从“知识本位”走向“素养为重”的元素化合物教学设计

唐云波

摘要：核心素养指导、引领着中小学课程教学改革实践。从“知识本位”走向学生素养发展，是化学课堂教学价值的应然追求，是实现课堂转型的有效途径。以“硫及其化合物”教学为例，通过课标、教材及学习者分析，规划元素化合物主题单元过程目标进阶、明确“硫及其化合物”课时目标，通过预测性质、实验探究、拓展迁移等三阶段的教学实施，建立元素化合物研究思路、构建研究模型及形成新物质性质的预测能力。从而实现从“知识点课时教学”走向基于探究发展进阶的单元整体设计，促进学生认识素养的发展。

关键词：素养为重；元素化合物；硫及其化合物；教学设计

文章编号：1005–6629（2017）10–0035–06 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

1 问题的提出

元素化合物知识作为中学化学内容的重要组成部分，是化学1模块教学内容的主要组成部分，在学生的化学学习中占有重要地位。高中化学课程标准中内容标准专设“常见无机物及其应用”主题来界定核心内容。

其中，“硫及其化合物”是元素化合物知识体系（“八大元素及其化合物”）中非常重要的部分，多数化学教师经常选择该课题中的内容实施学生科学探究活动。

目前高中化学教师已经设计和实践出一些较好的课例，但文献集中在联系社会生活、教和学方式的转变、突出实验探究、围绕核心物质（SO2）以及演示实验的改进等方面[1～4]。

总的来说，在以往的研究中，重视了自主、合作、探究等多样化的教学方式，追求的是以化学知识本体的获得为目的，仍然没有突破“唯物独尊”的以物质为核心的元素化合物教学的思维惯性，围绕以硫元素为核心的教学研究较少，而对于实验探究能力发展进阶、多角度、不同水平认识物质方面的实践研究，更是凤毛麟角。

本课题的教学活动以“硫及其化合物”为载体，通过教学帮助学生建立起研究物质性质的思路和方法。具体解决以下2个问题：

（1）在元素化合物教学中应如何帮助学生形成多角度认识物质的性质？

（2）从整体实验探究能力发展进阶来看，学生在硫及其化合物的学习中，其实验探究能力的发展点在哪？以及在探究中学生真正的短板和障碍点在哪？

2 教学设计与实施

2.1 教學内容分析

2.1.1 课标分析

《普通高中化学课程标准（实验）》中，关于“硫及其化合物”主题规定了以下内容[5]（如表1）。

课标对元素化合物的处理，突破了传统的以物质为中心模式，不再追求从结构、性质、存在、制法、用途等方面来全面系统地学习和研究物质，转变到围绕某一种元素，学习含有该元素的主要物质的核心性质。

对于非金属元素及其化合物性质的研究，还强调化学概念原理的指导作用和方法的工具作用，突出从物质分类和氧化还原原理出发，注重通过实验探究等手段来研究。

2.1.2 教材分析

“硫及其氧化物”位于人教版《普通高中课程标准实验教科书·化学1》的第四章第三节“硫和氮的氧化物”中第1课时内容，是前二节刚学习完硅、氯及其化合物后的第三种非金属元素及其化合物的学习。

本节中，把硫、氮的氧化物编写在同一节中，教科书首先从人们熟悉的空气质量日报提出相关的四个问题，然后安排了三部分内容，第一部分分别通过陈述和实验观察的方式学习硫、二氧化硫的性质，第二部分则是分别以陈述和实验探究的方式学习一氧化氮、二氧化氮的性质，第三部分是二氧化硫和二氧化氮对大气的污染。突出了当代人类非常关注的环境问题，以体现“认识其在生产中的应用和对生态环境的影响”及“关注人类面临的与化学相关的问题，培养学生的社会责任感，参与意识和决策能力”的课标要求，有助于培养学生的科学态度和价值观。

然而，教材设计有两处值得商榷的地方：

一是目标的设置宽度不够，忽视形成元素化合物的认识方式。知识不仅是静态的结论，还是生动的过程，更是思维的工具和方法，具有认识论和方法论的功能和价值[6]。在渗透环境教育方面，该节教材的编写确实给人耳目一新的感觉，但实事求是地讲，教材编写者仍然没有摆脱“唯物独尊”的思维惯性，偏于孤立介绍代表物（S和SO2）性质，且处于就事论事的描述说明水平，却忽视了元素化合物知识本身所蕴含的认识论和方法论的功能和价值，即忽视了帮助学生建立起研究元素化合物性质的基本思路（基于物质的类别通性和氧化性、还原性的视角）。

