“素养为本”的初中化学单元教学设计——以《自然界的水》为例*

顾 杰，李艳妮，冯 默，王颖臻，杨艳华**

(1.昆明学院 化学化工学院，云南 昆明 650214；2.武强县第二实验中学，河北 衡水 053300)

《义务教育化学课程标准(2022年版)》指出：义务教育化学课程以促进学生核心素养发展为导向，主要包括化学观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任[1]。核心素养是学生在接受相关学科教育后形成的适合个人终身发展和社会需要的必备品质和关键能力[2]。初中化学中“自然界的水”单元，将学科知识、学科技能与社会实际问题联系在一起，突出了学科价值[3]，更凸显了学科的育人价值。

因此，在前期研究基础上[4-6]，基于“素养为本”教育理念，本文以“自然界的水”为例，采用单元教学设计，选取其中与素养为本相关的基础知识，通过生活实例创设真实问题情境，激发学生的学习兴趣和探究欲，在教学活动中不断完善学科思维体系，发展学生的学科核心素养。在“课题1 爱护水资源”的教学过程中，以图片形式呈现节约用水和防治水体污染部分的内容，通过图片形式，让学生意识到爱护水资源的重要性，进而树立可持续发展意识，增强社会责任感。在“课题2 水的净化”的教学中，通过实验探究，了解过滤、吸附等净水方法，初步建立“结构决定性质、性质决定用途”的思维观念；利用自制简易净水器，培养运用所学知识分析和解决实际问题的能力，提升探究精神与创新意识，展现化学学科的应用价值。在“课题3 水的组成”的教学活动中，引导学生开展科学探究，深入认识水的组成，体会科学家研究物质的科学精神，培养学生的证据推理能力，体会研究物质的一般思路和方法；利用微观示意图建立模型认知，帮助学生建立“宏-微-符”三重表征的学科思维。在讲解“课题4 化学式与化合价”的过程中，利用原子结构示意图讲解化合价定义，降低学习难度，培养学生逻辑思维能力；通过反复训练，提高学生用符号表征物质组成的能力，为下一单元的学习做准备。需要说明的是，以上的教学过程并不是真正一节课的教学设计，而是我们认为能够体现培养学生核心素养的内容。

1 教材分析

《自然界的水》是人教版初中化学教材上册第四单元，具有人文内容与学科内容均衡配合、从宏观到微观、从社会到生活再到学科的特点，较好地体现了STSE的教育理念[7]。以水为载体，力图为学生提供认识及探索周围常见事物的素材和线索，创造从身边事物中学习化学知识的意境。从选材生活化、呈现形式多样化、体现实验操作技能的价值、培养科学探究精神等几方面凸显出化学是一门以实验为基础的科学。

2 学情分析

2.1 已有认知

在本单元学习之前，学生已了解氧气的基本性质，初步学习了分子和原子以及元素等相关知识，为化学式及化合价的学习奠定了基础，对微观建构也有一定的帮助。在制取氧气实验中，学生学习过基础实验操作技能，能够为实验探究提供基本保证。

2.2 发展目标

学生之前只是初步掌握了基础实验操作技能，对研究物质的一般过程和基本方法并不熟练。因此，本次教学设计有针对性地运用生活素材和化学史创设问题情境，带领学生进行实验探究，体验科学探究的一般过程，增强动手操作能力和感知兴趣，发展宏微结合认识物质组成的学科核心素养。此外，化合价定义较为抽象，为此我们利用原子结构示意图，化抽象为具体，帮助学生提升逻辑思维能力。

3 教学思路

首先，利用生活用水水费单，注重培养爱护水资源的社会责任。其次，通过视频和趣味实验等方式学习水的净化方法，提高学生学习主体性和化学知识的应用意识，理解化学学科的价值。第三，引导学生实验探究水的组成，领悟研究物质组成的思路和方法，初步形成物质分类观，培养探究能力和创新意识。然后利用水分子分解微观图，初步培养宏观辨识与微观探析的能力。最后，利用原子结构图讲解化合价定义，化抽象为具体，提升逻辑思维能力；利用化合价书练习书写化学式，培养利用化学符号表征物质的能力。

