让核心素养在真实情境中自然生长性

来源 :化学教与学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:wjtezx
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  摘要:本节课设计了两条主线,一条是情境线,通过探究金属冶炼的历史和现状,让学生感知化学科学对人类社会发展的巨大推动作用,发展学生“科学态度与社会责任”的核心素养;一条是认知线,让学生通过对金属冶炼一般规律的探究和总结,发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理和模型认知”的核心素养,让学生学会依据实际条件,运用所学的化学知识和方法解决生产、生活中简单的化学问题。尝试通过这样的教学设计,建立发展学生核心素养的一般模式,让学生的核心素养在真实情境中自然生长。
  关键词:核心素养;真实情境;金属冶炼
  文章编号:1008-0546(2020)06-0074-05 中图分类号:G632.41 文献标识码:B
  doi:10.3969/jAssn.1008-0546.2020.06.020
  在高中的课堂教学中,我们越来越强调发展学生的学科核心素养。可是发展学生核心素养的途径是什么?筆者认为:设计层次分明的学习任务,基于学习任务创设真实情境,在任务的解决过程中,学生的核心素养自然会得到成长。
  一、教学设计的依据
  1.内容分析
  见表1。
  2.学情分析
  学习本节内容前,学生已经完成了《化学1》中常见元素化合物性质的学习,也掌握了氧化还原反应等基本反应原理,初步了解了某些物质转化的途径与方法,但也存在着一些认知缺失:
  (1)未完全掌握物质转化的化学原理。学生知道可以通过置换、酸碱中和等途径实现物质转化,但没有真正理解物质转化背后的“价类二维”思想,导致在遇到新的物质转化问题时,不知道应该如何选择转化方法。
  (2)未建立证据推理的认知模型。在解决化学问题的过程中,还没有有意识的通过“观察现象——建立假说——寻找证据”来解决问题,而是凭感觉、凭过去的经验去分析问题,缺少建立认知模型的意识。
  (3)未认同化学科学的巨大贡献。对于化学学科,学生多与污染、有害等思想联系在一起,不能正确认识化学在人类社会发展中所起的积极作用。
  因此,本节教学内容的关键,一是帮助学生学会从氧化还原的角度去认识物质转化的原理,归纳金属冶炼的一般规律,建立证据推理的认知模型;二是结合金属冶炼的历史沿革和现代发展,帮助学生体会化学科学在生产、生活中的应用价值,以及对人类文明进步做出的伟大贡献。
  二、教学设计的指导思想
  1.发展核心素养为本
  围绕学科核心素养设计学习任务,在任务解决的过程中,针对性地发展学生“宏微结合”“证据推理”“模型认知”“科学态度”等学科核心素养。
  2.整合真实情境为纲
  以问题链为向导,整合真实情境,建构金属冶炼的认知主线,引导学生阅读材料、分析归纳、探究发现,自主建构“金属冶炼的本质是金属被还原”的学科观念。
  3.落实教学评一致性
  崔允瑯教授基于“教学评一致性”,倡导“依据清晰的目标处理教材、选择方法;结合情境创设引导主动的、反思式的知识建构;依托学习过程开展参与式、嵌入式的即时评价”。在本节课的教学设计和实践中,落实教学评一致性,是发展学生素养、达成教学目标的策略保证。
  三、教学目标
  1.通过对各类金属冶炼方法的原理分析,学会从氧化还原反应的角度去理解物质转化,发展学生“宏观辨识与微观探析”“证据推理和模型认知”的核心素养。
  2.通过研究金属冶炼的历史发展,让学生体会化学科学对人类社会发展的巨大推动作用,发展学生“科学态度与社会责任”的核心素养。
  四、设计导图
  见表2。
  五、教学实践
  [教师]伟大的革命导师恩格斯曾经说过:人与动物的根本区别在于会制造和使用工具。而制造工具离不开材料的使用,可以说,材料的使用推动了人类历史的发展。公元前250万年,人类学会使用石器;公元前6000年,人类学会使用青铜器;公元前1500年,人类学会使用铁器;公元1800年至今,各种新材料层出不穷。可见,人类对材料的使用,经历了从自然界直接获取材料到开发利用金属矿物这样一个过程。
  学习任务一.追寻金属冶炼发展的历史
  [教师]请根据这张图(图1)分小组讨论:人类冶炼金属的顺序可能与什么因素有关?
