发展“证据推理与模型认知”的单元教学设计

[摘 要]

单元教学是发展学科核心素养、促进课堂教学转型的教学形式，有利于促进知识体系结构化。“海洋化学资源的综合利用”这一单元的教学设计具体包括单元的规划、教材教法分析、教学目标设计、学习活动设计和评价目标设计，遵循“问题情境→分析推理→原理分析→实验探索、数据分析→形成流程”的思路，围绕发展学生核心素养这一主旨，有利于达成发展学生“证据推理与模型认知”的教学目标。

[关键词]

高中化学;核心素养;单元教学

《普通高中化学课程标准（2017年版）》提出以“发展学生化学学科核心素养”为主旨，课堂作为传播知识的场所，是落实核心素养的前沿阵地。核心素养的落实是持续的、跨课时的，甚至是跨学期、跨学年的。长期以来，一线教师在课堂教学中主要重视课时教学，关注课时目标的达成，知识的系统化和结构性不足。要改变这种现状，迫切需要教育工作者研究和探索发展学生化学学科核心素养更为有效的途径。单元教学作为发展学科核心素养、促进课堂教学转型的教学形式已引起广泛关注。教师应基于核心素养，按照知识逻辑、学生认知规律，以相关主题与任务为线索对教学内容进行分析重整，形成结构单元，进行单元教学。核心素养导向下的单元教学设计克服了课时设计可能存在的知识的不连续性问题，促进了知识体系结构化，整体规划了化学学科核心素养的培养，循序渐进地推进了学生化学核心素养的形成。

单元教学设计的关键环节包括单元规划、单元教材教法分析、单元教学目标设计、单元学习活动设计、单元作业分析、单元教学评价设计、

单元资源设计，如图1所示[1]8。

笔者以苏教版新教材必修一专题三第三单元“海洋化学资源的综合利用”的内容为教学素材，进行了单元规划、单元教材教法分析、单元教学目标设计、单元学习活动设计和单元评价目标设计（暂不包括单元作业设计和单元资源分析），从整个单元出发，尝试有效重组、整合教学内容，整体设计单元教学，重点培养学生“证据推理与模型认知”这一化学学科核心素养。

一、单元规划

“海洋化学资源的综合利用”这一单元的教学内容主要包括：粗盐提纯、从海水中提取溴、从海水中提取镁、从海带中提取碘，具有较强的关联性、结构性。该单元的教学内容是发展“证据推理与模型认知”核心素养的知识载体，实验设计和流程建构有利于培养学生“科学探究与创新意识”核心素养，从海水资源的开发和利用到认识化学在科技发展和社会文明等方面的贡献这部分内容，有利于使学生形成“科学态度与社会责任”的核心素养。

本单元规划思路如图2所示。主要的教学目标是培养和发展学生“证据推理与模型认知”的学科核心素养，使学生通过对“工业上从自然资源到产品”一般工艺流程环节的认识，形成分析和讨论化工生产问题的“绿色化学”思想，提高学生将化学理论知识转化为实际应用的能力。笔者梳理、重整了教学内容，使各部分教学设计遵循“问题情境→分析推理→原理分析→实验探究、数据分析→形成流程”的思路，以达成发展学生“证据推理与模型认知”的教学目标。

二、单元教材教法分析

在发展“证据推理与模型认知”核心素养的目标指导下，笔者鼓励学生：思考、寻找多种实验方案，运用实验进行验证，得出可行的实验方案;掌握实验流程及工艺流程的解题和设计方法，构建流程题的解题思维模型，强化迁移运用模型解决实际问题的能力;关注原料的富集浓缩、物质的循环使用、资源的就近利用、节约成本等化学学科思想。经过学情分析，笔者认为，虽然学生学习了物质分离提纯的方法及氧化还原反应、离子反应等基础知识，能够利用氧化还原反应或离子反应实现物质的转化和制取，依据物质所具有的性质选择合适的转化试剂及去除杂质获得纯净物的方法，但是缺乏对“工业上从自然资源到产品”一般工艺流程环节的认识，缺乏分析和讨论化工生产问题的“绿色化学”思想，化学理论知识转化为实际应用的能力薄弱。为此，笔者在本单元的教学设计中强化了原理、概念对元素化合物知识学习的指导作用，以利于学生整合建构知识，形成知识体系，并且让学生亲身经历实验探究的过程，体验化学与生活、生产实际的联系。

三、单元教学目标设计

单元教学目标是落实化学学科核心素养、整体落实三维目标、实现“目标—教学—评价”的一致性、将课程标准具体化为课时教学目标的关键[1]。本单元主要发展“证据推理与模型认知”，同时培育学生“科学探究与创新意识”和“科学态度与社会责任”的核心素养。笔者结合学生学情，依据课程目标，确定了以下单元教学目标：（1）能根据实验目的设计合理流程，除去粗盐中含有的可溶性杂质，评价、讨论、得到不同的设计方案，实施实验方案（科学探究与创新意识）;（2）探究海水中提取镁的方法、流程，建构物质提取的一般流程（证据推理与模型认知）;（3）能运用氧化还原反应的知识，实现溴、碘离子转化为单质，类比海水中提取镁流程，建立提取溴、碘的模型（科学探究与创新意识;证据推理与模型认知）;（4）能从海水资源的开发和利用方面，认识化学在科技发展和社会文明等方面的贡献，形成资源综合利用、环境保护、海洋经济等可持续发展的理念（科学态度与社会责任）;（5）能迁移、运用已建构的流程题解题思维模型，解决实际问题（证据推理与模型认知）。