4 教学设计

4.1 教学目标

[知识与技能]

①了解节约用水及防治水污染的措施；②了解吸附、沉淀、过滤和蒸馏等净化水的常用方法；③通过观察氢气燃烧和水的电解实验现象及水分解的微观示意图，从宏观和微观角度认识水的组成；④能用化学式表示一些物质的组成。

[过程与方法]

①利用“生活用水水费单”，认识节水和防治水体污染的重要性；②通过引导学生开展实验探究，掌握过滤的操作要点，获得基础实验操作技能，了解活性炭和明矾等净水剂的净水原理；③通过科学探究认识水的组成，培养学生收集资料、分析、归纳、表达与交流的能力，初步掌握研究物质的一般过程和方法

[情感态度与价值观]

①学习从化学角度认识自然界的水，更清楚地认识水是人类宝贵自然资源，培养爱护水资源的社会责任；②通过自制简易净水器，激发学生学习兴趣，体会化学与生活的密切联系，理解化学学科的价值；③通过认真观察并记录氢气燃烧和水电解的实验现象，分析并总结实验结果，提高学生的证据推理能力，培养严谨求实的科学态度和探究精神；④初步感受宏观与微观、定性与定量、“结构决定性质、性质决定用途”的学科思想。

4.2 教学重难点

①重点：过滤、蒸馏等分离混合物的实验操作；水组成的探究实验；化学式与化合价；相对分子质量的计算。

②难点：从宏观角度和微观角度认识水的组成；化合价。

4.3 教学方法

实验探究法、演示法、讲授法、讨论法。

4.4 教学过程

课题1 爱护水资源

【导入】多媒体展示如图1[8]，请同学们谈谈对“水”的认识？

图1 黄河壶口瀑布

设计意图：一方面，以“黄河水”图片导入新课，吸引学生注意力，激发学习兴趣；另一方面，用图片直观反映水的存在形式，引导学生从不同角度思考对“水”的认识，培养发散思维，提高学生的主动性，体会化学与生活的关系。

【思考】水是地球上最普通、最常见的物质之一，生物体内都含有水，是不是就意味着取之不尽，用之不竭呢？教材71页图4～10是一张生活用水水费单[9]，观察后谈谈你的看法。

设计意图：水费单中除了自来水水费，还包括水资源费和污水处理费，旨在让学生认识到淡水资源短缺，并受到不同程度的污染，学会辩证地认识人类拥有的水资源，增强节水意识和爱护水资源的可持续发展意识和社会责任。

【多媒体展示】“国家节水标志”和昆明市滇池近10年前后水质对比图，请学生谈谈感受，并联系生活实际分别给出节水和防治水体污染的具体措施。

设计意图：让学生明白节约用水是每一位公民的责任与义务，直接感知爱护水资源的重要性，明白污染易、治理难的道理，增强环保意识，领悟化学与生活、环境的关系，做到将节水和爱护水资源意识内化于心，付诸于行。

【小结】从工业、农业、生活三方面总结节水和防治水体污染措施。

【课题小结】以上内容是“课题1 爱护水资源”中，我们认为能够体现素养为本的教学内容。通过生活用水水费单和学生身边的水体污染实例，掌握节水和防治水体污染措施的同时增强环保意识，培养爱护水资源的社会责任。