  [学生](1)金属的活动性;(2)金属的存在形式;(3)金属在地壳中的含量;(4)金属矿物开采的难度等。
  [教师]可见,金属的冶炼过程,受到很多因素的制约。今天我们就追寻着前人的脚步,去探寻金属冶炼发展的历史。
  设计意图:从人类冶炼金属的真实历史出发,让学生体会冶炼金属是多种因素综合作用的结果,引发学生探究金属冶炼原理的意愿和热情,为后续的学习设置线索。
  [教师]在学案上,我按照历史朝代的顺序,给出了四个中国古代冶炼金属的例子,请同学们开展小组讨论,试着解释这四种金属冶炼方法的原理并写出相关的化学方程式。
  ①东晋葛洪在《抱朴子》中记载:“丹砂(HgS)烧之成水银”。(HgS→HgO→Hg)
  ②《宋史·食货志》中记载:浸铜之法,以生铁煅成薄铁片,排置胆水(CuSO4溶液)槽中,浸渍数日,铁片为胆水所薄,上生赤煤。
  ③明代陆容的著作《菽园杂记》中记载炼铜方法为:用矿(硫化矿,Cu2S)二百五十箩……人大旋风炉,连烹(大火灼烧)三日三夜,方见成铜。
  ④清代张泓在云南为官,其著作《滇南新语》中记载炼铜方法为:炼矿曰扯铜,其法矿千斤(氧化矿,灼烧得CuO)用炭七八百斤不等……炉中铺以炭末,始加矿炭……
  [教师]我们发现,随着时间的推移,古人的金属冶炼方法在不断更新,但这些冶炼方法中是否蕴含着共同的原理?   [學生]金属冶炼中均发生了氧化还原反应,被冶炼金属由阳离子被还原生成金属单质。
  [教师]这是特例,还是金属冶炼的一般原理?我们接着往下探究。
  设计意图:从中国古代选取冶炼金属的四个实例,作用有二:一是通过学生的讨论,总结出热分解法、湿法炼铜、火法炼铜、热还原法四种冶炼方法,进一步推知金属冶炼的本质在于金属被还原,发展学生“宏微结合”“证据推理”的核心素养;二是通过中国古代金属冶炼的实例,让学生感受祖国在化学工业发展中的悠久历史和先进技术,提升民族自豪感和自信心。
  学习任务二.探究金属冶炼的一般规律
  [教师]展示铝热反应装置图,这种金属冶炼方法,叫“铝热法”,请大家小组讨论一下,铝热法中各药品所起的作用。
  [学生]铝粉应该是还原氧化铁的,氯酸钾应该是催化剂,镁条起什么作用不知道。
  [教师]实验操作:混合氧化铁粉末和铝粉,在铝热剂上加氯酸钾,未见反应发生。
  提问:氯酸钾是否是催化剂?
  [学生]应该不是,因为加入氯酸钾并未改变反应速率。
  [教师]从能量的角度分析,镁条燃烧对这个反应有什么影响?
  [学生]镁条燃烧产生大量的热,给铝热反应提供能量,同时促使氯酸钾分解放出氧气,使镁条燃烧得更旺。
  [教师]实验:铝热反应。请同学们写出铝热反应的方程式。
  [教师]铝热反应在生产生活中有没有实际应用的价值呢?
  [视频]铝热法焊接铁轨。
  设计意图:让学生自主探究铝热法的原理,加深对金属冶炼的原理认知,同时感受化学科学的应用价值。
  [教师]如果工业上大规模使用铝热法炼铁,是否合适?
  [学生]不合适,铝的价格比铁更高,得不偿失。
  [教师]图示:目前南京市场的钢材价格为3480元/吨,铝材价格为35000元/吨。但这还不是金属铝价格的巅峰,我们来看两个例子。
  例一、19世纪,法国皇帝拿破仑三世为了显示自己的富有和尊贵,令人给他制造了一顶比黄金更名贵的王冠——铝王冠。而且,在拿破仑三世的宴会上,只有王室成员和贵族来宾才能荣幸地用铝匙和铝叉进餐,而地位较低的客人只能使用普通的金制和银制餐具。
  例二、1889年,俄国沙皇赐给门捷列夫一座铝制奖杯,以表彰其编制化学元素周期表的贡献。
  [教师]提问:历史上铝为什么这么贵?
  说明:1827年,德国化学家维勒用金属钾与无水氯化铝反应而制得了铝。但是钾太昂贵了,所以不允许大规模地生产。提问:铝现在为什么便宜了?
  [学生]可能出现了新的冶炼方法。
  [教师]说明:1884年,美国奥伯林学院化学系,有一位名叫霍尔的青年学生,对铝土矿(Al2O3)进行电解。他把Al2O3溶在10%-15%的熔融的冰晶石里,再通以电流,从而析出金属铝。请写出工业电解氧化铝的方程式。
  [教师]从原理上看,电解法是一种全新的金属冶炼方法还是与之前的金属冶炼方法有联系?
  [学生]在这个反应中,铝离子化合价降低被还原,本质上还是一个氧化还原反应。
  [教师]在微观世界里,电解法通过电流实现了电子转移,所以,我们可以把电解看成一种强有力的氧化还原手段。想一想,比铝更活泼的金属Na应该如何冶炼呢?
  [教师]根据刚才我们对金属冶炼方法一系列的探究,大家能不能总结出金属冶炼的一般规律?