四、单元评价目标设计

评价目标以教学目标、学习目标为依据，方能有利于教师进行评价规划。教师应选择恰当的评价方式来设计评价任务，用評价来引导自己的教学和学生的学习，实现“教—学—评”一体化。因此，笔者确定了本单元评价目标：（1）通过自主设计除去粗盐中可溶性杂质流程及实验方案的实施，诊断并提升学生实验探究、实验设计、操作方法及实验评价能力与水平，发展学生的质疑思辨水平和创新意识;（2）通过实验探究、信息分析、设计从海水中提取镁的方法及流程模型，诊断学生获取信息、分析信息、建立解决问题模型的能力，发展学生证据推理、科学探究的素养;（3）通过溴、碘提取的流程建构，诊断学生氧化还原反应知识的运用水平，诊断并发展学生使用已有的模型解决实际问题的能力，发展学生证据推理与模型认知的素养;（4）通过海水资源开发利用的学习，诊断并提升学生从可持续发展、学科价值视角认识化学学科价值的水平。

五、单元学习活动设计

笔者根据教学内容及学生认知水平，将本单元设置为五个课时。每个课时按“问题情境→分析推理→原理分析→实验探究、数据分析→形成流程”的思路进行学习活动设计，在教材原有课时基礎上增加第五课时，构建流程题解题思路，形成思维模型，提高学生综合运用能力，发展核心素养。

本单元以课时活动为主，以下是笔者对每个课时的课时活动进行的总体规划，并将具体的细化设计体现于课时教学案例中。

【课时活动1】引用我国古代制盐的相关史料，创造真实情境，引发学生思考;分析粗盐中所含的可溶性杂质离子，巩固硫酸根离子的检验方法;设计实验方案，形成实验流程;分析、评价实验设计方案，培养实验设计过程中的逻辑思维。

问题1：古代制盐方法中“煎”“晒”类似分离提纯中的什么方法？粗盐中的不溶性杂质该如何除去？描述相关的实验操作。

[资料] 5000多年前的中国采用刮取海滨咸土、淋卤煎盐的方法获取食盐。四川在战国末期采用“掘井、汲卤、煎盐”法获取井盐。隋、唐之际，山西形成“垦畦浇晒”的新工艺生产湖盐;宋、元之际，福建采用晒盐法生产海盐[2]。

问题2：粗盐中还含有哪些可溶性杂质离子？如何检验硫酸根离子？如何除去可溶性杂质离子？

问题3：设计实验方案，形成实验流程;分析、评价实验设计方案。

【课时活动2】利用问题帮助学生分析数据材料，使学生学会比较分析方法，提高数据解读能力;利用实验探究依据现象得出结论，发展学生“证据推理”的核心素养;利用与工业流程的对比，帮助学生体会化学是通过技术实现价值，形成资源综合利用、循环经济的观念。

[情境]视频展示节日的焰火、野外生存的点火棒、飞机、汽车、导弹，带领学生进入“镁”的世界。

问题1：镁单质及其合金在多个领域被广泛地运用。镁在自然界中以何种形式存在？如何获取镁单质？

[资料]镁在自然界中的存在形式。镁在地壳中的存在：菱镁矿、白云石、光卤石等各种矿石形式;镁在海洋中的总储量约为1.8×1015 t，浓度约为1.3 g·L-1。

问题2：从海水中提取镁比从矿石中提取镁更合适的理由？海水中镁的存在特点？

问题3：你能否利用提供的资料设计从海水中提取镁的方案？

[资料]见表1～2。

[学生实验]分别往0.05 mol·L-1 MgCl2 溶液（模拟海水）和2.4 mol·L-1 MgCl2溶液（模拟晒盐后的母液）中加入较浓的NaOH溶液，对比实验现象。

问题4：如何实现Mg（OH）2转化为单质镁？请设计可能的途径。假设你是化工厂的技术人员，你还需考虑哪些问题？与教材中的流程对照寻找不同点，你能获得什么思想？

[资料]见表3～4。

[对比分析]自主建构从自然界中获取物质的一般思路，形成建构工艺流程的初步意识，建立解决问题的思维模型，形成综合运用、循环利用、绿色化学的学科素养。

[流程建构]

【课时活动3】通过资料整合，发展学生信息能力，帮助学生从宏观和微观的视角了解物质;通过实验探究，从实验现象推知氯、溴、碘单质氧化性强弱，形成提取溴、碘的初步方案;类比从海水中提取镁的流程，尝试运用此模型解决新问题，落实学生“模型认知”核心素养的发展。