课题2 水的净化

【创设问题情境】市售的矿泉水与自来水有何区别？自来水是否可以直接饮用？

设计意图：从生活着手，让学生感受化学与生活息息相关，激发学生思考，为学习水的净化做铺垫。

【引导】请观察老师桌上的一杯水，如图2所示，分析杂质的类型及分布特点？

图2 浊液

【归纳总结】

杂质观察现象杂质特点茶叶、花瓣不溶于水不溶性杂质色素溶解在水中可溶性杂质

设计意图：引导学生自己分析比较，概括出杂质特点，初步培养学生的分类意识，发展学习化学的学科思维。

【提问】如何去除这些杂质呢？

【小组实验】通过静置、沉淀后将上部分水倒出，观察现象。

【追问】不溶物全部被除去了吗？

设计意图：让学生意识到有些漂浮或悬浮在水中的杂质，通过简单的静置、沉淀并不能除去，制造认知冲突，引起学生的好奇心，激发探究欲。

【引导】漏勺、茶网、纱布都是生活中将难溶物与水分离的用具，同学们认为它们有何不同？

设计意图：用生活素材启迪学生思考，通过创设在生活中学习化学的情境，拉近化学与生活的距离，激发学习兴趣，为过滤操作的讲授做铺垫。

【讲述】化学上将难溶物与水分离的操作称为过滤，采用滤纸，过滤效果优于漏勺、茶网、纱布等。

[实验器材]圆形滤纸、漏斗、带铁圈的铁架台、烧杯、玻璃棒。

【小组实验】在老师引导下搭建过滤装置，比较并回答过滤后的水与过滤前澄清度有何不同，各小组间相互比较，选出澄清度最高和最低的两个小组，分享成功之处和失败之处。

设计意图：帮助学生获得基本的实验操作技能，提高动手操作能力，增强实践能力；比较过滤前后水的变化，能让学生获得成就感，体会化学学科的价值；分享成功之处与失败之处，让学生知道失败的原因，利于培养学生分析、归纳、表达的能力和严谨求实的科学态度。

【小组讨论】上面的过滤实验中，有几个操作要点？

【师生共同总结】过滤操作要点归纳为“一贴二低三靠”。

【小组讨论】还可以利用什么物品代替实验室中的滤纸和漏斗过滤液体？

【引导】想一想市售净水器的净水原理以及家用冰箱异味的去除方法。

【小组实验】在相同两杯淘米水中分别加入适量活性炭和明矾，观察现象，比较异同。

设计意图：利用生活素材“淘米水”，通过试验直观感知活性炭和明矾净水的异同，加深对物理变化和化学变化的理解，初步感受“结构决定性质，性质决定用途”的思维观念。

【讲述】活性炭具有疏松多孔结构，能吸附色素和异味，为物理变化。而明矾溶于水后生成胶状物，对杂质进行吸附，使杂质沉降达到净水目的，为化学变化。

【视频演示】请观看视频，视频截图如图3所示[10]。思考：①圆底烧瓶中加碎瓷片的原因？②温度计的位置？③冷凝水的进出口？④蒸馏水可不可以用于养鱼？

图3 蒸馏实验视频截图

设计意图：一方面，让学生通过观看视频，掌握蒸馏装置的关键之处，培养收集信息的能力。另一方面，让学生知道蒸馏水是净化程度较高的水，里面含有较少的氧分子，不可用于养鱼，增加生活常识，提升综合素质。

【课外实验】自制简易净水器：取一个空塑料饮料瓶，剪去底部，瓶口用导管的单孔橡胶塞塞紧，将瓶子倒置，瓶内放置洗净的蓬松棉、纱布、活性炭等，试验净化效果最佳放置顺序。

设计意图：该实验趣味性较强，与生活联系紧密，提升学生学习的主动性与积极性，有利于培养学习化学的兴趣。不限制蓬松棉、纱布、活性炭的放置顺序，让学生通过试验探究，培养学生应用所学知识和技能分析解决问题的能力，有利于提升探究精神和创新意识。

【课题小结】以上内容是“课题2水的净化”中，我们认为能够体现素养为本的教学内容。通过创设真实问题情境，引导学生开展实验探究掌握过滤的操作要点，利用试验了解活性炭和明矾净水原理，最后用自制简易净水器试验帮助学生综合应用所学知识，增强科学探究与实践能力。

课题3 水的组成

【创设问题情境】水曾经被看作是一种“元素”，那么同学们认为水会分解？

[寻找依据]活动1：阅读教材81页资料卡片，回答下列问题：①科学家普利斯特里做了什么实验？出现了什么现象？②卡文迪许和拉瓦锡的实验改进之处和得出的结论分别是什么？