  其实,无论哪一种金属冶炼方法,其本质都是电子的转移。
  设计意图:让学生通过探究金属铝冶炼方法的变迁,寻找金属的还原性与冶炼方法之间的关系,建立起金属冶炼本质是金属被还原的原理认知,构建金属冶炼的认知模型,让学生充分发展“证据推理与模型认知”的核心素养。
  学习任务三:体会金属冶炼的实际应用
  [教师]金属冶炼是微观世界里电子转移的宏观体现,而这种物质间的转化,至今还在深刻地影响着人类社会的发展。就在上个月,美国总统特朗普宣布对价值2000亿美元的中国商品加征关税,10天后,习主席就考察了江西省赣州市的稀土产业。说明稀土已经成为我国反制美国贸易战的有力武器。稀土元素,指的是第六周期第ⅢB族的15种镧系元素,和它们上两个周期的钪元素和钇元素。它们是重要的战略资源,特别是高新技术工业的重要原料,广泛应用于尖端科技领域和军工领域。我国目前是世界上最大的稀土生产国和出口国,具有世界顶尖的稀土精炼技术。在座的各位同学,你们是我们国家的未来,现在祖国把冶炼稀土的任务交给了你,请你利用今天所学的知识思考一下,如何从稀土金属的无水盐酸盐中冶炼得到金属单质?
  [学生](1)利用比稀土活泼的金属还原。(2)电解稀土金属的无水盐酸盐。
  [教师]稀土金属的火法冶炼(上世纪60年代)
  (1)某些稀土金属冶炼时,也可用金属钙做还原剂,其可能的原因是什么?
  (2)请写出NdCl3与金属钙在1150℃下反应的化学方程式(60Nd钕nv)。
  [学生]1.金属钙比镁更活泼,还原性更强,所以可以还原稀土金属。
  [教师]稀土金属的电解法冶炼(上世纪70年代)
  (1)请写出电解液态NdCl3的化学方程式。
  (2)在上世纪90年代,电解NdCl3的技术被电解Nd2O3技术所取代,其可能的原因是?(2)电解时不产生氯气,污染小,能耗低、产率高。[教师]稀土金属的现代冶炼方法
  [教师]现代的稀土冶炼技术,又发展出了有机萃取法和热还原蒸馏法,这两种方法和之前的冶炼方法相比,变的是什么?不变的是什么?   [學生]变的是金属单质的分离技术,不变的是金属单质的冶炼原理——还原法。
  设计意图:在任务二中,学生已经对金属冶炼进行了方法建模,在任务三中,需要他们对该原理灵活应用。我选择了中关贸易战为背景,突出了稀土产业在贸易战中的重要作用,不仅让学生在真实情境中学会用化学原理解决实际问题,更让学生体会到化学科学与民族兴亡的内在联系,发展他们“科学态度与社会责任”的核心素养。
  [教师]通过今天的学习,我们发现,古往今来,金属服务人类的脚步从未停止,化学冶炼金属的传奇仍在继续。愿同学们志存高远,用我们的智慧和双手,为祖国建设更美好的明天。
  六、教学反思
  1.任务引领,促进核心素养进阶
  本节课的教学设计,以“学习任务”为引领,脉络清晰、由浅入深、搭建阶梯、分层推进,逐步促进学生的核心素养进阶。从“学习任务一.追寻金属冶炼发展的历史”出发,先探究个例,再到“学习任务二.探究金属冶炼的一般规律”,构建认知模型,最后开展“学习任务三.体会金属冶炼的实际应用”,学会利用认知模型解释或解决实际化学问题。本节课的教学紧扣“金属冶炼与氧化还原反应”之间的关系,任务设计符合学生的认知规律,学科观念的构建层次分明,学生的核心素养在任务链中自然进阶。
  2.以史为鉴,凸显学科发展历程
  在本节课的教学内容中,化学史素材极为丰富,既有凸显我国古代劳动人民智慧的古法冶金技术,也有彰显我国现代科技工作者民族担当的稀土冶炼技术,可以说,金属冶炼技术的发展,在本节课中是一条贯穿始终的情境主线。学生通过自主探究各类金属冶炼方法,学会了反应原理的科学表征和冶炼本质的归纳总结,既发展了学生“证据推理与模型认知”的核心素养,也让他们深入体会了化学科学发展的脉络,认识到化学科学对人类社会发展的巨大推动作用。
  3.以生为本,建立多元评价体系
  本节课的教学设计,紧紧围绕发展学生核心素养的主旨,以生为本,注重教学目标与评价目标、学习任务与评价任务、学习方式与评价方式的整体性、一致性设计。评价的方式多元化,形式上包括口头提问、书面表达、组内评价、组间互评、生生互评、师生共评等方式。问题设置有梯度,先基于学生原有知识水平设置问题,然后引导学生归纳原理,最后利用真实情境考查学生的学习状况和核心素养的发展水平。通过“教学评一致性”的教学策略,实现化学日常教学过程中随堂评价的诊断和发展功能。
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