烧可将其转化为I一），另一种则以可溶性矿物质（I-）的形态存在。

【师】如何从海带中提取到I一，如何分离出来，这种方法适用于分离哪种混合物？

【生】思考、讨论。

【材料3】方案1：将干海带灼烧，再加水浸泡其燃烧产物，通过过滤操作获取含有I一的溶液。方案2：将干海带加水浸泡，通过过滤操作获取含I一的溶液。

【师】请你评价以上两种实验方案的优缺点。

【生】思考、讨论得出：方案1：优点是能将海带中的碘元素充分提取出来，效率较高；缺点是操作烦琐且耗费时间长，比较适合工业生产。方案2：优点是可快速获取海带中可溶性的I一，操作简单；缺点是不能完全

【生】思考、讨论得出：由元素周期表中元素性质的递变规律可知，氯水、溴水均可用作提取碘单质的氧化剂，酸性KMnO4氧化性太强，会把得到的碘单质进一步氧化，浓硫酸则会产生污染性气体SO：，双氧水氧化性适中，环保无污染，但是价格比较高。综合考虑环保、成本、氧化效率等因素，考虑选取Cl2。

【师】总结氧化剂选择原则：氧化性适中、反应条件温和、原料易得，经济实惠、绿色环保。

设计意图：体会元素周期律、元素周期表在分析、解决实际问题中的价值，学生考虑氯气就是元素周期表同族性质递变性的一个应用。把I一转化为I2的过程体现了氧化还原反应在物质转化中的应用。同时使学生进一步体会工业生产不同于实验室，工业生产需要考虑成本、产率、环保等问题。

活动三：I2的分离提纯

【师】如何把前面得到的I2分离提纯出来呢？能否将碘水直接蒸干得到单质碘？能否将碘水浓度进一步提高？

【生】思考、讨论得出：CCl4萃取或者活性炭吸附生成的碘单质。

【师】提炼“富集”思想。从低浓度到高浓度的浓缩过程就是碘的“富集”。

【师】根据以上分析，小组讨论设计海带提碘的实验方案并画出相对应的流程图。

【生】初步完成海带提碘的工艺流程图并动手实验，得到碘的四氯化碳溶液。

【师】如何分离碘和四氯化碳，得到纯净的I2呢？

【生】蒸馏。

【材料4】数据表明，碘从45C左右开始升华，沸点184.4℃，CCl4的沸点为76.8℃。[4]

【生】思考、讨论得出：因受热时，在CCl4挥发的同时也有部分I：升华，所以无法用蒸馏的方法分离碘和四氯化碳。

【材料5】向有機层中加入NaOH溶液，将I2转化为无机盐Nal、NalO3，将碘释放出来，萃取剂获得再生，可以重复使用，这种方法称为反萃取。无机盐Nal、NalO3在酸化的条件下即可转化为I2。写出以上相关反应的离子方程式。

【生】按要求书写材料5中的化学方程式。

【师】请同学完善海带提碘的工艺流程图。

【生】小组讨论，完善海带提碘的工艺流程图（如图3所示），动手实验。

设计意图：通过海带提碘流程图的绘制，帮助学生初步建立物质提取的一般思路模型，发展学生“证据推理与模型认知”核心素养。通过相关离子方程式的书写，巩固元素化合物知识，将知识的应用落到实处。“如何将I一转化为I2”与“如何提纯分离碘单质”是本节的重难点，整节课通过资料阅读和亲身动手实验，交流研讨“海带提碘”的工业流程，调动了学生学习积极性。

（3）模型的建构

【师生】通过“海带提碘”，归纳从自然界中提取物质的一般思路和方法，如图4所示。

设计意图：对解决问题的思维过程进行归纳，形成解决问题的一般思维模型，在这个过程中不仅有利于促进学生知识结构化，还能形成正确的学科观念，达到知识与素养的同步增长。

三、总结与反思

本节课学生表现积极，课堂气氛活跃，学习效果较好。课后对学生进行了访谈，学生认为本节课作为课堂的主体，真实地体验了科学探究的过程。课后，笔者一直在思考：以知识学习为载体，培养学生的化学学科思维，立足于“知识与素养同步增长”教学模式的构建，其着力点应该是：一要为学生搭建科学探究的平台，提供观察的对象，设置探究性问题，组织探究活动。二要指导学生形成正确的科学研究思路，引导学生收集证据、推理分析，形成不同类知识的思维方法和思维模式。三要培养学生严谨求实的科学态度，让学生在生活中学，在真实体验中学、在做中学、在学中悟，懂得运用化学知识解决实际的化学问题，体悟化学学科价值，培养学生的科学态度和社会责任感。四要激发学生进行科学创新的动机，鼓励学生敢于质疑、勇于创新。为学生提供素材，比如说实验中的异常现象、方案设计中的缺陷，让学生提出有价值的学科问题。当然，在课后还要针对“知识与素养同步增长”的课堂教学进行评价，以诊断教师的教与学生的学的质量和效果，从而促进教师改进和优化教学方式，驱动学生积极转变化学学习方式。

参考文献

[1] 李润州，基于完整知识观的素养教学[J].中小学教师培训，2018（9）：33-37.

[2] 郑长龙，孙佳林．“素养为本”的化学课堂教学的设计与实施[J].课程·教材·教法，2018，38（4）：71-78.

[3] 陈廷俊．发展学生核心素养的教学实践与思考——以“海水资源的开发利用”为例[J]．中学化学教学参考，2017（1/2）：5-8.

[4]赵玉泉，刘克文．对新课程中从海带中提取碘的比较研究和问题探索[J]．中学化学教学参考，2013（6）：39-42.