二是探究的设计深度不足，缺乏关注学生认识发展进阶。在前面三个专题中，学生已经了解了非金属元素氯、溴、碘、硅及其化合物的性质和应用，以及金属元素钠、镁、铝、铁、铜及其化合物的性质和应用，学习了人们认识和研究物质性质的实验探究方法以及物质分类、氧化还原等理论知识。在此基础上，学生再去学习硫及其氧化物，实验探究能力已发展到一定的水平，已经具备了基于物质类别通性和价态转化的角度来学习元素化合物的能力，早就超越“基于实验观察之后的思考性探究”水平，正处于“基于类比假设探究”向“基于实验前的系统假设探究”阶段。而针对本节内容，教科书是基于结论陈述（单质硫）和实验观察（SO2）的方式来编写，显然低估了学生已经具备的实验探究能力水平，在实验探究的设计上缺乏从整体上关注学生认识发展水平进阶。

2.1.3 学习者分析

本节位于《化学1》的第四章内容，学生的实验探究能力已发展到一定的水平，已经具备了基于物质类别通性和价态转化的角度来学习元素化合物的基础。因此，本节课探究设计的定位在基于猜想假设后的证据探寻。

但同时学生实验探究能力发展水平又是参差不齐的，体现在面对相同任务时，不同学生的认识方式和能力水平是不同的。例如在面对依据已有经验预测S、SO2化学性质时，在说预测理由时表现为没角度、缺角度、不能多角度、有角度没思路等各种水平层次都存在。endprint

因此，本节课的关键是帮助学生将现有的认识进行系统化整合，进一步形成基于类别通性、价态升降等角度自主认识硫及氧化物的思路，为元素周期律（表）的学习打下基础。

2.1.4 教材处理与教学内容重构

基于课标要求、教材及学情分析，拟从以下几个维度重构教学内容：

一是“增加”。增加并外显化学方法知识（认识方式、角度、思路），增加对硫酸、氢硫酸性质的学习（性质的系统预测和假设）。

二是“升级”。对于硫性质的设计，由平铺直叙改为性质猜想并进行基于证据的论证；而对于SO2实验的设计，由实验观察再思考得出结论改为基于猜想后的证据探寻。

三是“转变”。改由以物质为核心到以元素为核心的设计转变。摆脱“唯物独尊”的思维惯性，由孤立地介绍代表物（S和SO2）性质，转变到围绕硫元素基于类别通性和化合价态整体认识硫及其化合物的核心性质。

2.2 教学目标与探究进阶

2.2.1 单元过程目标及进阶规划

依据教学内容在整册教材中所处的位置，从元素化合物认识角度全程规划出学生探究能力发展进阶表（如表2所示）。硫及其化合物的学习正处于多角度（基于类别通性、化合价态）地进行元素化合物性质的自主假设预测后证据探尋阶段。

2.2.2 明确课时教学目标

依据单元过程目标规划及本节教学内容特点，该节课时目标为：

（1）通过讨论交流，能自主运用基于物质的类别通性、化合价态的视角分析预测并说明论证出单质硫、二氧化硫的化学性质，形成元素化合物性质研究的一般思路（基于类别通性、化合价态等二维视角）。

（2）通过基于假设预测后的实验探究，认识二氧化硫酸性氧化物的通性，以及氧化性和还原性。

（3）通过硫元素在生产生活中的转化实例，了解硫及其化合物在生产中的应用，体会在应用过程中的环境问题。

2.3 教学过程

2.3.1 创设情境，预测性质，揭示原有认识，建立物质性质研究思路

教师课前布置“任务一”、“任务二”，组织学生课上观看“火山喷发”录像后集体交流“任务一”、“任务二”。

[任务一]寻找身边的含硫物质

1.我们周围哪些地方含有含硫物质？有哪些用途？

（1） 处存在单质硫；

（2） 处存在SO2。

[任务二]预测硫、SO2性质

2.猜想单质硫、SO2的性质

通过观察或已有知识经验，请猜想硫、SO2具有哪些性质？并说明猜想理由。

（1）硫的性质

①硫的物理性质 ；

②硫的化学性质 ，理由是 。

（2）二氧化硫的性质

①SO2的物理性质 ，理由是 ；

②SO2的化学性质 ，理由是 。

[交流汇总]

1.（1）含有单质硫：煤、硫磺香皂、火山喷发口、温泉、火药制品（烟花爆竹、火柴头等）。

（2）含有二氧化硫：空气中、汽车尾气、煤燃烧时放出、燃放烟花爆竹时产生二氧化硫等等。

2.硫、SO2化学性质的猜想及理由整理：

（1）硫能跟氧气反应、跟金属单质反应、跟氢气反应（理由：燃放鞭炮可闻到的刺激性气味等等生活经验、跟铁反应的己有事例、属于非金属单质这一物质类别的通性，化合价为0价处于中间价态体现出氧化性和还原性）；

