基于发展学生化学学科核心素养的教学设计

基于发展学生化学学科核心素养的教学设计 摘要 从发展学牛化学学科核心素养的角度对 海 水资源的开发利用 主题进行了教学设计 创设实际生产 生活的真实情境 采用任务驱动 角色扮演等方法 通过 合作 探究的学习活动促进学生参与性学习 使其在探究 性学习中增进对化学学科的理解 发展学生 宏观辨识与 微观探析 平衡思想 证据推理与模型认知 科学 精神与社会责任 等学科核心素养 关键词 学科核心素养 教学设计 海水资源开发利 用 探究活动 文章编号 1005 6629 2017 8 0042 05 中图分类号 G633 8 文献标识码 B 1 问题的提出 核心素养已经成为当前教育领域热议的话题 核心素 养是学生在接受相应学段的教育过程中 逐步形成的适应 个人终生发展和社会发展需要的必备品格和关键能力 核 心素养不是具体的知识 不能通过直接传授的方式而获得 需要在各种形式的学习活动过程中逐渐形成 为了全面落 实发展学生核心素养总目标 化学学科核心素养应该贯穿 化学教学的全过程 但从当前化学教学的实际来看 许多 教师仍然只重视知识的条理性 系统性 忽视知识内容蕴 涵的核心素养教学价值 学生虽然掌握化学知识 但不知 道化学知识在生产生活中的应用 无法用学科观念 思维 方法看待相关的实际问题 只有充分挖掘教学内容中的基 本观念和方法 借助真实的情境和素材 将学科核心素养 融人教学活动中 才能将发展学生核心素养落到实处 针对 海水资源的开发利用 这一主题 已有一些相 关教学研究 如焦蓉等人从三个方面论述了其对促进学生 发展的重要价值 王学兵以 先概括 后具体 的教学思 路进行了教学设计 徐守兵重点对海水提取溴实验进行了 精心设计重视培养学生的实验探究能力 王先锋基于 化 学源于生活 生活离不开化学 的思想对 溴 碘的提取 进行了课堂教学设计 此外 还有部分一线教师从不同角 度对此内容进行了不同的教学设计但是这些教学设计主要 是基于知识与技能 过程与方法的理解与掌握 没有充分 体现出研究自然资源所用到的宏观微观结合 变化守恒的 基本学科思想与方法 或没经历分析 抽象与推理的思维 过程 未能充分发挥其在发展学生学科核心素养中的重要 功能与价值 基于以上思考 本文以 海水资源的开发利用 为例 开展基于发展学科核心素养的教学设计 以期为发展学生 的学科核心素养的教学提供参考 2 海水资源的开发利用 教学设计 2 1 教材分析一一挖掘学科核心素养 海水资源的开发利用 位于人教版必修 2 第四章第 一节 涉及海水水资源 海水化学资源的综合开发利用 工业中的从海水制镁 溴 碘等工艺流程技术 可以让学 生在真实的情境中体验常见的工业生产流程 技术 可在 有关物质分离 提纯 转化 检验等实验中培养学生的微 粒观 元素观 变化观等化学观念 在探究海水提取镁 溴 碘等化学物质的实验方案中构建从自然提取各种化学 物质的理论模型 养成从化学角度思考实际问题 用化学 原理解决实际问题的习惯 在资源综合开发利用中体会化 学方法与技术对开发 综合利用自然资源方面的作用 感 悟化学对社会发展的重大贡献 从而形成化学学科核心素 养 通过分析核心知识所包含的基本观念 学科思维等 并对其进行提炼加工 在教学设计中将这些基本观念和学 科思维方法转化为课堂问题和学生活动 从而实现教学目 标 2 2 教学目标一一突出学科核心素养对三维目标的传承 与提升 1 在查阅海水资源的特点 应用及海水淡化的方法 原理过程中培养学生的信息素养 体会化学对社会的重大 贡献 2 在探究海水提镁的过程中 体会化学对科技发展 的重大作用 促进宏微辨识 社会责任等学科核心素养的 发展 3 在巴拉尔发现溴的科学探究史料学习过程中 探 究海水提溴的工业方法 体会化学方法在资源的开发利用 中的重要作用 发展学生证据推理 科学精神等学科核心 素养 4 在角色扮演的思考及探究活动中 培养学生社会 责任感及科学探究的核心素养 形成从化学角度 用化学 思维和方法解决实际问题的意识 2 3 教学方法 采用以任务为驱动 