基于发展学生学科核心素养的化学课堂教学设计案例

蔡秋燕

为落实立德树人根本任务，培养德智体美劳全面发展的人才，需要发展学生的核心素养。《普通高中化学课程标准》指出：高中化学学科核心素养是高中学生发展核心素养的重要组成部分，是学生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，全面展现了化学课程学习对学生未来发展的重要价值。化学学科核心素养包括“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”5个方面。[1]化学课堂教学是达成化学课程与教学目标，落实课程标准基本理念的重要途径，如何基于化学学科素养的视觉进行课堂教学设计呢？

案例      无机非金属材料

教学目标

1.通过对SiO2“结构→性质→用途”的认识过程，了解并发展学生对物质及其转变的模型认知、证据推理，提升“宏观辨识与微观探析”的学科核心素养

2.通过学生自主学习了解玻璃、水泥、陶瓷的生产原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分。了解晶体硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳纳米材料的性能和用途，感受传统硅酸盐材料在城乡建设中发挥的重要作用，感受新型无机非金属材料的奇特性能，激发学生学习化学的兴趣。

3.通过芯片技术发展和碳纳米材料技术发展的学习，结合身边用到的无机非金属材料，感受化学材料作用巨大，提高学生努力学习化学，投身国家建设的社会责任感，提升“科学态度与社会责任”学科核心素养。

教学重点

“结构→性质→用途”的认识思维，常见无机非金属材料的主要性能和用途。

教学思路

以学生为中心，创设学习情境，以问题驱动为主线认识常见无机非金属材料，感受化学的社会价值。

教学过程

教学环节一：认识二氧化硅材料

【任务1】展示水晶、石英、玛瑙、沙子等图片，说明其化学成分主要是SiO2，是生活中重要的材料。播放有关光导纤维的录像，给出信息：高锟——华裔物理学家，制备了光纤并开创性地应用于通信领域，被誉为“光纤之父”，获得2009年诺贝尔物理奖。

提出问题：根据生活经验说说水晶、石英、玛瑙、沙子有何用途。归纳总结SiO2的用途有哪些。

【学生活动1】观看图片、录像，分析得出SiO2的用途，感受二氧化硅材料的实用价值，感受物理学家高锟的成就进而增强民族自豪感。

【任务2】展示SiO2晶体结构图片和球棍模型教具。提出问题：1.为什么二氧化硅的化学式为SiO2？2.根据SiO2晶体结构推测SiO2性质。

【学生活动2】仔细观察图片和球棍模型，在教师引导下分析：每个硅原子周围连着4个氧原子，每个氧原子周围连着两个氧原子，实际上，二氧化硅晶体是由Si和O按1∶2的比例所组成的四面体网状结构的晶体。因此，通常用SiO2来表示二氧化硅的组成。这样结构的晶体具有硬度高、难溶于水、耐高温、耐腐蚀等性质，所以用途广泛。

【任务3】展示实验室保存NaOH溶液和氢氟酸的图片。给出信息：普通玻璃的主要成分为Na2SiO3、CaSiO3 、SiO2。提出问题：1.为什么存放NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？氢氟酸为什么不用玻璃瓶盛放？2.根据SiO2的物质类别和SiO2中硅元素的化合价，分析总结SiO2的化学性质有哪些。

【学生活动3】讨论、分析总结并汇报SiO2的化学性质：1.具有酸性氧化物的通性；2.能与氢氟酸反应，但不与其它酸反应；3.具有氧化性。

【任务4】工业上用SiO2制备高纯硅的原理示意图如下：

提出问题：1.请尝试写出其中涉及的主要化学反应的化学方程式；2.在半导体工业中有这样一句行话：“从沙滩到用户”，你如何理解？

【学生活动4】讨论、分析并书写化学方程式，感受SiO2的创造价值。思考并讨论焦炭与SiO2反应生成的氧化产物为什么不是CO2。

教学环节二：认识晶体硅材料

【任务1】展示元素周期表图片。提出问题：结合硅在元素周期表中的位置，推测晶体硅可能的用途是什么？

【学生活动1】观察图片，回忆所学知识得出结论：硅元素在元素周期表中正好处于金属与非金属的过渡位置。其单质的导电性介于导体与绝缘体之间，是应用广泛的半导体材料。

【任务2】播放视屏《从沙子到芯片》，提出问题：1.为什么目前中国90%CPU都依赖于进口？（信息：光刻机是生产芯片最核心的部分。世界上能掌握这项技术的公司只有寥寥几家。日本、荷兰目前占据90%以上的芯片市场份额。最先进的光刻机，只有荷兰制造商ASML一家能做）2.总结晶体硅的用途。

【学生活动2】观看、倾听、思考、交流，积极发言，感受晶体硅的实用价值，感叹芯片技术的神奇精妙，期望中国芯片技术将来能站在世界最前端。

教学环节三：材料分类建构

【任务】展示铝合金、钢轨、塑料、玻璃、陶瓷、硅晶片等图片。请说出图片中的物质哪些属于无机非金属材料？尝试画出材料分类图。

【学生活动】观察图片，思考，画出材料分类图

教学环节四：学生分享所了解的无机非金属材料

【任务】课前布置，把学生分成六个小组，分别负责查阅传统玻璃、水泥、陶瓷的生产原料、性能和主要用途；查阅新型陶瓷、石墨烯、碳纳米管的性能和主要用途。

【学生活动】学生代表以PPT形式汇报分享所查阅的资料，其余学生倾听、思考，感受化学材料的作用巨大。归纳总结常见无机非金属材料的性能和主要用途，完成下列表格。

寄语：希望我们当中的某些学生今后在相关高科技领域能有所建树。

参考文献：

中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.