“研究物质的基本方法和程序”单元教学设计

欧阳志斌 曹育红 曾大庆 邱菊珍

［基金项目］本文系福建省教育科学“十四五”规划 2022年度课题“基于化学大概念统摄的单元整体教学实践研究”（立项批准号：FJJKZX22-024）的阶段性研究成果。

［摘 要］“研究物质的基本方法和程序”是化学学习和研究的重要内容，是在对课程标准和教材内容编排进行深入研习的基础上确立的单元教学主题。文章分析了“研究物质的基本方法和程序”单元教学内容，介绍了单元教学策略和单元教学思路，比较完整地展示了教学过程，呈现了单元作业设计和单元教学评价，并进行了单元教学反思，期望能为一线教师的单元教学设计提供一定的借鉴。

［关键词］单元教学设计；物质研究；基本方法；程序

［中图分类号］    G633.8        ［文献标识码］    A        ［文章编号］    1674-6058（2023）35-0056-04

单元教学是指教师在研读课程标准、剖析教科书之后，根据自己对教学内容的理解和所教学生的认知水平，对知识内容进行结构化处理，形成一个相对完整的、有意义的教学主题，以此作为一个教学单元的教学。“研究物质的基本方法和程序”是在融合了“物质的分类提纯”“物质的检验”“研究物质性质的基本方法和程序”“一定物质的量浓度溶液的配制”等知识之后，提出的一个单元教学主题，该主题的单元教学具有丰富的素养培育价值。

科学家研究物质时，很多情况下需要从混合物中分离提纯出所需要的物质，然后对提纯出的物质进行检验，而在物质分离提纯、检验的过程中都需要配制溶液。研究物质的目的何在？当然是为了利用物质，而要利用物质，就需要对物质的性质进行研究。那么要采取什么方法来研究物质的性质？研究物质的性质一般需要经历什么样的步骤？可见，了解与掌握“研究物质的基本方法和程序”是化学学习的重要内容，也是学生今后从事与化学相关的科学研究工作的必备素养。因此，开展“研究物质的基本方法和程序”的课堂教学是学科发展的本质要求，也是发展学生化学学科核心素养的重要路径。

一、单元教学内容分析

实验是研究和学习物质及其变化的重要方法，是科学探究的一种重要途径［1-2］。实验也是培养学生“科学探究与创新意识”“证据推理与模型认知”“宏观辨识与微观探析”等化学学科核心素养的重要载体［3］。为落实新课标的要求，苏教版普通高中化学教科书（2020年7月第1版）在必修第一册专题2第一单元和第二单元主要编排了“物质的分离提纯”“物质的检验”“物质性质和变化的探究”“物质的量浓度”等内容，旨在让学生学会物质检验、分离提纯和溶液配制等基础知识和技能；了解和掌握物质性质和变化探究、物质分离、物质检验和制备等实验的一般思路和方法，深刻体会科学探究过程中变量控制的意义。

二、单元教学策略分析

目前，不少教师在该部分内容的教学中存在以下几个问题：（1）“照本宣科”现象严重，只会机械地按照教科书上的内容来教，缺乏对教科书内容的创造性处理；（2）对典型实验探究活动的教学不够重视，对实验及其探究教学没有进行整体规划；（3）在实验教学中过分地强调实验技能的培养，不注重培养学生的科学思维；（4）忽视问题探究情境的创设。针对上述问题，笔者提出以下相应的教学策略。一是对教科书中的相关内容进行科学的重构：把必修第一册专题3第三单元中的“粗盐中杂质离子的去除”内容融合到“物质的分离提纯”中去，把它作为学生学习完“物质的分离提纯”之后的实际应用，以达到学以致用的目的；将“物质的分离提纯”中的“分液”“萃取”方法后置，融合到必修第一册专题5第一单元中的学生必做实验“卤素性质的递变”中；将“物质的检验”中的“SO[2-4]和NH[+4]的检验”分别嵌入“硫及其化合物”“氮及其化合物”中；借鉴鲁科版教科书的编排方式，以“金属钠的性质”“氯气的性质”的实验探究代替“铝的物理性质和化学性质”“温度能否影响双氧水的分解快慢”的实验探究，为此帮助学生总结研究物质性质与变化的一般步骤；“铝的物理性质和化学性质”则嵌入必修第二册专题9第一单元的“金属的冶炼”中，“温度能否影响双氧水的分解快慢”则自然而然地融合到必修第二册专题6第一单元中的学生必做实验“化学反应速率的影响因素”中。二是以氯化钠为物质载体串联起“配制一定物质的量浓度的溶液”“用化学沉淀法去除粗盐中的杂质离子”这两个学生必做实验，无论是“物质的分离提纯”“物质的检验”，还是“研究物质性质的基本方法和程序”，都始终围绕着核心物质——氯化钠来展开，使学生始终浸润在一个大情境、大任务中，增强学生的具身体验。三是在实验探究活动中通过设计结构化的问题链，如“依据什么选择分离方法？”“依据物质性质的哪些差异进行分离？”“不同分离方法的基本原理是什么？”来引发学生的深度思考，发展学生的科学思维。四是以“金属钠和氯气的性质探究”为总任务，创设“如何从海水中获得金属钠和氯气”等真实而有意义的问题情境，再以“海水资源的综合利用”为情境载体，引导学生在解决实际问题的过程中自主建构研究物质的一般思維模型（如图1）。

