徐龍勝

摘要：根據(jù)化學(xué)新課標(biāo)，以“無機非金屬材料的主角——硅”教學(xué)設(shè)計為例，提出教學(xué)目標(biāo)由“三維目標(biāo)”向“核心素養(yǎng)”轉(zhuǎn)變、教學(xué)過程由“知識為本”向“素養(yǎng)為先”轉(zhuǎn)變、作業(yè)設(shè)計由“知識識記”向“知識獲取”轉(zhuǎn)變的三種教學(xué)設(shè)計優(yōu)化策略。

關(guān)鍵詞：新課標(biāo);優(yōu)化策略;二氧化硅;教學(xué)設(shè)計

文章編號：1008-0546（2018）12-0065-05 中圖分類號：G633.8 文獻標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2018.12.022

2003年教育部印發(fā)的普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗稿，為我國普通高中課程改革的實踐提供了指導(dǎo)，為基礎(chǔ)教育質(zhì)量的提高作出了積極貢獻。然而，隨著信息社會的高速發(fā)展，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗稿已經(jīng)難以滿足新形勢下我國人才培養(yǎng)質(zhì)量的要求。2013年，教育部啟動了普通高中課程修訂工作，并于2018年頒布了各學(xué)科修訂版的課程標(biāo)準(zhǔn)，如《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》（以下簡稱“新課標(biāo)”）。

化學(xué)新課標(biāo)介紹了化學(xué)課程性質(zhì)和基本理念，提出了高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)與課程目標(biāo)，對課程結(jié)構(gòu)和課程內(nèi)容進行完善，并提出課程學(xué)業(yè)質(zhì)量內(nèi)涵及其評價實施建議。依據(jù)新課標(biāo)對高中化學(xué)教學(xué)進行優(yōu)化，對深化課程改革、提升高中化學(xué)教育品質(zhì)具有重要的意義[1]。本文以“無機非金屬材料的主角——硅”為例，擬從教學(xué)目標(biāo)、教學(xué)過程、作業(yè)設(shè)計等三個角度對高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計進行優(yōu)化。

一、基于新課程標(biāo)準(zhǔn)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計優(yōu)化策略

1.教學(xué)目標(biāo)優(yōu)化——由三維目標(biāo)向核心素養(yǎng)的轉(zhuǎn)變

新課標(biāo)與原課標(biāo)（實驗稿）相比最大的亮點在于其凝練了學(xué)科核心素養(yǎng)。從“三維目標(biāo)”到“核心素養(yǎng)”，體現(xiàn)了新一輪課程改革倡導(dǎo)的教育目標(biāo)由“教書”走向“育人”的轉(zhuǎn)變。“三維目標(biāo)”體現(xiàn)學(xué)科的內(nèi)在價值，而“核心素養(yǎng)”則強調(diào)知識技能的正確獲取方式，“核心素養(yǎng)”既是對“三維目標(biāo)”的傳承，又是“三維目標(biāo)”的提升和發(fā)展。核心素養(yǎng)實現(xiàn)了知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度價值觀的有機整合，同時，核心素養(yǎng)比三維目標(biāo)更具有可操作性。

以“無機非金屬材料的主角——硅”的教學(xué)設(shè)計 [2]為例，常見三維目標(biāo)設(shè)計為：

（1）了解硅元素在自然界中的存在形式。

（2）知道二氧化硅的物理性質(zhì);了解二氧化硅與氫氟酸、堿性氧化物、強堿的反應(yīng)。

（3）了解硅酸的主要化學(xué)性質(zhì)，初步學(xué)會硅酸的制備方法。

該教學(xué)目標(biāo)主要體現(xiàn)了教學(xué)過程中對知識與技能的要求：如Si的存在形式、SiO2的物理性質(zhì)以及某些反應(yīng)（化學(xué)性質(zhì)）。這樣的教學(xué)目標(biāo)過于注重知識的識記而忽略了知識的獲取過程，難以通過知識的獲取過程培養(yǎng)學(xué)生的探究能力、思維能力，發(fā)掘其育人價值。因此，有必要通過“核心素養(yǎng)目標(biāo)”在“三維目標(biāo)”的基礎(chǔ)上進行優(yōu)化補充，對教學(xué)過程的各個環(huán)節(jié)的價值功能進行細(xì)化，并提出具體素養(yǎng)培育目標(biāo)。

