化学学科核心素养为本的单元教学设计

化学学科核心素养为本的单元教学设计作者：朱鹏飞陈敏来源：《化学教与学》2020年第01期摘要：以苏教版化学1“研究物质的实验方法”为例，从单元主题的确定、教学内容分析、教学策略、教学设计思路、教学过程等方面阐述了开展单元教学的实践及思考。

实践表明相比于课时教学设计，单元教学设计能够更好地发展学生化学学科核心素养。

关键词：实验方法;青蒿素;溶液的配制;化学学科核心素养文章编号：1008-0546（2020）01-0006-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.01.002一、对单元教学内容的思考及其与化学学科核心素养的关联课堂教学是发展学生化学学科核心素养的主阵地，开展相应的教学设计研究及实践是落实核心素养培养要求的重要途径。

基于学科核心素养的教学设计需要教师由“课时主义”转向“单元教学”，因为化学学科核心素养的内涵丰富，教师很难在一节课中完成相应的教学目标。

“单元教学”是指教师在对课程标准、教材等教学指导性资源进行深入地解读和剖析后，根据自己对教学内容的理解，以及学生的情况和特点，对教学内容进行分析、整合、重组，形成相对完整的教学主题，并以一个完整的教学主题作为一个教学单元的教学。

教师可以选择一个教材單元来作为单元教学设计，因为教材单元是教材编制者依据相关理论和学科本质编制的教学单元;同时教学单元也可以是教师根据学情，结合自己对教学内容的理解，对教学内容进行分析和重组形成较为完整的教学主题。

学科核心素养视域下的单元教学需要教师以“学科大概念”为引导，分析知识内容与素养的关联，以相关主题为单元教学的串联引线。

实验是化学学科的重要特征，也是发展“科学探究与创新意识”等化学学科核心素养最佳的教学载体。

2017年版高中化学课程标准在“必修课程主题1：1.3化学实验”指出，学生需要认识化学实验是研究和学习物质及其变化的基本方法，是科学探究的一种重要途径;初步学会物质检验、分离、提纯和溶液配制等化学实验基础知识和基础技能;学习研究物质性质，探究反应规律，进行物质分离、检验和制备等不同类型化学实验及探究活动的核心思路与基本方法。

而苏教版必修1第二单元“研究物质的实验方法”主要内容包括物质的分离与提纯、常见物质的检验、溶液的配制及分析三个部分。

可以发现尽管苏教版的教材是根据03年版高中化学课程标准制定的，但同样与2017版课标实验部分的内容比较吻合。

笔者以教科书该部分内容为主体并进行优化进而开展单元教学设计研究。

科学家如何利用实验的方法研究物质，其首先需要开展物质的分离与提纯工作，从混合物中获得纯净物或相应的目标物质，然后需要测定物质的组成，确定它是哪种物质，进行物质的检验，在物质分离、提纯、检验过程中都需要进行溶液的配制工作。

可见苏教版在这一部分内容的编排体现了科学家利用实验方法研究物质经历的过程。

《普通高中化学课程标准（解读）》指出科学探究能力培养的内涵包括基本认识、基本技能、基本经验，而该部分内容的基本认识是要求引导学生认识化学实验是研究物质的基本方法，基本技能要求学生初步学会化学实验基础知识和技能，基本经验要求学生学习研究不同类型化学实验探究活动的核心思路和探究方法，可见其具有丰富的“科学探究与创新意识”素养发展价值。

同时，无论是物质的分离与提纯、物质的检验还是溶液的配制，都要求学生从微粒的角度看待水溶液中发生的反应或变化，因此该部分内容也具有较强的“宏观辨识与微观探析”素养发展价值。

此外实验过程中使用的四氯化碳、苯为有毒的试剂，教师对它们的正确使用、回收处理也能够引导学生树立安全意识和环保意识，形成良好的实验工作习惯，逐步发展“科学态度与社会责任”素养。

