基于核心素养取向的板块-任务式课堂教学设计

范丽红

摘   要：“素养为本”的有效课堂教学倡导化学知识的结构化设计和真实问题情境的创设，及开展多种形式的实验探究活动。文章以“抗酸药——NaHCO3片”创设真实问题情境，通过板块-任务式设计，使学生通过实验探究，进一步提升对NaHCO3和Na2CO3性质的认知，建立起知识间跨模块联系。

关键词：核心素养；结构化；板块；任务

板块教学作为一种课堂教学形式，将教学内容及教学过程分成几个逐层深化且紧密联系的板块[ 1 ]。板块教学注重精心选点，利用“板块”对选点进行集中突破，从而达到高效教学。

实施“素养为本”的化学课堂教学设计，要求在进行教学设计时，不仅要考虑到板块的功能，还要考虑到板块的连接方式，化学课堂教学板块连接方式的设计既要符合学科逻辑，又要符合学生的认知逻辑。

板块系统中的“内容”要素，在核心素养取向的化学教学中是以学习任务的形式呈现的。“化学学习任务”对于板块素养功能的发挥具有决定性作用。学习任务是连接核心知识与具体知识点的桥梁和纽带，是实现知识结构化的重要环节。在化学教学过程中，要从化学学科整体上考虑建构知识结构体系；在选择和组织教学内容时，不仅要关注模块内的联系，也要重视跨模块、跨学科间的联系[ 2 ]。

基于任务的板块结构设计，在布置任务前，应首先让学生了解任务产生的背景，实际上就是创设情境。真实具体的问题情境可以为学生提供丰富的学习信息，促使学生主动探究，发散思考，灵活运用所学知识解决实际问题，是学生化学学科素养形成和发展的重要平台。

《普通高中化学课程标准（2017版）》对“金属及其化合物”的要求：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解钠及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用[ 3 ]。本文以“Na2CO3和NaHCO3的性质”为课例，开展了核心素养取向的板块-任务式化学课堂教学设计研究。

1  教学设计

1.1  素养定位

“钠及其化合物”是人教版高中《化学》（必修）第一册第二章中的重点内容。以已有知识为起点，使学生通过实验，在真实情境中探究Na2CO3和NaHCO3的性质，培养学生的证据推理和科学探究素养；通过学习侯氏制碱法的工艺流程，使学生掌握经典物质制备方案中物质转化的原理，培养学生的科学态度和社会责任素养。

1.2  教学目标和教学流程

教学目标：（1）基于实验探究Na2CO3、NaHCO3的性质，理解并掌握Na2CO3、NaHCO3相互转化的途径。建立钠及其化合物的认知结构，感悟核心元素各物质间转化的内在联系。（2）探究侯氏制碱法的原理，充分认识运用物质转化的基本规律进行物质制备工艺流程的设计。

教学流程如图1所示。

2  学情分析

本节课对学生的实验操作能力、分析推理能力和归纳概括能力要求较高，高一学生对实验有浓厚的兴趣，参与实验探究的积极性较高。但学生的实验操作技能和解决实际问题的能力较低。

学生通常利用机械记忆的方法进行元素化合物部分内容的学习，这使得学生对知识的理解不够深刻。本节课中教师拟引导学生通过实验对钠及其化合物的性质作出推断和预测。通过问题引领学生进行深层次思考，提升学生对NaHCO3和Na2CO3性质的认知。

3  教学过程

3.1  情境创设

[师] （展示一瓶碳酸氢钠片）碳酸氢钠片作为一种抗酸药，口服后可在胃内直接中和胃酸，增大胃内的pH，用于缓解胃酸过多引起的胃痛、胃灼热（烧心）、反酸等。碳酸氢钠片为什么可以做抗酸药呢？

[生] NaHCO3的水溶液具有碱性。

3.2  板块1的实施

[ 活动1]  探究碳酸氢钠片的性质。

任务1：探究碳酸氢钠片水溶液的碱性。

[（演示）实验1]  将1片（0.5 g）碳酸氢钠片研碎后置于一支试管中，加5 mL水溶解，振荡试管，静置，加入几滴酚酞溶液；同时取相同浓度的碳酸钠溶液置于一支试管中，加入几滴酚酞溶液。

[现象] 滴入酚酞后，碳酸氢钠溶液红色很浅，而碳酸钠溶液的红色较深。

[结论] 碳酸氢钠的碱性较弱。

[思考1] 我们知道相同浓度碳酸钠溶液的碱性比碳酸氢钠强，为什么治疗胃酸过多选用碳酸氢钠而不选用碳酸钠？

[生] 碳酸氢钠碱性弱，对人体伤害小。

设计意图：以“碳酸氢钠片作为一种抗酸药”为情境，激发学生的学习兴趣，培养学生根据实验现象进行分析推理的能力。

[思考2] 碳酸钠和碳酸氢钠溶液都显碱性，它们在与稀盐酸反应时，是OH - 在和H+ 反应吗？

[生] 碳酸钠溶液中有大量的CO32-，碳酸氢钠溶液中存在大量的HCO3-，一定还存在CO32-、HCO3- 与H+ 的反应。

任务2：探究碳酸氢钠、碳酸钠与酸的反应。

[（学生分组）实验2] 分别向浓度为0.2 mol/L的Na2CO3溶液和0.2 mol/L的NaHCO3溶液中滴加0.1 mol/L的稀盐酸，观察并记录实验现象填写在表1中。