2.教學(xué)過程優(yōu)化——由知識的識記到知識的獲取方法的轉(zhuǎn)變

元素化合物知識常按照“結(jié)構(gòu)-性質(zhì)-用途”模式展開教學(xué)，如SiO2的常見教學(xué)設(shè)計思路如圖1所示。

該思路有助于學(xué)生形成“宏觀—微觀—符號”三重表征的化學(xué)思維，對該元素化合物知識形成較為深刻的認(rèn)識。然而，在該教學(xué)程序?qū)嵤┻^程中，我們往往過于強調(diào)知識的本身，缺乏拓展延伸和遷移應(yīng)用，難以應(yīng)對真實情境中的問題?！笆谌艘贼~不如授人以漁”，基于新課標(biāo)的教學(xué)設(shè)計應(yīng)在原有教學(xué)程序的基礎(chǔ)上，強調(diào)知識的獲取方法。例如設(shè)計“SiO2性質(zhì)的預(yù)測與驗證”探究活動，可培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)——證據(jù)推理，并用于類推SO2、SO3等物質(zhì)的性質(zhì)，該學(xué)習(xí)方法甚至可以推廣應(yīng)用到大學(xué)元素化學(xué)的學(xué)習(xí)。

3.作業(yè)設(shè)計優(yōu)化——由解題技巧向知識應(yīng)用轉(zhuǎn)化

現(xiàn)行化學(xué)教學(xué)模式下，多數(shù)化學(xué)作業(yè)以鞏固知識為目的，僅僅停留在應(yīng)試的層面上。為了讓學(xué)生在考試中取得好成績，很多教師搜集或編制與高考有關(guān)的化學(xué)作業(yè)題目，讓學(xué)生機械地完成作業(yè)訓(xùn)練。這樣的作業(yè)會讓學(xué)生只會做題卻不會應(yīng)用知識，喪失問題意識和探究欲望，很明顯是不符合新課程的教學(xué)理念的? ?[3]。

基于新課標(biāo)的化學(xué)作業(yè)設(shè)計，其宗旨應(yīng)當(dāng)為核心素養(yǎng)而非解題技巧，測試情境應(yīng)當(dāng)為真實的、有意義的而非虛擬、無意義的;測試任務(wù)應(yīng)當(dāng)是學(xué)生能夠靈活運用所學(xué)知識解決實際問題而非死記硬背知識卻與生活脫節(jié)的。通過作業(yè)設(shè)計的優(yōu)化，讓學(xué)生逐步形成“能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力”。

二、基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)培育的“無機非金屬材料的主角——硅”教學(xué)案例

1.基于核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計

相對于三維目標(biāo)，核心素養(yǎng)的超越更多體現(xiàn)在“操作性上”，因為素養(yǎng)是可測的、有階段性的、有水平層次差異的? [4]。在確定教學(xué)目標(biāo)時，可以以三維目標(biāo)（主要為知識技能目標(biāo)）為載體，在知識技能的學(xué)習(xí)過程中，將對學(xué)生總體的素養(yǎng)期望融入其中，并據(jù)其選擇教學(xué)活動方式? [5]。如基于高中化學(xué)核心素養(yǎng)培育的硅的教學(xué)目標(biāo)設(shè)計如下：

2.基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)活動實施

新課標(biāo)解讀：高中化學(xué)核心素養(yǎng)應(yīng)當(dāng)反映出社會主義核心價值觀下化學(xué)學(xué)科育人的基本要求。因此，根據(jù)《黨的十九大報告》、《政府工作報告》等報告文件內(nèi)容進行真實情境的創(chuàng)設(shè)，使學(xué)生明確國家政策、方針，樹立社會主義核心價值觀，激發(fā)學(xué)生的愛國主義熱情，并且讓學(xué)生習(xí)得的核心知識、育成的核心素養(yǎng)能夠更好地應(yīng)用于建設(shè)有中國特色的社會主義。

新課標(biāo)解讀：新課標(biāo)在“課程內(nèi)容——化學(xué)與社會發(fā)展”中提議使用“陶瓷、水泥、玻璃、光導(dǎo)纖維和單晶硅等無機非金屬材料”“從沙子到單晶硅”等情境素材?；瘜W(xué)來源于生活，化學(xué)也應(yīng)當(dāng)用于解決生活中實際問題。通過生活中常見的沙子的感性認(rèn)識作為知識出發(fā)點，認(rèn)識到“從沙子到單晶硅”的轉(zhuǎn)化過程中，化學(xué)科學(xué)所起到的巨大作用。此外，通過“看一看”、“聞一聞”等活動，使學(xué)生的實驗觀察能力得到訓(xùn)練。