（2）SO2能跟水、氢氧化钠（钙）溶液等物质反应（理由：二氧化碳的性质类比等已有经验推测、属于酸性氧化物所具有的通性），还能跟氧气等物质反应（理由：产生酸雨等已有经验推测化合价为+4价处于中间价态，既有氧化性也具有还原性）。

[设计意图]

通过“[任务一]寻找身边含硫物质”激活学生相关知识经验（硫及其化合物的存在、用途），为“[任务二]预测含硫物质性质”做准备；

[任务二]属于基于已有知识经验的物质性质猜想，该环节意图有二：一是诊断学情，诊断的目的不再仅是关注学生有关含硫物质的已有知识经验，更是想诊断出学生认识物质性质的已有认识（认识角度、认识思路）及其发展水平，从而确定学生认识发展的起点（基于类别通性和化合价态二个维度来认识物质）和障碍点（多角度认识物质性质的自主性不够）；二是培养学生的证据意识，初步学会收集各种证据，对物质的性质提出可能的假设。

2.3.2 设计方案，深度探究，建立物质性质研究模型

[任务三]二氧化硫化学性质探究

（1）探究SO2化学性质

（2）列表比较CO2、SO2化学性质的异同，思考造成这种异同的原因可能是什么？

（3）反思建模：研究物质化学性质的一般思路是什么？

[探究过程]

（1）探究SO2化学性质

探究1：SO2具有酸性氧化物的通性，能跟水和碱溶液发生反应。

方案①：用pH试纸测定二氧化硫水溶液的pH，pH小于7；

方案②：在二氧化硫的水溶液中滴入紫色石蕊溶液，石蕊试液变红；

方案③：将少量二氧化硫的水溶液滴入澄清石灰水中，有白色沉淀生成；

方案④：将SO2气体通入氢氧化钠溶液，然后滴加稀盐酸，有气泡产生。

师：以上某一种方案是否就可以说明SO2的某一条通性呢？

生：方案①或②通过酸碱性的变化可以说明与水发生了反应，而方案③和④联合起来才能说明SO2跟碱这类物质发生反应。endprint

探究2：SO2具有氧化性，能跟硫化氢溶液（-2价的硫）发生反应，产生淡黄色沉淀。

方案（略）。

探究3：SO2具有还原性，能跟常见的氧化剂发生反应。

方案①：将二氧化硫的水溶液滴入酸性高锰酸钾溶液，观察溶液是否褪色。

方案②：将二氧化硫的水溶液滴入溴水中，观察溶液是否褪色。

方案③：将二氧化硫的水溶液滴入氯化钡溶液中观察是否有白色沉淀，再加入过氧化氢溶液后观察是否有白色沉淀。

（2）反思建模：研究物质化学性质的一般思路（如图1所示）

[设计意图]

对于SO2实验的设计，意在突出证据推理。由实验观察再思考得出结论式的教材设计，改为基于猜想后的证据探寻型的实验探究，意在突出证据推理这一化学核心素养。而且把SO2类别通性与氧化性还原性整合在同一探究任务中，增强了其开放性，促使在开放性的环境中让学生经历通过设计实验收集各种证据，并基于证据进行分析推理，得出科学结论，解释证据与结论之间的关系，从而确定形成科学结论所需要的证据和寻找证据的途径。

对于列表比较和反思建模部分设计，意在突出模型认知，二是形成学科思想。通过CO2、SO2性质异同的比较及朔因，以及上一环节S、SO2性质的猜想及其理由陈述，然后反思建构模型，形成研究元素化合物化学性质的一般思路，逐渐形成“組成（结构）决定性质，性质决定用途、存在”化学观念，从而建立起元素化合物的研究模型（如图1所示）。

2.3.3 拓展迁移，运用模型，预测陌生物质性质

[思考]请预测氢硫酸、硫酸的化学性质，并设计实验方案进行验证。

生：氢硫酸属于酸，具有酸的通性，能跟指示剂、金属单质、碱性氧化物、碱及盐发生反应；氢硫酸中硫元素显-2价，处于最低，故只具有还原性，能跟氧化剂发生反应。同理，通过基于物质类别和硫元素所呈现的化合价（+6价）处于最高价，硫酸具有酸的通性和氧化性。

[设计意图]