[观察][实验][分类][比较][用途][检验][结构][性质][研究

物质][制备][分离][提纯][类别][价态][结构][借助感官或仪器研

究物质的物理性质][运用分类的方法，根据物质的类别预测物质的化学性质][验证实验][做出新预测][进一步研究][实施实验方案，观察、记录实验现象][发现特殊现象，

提出新问题][运用比较的方法，归纳总结物质的共性和特性][解释和结论][分析和解释实验现象，得出结论] [研究方法][研究程序][认识角度][获取]

图1 研究物质的一般思维模型

三、学情分析

在学习本单元之前，学生已经知道如何利用物质溶解性的巨大差异来对物质进行分离；掌握了从沸点高低的角度分离液体混合物中某种组分的方法；通过“粗盐的提纯”和“硬水的软化”等实验，理解和掌握了过滤、结晶和蒸馏的基本原理及操作技能；认识了氧气、铁等物质的性质，也掌握了在认识物质性质的过程中用到的各种方法；学习了“物质的量”“溶质的质量分数”等内容，掌握了一定溶质质量分数溶液的配制的操作技能；学习了碳酸盐、溶液酸碱性、蛋白质、淀粉的检验方法，还知道利用物质的物理性质进行粗略的判断。

四、单元教学目标

1.初步学会物质的分离提纯、检验等基础化学实验原理和基本技能，并通过粗盐提纯的实验方案设计，巩固物质的检验、分离提纯和溶液配制等实验技能。能根据物质的性质设计物质分离、提纯和检验的实验方案。

2.通过对钠与氧气的反应及氯气性质的探究，体会观察法、实验法、分类法、比较法、实验条件控制在研究物质性质过程中的重要应用。

3.通过探究氯气的性质，了解研究物质性质的基本程序。能对化学问题做出预测和假设，设计实验方案并实施，通过分析、推理得出结论［4］。

4.初步学会配制一定物质的量浓度溶液的实验技能，认识物质的量浓度在生产和研究中的重要应用。

五、單元教学思路

基于以上认识和分析，笔者对“研究物质的基本方法和程序”内容进行单元整体设计，选择以氯化钠为核心物质串起6个课时的教学内容，其单元教学路径如图2所示：先通过展示“金属钠和氯气的重要应用”引发学生对“探究金属钠和氯气的性质”的强烈兴趣，然后以金属钠的性质探究为载体学习研究物质性质的基本方法，以氯气的性质探究为载体学习研究物质性质的基本程序，再分解过渡性问题“工业上如何制备金属钠和氯气？”，从“电解氯化钠溶液制取氯气”和“一定物质的量浓度的氯化钠溶液的配制”的角度引出教学主题“物质的量浓度”，接着以“如何从海水中获得食盐？”“如何去除粗盐中的杂质离子？”等问题引出教学主题“物质的分离提纯”和“粗盐中杂质离子的去除”，最后以“如何检验获得的氯化钠？”这一问题引出教学主题“物质的检验”。具体的课时安排、教学主题和核心活动如表1所示。