新課標(biāo)解讀：“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”、“宏觀辨識與微觀探析”是化學(xué)核心素養(yǎng)的重要組成部分，以上教學(xué)設(shè)計通過比較SiO2與CO2的結(jié)構(gòu)模型，讓學(xué)生認(rèn)識SiO2特殊的微觀結(jié)構(gòu)，并根據(jù)結(jié)構(gòu)預(yù)測出SiO2的性質(zhì)（包括物理性質(zhì)）和在一定條件下可能發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)，讓學(xué)生能從宏觀和微觀結(jié)合的視角對物質(zhì)及其變化進行分類和表征，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)核心觀念，充分體現(xiàn)了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)培育目標(biāo)。

新課標(biāo)解讀：新課標(biāo)提出“能從不同視角對紛繁復(fù)雜的化學(xué)變化進行分類研究，逐步揭示各類變化的特征和規(guī)律，能夠預(yù)測在一定條件下某種物質(zhì)可能發(fā)生的化學(xué)變化”。分類法是化學(xué)學(xué)科學(xué)習(xí)的重要方法，將SiO2的組成與CO2組成進行比較，使學(xué)生從熟悉的CO2的性質(zhì)出發(fā)，舉一反三，預(yù)測出SiO2可能的化學(xué)性質(zhì)。

“實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”，通過結(jié)構(gòu)預(yù)測得出的SiO2的性質(zhì)還需要實驗驗證，但是SiO2與NaOH溶液反應(yīng)速率非常緩慢，所以設(shè)計創(chuàng)新實驗“利用數(shù)字化傳感器測定SiO2與NaOH溶液反應(yīng)pH值的變化”讓學(xué)生更易觀察到實驗現(xiàn)象（見圖2），通過該探究活動，讓學(xué)生有機會使用信息化工具解決化學(xué)實際問題，適應(yīng)信息社會的發(fā)展。

新課標(biāo)還要求學(xué)生“能根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析實驗室、生產(chǎn)、生活及環(huán)境中的某些常見問題，說明妥善保存、合理使用化學(xué)品的常見方法”。上述教學(xué)設(shè)計中，通過氫氧化鈉溶液的保存方法，酸、堿式滴定管構(gòu)造的不同讓學(xué)生學(xué)到的知識能夠應(yīng)用到實際問題中，強化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的化學(xué)核心觀念。

新課標(biāo)解讀：新課標(biāo)要求“能從元素價態(tài)的角度，依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化，設(shè)計實驗進行初步驗證，并能分析、解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象”。通過對SiO2中Si元素的價態(tài)分析，學(xué)生認(rèn)識到二氧化硅的氧化性，從而可以選擇還原劑還原SiO2來制取Si，實現(xiàn)“沙子到單晶硅”的轉(zhuǎn)變。盡管中學(xué)教材只涉及到SiO2與C的反應(yīng)，但是學(xué)生會想到更多的還原劑，如H2、活潑金屬單質(zhì)等，我們應(yīng)當(dāng)引導(dǎo)學(xué)生通過查閱相關(guān)教材或者文獻來證實或者證偽自己的假設(shè)，此舉不僅可以維護學(xué)生的求知欲，也讓學(xué)生能夠通過該探究過程掌握基本的科學(xué)研究方法，形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

新課標(biāo)解讀：新課標(biāo)還要求學(xué)生能夠“設(shè)計常見的物質(zhì)制備、分離、提純、檢驗等簡單任務(wù)的方案”。學(xué)生根據(jù)分類法很容易預(yù)測出硅酸可能具有的弱酸性，在此基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實驗驗證硅酸的弱酸性，并對實驗方案進行評價和優(yōu)化，從而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

新課標(biāo)解讀：新課標(biāo)尤其注重知識的實際應(yīng)用，要求學(xué)生：“能說明常見元素及其化合物的應(yīng)用對社會發(fā)展的價值、對環(huán)境的影響”，所以在元素化合物的學(xué)習(xí)中，要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)去預(yù)測物質(zhì)的應(yīng)用，使知識轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)力。上述教學(xué)設(shè)計中，通過設(shè)計“燒一燒”、“粘一粘”的實踐活動，讓學(xué)生親身體驗到硅酸鈉的粘性和防火性，從而得出其作為粘合劑和木材防火劑的用途，讓學(xué)生意識到學(xué)習(xí)化學(xué)知識是為解決生活實際問題，化學(xué)知識應(yīng)當(dāng)應(yīng)用于造福人類。

3.基于新課標(biāo)的作業(yè)設(shè)計

新課標(biāo)對學(xué)業(yè)水平測試試題同樣做出了要求，要求構(gòu)建以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為導(dǎo)向的命題框架 [7]。

