基于化学学科核心素养的教学设计*——以“钠及其化合物”为例

刘春春，邢 焰

(黔南民族师范学院化工学院，贵州 都匀 558000)

2017年《普通高中化学课程标准》(2020年修订版)提出了化学学科核心素养，包括“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”“变化观念与平衡思想”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”五个维度[1]。之所以提出核心素养的问题，重要原因之一是解决“应试教育”导致的“有知识，无素养”的问题[2]。传统的教学忽视学生的主体地位，教育只重视结果，完全的“唯分数论”，学习知识只是为了应付考试而不是实实在在的将知识迁移到有价值的地方，忽视学生创造力发展和抑制发散思维发展。化学核心素养对培养学生关键能力，提高科学探究，形成正确价值观念具有重要作用。化学核心素养落实于化学教育中，毋庸置疑对教学优化具有重要作用，做好教学设计是有效教学的前提和基础，优质的教学设计是教师好教、学生好学、教好学生的重要桥梁。基于化学学科核心素养进行教学设计可促使课程达到理想化效果。钠作为重要金属，对其研究必不可少，以“钠及其化合物”为关键词，中国知网有13篇文献对其进行了研究，以“钠及其化合物”“教学设计”为关键词，仅有一篇研究，基于化学学科核心素养下“钠及其化合物”的教学设计罕有涉及。为培养“有知识、有素质”的合格人才，本文基于化学学科核心素养对钠及其化合物进行教学设计探究。

1 基于化学核心素养下教学前分析

1.1 基于核心素养与“三序结合”教材分析

义务教育阶段，学生对部分金属通性及化学性质有了初步了解，但未对某一金属进行过系统性学习。普通高中阶段中，“钠及其化合物”在高中必修一第二章第一节，必修一第一章学习了物质的分类和氧化还原反应。氧化还原反应是物质化学性质重要的认识角度和理论依据，将氧化还原反应放在钠之前学习，为学生学习钠的化学性质奠定基础，从三序角度来看符合学科知识逻辑顺序。高一是初中向高中转变的过渡，无论是知识的难度还是广度，较初中而言，都有较大提高。化学符号抽象性，实验现象未知性和知识网络复杂性，导致学生对学习化学产生抗拒心理。钠的知识难度偏中，放在第二章位置，在第一章先学习简单知识，有利于消除学生的惧怕心理，符合学生心理发展顺序。关于“钠及其化合物”的学习，按照先学习物理性质到化学性质再学习钠的化合物，最后应用实践的顺序展开，由浅入深，从宏观到微观，从性质决定应用的教学内容编排，满足学生认知发展顺序。从核心素养角度看，教学内容从宏观角度探究微观性质，有利于培养学生宏观辨识与微观探析素养；教学过程涉及实验探究，有效培养科学探究与创新意识、证据推理与模型认知素养；学习实际应用于生活，便于培养科学态度与社会责任核心素养。

1.2 基于核心素养的教学目标和评价目标

2017年版普通高中化学课程标准具有里程碑级的意义，主要在于其立于创新，基于理论，源于实践，是近十几年来化学基础教育教学理论的最新研究方法论及成果体现，引领中国基础化学教育的前进方向。与2003年课程标准相比，更加注重“教、学、评”一体化教学设计，提供了化学学科核心素养在课堂教学中“落地”的基本途径和策略。化学核心素养是对科学素养的深化和具体化，不仅反映了科学素养的运动和发展，更反映和体现了化学学科的本质特征。通过将化学学科素养进行结构化分析，可知化学学科素养可分为化学学科实践、化学学科认识及化学科学应用，符合哲学认识论的一般过程(实践-认识-再实践)，更加清晰地表明化学核心素养的哲学内涵[2]。基于核心素养哲学形成与发展及其表现规律，我们可通过确定化学课程教学内容及教学活动来评测学生在不同阶段的素养发展水平，因此，确定教学目标可充分发展学生的化学核心素养。教学目标是开展教学想要达到的预期效果。确立教学目标，是开展课堂教学的重要基础，是驱动学生学习的重要环节，是提高教学效率的重要保障，是实现“教、学、评”一体化教学的重要依据。据此，“钠及其化合物”课程教学目标如图1所示。

图1 “钠及其化合物”课堂教学目标

基于化学学科核心素养的教学目标以课程育人为导向、课堂教学为主线、教学评价为依据，注重教学目标和评价目标一体化[3]。化学日常学习评价和化学学业成就评价作为化学评价重要组成部分，依据学业质量标准，充分发挥评价功能，促进学生发展关键之处，因此，教师应该重视使用多样化评价体系诊断并完善学生核心素养水平，促进学生全面发展，培养自主创新能力，增强学生学习使命感和责任感。基于此，“钠及其化合物”教学评价目标为：①通过实验探究钠及其化合物性质的互动交流，探讨现象原因，引导学生观察分析，推导结论，诊断并发展学生实验探究水平和推理水平。②通过引导对钠的化合物总结，引导学生自主建构价类二维图，完善评价体系，形成师生之间、生生之间互评，诊断并发展学生认识发展水平。③通过创设馒头制作的真实情境，培养学生自主创新意识，诊断并发展学生化学知识应用水平和解决实际问题水平。