[现象] 向碳酸钠溶液中滴加稀盐酸，刚开始没现象，继续滴加有气泡产生。向NaHCO3溶液中滴加稀盐酸，一开始就有气泡产生。

[结论] 碳酸钠和稀盐酸的反应分二步进行：Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3 ，NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑。

设计意图：学生通过分组实验，自主探究碳酸钠、碳酸氢钠与酸的反应，交流、分享实验收获，形成正确的科学观点和态度。

任务3：探究碳酸氢钠、碳酸钠与酸反应的实质。

[思考3] NaHCO3与稀HCl反应先产生气体，能不能说明NaHCO3与稀HCl反应比Na2CO3更快呢？

[（演示）实验3] 用0.5 mol/L的Na2CO3溶液（NaHCO3溶液）来滴定1 mol/L的稀盐酸，传感器测得混合溶液的pH变化曲线如图2所示。

图 2  0.5 mol/L 的 Na2CO3 / NaHCO3 溶液滴定1 mol/L

稀盐酸的滴定曲线

[现象] 从图2中可以看出，相同时间内，Na2CO3溶液滴定盐酸时，盐酸的pH变化更快一些。

[结论] Na2CO3与稀HCl反应更快。

[资料卡] CO32-+H+？葑HCO3- ，Ka（HCO3-）=5.6×10-11；HCO3-+H+？葑H2CO3，Ka（H2CO3）=4.2×10-7； Ka（HCO3-） < Ka（H2CO3） 说明CO32- 更容易结合H+。

设计意图：通过数字化实验，学生可以观察到Na2CO3、NaHCO3溶液分别与相同浓度的稀盐酸反应的过程，进而从微观视角推理出这两种电解质溶液体系中的微粒数量和微粒性质的不同，培养学生根据实验现象进行推理、质疑和析疑的能力，为后续学习多元弱酸的电离和对应多元弱酸酸根的水解奠定基础。

3.3  情境创设

NaHCO3在潮湿的空气中会缓慢分解，那么在空气中久置的碳酸氢钠片中是否含有Na2CO3呢？

3.4  板块2的实施

[活动2] 鉴别NaHCO3和Na2CO3。

任务1：如何鉴别NaHCO3样品中含有Na2CO3？

[生] 用CaCl2溶液。

[思考4] 用CaCl2能否鉴别Na2CO3和NaHCO3？

[（学生分组）实验4] 分别向等浓度的Na2CO3和NaHCO3溶液中滴加5滴CaCl2溶液，观察并记录实验现象填写在表2中。

表 2  学案中实验4的方案设计

资料卡：20 ℃ 时，CaCO3的溶解度为0.0065 g；Ca（HCO3）2的溶解度为16.6 g；Ca（OH）2的溶解度为0.16 g。

[现象] 滴入CaCl2溶液后，1mol/L的NaHCO3溶液中有白色沉淀生成；0.01 mol/L的NaHCO3溶液中没有现象。

[思考5] 为什么1 mol/L的NaHCO3溶液与CaCl2反应会成白色沉淀，生成的白色沉淀是什么？

[生] CaCO3。

[师] 由于NaHCO3浓度小时，电离产生的CO32- 较少，生成的CaCO3较少，不会沉淀出来；而当NaHCO3浓度较大时，电离产生的CO32- 较多，生成的CaCO3较多，超过了CaCO3的溶解度，就会沉淀出来。

[师]资料卡：Ksp（CaCO3）=2.9×10-9，Ksp[Ca（HCO3）2]=1.35×10-6；Ksp[Ca（OH）2]=5.5×10-6，根据沉淀溶解平衡中Ksp和Q的相关数据，能算出Ca2+ 和CO32- 结合生成CaCO3的Q要远大于CaCO3的Ksp，且比生成Ca（HCO3）2、Ca（OH）2相应的Q与Ksp的差距要大很多，所以生成CaCO3的趋势更大[ 1 ]。

设计意图：通过分组实验，学生可以观察到CaCl2溶液分别与不同浓度的NaHCO3和Na2CO3溶液反应的现象。进而引导学生从微观视角认识电解质溶液体系中的微粒种类和微粒数量间的关系，建构起基于Q和K改变物质转化程度的一般思路。

