基于内容结构化的主题式单元复习教学

曾开家

摘要：以“物质及其变化”单元复习教学为例，围绕化学学科核心素养的发展，探索内容结构化的教学。以“观铜之美”“说铜之态”“炼铜之法”“用铜之性”为教学主线，创设真实情境，提供思考材料，设置系列问题，实现人教版新教材第一 单元核心概念和观念的关联复习，基于新课标，为新教材提供单元复习教学新方案。

关键词：内容结构化;单元复习;主题式教学;物质及其变化

文章编号：1008-0546（2022）03-0065-04     中图分类号：G632.41     文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.014

一、问题的提出

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》在教学和评价建议中指出：化学教学内容的组织，应有利于促进学生从化学学科知识向化学学科核心素养的转化，而内容的结构化则是实现这种转化的关键[1]。内容结构化主要有三种形式，分别是基于知识关联的结构化、基于认识思路的结构化、基于核心观念的结构化，教师在教学过程中如何理解并实施结构化策略是本文探究的宗旨之一。单元复习教学是整合知识、提升能力、诊断并发展核心素养的重要环节，教师在教学过程中采用知识梳理、题型归纳等方法较多，将单元必备知识、关键能力进行整合发展核心素养的教学设计借鉴很少，如何进行有效的单元专题复习，是本文探究的另一宗旨。

二、内容分析

根据新课标内容和学业要求，结合实例认识元素及其化合物的多样性，能从物质类别和元素价态变化的视角说明物质的转化路径，认识物质及其转化在促进社会文明进步、自然资源综合利用和环境保护中的重要价值[1]。“物质及其变化”是人教版新教材必修第一册第一单元内容，教材中的复习策略包含整理与提升、复习与提高两个板块，主要以知识梳理的习题练习的形式呈现。本章作为高中化学的第一章，具有承前启后的作用，离子反应和氧化还原反应是中学化学的重要理论，物质类别和元素价态是认识物质及其变化的两个重要视角，它们是高中阶段化学课程的重要基础[2]。从学生层面来看，初中所学元素知识零散不系统，高中所学物质的分类、两大反应等核心概念分散，关联度低。本文试图采用主题式单元复习教学提升化学核心概念和观念的结构化水平，发展学生化学学科核心素养。

三、设计思路

本文选取学生有一定基础认识的铜元素为载体进行知识关联，设计“观铜之美”“说铜之态”“炼铜之法”“用铜之性”认识思路的系列学习任务，串联物质分类、离子反应和氧化还原反应等知识，实现本单元核心概念的内容结构化。

四、教学过程

1.教学环节一：观铜之美

【情境1】投影图1 中三星堆铜面具、四羊方尊、马踏飞燕

【材料1】

①在三星堆遗址，出土了许多青铜人面具，它们是中国古代最早和出土规模最大的面具群体。一件面具高64.5厘米，宽138厘米，这件面具最奇特的是：双眼呈柱状外凸达16厘米，被人们俗称为“千里眼、顺风耳”。

②四羊方尊是中国仍存商代青铜方尊中最大的一件，其每边边长为52.4 厘米，高58.3厘米，重量34.5公斤，被史学界称为“臻于极致的青铜典范”，位列十大传世国宝之一 。

③马踏飞燕为東汉青铜器，为甘肃省博物馆镇馆之宝。  高34.5厘米，长45厘米，宽13.1厘米，重7.3千克，造型矫健精美，作昂首嘶鸣、疾足奔驰状，显示了一种勇往直前的豪情壮志，是中华民族伟大气质的象征。

【问题1】青铜的出现标志着人类从石器时代进入青铜时代，是人类文明进步的标志。 青铜是纯净物吗？

【学生】不是。是铜的合金，是混合物。

【追问】你的分类依据是什么呢？ 能否系统梳理物质的分类方法呢？

【学生】思考交流后回答。

【小结】评价学生的观点，展示图2物质分类的知识关联。

设计意图：用中华民族历史悠久的文物创设情境，引入本节课教学内容的主题载体，通过学生对知识的梳理，实现物质分类的知识逻辑关联结构化，增强民族自豪感，起到诊断并发展学生社会责任素养的作用。