1.3 教学重点与难点

1)教学重点：通过实验探究掌握钠的化学性质；建立钠的化合物之间转化关系。

2)教学难点：掌握钠的化学性质；分析碳酸钠和碳酸氢钠性质比较。

2 基于化学学科核心素养教学设计

2.1 教学思路

见图2所示。

图2 教学思路

2.2 基于化学学科核心素养下教学过程

2.2.1 宏微与实验探究、小组合作相结合，探究钠的性质

[教师活动]展示钠的储存环境，引导学生观察钠的特点，以及学生亲自体验切割钠过程中发生了什么变化。

[学生活动]

[教师]现在请同学将刚刚切下的钠放入水中，观察现象并请一位同学将观察的现象写在黑板上。

[学生板书]①钠浮在水面上；②钠逐渐变小且不断游动；③发出响声。

[教师]同学们观察得很仔细，请同学们思考下为什么会出现这样的现象呢。

[学生回答1]钠浮在表面上是因为密度比水小；会发出响声是因为钠和水发生剧烈反应。

[学生回答2]会游动是因为产生了气体。

[过渡提问]为什么钠和水会发生剧烈反应呢，产生的气体是什么。请同学们结合之前所学过的知识思考。

[学生]根据之前所学过的原子结构知识，钠最外层只有一个电子，容易失去，其化学性质较活泼，所以发生剧烈反应，也说明钠具有很强的还原性；根据反应前后元素种类不变，生成的气体是氢气。

[教师总结]很好，从原子结构分析钠的活泼性，说明同学形成了较好的结构决定性质的意识。

[教师]那么请一位同学向生成物溶液中滴加酚酞，观察现象，阐明产生的物质是什么。

[学生]溶液由无色变红，说明生成的物质是碱。

[教师]同学们的回答一针见血，那请同学们写写钠和水反应的方程。

[教师]非常好，同学们回想下我们的钠是怎样储存的，为什么呢，又会发生怎样的反应呢。

[学生1]钠是储存在煤油中的，目的是为了隔绝氧气。

[教师讲解+播放视频]常温下钠和氧气生成氧化钠，现在请同学们观看视频钠和氧气在燃烧情况下能否发生反应。如果可以，那生成物质是什么。

[教师]同学们回答得非常好，根据第一章学习的物质的分类，我们知道氧化钠和过氧化钠都属于金属氧化物，氧化钠和水能生成碱。那么过氧化钠和水反应吗，二氧化碳呢。

[实验探索]学生分为两组进行实验探究，A组学生将水滴入放有过氧化钠固体的试管中，立即将带火星的木条放在试管口，观察现象；B组学生探究过氧化钠和二氧化碳能否发生反应。观察现象并写出反应方程式。

[教师]很好，我们之前学习酸能和碱生成盐和水，那么氢氧化钠和酸生成什么呢？

[学生回答]氯化钠和水。

[教师评价]根据以上知识学习和实验探究，可以看出同学们知识储备很丰富，实验探究能力和证据推理能力也较强，下面有请一位同学将今天的知识从物理性质和化学性质两方面进行梳理。

[学生板书设计]

设计意图：通过实物展示(钠)，对学生的视觉感官产生冲突，引导学生从宏观层面对钠的物理性质进行初步总结；通过实验探究，小组合作学习，从微观角度揭示其化学性质，有利于培养学生宏观辨识与微观探析素养；通过演示实验到学生动手操作，让学生感知化学实验的乐趣，推动学生自主设计实验能力，培养学生科学探究与创新意识。学生自己透过现象看本质，通过现象推原理，发展了学生证据推理与模型认知能力，诊断并发展了学生实验探究能力和推理水平。

2.2.2 梳理知识，建构钠及其化合物价类二维图

[实验探究]探究碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性，并且思考两者间是否可以相互转化。

[演示实验]直接加热大小试管，大试管中盛放碳酸钠，小试管中盛放碳酸氢钠，将其试管通入澄清石灰水中，观察现象。

[学生回答]发现澄清石灰水变浑浊，装有碳酸氢钠的试管很快发生分解。

[教师提问]石灰水变浑浊说明生成了什么物质？请用化学方程式表达。

[教师总结]根据碳酸氢钠稳定分解生成的物质来看，碳酸氢钠可以和碳酸钠相互转化吗？

[教师活动]回答的非常好，请同学们梳理前面所做实验归纳钠的化合物。

[学生活动]以上实验中所涉及的钠的化合物有：过氧化钠、氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠以及氢氧化钠和氯化钠。