[师] 如果要使滴加有CaCl2的0.01 mol/L的NaHCO3溶液中也产生白色沉淀，可以怎么做呢？

[生] 使0.01 mol/L的NaHCO3溶液中CO32- 多一些。

[（学生分组）实验5] 向第2组没有现象的试管中继续滴加3滴NaOH溶液。

[现象] 生成白色沉淀。

[师] 加入NaOH后为什么会生成白色沉淀呢？

[生] 加入NaOH溶液后，OH- +HCO3- = CO32-+H2O，溶液中CO32- 增多，生成的CaCO3较多，超过了CaCO3的溶解度，就会以白色沉淀的形式析出。

任务2：总结Na2CO3、NaHCO3的相互转化。

设计意图：层层递进的实验设计不仅使学生体验了碳酸钠和碳酸氢钠的相互转化过程，还提高了学生的实验技能，进而启发学生从得失H+ 的角度来认识它们之间的转化。

3.5  情境创设

碳酸氢钠片的主要成分是NaHCO3，要制备碳酸氢钠片，要先制得NaHCO3，工业上如何制备碳酸氢钠呢？

3.6  板块3的实施

[活动3] 碳酸氢钠片的制备

任务1：设计NaHCO3制备方案。

[师] 现在我们要制备NaHCO3，请同学们从物质转换角度设计NaHCO3的制备方案？

[生] ① NaOH和CO2（过量）；② Na2CO3和CO2（过量）；③ Ca（HCO3）2+Na2CO3。

[师] 在实际工业生产中制备产品，一般会考虑到原料的来源和生产成本问题，我们知道NaCl在自然界中广泛存在，能不能用NaCl来制备NaHCO3呢？

[师]早在1810年，法国物理学家福瑞斯奈尔就利用NaHCO3溶解度小的特性，通过复分解反应：NaCl+NH4HCO3=NH4Cl+NaHCO3↓制出了NaHCO3。之后的一百多年，人们对这一工艺不断进行改良和完善。1943年，我国化学家候德榜发明了联合制碱法（又称侯氏制碱法），使NaCl的利用率提高到96%以上。他综合利用了氨厂的CO2和NH3，反应原理：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3，NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3，其生产流程如图3所示。

图 3  侯氏制碱法的生产流程图

（1）分别写出沉淀池中发生的化学方程式。

[生] NH3＋CO2＋NaCl＋H2O=NH4Cl＋NaHCO3↓

（2）写出上述流程中X物质的分子式。

[生] CO2。

（3）向母液中通氨气，加入细小食盐颗粒，冷却析出副产品。通氨气除了增大NH4+ 的浓度，使NH4Cl更多地析出外，还有什么作用？循环Ⅰ的作用是什么？

[生] 使NaHCO3转化为Na2CO3，提高析出的NH4Cl纯度。循环Ⅰ的作用是提高原料氯化钠的利用率。

（4）如何检验产品碳酸钠中是否含有碳酸氢钠？

[生] 加热，若产生能使澄清石灰水变浑浊的气体，说明碳酸钠中含有碳酸氢钠，否则，不含有碳酸氢钠。

设计意图：从物质所含核心元素的角度寻找制备碳酸氢钠的诸多反应。通过侯氏制碱法，分析NaHCO3制备的原料和原理；使学生从物质转化的视角，认识物质工业制备的原理，感悟侯氏制碱法的精妙，落实科学态度和社会责任的化学学科素养。

4  教学反思

（1）本文以“一瓶抗酸药引起的探究”作为情境，以NaHCO3的性质为重点，通过板块-任务式课堂设计，使授课内容的结构清晰，逻辑合理。创设问题情境引导学生进行猜想、实验探究及运用所学知识解决问题，培养学生根据实验现象进行推理、质疑、析疑的能力。

（2）依据“科学探究与创新意识”素养发展水平，精心设计了Na2CO3和NaHCO3分别与稀盐酸（或CaCl2溶液）反应的拓展实验，既突出了常规实验的设计，又很好地结合数字化实验，从定量实验角度使学生真切地体验了碳酸钠与酸的分步反应及NaHCO3的电离过程。更主要的是培养学生的实验操作技能和分析推理的能力，提高了学生学习化学的兴趣。

（3）本文结合HCO3- 的电离和CaCO3沉淀生成的化学反应原理，从微观角度对实验现象进行了解释，引导学生建构基于Q和K改变物质转化程度的一般思路。

（4）通过学习侯氏制碱法，分析NaHCO3制备的原料和原理，使学生充分认识运用化学变化的基本规律进行物质制备的工业原理。

参考文献：

［1］ 郑长龙.核心素养导向的化学教学设计[M].北京：人民教育出版社，2021：77，252.

［2］ 陈向明.从三个层面提升知识结构化水平[J].中学化学教学参考，2022（4）：1-5.

［3］ 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：15.