化工思维引领的高中化学课堂深度学习

张玉娟　朱征　刘芳

【摘 要】《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》关注化学教学对学生未来职业发展的意义，人教版高中化学新教材新增设《化学与职业》栏目。以“不同价态含硫物质的转化”为例，教师可设计工业制硫酸的“蓝图设计—关键转化—污染防治”这一真实情境主线，在教学中融入化学工程师的化工思维，准确定位教学与评价目标，将化工思维运用到问题的分析与解决之中，引领学生实现化学课程的深度学习。

【关键词】化工思维；深度学习；教学设计

【中图分类号】G633.8  【文献标志码】A  【文章编号】1005-6009（2022）83-0051-04

【作者简介】1.张玉娟，南京外国语学校（南京，210008）教师，高级教师，南京市学科带头人；2.朱征，南京外国语学校（南京，210008）教师，正高级教师，江苏省化学特级教师；3.刘芳，江苏省教育考试院（南京，210036）副教授。

“化学课程不能满足于教给学生具体知识，更重要的是培养学生化学学科的思维方式。”［1］《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）建议使用能展示“与化学有关的职业及其与化学科学领域的关系”［2］25的情境素材。人教版高中化学新教材新增设《化学与职业》栏目，介绍与化学相关的职业的特点、工作内容、知识背景、就业方向等。［3］

“化工工程师”是必修第二册第五章第一节第四课时“不同价态含硫物质的转化”的内容，介绍了化工工程师的职业概念、主要工作以及必备的职业素养和专业知识。通常，我们将化工工程师对化学工业生产进行设计和实施时的思考方式称为“化工思维”。化工思维是以化学及工程学知识为基础，集成多学科知识，权衡多方面因素对一项化工生产目标进行设计、实施、改进、评价等一系列过程中所运用到的思维方式。如何将化工思维运用到本节内容的教学设计之中？笔者在执教该节内容时，做了认真的思考与尝试。

一、聚焦核心素养，深度分析课标、教材与学情

学科教学中，教师只有站在学科体系之上，选择最为核心的知识内容，高效智慧地进行结构化处理，［4］才能引导学生积极主动地探索、理解，批判地学习，灵活地迁移与应用，实现真正有“深度”的学习。

结构化处理方式多样，包括知识点的结构化，也包括将学科核心知识与学生经验的结构化，或是对学科核心知识与社会发展、科技成果的结构化。这些都离不开教师对学科课程标准的认真研读与理解，准确把握学科素养目标与最新课程理念。

1.课标解读

新课标“内容要求”中指出“认识元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化”［2］14，并建议“结合实例认识非金属及其化合物的多样性，了解通过化学反应可以探索物质性质、实现物质转化，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”［2］15。

新课标在“教学策略”部分将该部分内容确定为学生必做实验（实验活动5），并在“学业要求”中明确“能从物质类别、元素价态的角度，依据氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象”［2］17，同时设置了“与同伴合作实验探究”“通过实验探究物质变化规律，设计简单实验方案”等不同等级的学业质量标准。这一系列要求印证了实验探究活动的“高水平”要求，也显示出在该部分内容教学中设计、融入高水平的实验探究活动的重要性。

2.教材分析

“不同价态含硫物质的转化”是人教版化学教材必修第二册第五章第一节“硫及其化合物”中第四部分的内容。在此之前，学生已学习过硫、二氧化硫、硫酸及硫酸根离子检验等相关知识，学习这一部分内容时既可梳理之前所学有关含硫物质的知识，又可讨论不同价态含硫物质的转化，帮助学生加深对硫及其化合物性质的理解，构建硫及其化合物的知识网络，从而构建元素及其化合物知识的学习方法模型。对氧化还原反应原理及观念的理解与应用是学习不同价态含硫物质之间转化的关键。对比人教版、苏教版与鲁科版三个版本的教材，可以发现各版本教材在该部分内容设计上略有差异。（见表1）

尽管三个版本教材的内容编排有区别，但是都强调了硫元素的转化，涉及了自然界及环境问题，渗透了化工生产与社会生活的联系，并且都凸显了氧化还原这一学科核心观念。其中，人教版教材和鲁科版教材更突出实验在化学学习中的载体作用和育人价值，人教版教材更是安排了完全开放的自主设计实验，充分发挥教师的教学智慧和学生的主体作用。

3.学情研判

从知识层面分析，学生已掌握了一些学习元素化合物的方法，这有助于师生共同对“不同价态含硫物质之间转化”中的学科核心知识开展有深度的加工，进而全面深入地探究氧化还原观念的学科本质和应用。

从能力维度分析，通过高中化学教材必修第一册的学习，学生初步形成了“变化”的观念，基本具备运用化学反应原理分析解决简单的实际问题的能力。同时，该年龄段的学生思维活跃，具有较强的分析、概括和归纳能力，对事物具有强烈的好奇心和求知欲，并且能够开展自主学习和合作学习。这些均有助于推进本节课教学任务的顺利开展，学生可以超越单纯的知识记忆，实现学科理解，形成正确的价值观念、必备品格和关键能力。

