理解为先的新高考化学模块融合教学实践

黄捷

［摘 要］基于高中化学新课标、新教材及新高考模块融合趋势的分析，设计并实施理解为先的“钛合金铸‘大国重器”模块融合教学，渗透“结构决定性质，性质决定应用”的观念，进而提炼化学模块融合教学路径，促进学生学习方式的转变；挖掘真实有价值的情境素材，发挥化学课程整体育人功能；提供高中化学融合课程的样本，适应学生未来发展的多样化需求。

［关键词］新高考；化学模块融合教学；理解为先；钛合金

［中图分类号］    G633.8        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2024）11-0058-06

新高考改革旨在落实立德树人根本任务，满足国家选拔创新人才的要求，培养全面发展而有个性的人，坚持文化立意和价值观立意， 强化育人导向。新高考改革推动了中学教育教学的变革和素质教育的实施，促进了育人方式的变革。

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》进一步优化了高中化学课程结构，将课程类别调整为必修课程、选择性必修课程和选修课程。在“3+3”或“3+2+1”高考方案中，《化学反应原理》《物质结构与性质》《有机化学基础》均为必考模块，内容增多了，考查的难度提高了。新高考化学命题以真实有价值的情境为载体，以解决实际问题为任务，以化学知识为解决问题的工具，以培养核心素养为宗旨。真实情境问题往往具有综合性和创新性，同时也有一定的陌生度，需要通过模块融合甚至学科融合来解决。只有基于对物质的本质的理解，纷繁复杂的物质世界在学生眼中才会变得有规律可循。因此，理解为先的化学模块融合教学的设计与实施显得尤为重要。

一、新高考中化学模块融合趋势分析

新课标优化了课程结构，将选择性必修模块作为所有选考化学学生的必考模块。新教材各模块加强了关联度，如鲁科版教材在每一章后都设置了“微项目”，旨在引导学生跨模块、跨学科解决真实情境问题，培养学生的综合素养。与此相呼应，新高考中模块融合试题占比逐年增多。

2020年天津、山东、海南新高考化学试卷呈现模块融合试题，2021年辽宁、江苏和湖北三省新高考化学试题将物质结构知识融合到其他模块中进行考查，2023年各省份新高考化学试卷将物质结构知识融入有机、原理、实验等大题中，2024年各地市质检试题中模块融合更加普遍。因此，笔者认为，新高考化学试题模块融合必然成为趋势。

二、理解为先的教学设计与新高考化学模块融合教学

（一）理解为先的教学设计

理解为先的教学设计（UbD）是一种新型且优质的教学设计理论，由美国学者威金斯和麦克泰于2008年提出。UbD理论认为，当教师的教学旨在使学习者理解可迁移的概念和过程，给其提供更多机会将理解的内容应用到有意义的情境（即真实情境）中，才更可能获得长期的成就。学习者通过主动建构意义（即理解的过程）来学习和巩固所学的知识和技能，并将学习结果应用到新的情境中［1］。在这种模式下，教师不再仅仅是知识的传递者，更是学生理解过程的引导者和促进者。

（二）新高考化学模块融合教学

以“结构决定性质”的观念为例，无机物知识是促进学生形成该观念的载体之一。无机物知识主要在必修模块，必修模块中学生获取的知识以宏观的性质和运用为主，学生知其然而不知其所以然。选择性必修1《化学反应原理》模块从化学反应的能量、方向、限度、速率等角度，揭示化学反应的规律及运用；选择性必修2《物质结构与性质》模块则从微观层面解释结构对性质的影响。可见，以无机物知识为载体构建“结构决定性质”的观念，需要贯穿整个高中化学学习过程，模块融合成为新高考考查的必然。

（三）理解为先的新高考化学模块融合教学设计思路

理解为先的教学是达到教学最终目标的一种有效手段，规划先于教学。成效最高的教学在开始时就明确预期学习结果，并且还要有学习真实发生的证据［2］。可见，理解为先的教学设计强调评价方法，这使得教学目的更有针对性，与新课标所倡导的“教、学、 评”一体化理念不谋而合［3］。理解为先的新高考化学模块融合教学设计思路如图1所示。

三、理解为先的新高考化学模块融合教学案例分析

笔者在高考化学复习教学中，基于理解为先理论，以“钛合金铸‘大国重器”专题为例，实施模块融合教学。

（一）教学设计思路

理解为先的“钛合金铸‘大国重器”模块融合教学设计思路如图2所示。

1.明确预期结果

明确预期结果，即确定教学目标，基于课程标准，从理解意义、掌握知能、学习迁移三个方面进行预期。

“钛合金铸‘大国重器”专题教学基于真实情境，融合元素化学、物质结构、有机化学、反应原理等知识，渗透“结构决定性质，性质决定应用”的观念，实现学科育人目标。教学目标见表1。