以问题解决为目的的教学方法 组织学生开展自主 合作 探究等学习活动 实现在活动 探究中提升化学学科核心素养 3 教学过程设计 3 1 教学流程 教学流程及相应的化学学科核心素养见表 1 3 2 教学过程 凡事预则立 不预则废一一先学后教 布置课前自学 任务 设计意图 教学并不是从上课开始 而应该早于课堂 教学 教师深入解 x 课标要求及教材内容 结合学生实际 情况 基于发展学生学科核心素养设计自学任务单 留给 学生更多的时间和空间进行自主探究学习 让学生在自学 的过程中了解简单知识 发现感兴趣的问题 激发其探究 的兴趣 有利于培养学生学会学习的核心素养 环节一 创设情境 海洋赏宝一一提升信息素养 展示海洋的照片 设计意图 通过展示真实漂亮的海洋照片 加上教师 生动的讲解 集中学生注意 引发学生学习探究的欲望 并为下一环节小组汇报海水资源特点做铺垫 学生 由学生推选的活动主持人主持本环节任务 1 到任 务 4 的成果展示活动 设计意图 基于任务单的形式 学生自主查阅资料 了解海水资源的特点 培养学生的信息素养 提高自主学 习的能力 活动中学生可以自由表达自己的想法 从 你 有何感想 你会采取什么行动 可以让学生融入角色 切 身思考 培养其社会参与意识 教师 教师综合评价各小组成果 协助主持人开展活动 维持活动秩序 主持人 基于任务 2 进行简单总结 进入任务 3 的成果 交流活动 各小组作为本组所选方法的介绍员 向大家汇 报成果 并回答同学的疑问 学生 各小组依次汇 报本小组了解的海水淡化方法及原理 其他小组认真倾听 提问 教师 教师针对学生的交流 讨论做相应的评价和补充 设计意图 任务 3 是学生在总体了解海水淡化方法的 前提下 有选择地深入了解自己感兴趣的方法 体现了学 生的自主性 更能激发学生的学习兴趣 并且各小组在汇 报与倾听的过程中均扮演着不同的角色 可以互相学习 充分体现了以学生为主体的理念 主持人 从海水水资源过渡到海水化学资源的讨论 学生 各小组在查阅资料的前提下交流 讨论关于海水 化学资源的特点及应用 汇报成果 设计意图 学生通过自主查阅资料了解海水化学资源 的丰富性 及其在生产生活中的应用 开阔了学生视野 让学生了解到了相关的工业生产 体会化学对社会发展的 重大贡献 培养社会责任感 任务 1 到任务 4 形成层层递 进 紧密联系的问题链驱动着学生主动学习 激发学生的 探究欲望 成果汇报环节由学生主持 学生可以自由发挥 充分展现各自的优点 体现了学生的主体性 激发了学生 的学习欲望 环节二 海洋挖宝 鉴宝一一真实情境中探究 发展 学科核心素养 探究活动 1 海水提镁一一发展 宏微辨析 模型认知 等学科核心素养 展示镁化工产品在航空业的应用素材 引人海水提镁 的探究活动 素材展示 河北镁神科技有限公司通过努力和国内著名 大学及科研院所的合作 利用青海盐湖丰富的卤盐资源 开发 研制出了适应和满足市场需要的各种高端氧化镁系 列产品 由于高纯度电熔氧化镁晶体具有很好的耐高温性 和透光性 因此航天工业领域中使用的耐高温材料和耐高 温光学材料 都是由高纯度电熔氧化镁晶体制造的 教师 如果将海水中的镁提取出来 一定会加速我国航 空业的发展 假如你是 镁神 科技有限公司的研究员 你将如何提取海水中的镁 提示 海水中镁主要以 Mg2 形式存在 含量为 1 28g L 1 如何实现 Mg2 到 Mg 的转化 请结合金属及其冶炼等知识进行思考 讨论 学生任务 5 回顾金属及其冶炼 离子反应的相关知识 物质提纯 分离的方法 从宏观与微观角度分析 海水 Mg2 Mg 的转化 小组讨论 得出将海水中的 Mg2 转化 为沉淀进行富集 再转化为镁盐 最后通过电解的方法得 到单质 Mg 的设计思路 设计意图 设计以促进航空业发展 开发利用镁的真 实情境 学生在体验探究的过程中 体会化学对科技发展 的重要价值 提高社会责任感 在海水提镁的探究过程中 依据海水中存在 Mg2 通过分析微粒变化实现物质的转化 形成 宏观一微观一宏观 的思维路径 建构从微粒转化 角度思考实现物质转化的一般思路 