该单元教学内容需要充分发挥实验的探究教学功能，培养其动手实践能力，帮助学生深度学习和理解核心知识，促进科学探究活动与科学概念理解的相互融合统一。

同时需要指出的是，由于实验室条件、课时的限制，不可能所有的实验都设计为学生实验，教师的演示实验也能够发展学生的学科核心素养，这就需要设计具有驱动性、有价值的问题和学习任务，帮助学生建构核心观念。

二、单元教学策略和整体设计思路笔者在日常教学中发现该部分内容在教学实践中存在以下突出问题：（1）缺乏整体规划，教学过程中并未将三个环节的内容打通进行教学，这一点也可以从各大期刊发表的相关文章看出，研究者大多仅就其中的一部分展开研究，目前还未有该部分单元教学设计的成果发表;（2）典型实验及探究活动开展的不充分，教材中开设的实验做得较少，或将实验探究看成简单动手做实验;（3）教师教学过程比较关注实验操作过程，对于不同化学实验任务所用的核心方法强调不够，例如教师在物质分离、提纯、检验这部分内容讲授时，比较强调蒸馏、萃取、分液等实验仪器及操作实验事项，而较少强调选择物质分离的实验方法是根据物质性质的差异，进行物质检验选择检验试剂的依据是物质的特征反应和干扰因素，而这恰是2017年版课标该部分内容学业要求所重点强调的;（4）教师对于学生微粒观的培养重视不够，通常认为微粒观应在后续“电解质、离子反应”教学中重点培养，事实上“物质的分离与提纯、常见物质的检验、溶液的配制”也具有丰富的发展学生微粒观价值。

针对上述问题，2017年版课标提出了相应的教学策略：整体规划实验及探究教学，发挥典型实验探究活动的作用;选取真实的、有意义的、引发学生兴趣的探究问题;改变在实验中注重动手但缺少思考的现状，强调高级思维过程。

课标提出的教学策略是较上位的指导意见，如何将上述教学策略具体化落实到教学中，笔者进行了初步探索。

首先，在“选取真实的、有意义的、引发学生兴趣的探究问题”方面，笔者选择“青蒿素的发现、研究之旅”和“粗盐的提纯”两个主题贯穿单元教学的全过程。

中国科学家对青蒿素的研究历程蕴含了“研究物质的实验方法”要素，如屠呦呦使用乙醚来提取青蒿中的有关物质，科学家利用多种技术研究青蒿素的结构。

这些素材的使用既突出时代性又具有中国特色，增强学生文化自信。

而“粗盐的提纯”是学生较为熟悉的学习主题，以往教学大多将该主题仅用在“物质分离与提纯”教学过程中，笔者尝试进一步拓展延伸该素材的教学价值，设计问题“如何检验提纯后的食盐中含有杂质SO42-、如何检验其中的Na+、CI-、如何检验加入的盐酸是否过量、如何配制一定物质的量浓度的NaCI溶液、配制的NaCI溶液在科学研究中有哪些应用”。

这样的拓展使得该素材的使用能够贯穿整个单元教学过程。

除了上述两个主问题外，还设计了“高度白酒如何酿制得到”等多个生活化、引发学生兴趣的问题。

其次，在“整体规划实验及探究教学”方面，一方面通过实验探究让学生意识到分离与提纯、物质的检验、溶液的配制是研究物质实验方法中不可缺少的一部分，三部分内容有较强的关联;其次，对于教师演示实验和学生实验进行合理规划，根据教学实际和2017年版课标的要求，将一定物质的量浓度溶液配制作为学生实验，其他实验作为演示实验，积极引入数字化实验;第三，教学过程中重视教科书典型实验及探究活动，并以此为原型，让学生理解其中的本质，同时基于原型概括，提炼不同类型实验探究活动的思路与方法;第四，实验教学中注重微粒观的培养，如常见离子的检验教学中，特别强调“加入何种微粒”检验未知物。