发展学生运用“研究元素化合物性质一般思路”模型，能基于物质类别通性和中心元素化合价自主系统地预测陌生物质性质的能力。

3 教学反思与评价

3.1 从“知识本位”走向学生素养发展，化学教学课堂价值的应然追求——教什么

经过十多年的探索和实践，课程改革取得了重要的阶段性成果，但仍然不能完全适应中小学生核心素养发展需要，以知识为本位的教学惯性和定势还没有根本打破，以机械记忆和训练为主的课堂教学依然存在。

因此，探索适合的教育，实现从“知识本位”向“素养为重”的课堂转型，是深化课程改革，提升教育教学质量的应然选择。所谓核心素养[7]，就是学生在接受相应学段的教育过程中，逐步形成的适应个人终生发展和社会发展需要的必备品格与关键能力。化学学科核心素养就是学生通过化学课程学习形成的关键能力和必备品格，是学生发展核心素养的重要组成部分。而“素养为重”的化学教学，追求的就是“从具体性知识传授到核心观念建构，从知识解析为本转变为基于学生认识发展为本”的教学价值。

在本节课中，通过“[任务一]寻找身边含硫物质”、“[任务二]预测硫、SO2性质”以及“[任务三]SO2化学性质深度探究”等环节可以看出：有关硫及其化合物具体知识的传授，知识的获取不再是唯一目的，而是注重发挥知识的工具价值，关注的是：

一是关注化学核心观念的形成，即形成“组成决定性质，性质决定用途和存在”的观念；

二是关注学生认识的发展，即丰富了认识角度（从基于经验、基于具体物质发展到基于类别通性、化合价态等多角度认识物质），建立元素化合物的认识思路，构建元素化合物的认识模型（如图1），从而发展了认识能力。

3.2 从“知识点课时教学”走向基于探究发展水平进阶的单元整体设计，实现学生素养发展的保证——如何教

传统的“知识点课时教学”是以课时为教学时间单位，重视一个个知识点的突破，忽视相关知识点学习目标和任务的内在联系；学生对化学知识的学习是割裂的、细节化的，缺乏对所学知识功能价值的关注和思考；这样容易产生只见树木不见森林的心理效应，不利于学科体系和学科观念的整体构建。

基于核心素养的化学教学，要求形成适应学生终生发展的关键能力，不是一、二节课所能达成的，必须跨课时甚至跨学期，教师必须能从一节一节的教学中跳出来，以“主题（单元）”作为进行教学的基本思考对象。

因此，基于学科素养的课堂转型必须从单元设计做起，基于学科素养的单元设计是一线教师的基本功，从“知识点课时教学”走向基于探究发展进阶的单元整体设计，是新时期教师专业发展进阶的必然途径。

本课例（“硫及其化合物”）正是基于元素化合物这一主题单元整体背景下进行设计的，其设计的基本思路是：

首先，在“教学内容分析”环节，一是通过课标、教材进行深入的解读和剖析后，提炼出元素化合物这一主题单元中最重要的、希望学生“永久保留”的核心知识和方法，即学生对元素化合物的认识角度（基于代表物、类别通性、化合价态等单一或多维角度），以及研究元素化合物性质的认识思路（如图1）；二是通过“学习者分析”，确定学生探究能力发展水平、学生学习的短板、障碍点以及进一步发展的关键点。

其次，在“教学目标确定”环节，在教学内容分析的基础上，规划出元素化合物主题单元的“单元过程目标及进阶规划”（如表2所示），并在此框架指导下，明确课时教学目标。

因此，沿着本文思路进行的教学设计，具有整体意识。单元过程目标进阶，起着“上挂下联”的作用，上接核心素养（关键能力）、课程标准、教材目标，下连课时目标，发挥着承上启下的作用，在素养-课标-教材-教学之间实现“无缝”衔接，进一步缩小了理想课程与实施课程之间的差距。

参考文献：

[1]李惠娟.从生活中感悟化学——“二氧化硫的性质”教学设计案例[J].中学化学教学参考，2009，（9）：24～27.

[2]董金水.“二氧化硫性质探究”课堂实录与评析[J].化学教学，2013，（7）：36～39.

[3]周仕东，刁楠楠.模拟法庭审判的二氧化硫教学设计[J].化学教育，2013，（11）：35～37.

[4]李猛，王世存，王后雄.二氧化硫性质实验的一体化设计[J].化学教学，2015，（12）：59～61.

[5]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准[S].北京：人民教育出版社，2003.

[6]王磊.从知识解析为本到基于学生认识发展促进化学教学设计与实践向高水平跨越[J].化学教育，2010，（1）：2.

[7]林崇德. 21世纪学生发展核心素养研究[M].北京：北京师范大学出版社，2016：29.

[8]钟启泉.读懂课堂[M].上海：华东师范大学出版社，2015：20～23.endprint