[教师讲解]根据钠及其化合物建立价类二维图，首先画出横纵坐标，横坐标是类别(包括单质、氧化物、酸/碱、盐等)，纵坐标是化合价，请同学们讨论并画出钠及其化合物价类二维图。

[学生作业]钠及其化合物价类二维图如图3所示。

图3 钠及其化合物价类二维图

设计意图：通过引导学生建立价类二维图，培养学生证据推理与模型认知素养，帮助学生形成建立价类二维图意识，诊断并发展学生知识总结能力。

2.2.3 创设真实情境，感知化学价值

“化学源于生活，学习化学应用于生活”，创设真实情境，让学生感受化学在生活中的价值。

[播放视频]播放某馒头铺子制作馒头的过程。

[教师提问]通过以上视频，同学们观察到所吃的包子需要几个环节？

[学生回答]涉及材料准备、和面、发酵、捏成型、上锅蒸、出锅等几方面。

[教师]同学们观察很仔细，那么请同学们思考下发酵过程中有使用到我们的什么化学物质呢？

[实物展示]展现一袋自发面粉和一袋普通面粉，请同学们观察两袋面粉组成成分有何不同？

[学生回答]自发面粉里有碳酸氢钠成分，普通面粉里没有。

[教师评价+总结]同学观察很仔细，那么我们就可以知道在发酵的过程中又加入碳酸氢钠，俗名小苏打，作为发酵作用。

[作业布置]请同学们下去自己动手制作馒头，对比加入碳酸氢钠和不加对馒头有何影响。并思考潜水运动员常戴的氧气面罩和我们学习的钠的化合物有没有关系呢？治疗胃酸我们用的是什么呢？查阅资料，自主学习。

设计意图：从学生熟悉的领域进行教学，感受化学在生活中的价值，培养学生的科学探究与创新意识。将理论知识应用与实践中，是教学的目的之一，布置任务让学生实际操作，有助于学生的深度学习。让学生查阅资料学习钠的化合物在生活中的作用，培养学生自主探索能力，诊断学生查阅资料的水平。

2.2.4 化学史引入，培养科学精神

在高中教材中，虽然侯氏制碱法在钠及其化合物后面作为化学史事学习，但是它对我们高中阶段的学习具有重要意义，是学习的重要内容。侯氏制碱法所用原料为食盐、氨气、二氧化碳，其中氨气和二氧化碳来自合成氨[4]。其反应原理中涉及了高温煅烧、过滤、降温结晶等步骤，为之后学习工艺流程打下基础。

[视频播放]侯氏制碱法反应原理。

[教师提问]通过观看视频，请同学们说说在此过程中都发生了什么反应？

[学生回答]氨气与氯化铵、二氧化碳、水反应生成碳酸氢钠以及碳酸氢钠分解的反应。

[教师提问]那反应过程中所产生的二氧化碳怎么处理呢？

[学生回答]二氧化碳大量排放会产生温室效应，我们应该对二氧化碳进行循环利用。

[教师评价+任务布置]同学们都很有环境保护意识，像侯德榜这样的伟人化学界还有很多，同学们下去查阅资料进行学习了解。

设计意图：化学史引入是教学的重要资源，对化学知识的源来进行了解，有助于培养学生的科学精神。侯德榜制碱法中从学生对有毒物质的处理，很好的体现学生较强的社会责任。

3 教学总结与建议

本文基于化学学科核心素养进行教学，主要采用实物观察，实物分析，实验探究，视频播放，小组合作，讨论研究等方法进行的。围绕教学目标和教学思路展开，通过实物展示引导学习物理性质，实验探究揭示化学性质，培养学生宏观辨识与微观探析素养，诊断并发展学生问题解决能力和推理能力。有趣的化学实验和贴近生活的任务，进一步提升学生化学兴趣，科学探究精神。

3.1 讲授法与自主探索、合作学习相结合

传统课堂实施强调接受学习、死记硬背、机械记忆。教育改革以来，改变了传统的课程实施方式，讲授法与自主探索、合作学习相结合，充分发挥学生的主体性。通过教师向学生讲授知识，引导学生自主总结，形成知识网络结构。由于学生处于初升高阶段，无论是化学知识掌握、心理发展程度以及化学学科核心素养意识都还处于不成熟阶段，所以需要教师的讲授，并不能单纯的自主探索。

3.2 创设生活中真实情境，培养学生学习兴趣

通过创设真实情境，从学生熟悉的领域摄入，揭示化学的社会价值。以馒头制作中需要的发酵粉引入化学物质，让学生体验化学的神奇，加强面对某物质时联系化学的意识，不仅激发学生的化学学习兴趣，而且培养学生自主探究和应用知识解决问题的能力。