2.确定评价方法

确定评价方法，让教师有效监控学生的课堂学习是否达到理解程度。

（1）评价依据

学生组成学习共同体，课前预习、课中表述回答问题、课后梳理总结，质疑与交流，迁移与验证，达成目标。

（2）学生理解的证据

学前评价：学生能从钛合金在航空航天、核潜艇领域的运用，推测钛合金具有密度小、强度高、耐腐蚀等特性；知道钛合金与铁合金相比有哪些优势，并能从分类角度，类比迁移，预测金属钛制备的原理。

理解意义评价：我国钛铁矿储能丰富，学生能根据金属钛的制备流程，书写陌生化学方程式，并根据数据等信息，选择适宜反应条件。在这个过程中，学生能运用氧化还原反应原理规范书写化学方程式。

掌握知能评价：教师设计问题链，以问题为驱动，根据学生的回答进行评价。问题链以钛元素为载体，从钛在元素周期表中的位置、核外电子排布的特点、与其他微粒间的作用力、化合物的性质等方面，层层深入，揭示结构与性质的关系。

学习迁移评价：学生对金属钛在海洋环境中的腐蚀及防护这一真实且具有挑战性的任务进行交流讨论，迁移运用金属钛的性质和钢铁腐蚀知识，从腐蚀损伤、生物污损等方面提出防护措施，发展学科思维。

3.规划教学过程

（1）课前准备

确定教学活动环节和达成目标的评价依据。

（2）教学过程设计

活动一：结合视频展示的钛合金产业现状，思考钛合金相比铁合金有哪些优势。

活动二：通过工业制备金属钛的流程理解其原理。

活动三：探究钛及其化合物结构与性质的关系。

活动四：交流讨论海洋环境中金属钛的腐蚀及防护。

（二）教学过程

［专题］钛合金铸“大国重器”。

［专题任务］以钛为核心元素，通过金属钛的应用、制备，探究结构与性质的关系，交流其腐蚀及防护，构建真实情境下高中化学模块融合解决问题的模型。

［学情分析］认知方面，高三下学期学生已完成高中化学必修课程和选择性必修课程，具备高中化学基础知识，但在知识迁移运用方面尚不熟练。情感方面，学生具有一定的自律性，需要通过完成一定的挑战性任务来实现个人成就感。本专题教学需要依标依本设计符合高考评价要求的真实问题情境，既要让学生够得着，又要让学生有提升，能够深入理解本质，实现学生知识、能力、素养的螺旋式上升。

活动一 结合视频展示的钛合金产业现状，思考钛合金相比铁合金有哪些优势

［视频］陕西新闻联播：从小螺钉到“大国重器”，宝鸡“钛”厉害！

［提问］钛合金可用于航空航天、深海潜水领域，相比铁合金，它具有哪些优势？钛合金有哪些性质？

设计意图：从小螺钉到“大国重器”，让学生树立“化学是人类进步的关键”的学科价值观，增强民族自豪感。同时，引导学生掌握化学的基本原理和学习方法，形成化学学科的核心观念，关注人类面临的与化学有关的社会问题，培养学生的社会责任感。

活动二 通过工业制备金属钛的流程理解其原理

［讲述］钛元素在自然界分布很广，在地壳的金属元素含量中仅次于铝、铁和镁，居第四位，我国钛铁矿储量排世界第一。以钛铁矿（FeTiO3）为原料，用镁还原法冶炼金属钛的生产流程如图3所示。

［提问］请列举常见的金属冶炼方法和依据。

设计意图：设计真实情境，引导学生类比迁移金属冶炼方法。

［讲述］根据金属钛的生产流程回答以下问题（见表2）。

此环节以钛铁矿制备金属钛为载体，必备知识涉及化学方程式书写、反应条件控制、电极反应式书写、晶胞计算、反应历程分析等，考查的关键能力为运用分析、类比和迁移等方法解决实际问题的能力，注重发展学生的“证据推理与模型认知”学科核心素养，体现化学的社会价值。

设计意图：工业流程题为高考常见题型，通过设置此类题型，引导学生研究化学原理在生产实践中的应用，充分体现化学对科学技术的巨大贡献，以及化学在社会进步中的突出地位，发挥化学学科的育人功能。

活动三 探究钛及其化合物结构与性质的关系

［讲述］钛镍合金可用于战斗机的油压系统。让学生回答以下问题（见表3）。

该环节涉及的必备知识为配合物结构、与有机物形成配位键、共价键类型、共价键键参数、杂化轨道类型、空间构型、NA，关键能力为科学推理论证能力，同时注重发展学生的“证据推理与模型认知”学科核心素养。

设计意图：从物质的微观层面理解其组成、结构与性质的关系，有助于学生形成“结构决定性质，性质决定应用”的观念。物质结构与性质和元素周期表是互相融合的，通过以上设计引导学生持久理解并结合“位—构—性”认识元素。从元素在元素周期表中的位置、基态原子核外电子排布、微粒间的作用力，引导学生建立原子结构—元素位置—元素性质—物质性质—物质用途之间的关联，促进学生对元素化合物系统认识方式的形成［5］。