最后，在“改变实验注重动手但缺少思考的现状，强调高级思维过程”方面，教师设置了驱动性强、有价值的问题。

以“NH4+的检验”为例，设计了如下问题“向NH4CI溶液中加入碱可能会有什么现象、碱为什么选择NaOH，如何促进氨气逸出、什么微粒能够使红色石蕊试纸变红，为什么红色石蕊试纸需要湿润”。

这些问题的设置能够帮助学生意识到检验试剂的选择需要根据物质的特征反应，发展学生的微粒观。

再如在“溶液的配制及分析”教学中，要求学生思考怎样设计仪器能够使其具备精确控制一定体积的功能（如何将粗略配制溶液的烧杯加以改进）。

围绕教学内容的素养发展价值、教学策略、学情分析等方面，最后设计了该部分的单元整体教学设计思路，如图1所示。

三、单元教学过程第一课时：物质的分离与提纯环节1：整体认识科学家借助实验方法研究物质[引入]介绍青蒿素的发现、研究之旅。

1969年，屠呦呦研究小组使用乙醚来提取青蒿中的有关物质。

1971年，屠呦呦在实验室中观察这种提取物对疟原虫能够有效地抑制。

1973年开始我国科学家付出艰苦卓绝的努力，测定青蒿素分子结构、确定青蒿素分子中各原子的空间位置。

[总结]科学家利用实验方法研究物质的基本流程：物质的分离与提纯一物质的检验。

环节2：以青蒿素的提取为例认识萃取、蒸馏和结晶等物质分离提纯方法[过渡]屠呦呦利用乙醚来提取青蒿素的方法我们称之为萃取。

可以通过下列实验认识萃取的基本原理。

[演示实验]向一支试管中加入2-3mL碘水，再向其中滴加1mL四氯化碳，振荡静置，观察现象。

[提问]振荡前后试管现象有何差异，说明了什么？学生讨论回答。

[教师]介绍萃取、萃取剂、分液的概念，分液漏斗的使用方法。

[提问]日常生活中有哪些方面用到萃取的分离提纯方法呢？[教师]介绍浸出油的制作工艺。

有学生提到无锡本地的杨梅酒就是用酒精萃取杨梅中的相关成分。

[过渡]杨梅酒属于低度酒，如何将低度酒转化得到高度白酒呢？[教师]介绍蒸馏、蒸馏装置。

强调蒸馏方法适用对象：沸点相差较大的液体混合物。

[过渡]屠呦呦研究小组致力于获取青蒿提取物中具有抗疟功效的活性化合物。

1972年初，研究小组成功分离并结晶出青蒿素。

[提问]如何应用结晶方法分离混合物？[学生]讨论分析，教师强调不同结晶方法适用的混合物对象。

环节3：以粗盐的提纯认识化学除杂方法、总结分离提纯的思路和方法[总结]以上述典型实验为原型，基于原型概括、提炼物质分离和提纯的思路、方法。

拿到样品，首先关注样品中各成分的性质，如溶解性、沸点、与何种物质反应等，明确要提纯的物质和杂质之间的性质差异，根据这些性质的差异性，选取不同的分离提纯方法进行分离，若选用化学试剂，则需要关注除杂试剂过量而引入的新杂质如何除去，进而确定试剂添加顺序和实验操作步骤。

第二课时：常见物质的检验[引入]从青蒿中提取出青蒿素后，中国科学家利用高分辨质谱仪等技术确定青蒿素的组成，测定分子结构。

在科学研究中，人们经常需要测定物质的组成，确定它是哪种物质，进行物质的检验。

[教师]上一节课我们学习了粗盐的提纯，如何检验杂质离子如SO42-一等是否去除干净？如何检验加入的盐酸适量呢？如何检验食盐中含有CI-呢？请同学们相互讨论。

[学生]分析讨论，教师演示实验，归纳SO42-、CI一的检验方法。

[演示实验]分别利用酸碱指示剂、石蕊试纸、pH试纸、pH传感器测定H2SO4溶液的pH 值。

[教师]总结溶液酸碱}生的检验方法，比较不同检验方法的特点，根据实际需要选择定性或定量测定手段。