2.教学环节二：说铜之态

【过渡】铜元素在自然界中如何存在？尽可能多的说出你知道的含铜物质。

【学生】交流分享。

【情境2】投影图3铜及铜矿石

【材料2】介绍价类二维图

【问题2】它们哪些是电解质？ 哪些是非电解质？属于什么物质类别？ 铜在其中的化合价是多少？

【学生】交流讨论回答，将物质在价类二维图中找出相应的位置并画出转化关系如图4。

【思考】已知反应：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O，氧化亚铜是碱性氧化物吗？

【学生】不是，除生成水之外，还有铜单质生成。 根据信息补充价类二维图。

【追问】不同类别物质之间转化的一般规律如何构建？ 价类二维图优点何在？

【学生】思考交流后回答。

【小结】评价学生的观点，展示图5不同类别物质转化图[3]。基于物质类别和元素价态，可以预测物质的性质及转化途径。 例如，对于 CuO，从物质类别来看，它属于碱性氧化物，据此可以预测它可能与酸发生反应;从元素价态来看，CuO 中铜元素的化合价是+2 价，为铜元素的高价态，据此可以预测它具有氧化性，可能与具有还原性的物质发生反应。

设计意图：通过交流分享铜在自然界存在的形态，并构建主题载体铜元素的价类二维图，诊断学生物质转化的模型认知水平，实现物质认识思路结构化，发展学生模型认知素养、变化观念素养。

3.教学环节三：炼铜之法

【过渡】铜单质在自然界存量很少，古人是如何炼铜的呢？

【学生】可以由+2价铜的化合物转化为铜单质;可以由+1价铜的化合物转化为铜单质;可以由铜的氧化物转化为铜单质;可以由铜盐转化为铜单质。

【情境3】演示实验：燃烧涂抹孔雀石粉末的滤纸，灰渣中有紫红色固体。

【材料3】

①殷墟考古发现，古人选用孔雀石[主要成分为 Cu2（OH）2CO3]炼铜冶炼方法为将点燃的木炭接触孔雀石。

②蓝铜矿[主要成分2CuCO3· Cu（OH）2]常与孔雀石伴生存在，与焦炭一起加热可得铜。

③北宋沈括《梦溪笔谈》中记载：“信州铅山有苦泉，流以为涧。 挹其水熬之则成胆矾，烹胆矾则成铜 。熬胆矾铁釜，久之亦化为铜”。

【问题3】书写上述材料中的化学方程式，是离子反应的写出离子方程式。

【学生】交流讨论书写

材料 ① Cu2（OH）2CO3 2CuO + CO2 ↑+ H2O;2CuO+C 2Cu + CO2↑

材料②2[2CuCO3·Cu（OH）2]+3C 6Cu+7CO2↑+2H2O

材料③Fe+Cu2+=Cu+Fe2+

【追问】上述方程式分别是哪种类型的化学反应？【学生】交流讨论回答。

【小结】展示图6化学反应分类图[3]，指出可以不同角度认识化学反应。

【思考1】材料①②的方法为火法炼铜，③为湿法炼铜，在古代哪种方法更普遍呢？ 为什么？

【学生】火法炼铜更普遍，因为原料易得。

【思考2】如果让你根据已有化学知识，从孔雀石中炼制铜，你会设计怎么样的方案呢？

【学生】可用火法炼铜的原料采取湿法炼铜：①将孔雀石粉粹后加过量稀硫酸;②将反应后的混合物过滤;③向滤液中加入金属铁。

【追问】能否写出其中的复分解反应的离子方程式？

【学生】思考交流书写离子方程式 Cu2（OH）2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O。

【思考3】考虑铜元素在自然界的主要存在形态，现代工业炼铜大多采用高温冶炼黄铜矿（CuFeS2）火法炼铜，原理如图7，请书写氧化亚铜与硫化亚铜高温反应的化学方程式，并指出氧化剂、还原剂、氧化产物、还原产物。