设计意图：通过化学史，让学生总结科学家们的实验结论，知道水并不是一种“元素”，从中体会科学探究的一般过程，学习科学家研究物质组成的科学思维，坚守实践是检验真理的学科观念，提升创新意识。

活动2：回忆氧气的制取，观察下列两个化学方程式，思考并回答用过氧化氢或高锰酸钾能否制取氧气？

设计意图：让学生明白物质发生化学变化时，原子的种类不变，元素也不会改变，为水的电解实验提供理论依据，初步培养化学变化中原子、元素种类不变的学科观念。

活动3：关于氧气的基本性质大家已经了解，那么对于氢气，同学们知道多少？请自学氢气的相关性质。

[实验方案]经讨论后，一致认为先用氢气燃烧实验初步探究水的组成，再用水的电解实验深入探究水的组成。

[教具准备]水电解器、导线、滴定玻璃管

[观看演示实验]视频播放氢气燃烧实验，观察现象，小组讨论并回答：实验中有无新物质生成？发生了什么变化？

设计意图：利用这组讨论，让学生从中理解化学变化的实质，从实验现象中感受水的生成，体会科学研究的思维方法，认识实验研究和创新思维的重要性，并养成在观察基础上分析、归纳实验现象的习惯，培养抽象逻辑思维能力。

[得出结论]水由氢元素与氧元素组成。

【过渡】物质的组成元素都有固定的原子个数比，为了探究水中氢元素与氧元素的原子个数比，请同学们在老师的指导下进行下面实验探究。

[小组实验]1)在水电解器玻璃管里加满水，并加入少量硫酸钠或氢氧化钠以增强导电性，接通直流电源，观察两个电极附近和玻璃管内的现象并填入表1中。

2)切断上述装置的电源，用燃着的木条分别在玻璃管尖嘴口检验电解反应中产生的气体，观察并记录现象填入表2中。

表1 两电极附近和玻璃管内的现象

表2 木条燃烧情况及解释

设计意图：让学生动手做实验，掌握基础的实验操作技能，提高学生动手能力，帮助学生初步学会从定性和定量视角研究物质组成；培养学生根据实验现象分析、比较、归纳等证据推理的科学思维以及求真务实的科学态度和探究精神。

【多媒体展示】水分子分解过程示意图，如图4所示，请同学们尝试使用图形表述水的分解过程。

设计意图：首先，将微观粒子，即分子、原子可视化，抽象的概念直观化，不仅降低理解难度，还有利于建立“宏-微-符”三重表征的学科思维；其次，将微观粒子模型化，帮助学生建立模型认知，建构“物质由元素组成和微观粒子构成”和“化学变化中元素不变”的学科观念；最后，让学生描述水的分解过程，旨在提高学生的主体性，培养观察、分析、归纳和表达的能力。

图4 水分子分解示意图

[得出结论]用表达式表示水的分解：

【练习】了解化合物、氧化物、单质的概念后，尝试将表3中的物质进行分类。

表3 一些常见物质的物质名称及对应化学式

设计意图：通过自主分析、归纳，增强对化合物、氧化物、单质等基本概念的理解，帮助学生初步形成分类观，培养知识迁移和终身学习能力。

【课题小结】以上内容是“课题3水的组成”中，我们认为能够体现素养为本的教学内容。通过引导学生科学探究，经历科学探究的一般过程。在此过程中，尽可能启迪学生思考，引导学生动手操作，培养科学探究与实践能力。利用水的分解微观示意图建立模型认知，帮助学生深入认识水的组成，发展宏观辨识与微观探析的能力。