活动四 交流讨论海洋环境中金属钛的腐蚀及防护

［阅读］2020年11月10日，我国自主创新、自行研制的万米载人潜水器“奋斗者”号，下潜至马里亚纳海沟10 909米，创造了中国载人深潜新纪录，达到世界领先水平。中国科学院金属研究所钛合金团队为“奋斗者”号建造了世界最大、搭载人数最多的潜水器载人舱球壳。

金属钛在海水和海洋大气环境中具有极高的抗蚀性能，其抗蚀性能远优于铝合金、不锈钢和镍基合金，被称为“海洋金属”。海水环境中钛表面发生氧化反应形成钝化膜，转移的电子被氧化剂如质子、溶解氧和水反应消耗。

海洋环境中金属钛与钢、铝和铜材料相比，防污性能最差。主要原因是金属钛具有良好的生物相容性，几乎所有海洋生物都可以在其表面附着，导致严重的生物污损发生，如附着藻类、藤壶等生物［6］。

［引导］尝试从上述阅读材料中提取学科问题。

［思考］（1）写出金属钛抗腐蚀过程中的电极反应式。

（2）列举海洋环境中金属钛的腐蚀及原因。

（3）对于海洋环境中的金属钛，可采取哪些防护措施？

设计意图：此环节先通过阅读和交流研讨，培养学生的阅读能力、获取信息能力、提出问题和解决问题的能力，再设计开放性问题，引导学生从学科内融合走向跨学科融合。真实情境问题的解决，通常不是单一学科就能完成的，往往需要多学科融合推进。在真实丰富的教学情境下，通过化学问题引导学生自主探究和实践，形成严谨的科学态度和敢于创新的意识［7］。

四、理解为先的新高考化学模块融合教学实践的效果

理解为先的“钛合金铸‘大国重器”模块融合教学，打破必修模块和选择性必修模块的壁垒，顺应新课标、新教材、新高考趋势，紧扣“发展学生化学学科核心素养”的主旨，收到了很好的教学效果。

（一）提炼了化学模块融合教学路径，促进学生学习方式的转变

“钛合金铸‘大国重器”教学实践，将学生置身于大国重器科研场景中，调动学生的学习积极性和激发学生的使命感，变被动灌输为主动探究，转变学生的学习方式。问题设计层层深入，引导学生运用所学知识解决问题，反思归纳，培养关键能力，形成必备品格。由此提炼出的“结构—性质—用途”化学模块融合教学路径如图4所示。

（二）挖掘了真实有价值的情境素材，发挥化学课程整体育人功能

“钛合金铸‘大国重器”教学实践，从“小螺钉”到“大国重器”，有效地融入真实情境，见微知著。2024年1月19日，中共中央、国务院首次表彰国家卓越工程师。习近平总书记在中央人才工作会议上强调要培养大批卓越工程师。这无疑在高中学生的心中播撒科学的种子，鼓励其树立远大志向，树立科技报国的理想，并为之奋斗。

（三）提供了高中化学融合课程的样本，适应学生未来发展的多样化需求

“钛合金铸‘大国重器”教学实践，让每个学生都发挥自己的潜能、获得应有的发展，同时为开发高中化学多样化融合课程，实施跨模块甚至跨学科教学提供可借鉴的样本。

新课标强调素质教育，以发展学生的身心健康为根本，以解决实际教育问题为要点［8］，注重培养学生的综合素质和能力。模块融合教学为学科核心素养提升创新思路，回应育人方式改革和教育评价改革对培育和选拔创新人才的需求。

［   参   考   文   献   ］

［1］［2］  威金斯，麦克泰.理解为先模式：单元教学设计指南（一）［M］.盛群力，沈祖芸，柳丰，等译.福州：福建教育出版社，2018.

［3］  张含璐.理解为先，逆向设计：以“元素周期表”的教学设计为例［J］.化学教与学，2022（24）：38-41.

［4］  中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准：2017年版2020年修订［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［5］  张红娟.新高考背景下化学模块间融合试题研究［J］.教学考试，2021（23）：57-59.

［6］  李金龙，赖思颖，董敏鹏.海洋环境钛金属的应用现状及其防护技术研究［J］.表面技术，2023（5）：1-13.

［7］  江合佩，单旭峰.高考化学创新性考查的内涵及实施路径：以2021年广东、江苏等8省市普通高中学业水平等级适应性考试化学试题为例［J］.教育测量与评价，2021（3）：33-42.

［8］  杨修宝.习近平教育文化思想意涵论析［J］. 黑龙江教育学院学报，2018（3）：1-3.

（责任编辑 罗 艳）