鑒于此，本節(jié)內(nèi)容可以設(shè)計作業(yè)如下：

材料1：不同形態(tài)不同純度的硅制取方式各有不同，具體方法如下：無定型硅可以通過鎂還原二氧化硅的方式制得。實驗室里可用鎂粉在赤熱下還原粉狀二氧化硅 [8]。

問題1：請說明為什么用鎂粉和粉狀二氧化硅？

問題2：請寫出該過程的反應(yīng)方程式，并說明要完成該實驗，需要控制哪些條件？

問題3：制取的Si中有哪些雜質(zhì)？請說明除雜的實驗操作。

材料2：晶體硅可以用碳在電爐中還原二氧化硅制得。工業(yè)上生產(chǎn)硅是在電弧爐中還原硅石（SiO2含量大于99%）。使用的還原劑為石油焦（石油的減壓渣油，經(jīng)焦化裝置，在500～550℃下裂解焦化而生成的黑色固體焦炭）和木炭等。使用直流電弧爐時，能全部用石油焦代替木炭。石油焦的灰分低（0.3%～0.8%），采用質(zhì)量高的硅石（SiO2大于99%），可直接煉出制造硅鋼片用的高質(zhì)量硅。電子工業(yè)中用的高純硅則是用氫氣還原三氯氫硅或四氯化硅而制得。高純的半導(dǎo)體硅可在1200℃的熱硅棒上用氫氣還原高純的SiHCl3或SiCl4制得。超純的單晶硅可通過直拉法或區(qū)域熔煉法等制備。

問題1：根據(jù)以上信息，試畫出SiO2制備單晶硅的流程并寫出相關(guān)反應(yīng)方程式。

問題2：查閱資料，初步認(rèn)識晶體的基本知識，并了解直拉法。

新課標(biāo)解讀：以上作業(yè)以實驗室和生產(chǎn)實際中通過SiO2制取Si的方法為知識背景，結(jié)合高中知識，創(chuàng)設(shè)真實的、有意義的測試情境。材料1中的作業(yè)設(shè)計可以幫助學(xué)生對高中所學(xué)內(nèi)容進行補充完善，提升知識應(yīng)用能力，同時訓(xùn)練了實驗條件的控制等基本實驗思想;材料2中的作業(yè)設(shè)計則要求學(xué)生通過類比遷移、查閱文獻等方法提升自學(xué)能力。以上作業(yè)的設(shè)計不僅促進了學(xué)生的思考、推理和判斷能力的發(fā)展，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任。

Si在材料科學(xué)中具有重要作用，在必修課程《主題5：化學(xué)與社會發(fā)展》中對Si、SiO2做出了相關(guān)要求和教學(xué)建議，但是SiO2、硅酸與硅酸鹽等知識已經(jīng)不屬于新課標(biāo)要求的基本內(nèi)容，而正因為其知識要求等級的降低，我們在教學(xué)中才可以更好地放開手腳進行“素養(yǎng)為先”的化學(xué)教育，可以讓學(xué)生通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，掌握元素化合物學(xué)習(xí)的基本方法：分類法、氧化還原反應(yīng)分析法，形成探究思維：結(jié)構(gòu)預(yù)測性質(zhì)，實驗檢驗性質(zhì)，性質(zhì)推導(dǎo)應(yīng)用。通過該內(nèi)容學(xué)習(xí)過程習(xí)得的核心素養(yǎng)，再用于學(xué)習(xí)SO2、H2SO3等物質(zhì)的性質(zhì)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中舉一反三，融會貫通，真正做到學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，養(yǎng)成符合新時代要求的創(chuàng)新精神和實踐能力。

參考文獻

[1][7]? 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[2]? 張艷艷.無機非金屬材料的主角——硅的教學(xué)設(shè)計及反思[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2015（1）：32-33

[3]? 陸國志，張秀琦.高中化學(xué)有效作業(yè)的設(shè)計與評價[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2014（3）：68-71

[4]? 王星喬等.基于化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)設(shè)計——以“鐵及其化合物的應(yīng)用”為例[J].化學(xué)教學(xué)，2017（5）：51-55

[5]? 蔣永貴.指向核心素養(yǎng)的學(xué)習(xí)目標(biāo)研制[J].課程·教材·教法，2017（39）：29-35

[6]? 吳國慶等.無機化學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2002

[8]? 金屬百科工作組.硅的制取及硅片的制備[EB/OL].http：//baike.asianmetal.cn/metal/si/extraction.shtml，2014-04-10/2018-05-21