二、融入化工思维，准确定位教学与评价目标

以学科知识为主线，本节内容的教学目标可以设定为：（1）从类别、价态的视角预测和分析含硫物质之间的转化方式和转化关系，运用价类图解决真实情境中的真实问题；（2）开展高水平的实验探究活動，解决含硫化合物的转化问题；（3）感受“硫循环”在生产生活中的重要作用，感受化学在促进人类发展和社会进步中的重要价值。

在设计教学方案时，笔者以原料开发、物质知识、反应原理知识、化工知识、环境保护知识等为载体，将化工思维贯穿其中。设计工业制硫酸的“蓝图设计—关键转化—污染防治”这一真实情境主线，将学科观念的培养落实在解决情境任务的过程中，体现“教学评”的一致性，帮助学生体验、理解并初步形成化工思维模型。

具体设计如下：（1）通过设计工业制硫酸原料步骤的蓝图，初步构建物质转化的认知模型，诊断并发展学生对物质转化的认知进阶；（2）通过分析工业制硫酸的关键转化反应，学会运用化学知识分析和解决实际问题，诊断并发展学生的实验探究能力及交流评价能力；（3）通过讨论工业制硫酸污染防治的措施，诊断并发展学生对工业生产方案的环境评估能力，增强其社会责任感。

三、落实素养评价，精心设计任务与活动主线

基于以上对课标、教材和学情的分析，以及对教学和评价的目标定位，笔者设计了一个个教学任务，推进教学进程，在不同的任务解决与教学活动中落实不同的素养评价。具体教学思路见图1。

1.任务一，工业制硫酸的蓝图设计

如何模拟化学工程师在生产化工产品时的思路，首要是考虑原料选择和生产路线设计。因此，笔者设计了两个教学活动，包括绘制含硫物质价类图和讨论使用什么原料及转化路径。学生在这一教学环节中，不仅可以在回顾已学的各类含硫物质的基础上绘制价类图，还可以在讨论分析硫在自然界主要存在矿物（硫黄、黄铁矿等）的基础上设计并书写制备硫酸的相关化学方程式。

该任务帮助学生将硫及其化合物之间的转化关系结构化，让学生体会学习元素及其化合物知识的一般方法，构建认知模型，发展符号表征能力以及化工生产方案设计能力。

2.任务二，工业制硫酸的关键转化

当确定了工业制硫酸的原料（黄铁矿）之后，笔者帮助学生建立从原料到目标产物（硫酸）是实现硫元素化合价升高的氧化还原的认识，将化学学科思想融入这一化工思维中。笔者设计了两个开放式的实验探究活动，分别是实现－2价硫到0价硫单质的转化以及＋4价硫到＋6价硫的转化。在实验探究环节，教师给出可选用的试剂有Na2S溶液、Na2SO3溶液、H2O2溶液、溴水、酸性KMnO4溶液等，学生要动手展开实验探究，并在此基础上解决选择反应物、选择氧化剂、预测目标产物、检验以及预判实验现象等问题。

该任务意在提升学生依据氧化还原思路设计实验方案的能力。在分组讨论、方案分享、实验探究、结果分享、评价反思等过程中培养学生的合作意识、实践能力以及交流评价能力。

3.任务三，工业制硫酸的污染防治

在了解工业制硫酸的核心转化反应后，笔者引导学生从化学工程师的视角分析评估这一系列转化过程中对环境的影响，提出解决二氧化硫污染问题的方案。脱硫方案具有开放性，要解决该问题，学生需充分分析二氧化硫的相关性质，在诸多反应中选择应用，并交流、分析、评价。

该任务的设计意图在于发展学生解决实际问题的能力和绿色化学观念，用化工思维对化工生产过程做出环境评估，培养风险意识。在SO2污染防治的真实任务中，培养学生自主迁移运用所学物质性质及转化关系的意识，使学生逐步建立多角度综合评价问题解决方案的能力。

化工思维引领高中化学课堂的深度学习，首先要求教师善于选取合适的真实问题为素材，教学内容应注重联系社会生活的真实情境，尤其是化工生产情境，该问题情境要涵盖学科核心知识、与教学内容有效融合，并将化工思维和学科观念渗透在问题解決的过程之中；其次，教师要引导学生亲历问题解决的全过程，注重师生互动、生生互动、共同探究，在提出、分析及解决问题的过程中，帮助学生将零散的知识点系统整合；最后，教师要重视营造高质量思考与探究的氛围，让教学从无“趣”到有“趣”，从无“效”到有“效”。深度学习不仅能够帮助学生形成良好的知识结构，更重要的是培养学生灵活的思维和系统的观念，发展学生的学科素养和关键能力。

【参考文献】

［1］毕华林.对高中化学学科核心素养的认识和理解［J］.化学教学，2021（1）：5.

［2］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.

［3］欧阳志斌.高中化学教材“化学与职业”栏目的解读与使用［J］.中小学教材教学，2021（3）：6-19.

［4］刘月霞.指向“深度学习”的教学改进：让学习真实发生［J］.中小学管理，2021（5）：13-17.