以及电解法提取活泼 金属的一般理论模型 探究活动 2 溴发现的科学探究之旅一一提升 证据推 理 科学精神 等学科核心素养 教师 海水中除了拥有丰富的金属资源 还有丰富的非 金属资源 全球海水中溴的储量丰富 约占地球溴总储量 的 99 故溴有 海洋元素 之称 海水中溴含量为 65mg L 1 溴是如何被科学家发现的呢 科学史话 巴拉尔 Balard Antoine Jerome 1802 1876 法国化学家 巴拉尔 1842 年在研究盐 湖中植物的时候 将采集到的黑角菜燃烧成灰 然后用浸 泡的方法得到一种灰黑色的浸出液 他往浸出液中加入氯 水和淀粉 溶液即分为两层 下层显蓝色 这是由于淀粉 与溶液中的碘生成了化合物 上层显棕黄色 这是一种以 前没有见过的现象 为什么会出现这种现象呢 经巴拉尔 的研究 认为可能有两种情况 一是氯与溶液中的碘形成 新的氯化碘 使溶液呈棕黄色 二是氯把溶液中的新元素 置换出来了 因而使上层溶液呈棕黄色 巴拉尔想了些办 法 试图把新的化合物分开 但都没有成功 巴拉尔分析 这可能不是氯化碘 而是一种与氯 碘相似的新元素 他 用乙醚将棕黄色的物质提出 再加苛性钾 则棕黄色褪掉 加热蒸干 剩下的物质像氯化钾一样 然后把剩下的物质 与硫酸 二氧化锰共热 则产生红棕色的有恶臭的气体 冷凝为棕黄色液体 巴拉尔判断 这是与氯和碘相似的一 种新元素 法国科学院于 1826 年 8 月 14 日 由化学家孚 克劳 泰纳 盖 吕萨克共同审查巴拉尔的新发现 最终他 们把这种新元素命名为溴 含义是恶臭 其具有刺激性气 味 然而在巴拉尔发现溴的几年前 德国著名的有机化学 家李比希 Liehig U 1803 1873 在研究工作中就出现 过这样的现象 李比希接受了一家制盐工 S 的请求 考察 母液中含有什么物质 在分析的过程中 发现淀粉碘化物 过夜以后变成黄色 他再将母液通入氯气进行蒸馏 得到 一种黄色的液体 没有分析研究就判断是氯化碘 并把装 液体的瓶子贴上氯化碘的标签 在巴拉尔发现溴之后 李 比希知道自己错了 他将贴氯化碘标签的瓶子特别保存起 来 作为研究工作中的教训 并且他常把这个瓶子给朋友 看 以表明不加分析研究 不作论证 而以先入为主的观 念来对待科学 往往让很大的发现在眼前错过 教师 从巴拉尔和李比希两位化学家的探究 发现过程 大家得到什么启发 学生 学生沉浸在化学史中 感受科学发现的过程 形 成强调证据推理的严谨求实的科学态度 设计意图 用真实的史料 让学生了解科学家的科学 发现过程 意识到科学探究需要严谨求实的态度 应该通 过证据和推理进行证实或证伪来建立观念 培养学生证据 推理 科学精神的学科核心素养 而且溴的发现过程可以 为学生提供从海水中提取溴的设计思路 教师 假如你是化学家巴拉尔 再重温一次科学发现之 旅 你将如何设计实验实现海水中提取溴 提示海水中 的溴主要以 Br 形式存在 请根据巴拉尔的科学发现过程进 行思考 学生任务 6 再次阅读科学史料 寻找思路 结合氧化还原反应中电子得失守恒 从微观角度分析宏观 现象 得出实验原理 化学方程式表示 C12 2Br Br2 2C Br2 2oH Br Bro H2o Br Bro 2H Br2 H2o 设计意图 在了解化学家巴拉尔发现溴的基础上 学 生以化学家的角色进行探究 能够激发学生的探究热情 从中体会化学方法在开发利用资源方面的重要作用 学生 依据氧化还原反应 电子得失守恒分析从 Br 到 Br2 的转化 过程 发展了学生宏观辨识与微观探析 变化守恒 科学 精神等学科核心素养 问题驱动 海水中溴离子的浓度很低 在工业上能够按 照以上流程来进行大规模生产溴吗 还需要进行哪些改进 如何在提取过程中浓缩溴 学生任务 7 学生思考如何在微粒的转化过程中实现溴 的浓缩 教师 介绍工业提取溴的常用方法 基于环境保护 操 作安全 实验条件 以氯水作为氧化剂 氢氧化钠溶液作 为溴的吸收剂 设计一个实验 模拟工业制溴的过程 师生 学生讨论设计实验装置 教师参与学生讨论 引 导设计出实验装置 演示实验 