[展示金属钠和氯气的重要应用] [探究金属钠和

氯气的性质][工业上如何制备

金属钠和氯气？][设置问题][激发兴趣][物质的分离提纯][如何从海水中

获得食盐？][电解熔融氯化钠制取金属钠][电解氯化钠溶液制取氯气][一定物质的量浓度的氯化钠溶液的配制][如何检验获得的氯化钠？][粗盐中杂质

离子的去除][如何去除粗盐中的杂质离子？][物质的检验][设置

问题][设置

问题][问题  分解][设置  问题] [物质的量浓度]

图2 “研究物质的基本方法和程序”单元教学路径

表1 “研究物质的基本方法和程序”单元教学规划

[课时安排 教学主题 核心活动 1 研究物质性质的基本方法 金属钠的性质探究 1 研究物质性质的基本程序 氯气的性质探究 1 物质的量浓度 配制一定物质的量浓度的氯化钠溶液 1 物质的分离提纯 从海水中获得食盐 1 粗盐中可溶性杂质的去除 粗盐中杂质离子（如SO[2-4]、Ca2+、Mg2+）的去除 1 物质的检验 常见离子（Cl-、Na+、K+）的检验 ]

六、课时教学设计

作为单元教学的具体实施环节，课时教学设计需要进一步细化教学目标、教学内容，帮助学生逐步整合知识内容、提炼和内化研究物质的基本方法和程序，并迁移应用到后续的化学学习和科学研究中去。

1.研究物质性质的基本方法：以金属钠的性质探究为知识载体，将“研究物质性质的基本方法”这一教学主题渗透进每一个教学环节中，让学生充分体会研究物质性质的基本方法在具体实例中的应用，提高学生探索未知、崇尚真理的意识。本课时教学内容从金属钠的重要用途引入，激发学生探究金属钠的性质的兴趣，从而为整个单元知识的学习注入动力。在金属钠的性质探究教学环节中，首先利用各种手段让学生观察金属钠的物理性质，然后通过三组实验，培养学生的观察能力和实验探究能力，最后引导学生用分类、比较的方法对金属钠的性质进行总结归纳，培养学生质疑、设想、推导、证实、理论归纳等一系列有效的科学探究意识。

2.研究物质性质的基本程序：以氯气的性质探究为知识载体，将“研究物质性质的基本程序”这一教学主题渗透进每一个教学环节中，让学生充分体会研究物质性质的基本程序［5］。本课时教学内容首先从氯气的物理性质引入，然后引导学生根据氯气所属的物质类别来预测氯气可能具有哪些化学性质，接着进一步设计要完成的实验，最后组织学生反思研究氯气性质的过程，引导学生进一步体会研究物质性质的基本程序，如果发现特殊现象，就要尝试提出新的问题、做出新的预测及进行进一步的研究。

3.物质的量浓度：先以“20 ℃下氯化钠饱和溶液的质量分数的计算”导入，设计问题“除了质量分数，还有其他定量表示溶液组成的方法吗？”引入物质的量浓度概念，而后以氯气的工业生产需要配制氯化钠溶液这一事实鼓励学生完成“准确配制一定物质的量浓度的氯化钠溶液”学习任务，最后通过设计结构化的问题串引领学生在已有知识的基础上不断探索，逐步形成“准确配制一定物质的量浓度的氯化钠溶液”的实验步骤。

4.物质的分离提纯：先以问题“配制氯化钠溶液所需的氯化钠固体如何从自然界中获得？”导入，驱动学生思考如何从海水中获得粗盐，再以“粗盐中的难溶性杂质如何去除”来介绍过滤，以“如何从氯化钠溶液中获得氯化钠固体”来介绍蒸发结晶，以“如何从氯化钠溶液中获得水”来介绍蒸馏，以“如何除去氯化钠溶液中少量的硝酸钾”来介绍降温结晶，最后提炼出物质分离提纯的思想方法。

5.粗盐中可溶性杂质的去除：以问题“经过海水晒盐获得的粗盐并不能直接用作化工原料，因为粗盐中含有其他一些盐（如CaCl2、MgCl2、Na2SO4）和难溶性杂质。将粗盐溶于水，过滤除去难溶性杂质后，如何进一步除去可溶性杂质以提纯粗盐呢？”导入，驱动学生思考应该选择什么样的除杂试剂，如何确保雜质完全除去，如何确定除杂试剂的加入顺序等，进而系统性地设计好实验方案并完成实验。