问题1：从资料中获取信息，由溴、碘的原子结构示意图预测溴、碘可能具有的性质。

[资料]“海洋元素”溴99%以上蕴藏在大海中，海水中溴的总储量高达1×1014 t，海水中Br-的浓度约为67 mg·L-1。海水中含有丰富的碘元素，碘的总量达8×1010 t，海水中I-的浓度约为0.06 mg·L-1 [4]。

问题2：从身边的物质了解溴、碘的化合物在生产、生活中的应用，了解以Br2、I2为原料生产的化合物，知道提取溴、碘的目的。

问题3：通过实验探究，从实验现象推知氯、溴、碘单质氧化性强弱，应用氧化还原反应原理知识实现离子向单质的转化。

[实验探究]提供新制氯水、NaBr溶液、KI溶液、CCl4、淀粉KI试纸。学生分组讨论、设计实验方案，合作完成分析实验现象，得出结论。

问题4：设计提取溴、碘的初步方案，分析资料，类比从海水中提取镁的流程，并设计相应流程。

[资料]晒盐后的母液中溴、碘离子的浓度：Br-的浓度约为2500～3000 mg·L-1，I-的浓度约为1.23 mg·L-1;海带中碘的含量为3000～7000 mg·kg-1 [4]。

[流程建构]见图4。

问题5：与教材中的流程对照寻找不同点，你能获得什么思想？

[对比分析]进一步建立从自然界中获取物质一般步骤的模型：原料的富集、核心制备、产品的分离提纯。形成工艺流程的建构思路，建立解决问题的思维模型，形成运用模型解决问题的“模型认知”学科素养。

【课时活动4】整理、归纳上述活动所得到的认识，比较系统地理解掌握工艺流程设计的经济化和绿色化思想，构建流程题解题思路，形成思维模型。

问题1：工艺提取某种产品需要考虑哪些问题？

问题2：工艺流程题的解题思路方法。

问题3：如何设计简单的工艺流程？

【课时活动5】运用思维模型，提高综合能力，发展核心素养。

问题1：类比海水中提取镁的流程设计从海水中提取金属钠。

问题2：（2018·高考全国卷Ⅰ改编）焦亚硫酸钠（Na₂S₂O₅）在医药、橡胶、印染、食品等方面应用广泛。回答下列问题（见图5）：（1）生产Na₂S₂O₅，通常是由NaHSO₃过饱和溶液经结晶脱水制得。写出该过程的化学方程式：__________。（2）利用烟道气中的SO₂生产Na₂S₂O₅的工艺为_________。

①通入过量的SO₂使溶液的pH=4.1时，Ⅰ中为________溶液（写化学式）。②工艺中加入Na₂CO₃固体、并再次充入SO₂的目的是______________。

（3）Na₂S₂O₅可用作食品的抗氧化剂。在测定某葡萄酒中Na₂S₂O₅残留量时，取50.00 mL葡萄酒样品，与0.010 00 mol·L-1的碘标准液反应，消耗了10.00 mL。反应的离子方程式为_____________，该样品中Na₂S₂O₅的残留量为______g·L-1（以SO₂计）。

六、单元教学设计反思

（一）把握实际学情，体现“教—学—评”一致性

教师在进行单元教学设计时应了解和把握学生学习实际情况，统筹重组、优化整合学习内容体系，实现教学目标、内容和过程的整体性和联系性，突出课程标准、教学目标、教学实施和教学评价的一致性。

（二）反映素养要求，体现学生的主体性

单元教学目标需充分反映化学学科核心素养的要求，目标设计要宏观把握，纵横联系，并把握课程标准的总体要求，要在自上而下分解与自下而上整合的基础上重构[1]32。教学目标应以学生为主体，结果应从学生的角度来描述。

（三）重组知识内容，体现活动的功能

单元活动设计可以对学习内容进行结构性重组，通过创设真实的学习情境，创造条件，通过形式多样的活动让学生自主建构知识，提升分析、解决实际问题的能力。

[参 考 文 献]

[1]上海市教育委员会教学研究室.中学化学单元教学设计指南[M].北京：人民教育出版社，2018：8-32.

[2]夏可文，顧晔.渗透传统文化，突出情境设置的教学设计：高一化学“粗盐的提纯”[J].化学教与学，2019（3）：76.

[3]李晓明，张礼聪.着力于学生核心素养发展的教学设计：以“镁的提取和应用”为例[J].化学教与学，2018（8）：64.

[4]何卫霞，黄国年.素养为本导向下任务驱动教学实践与思考：以“溴、碘的提取”为例[J].化学教与学，2019（7）：76.

（责任编辑：赵晓梅）

作者简介：黄莉（1975-），女，福建云霄人，中学高级教师，大学本科，研究方向：高中化学教育教学。

基金项目：本文系全国教育科学“十三五”规划2018年度立项课题“指向核心素养的高中化学课堂‘教—学—评一致性研究”（课题编号：DHA180418）的阶段性研究成果。