课题4 化学式与化合价

【过渡】像H2O这样，用元素符号和数字的组合表示物质组成的式子叫做化学式。

【小组讨论】请写出化学式H2O表示的意义，并讨论符号H、2H、H2、2H2具有什么意义？

设计意图：以符号H2O表示的意义为基础，帮助学生从宏观与微观，定性与定量视角认识符号表征的意义，有效培养学生用概念进行区分宏观和微观的判断能力。

【设疑】如何正确书写化学式呢？

【讲解】化合物都有固定的组成，如表4所示，不同物质组成元素的原子个数比并不都是1∶1。

表4 一些物质组成元素的原子个数比

化学上用“化合价”表示原子相互化合的数目，那么原子相互化合的数目与什么有关呢？从原子结构角度，以NaCl形成过程为例，如图5所示，请同学们思考并回答。

图5 氯化钠形成过程

设计意图：以NaCl的形成过程为例，让学生直观地认识原子相互化合的数目与原子最外层电子数有关，Na易失去最外层的一个电子显+1价，Cl得到一个电子显-1价，最终形成最外层为8电子的稳定结构，化抽象为具体，帮助学生理解化合价定义的同时，发展抽象思维能力。

【小组讨论】教材85页表4-2中是一些常见元素的化合价，试着编写能帮助记忆的化合价韵语、歌谣或顺口溜，看谁记得准、记得多。

设计意图：让学生记住“一价氢氯钠钾银，二价氧钙钡镁锌，三铝四硅五价磷，二三铁二四碳，二四六硫都齐全”的口诀。识记一些常见元素化合价是推算化合物中某一元素化合价的必要前提，也是书写化学方程式的重要知识储备，让学生自主寻找记忆方法，转变以往死记硬背的学习观念，培养发散思维和创新意识。

【应用】1)根据化合价书写化学式

用最小公倍数法带领同学们完成教材86页例题，然后自主完成教材89页第5题。

2)根据化学式确定化合价

根据化合物中各元素化合价代数和为零，带领同学们计算碘酸钾(KIO4)中碘元素的化合价，然后自主完成教材89页第4题。

设计意图：通过练习，考察学生对化合价的掌握情况，学习化学式的正确书写方式，培养用符号表示物质组成的能力。

【过渡】根据元素的化合价可以推测实际化合物的化学式，那么根据化学式能推算什么呢？

【讲述】1)计算相对分子质量

相对分子质量是物质中各原子的相对原子质量之和，经过第三单元的学习，我们知道相对原子质量不等于原子的实际质量，是个比值，单位为“1”，书写时一般省略不写。

例如：O2的相对分子质量=16×2=32；H2O的相对分子质量=1×2+16=18

2)计算物质组成元素的质量比

例如：二氧化碳(CO2)中碳元素和氧元素的质量比等于12：(16×2)=3∶8

3)计算物质中某元素的质量分数=该元素的质量/组成物质的元素总质量×100%

例如：计算化肥硝酸铵(NH4NO3)中氮元素的质量分数。

①计算出NH4NO3的相对分子质量=14+1×4+14+16×3=80

②再计算氮元素的质量分数=(14×2)÷80×100%=35%

【巩固提高】展示医用葡萄糖注射液的标签图，让学生进行相关计算。

【课题小结】以上内容是“课题4化学式与化合价”中，我们认为能够体现素养为本的教学内容。先利用原子结构示意图，化抽象为具体，帮助学生理解化合价定义的同时提升抽象逻辑思维能力。其次，通过小组讨论的形式，寻找化合价记忆方法，培养学生发散思维和创新意识。最后，带领学生学习化合价、化学式的相关应用，培养学生用符号表征物质组成和运用理论知识解决实际问题的能力。

5 总结

本文遵循“素养为本”的教学理念，合理运用生活素材创设真实问题情境，最大限度激发学生的学习兴趣，培养爱护水资源的社会责任。通过引导学生进行实验探究、体验科学探究的一般过程，帮助学生完善化学学习的科学思维，同时借助微观图建立模型认知，培养“宏-微-符”三重表征能力。引导学生运用所学知识解决实际问题，深刻体会化学学科的价值，最终实现促进学生化学学科核心素养和能力协调发展的教学目标。