6.物质的检验：以问题“从海水中获得的粗盐经过分离提纯，即可获得纯净的氯化钠。如何确定它的组成？”导入，驱动学生从微观的角度认识氯化钠的组成，并思考检验氯离子应该选择什么样的试剂。通过“分别往氯化钠和碳酸钠溶液中加入AgNO3溶液”演示实验，让学生明白还需要加入去干扰试剂，进而归纳出氯离子的检验方法，而钠离子的检验则通过教师演示实验来完成，并由教师介绍焰色反应，最后总结物质检验的思想方法。

七、单元教学评价

有效开展日常教学评价，是实施“教、学、评”一体化教学的重要方式。在教学实践中，笔者选择纸笔测验的方式进行相应的评价，而这其中，单元作业是最佳的评价方式。单元作业的设计和实施，影响到整个单元教学的效果和学生未来知识结构的发展。在单元作业设计中，精选“学习·理解”“应用·实践”“迁移·创新”三个层次的习题，能提升学生发现问题、分析问题和解决问题的能力，也能诊断学生在学完单元的全部内容后，是否建立了研究物质的基本方法和程序的认知模型，是否能根据实验目的和假设设计解决问题的实验方案并完成实验，是否能通过分析、推理获得实验结论并依据证据分析和解决实际问题，从而检测教学目标的达成情况。

八、单元教学设计的反思

（一）对课时教学衔接的思考

一个教学单元一般需要多个课时才能完成，所以每个课时的教学顺序和内容衔接都非常值得推敲。教学顺序和内容衔接一般要考虑学生对知识的接受程度、知识的发展历程、教科书上的知识编排顺序等因素。本单元教学以氯化钠为核心物质将6个课时的教学内容进行了有效的串联，教学顺序是“研究物质性质的基本方法和程序”→“物质的量浓度”→“物质的分离提纯”→“物质的检验”，遵循科学家研究物质的一般思路和方法。

（二）对课时教学活动设计的思考

课时教学活动的设计是实现单元教学目标的基础性工作。课时教学活动的设计应该着眼于学生学科核心素养的发展，有利于学生的主动学习、探究学习和合作学习，有利于学生深度学习的发生，有利于学生高阶思维的发展。本案例中的第2课时“研究物质性质的基本程序”设计了关键问题“氯气能与水反应吗？”，并以“氯水成分的探究”教学活动引导学生从元素守恒的角度推测氯气与水反应的生成物。这一教学活动先通过设置启发性问题，引发学生积极思考，然后合作设计实验方案并进行验证，让学生经历一次完整的科学探究过程。

（三）对教科书内容处理的思考

单元教学侧重于教学内容的结构化，而内容的结构化是实现知识向核心素养转化的关键。不同版本的教科书对同一知识内容的编排顺序、呈现方式有所差异，因此，围绕单元教学主题，对不同版本的教科书内容进行筛选、整合、重构尤为重要。本单元教学以苏教版高中化学教科书必修第一册专题2“研究物质的基本方法”第一单元和第二单元的内容为基础，整合鲁科版高中化学教科书必修第一册第一章第二节“研究物质性质的方法和程序”的内容，以氯化钠为核心物质，借鉴人教版高中化学必修教科书的编排方式，将苏教版教科书“物质的检验”中SO[2-4]、NH[+4]的检验和“物质的分离提纯”中“分液”“萃取”的方法安排在后续学习中完成，把“粗盐中杂质离子的去除”作为“物质的分离提纯”的实际应用。另外，为了避免增加学生的学习难度，在此单元教学中，不向学生介绍氯气与水的反应是可逆反应。

［   参   考   文   献   ］

［1］  朱鹏飞，陈敏.化学学科核心素养为本的单元教学设计：以苏教版化学1“研究物质的实验方法”为例［J］.化学教与学，2020（1）：6-9.

［2］  王云生.苏教版化学必修课程教科书实验内容编写评析［J］.化学教学，2021（6）：33-36.

［3］  欧阳志斌.指向核心素养的“氯气及氯的化合物”单元整体教学设计与实施［J］.现代中小学教育，2021（11）：32-36.

［4］  尹丽凤.三个版本化学教材关于元素化合物内容的分析比较研究［D］.济南：山东师范大学，2022.

［5］  张奉国.《研究物质性质的方法和程序》教学设计［J］.中学化学教学参考，2006（6）：21-22.

（责任编辑 罗 艳）