空气吹出碱吸收法制溴 设计意图 设计实验方案后 通过演示实验学生感受 工业海水提溴的过程 从原来溴水颜色较浅和加入硫酸后 吸收器中颜色较深 体会海水制溴过程中将溴不断浓缩的 重要意义 明白工业生产与实验理论的区别 形成理论联 系实际及社会参与意识 考虑到 SO2 污染环境 NaOH 溶 液是实验室常用药品 必修 1 学习了溴与碱的相关反应 选择空气吹出碱吸收的方法模拟海水提溴符合学生的最近 发展区 同时培养学生的绿色化学观念 教师 大家体验了化学家的发现之旅与工业实际生产之 后有何感想 学生 各抒己见 表达对科学发现的崇敬 实际生产中 理论要与实践相结合 设计意图 在亲自经历设计 探究 实验后给学生一 个反思 消化表达的机会 有利于学生对知识的建构 感 受化学方法在实现物质转化中的重要作用 探究活动 3 海带中碘的提取及检验一一培养 变化守 恒 宏微辨析 等学科核心素养 教师 海洋不但为我们提供各种金属制品和化工产品 同时也为人类提供了不少美食 夏天来一碗海带绿豆汤 那可是清凉一夏 都说海带中含有碘元素 你来当一回食 品检验员 怎样通过实验证明海带中真实存在碘元素 请 设计实验进行验证 提示海带灼烧后的灰烬中碘元素以 I 形式存在 学生任务 8 依据淀粉遇碘变蓝色的宏观现象 结合氧 化还原反应从微观角度分析如何实现 I 到 I2 的转化 1 灼烧 2 浸取和过滤 3 氧化 学生实验 学生分组实验 教师辅助学生实验 引导学 生正确进行实验操作 追问 若要从海带中提取纯净的碘单质还应该进行哪些 实验操作 学生 结合碘单质的性质在检验实验的基础上进行分析 讨论 得出将氧化后的碘进行萃取或升华即可得到纯净的 碘 设计意图 以贴近实际生活的情境导入 可以激发学 生的探究兴趣 感受生活无处无化学 依据氧化还原反应 从元素观与守恒观的角度思考实现 I 到 I2 的 D 化 通过 宏观现象分析推断微粒的变化 发展了学生宏微辨析 变 化守恒等学科核心素养 构建了鉴别物质的一般理论模型 环节三 海洋宝物综合开发利用一一发展 社会责任 创新意识 等学科核心素养 教师 大自然把海洋这座宝库毫无保留地赐予了我们 我们也应该珍惜和保护它 通过合理的方法发挥其应有的 作用 假如你是资源开发管理局的局长 从保护环境 可 持续发展 效益高的角度出发 你会对资源开发做哪些调 整 课后可以通过查阅资料了解更多有关海水资源开发利 用的信息 给海水写一个自传 学生任务 9 回想各资源开发工业流程 及其产品的应 用特点 结合可持续发展 高效的目标 提出各种各样的 方案 设计意图 以开放式的问题结课 可以发散学生思维 在思考的过程中也实现了对内容的归纳总结 同时对开放 性问题的思考提高了学生的创新意识和参与意识 学生通 过课后查阅资料 撰写海水自传 可以更进一步全面了解 与海水资源相关的信息 培养其信息素养 提高从化学角 度分析 解决社会问题及社会责任感的意识 4 教学反思 1 本教学以课前任务单的形式 通过设计具有逻辑 关系 难度逐层递进的系列任务驱动学生自主学习 发挥 学生的积极能动性 使学生成为学习的主人 学生在查阅 搜集资料的过程中提高学习化学的兴趣 培养信息素养 2 通过科技发展 科学史料 生活等多样化的素材 情境 组织探究活动 使学生从中学会从海水中提取各种 化学资源的工艺流程 方法 发展了学生宏微辨析 变化 与守恒 模型推理 科学探究 社会责任等学科核心素养 学生从中体会到探究乐趣 感受化学在白然资源综合开发 利用 工业生产中的重大贡献与价值 3 在多重角色扮演与真实问题解决中 培养了学生 的社会责任感和参与意识 多样化的情境及探究活动为发 展学生学科核心素养提供了载体 4 本教学设计充分体现了学生主体 教师主导的理 念 学生在自主学习的基础上 在真实的情境中进行小组 讨论 合作探究 实现知识的意义建构 充分体现了以学 生为中心 强调学生对知识的主动探索 主动发现和对所 学知识意义的主动建构等建构主义理论的观念 本设计也 融合了建构主义学习理论中学习环境的四大要素 情境 协作 会话 意义建构