【学生】思考书写化学方程式2Cu2O+Cu2S  6Cu+SO2↑并说出两剂两产物。

【小结】展示图8 氧化还原反应概念认识思路发展[3]。Cu2S并没有得失氧，但它既是氧化剂又是还原剂。人类认识氧化还原反应并不是一蹴而就的，是从宏观视角的元素得失氧，经历化合价的升降，最终到了微观视角的电子转移。

设计意图：通过对涉及火法炼铜和湿法炼铜的方程式书写、反应分类、两剂两产物判断，实现对化学反应认识思路的结构化、氧化还原概念认识思路的结构化，诊断并发展学生宏观辨识与微观探析、变化观念与模型认知等核心素养。

4.教学环节四：用铜之性

【情境4】铜除了可以大量用作导电材料外，其化合物硫酸铜也有较多用途。如波尔多液、游泳池消毒剂、洁厕块等。

【材料4】

①铜粉在空气中加热很快变黑，加稀硫酸溶解后得到蓝色溶液，但同时在烧杯底部观察到有红色固体。

②向试管中加入少量铜粉，然后加稀硫酸，振荡，无现象;再加双氧水，振荡，溶液很快变蓝，同时伴随气泡产生。

【问题4】请设计实验方案由铜制备硫酸铜？

【学生1】方案一：将铜在空气中加热，然后加稀硫酸溶解即可。

【學生2】方案二：铜粉内部难以被氧化，过滤后将未被氧化的铜再次加热氧化，需要重复实验。可向铜粉中加入稀硫酸，不断通入空气并加热，一段时间后溶液变蓝，再继续加热一段时间，这样操作可以使铜逐渐被氧化完全。

【学生3】方案三：向试管中加铜粉，然后加稀硫酸，加过量双氧水，这样简约快捷。

【追问1】方案二是对方案一操作方法的优化，能否写出化学方程式，找出两剂两产物并标示出双线桥？

【学生】思考交流书写化学反应方程式：2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O，并画出双线桥。

【追问2】方案三是对方案一氧化剂的优化，能否写出离子方程式，找出两剂两产物并标示出单线桥？

【学生】思考交流书写化学反应方程式：Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O，并画出单线桥。

【追问3】方案三中气泡是什么物质？为何产生？

【学生】思考交流讨论，气泡是氧气，过氧化氢分解产生，生成物硫酸铜起催化作用。

【小结】展示图9 氧化还原反应核心观念结构化图[3]。强化“氧化剂得电子，化合价降低;还原剂失电子，化合价升高”这一核心观念。

【作业】查阅资料，了解其他由铜制备硫酸铜的方法。

设计意图：由前面铜的性质及转化到制法，再到硫酸铜的用途，强化氧化还原反应核心观念的结构化认识，进一步发展宏观辨识与微观探析、变化观念与模型认知等核心素养。

五、反思与心得

本节单元复习课选取学生有一定基础的铜元素为主题，降低了难度，利于激发学生兴趣，同时弥补了新教材中无铜元素知识的不足，实现了铜元素的主题式复习;串联物质的分类及转化、离子反应和氧化还原反应等内容，实现了物质分类及反应分类的知识关联结构化，实现了物质转化及氧化还原反应概念发展的认识思路结构化，实现了氧化还原反应“剂—电—价”核心观念结构化。本节基于内容结构化的主题式教学，为新课标、新教材下的单元与模块复习提供了新的尝试与范式。

参考文献

[1] 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）》[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 乔国才，夏建华.普通高中教科书教师教学用书.化学必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：4.

[3] 人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中教科书.化学必修第一册[M].北京：人民教育出版社，2019：6.

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