摘要： 課堂是落實學(xué)科核心素養(yǎng)的主陣地，具體內(nèi)容是發(fā)展核心素養(yǎng)的重要載體，“證據(jù)推理與模型認知”是化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的思維核心?！版V的提取及應(yīng)用”教學(xué)以促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展為目標，通過問題導(dǎo)向驅(qū)動學(xué)生開展證據(jù)推理學(xué)習(xí)，在掌握“鎂的提取及其應(yīng)用”的知識基礎(chǔ)上，建立歸納、提煉、構(gòu)建形成同類知識學(xué)習(xí)的一般思路、方法、策略的認識模型，提升學(xué)生的元素化合物學(xué)習(xí)能力。

關(guān)鍵詞： 化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)； 證據(jù)； 模型； 認知發(fā)展

文章編號： 1005-6629（2018）6-0060-05 中圖分類號： G633.8 文獻標識碼： B

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的關(guān)鍵能力和品格，是現(xiàn)代社會公民必備的科學(xué)素養(yǎng)[1]?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標準（2017年版）》將化學(xué)核心素養(yǎng)概括為：“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”五個方面[2]。發(fā)揮化學(xué)學(xué)科的特點和功能，將化學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展落實到具體教和學(xué)方式的轉(zhuǎn)變上，落實在課堂教學(xué)環(huán)節(jié)中，在促進學(xué)生掌握知識的基礎(chǔ)上形成素養(yǎng)，發(fā)揮學(xué)科應(yīng)有的育人功能，成為新時期化學(xué)課堂教學(xué)的新任務(wù)。

1 設(shè)計思路

怎樣讓知識學(xué)習(xí)過程成為素養(yǎng)形成過程？張華教授認為“教學(xué)要尊重學(xué)生的個人知識，基于學(xué)生個體經(jīng)驗開展教學(xué)；要把知識當做探究的對象和使用的資源；教學(xué)過程要將學(xué)科知識提升為學(xué)科觀念；要讓知識學(xué)習(xí)成為批判性思維和問題解決的過程……，轉(zhuǎn)變教的理念與學(xué)的方式是素養(yǎng)發(fā)展前提和關(guān)鍵”[3]。

基于上述教學(xué)指導(dǎo)思想，“鎂的提取及應(yīng)用”以“證據(jù)推理促認知，認知發(fā)展建模型”為課時教學(xué)的核心目標，將活動探究、協(xié)作學(xué)習(xí)、問題解決等策略融于教學(xué)展開環(huán)節(jié)之中。課時整體設(shè)計構(gòu)架為： ①以鎂字拆分引題，通過學(xué)生廣泛舉證鎂在生產(chǎn)、生活中應(yīng)用的活動，構(gòu)建“鎂價值認識”；②基于學(xué)生已有知識，提出“鎂有哪些化學(xué)性質(zhì)”問題，驅(qū)動學(xué)生尋找鎂是活潑金屬的證據(jù)，再通過實驗探究、微觀推理，完善對鎂化學(xué)性質(zhì)的認知，形成“鎂是活潑金屬認識”；③依據(jù)鎂元素在自然界中的存在形態(tài)，提出“如何制備金屬鎂？”“工業(yè)制鎂哪種原理更合適？”“工業(yè)制鎂主要原料來自何處？”等系列問題，類推假設(shè)、分析評價，勾畫鎂的“化學(xué)性質(zhì)—存在形態(tài)—制備方法”的內(nèi)在聯(lián)系認識；④通過“如何實現(xiàn)海水提鎂？”設(shè)計小組方案討論匯報、分組實驗探究歸納、方案與教材工業(yè)工藝對照、問題解決與研討等活動，同主題學(xué)習(xí)內(nèi)容對比總結(jié)，促進學(xué)生形成“物質(zhì)提煉工藝蘊含一般共性認識”。教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)緊湊，不僅促進學(xué)生對鎂的性質(zhì)及海水提鎂的認知發(fā)展，而且?guī)椭鷮W(xué)生構(gòu)建出同類知識學(xué)習(xí)的認知模型。

2 教學(xué)分析

“鎂的提取及應(yīng)用”是蘇教版《化學(xué)1》專題2“從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)”第二單元教學(xué)內(nèi)容的一部分，該課教學(xué)主要解決“海水中提取鎂和鎂的化學(xué)性質(zhì)”兩部分知識內(nèi)容，課時總體認知水平要求不高。學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了常見金屬冶煉，海水提取氯、溴、碘等物質(zhì)的基本原理和方法，具備一定的原子結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)知識以及結(jié)構(gòu)推理物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的能力。因此在教學(xué)策略上可采用問題導(dǎo)向、問題研討、問題解決等手段實現(xiàn)知識的遷移。課時內(nèi)容的教學(xué)目標是幫助學(xué)生掌握鎂的化學(xué)性質(zhì)及海水提鎂工藝中蘊含的化學(xué)知識；構(gòu)建從自然資源獲取重要化學(xué)物質(zhì)的一般步驟認識，從而建立工業(yè)生產(chǎn)與環(huán)境及資源綜合利用的社會責(zé)任感。

3 教學(xué)過程

3.1 “鎂”之社會價值

[拆字引題]今天我們學(xué)習(xí)一種美麗金屬的相關(guān)知識，同學(xué)們知道它是誰嗎？

展示： ①“鎂”文字；②精美金屬鎂錠圖片。

[提出問題]金屬鎂有廣泛用途及社會經(jīng)濟價值，請舉例說明鎂的價值“美譽”。

[各抒己見]“厲害了我的國”，“厲害了金屬鎂”。

① 中國長征系列火箭、C919大飛機等航天設(shè)備；

② 和諧號動車、復(fù)興號高鐵等鐵路交通設(shè)備；

③ 汽車輪轂、發(fā)動機汽車整體構(gòu)架部件設(shè)備；

④ 手機、電腦等電子產(chǎn)品部件；

⑤ 醫(yī)療器件及各種共享單車等生活用品；

⑥ “朱日和大閱兵”我國的軍事機械儀器設(shè)備。

[資料介紹]① 鎂合金性能： 鎂合金具有良好的輕量性、切削性、耐蝕性、減震性、尺寸穩(wěn)定性和耐沖擊性等優(yōu)點。

② 鎂合金用途： 鎂合金廣泛應(yīng)用于航天軍工、高鐵、汽車、電子工業(yè)、醫(yī)療康復(fù)器械、自行車、建筑裝飾、手持工具等領(lǐng)域。鎂合金是我國新型材料發(fā)展方向之一，工信部“十二五”支持發(fā)展的400多種新材料目錄中，與鎂相關(guān)的就有12個，特別在航天軍工方面尤為突出，鎂有“航天金屬”的美譽。

③ 2011～2015年中國鎂合金產(chǎn)量規(guī)模及變化趨勢（圖1）。

設(shè)計意圖： 鎂字拆分為金與美，“鎂與美”諧音引入課題，激發(fā)學(xué)生興趣。聯(lián)系實際提出問題，驅(qū)動學(xué)生主動尋找生產(chǎn)、生活中“應(yīng)用之鎂”的證據(jù)，再通過數(shù)據(jù)模型等手段，建構(gòu)起對鎂有廣泛社會價值“美譽”的重要金屬的認識。

3.2 “鎂”之化學(xué)性質(zhì)

[提出問題]鎂化學(xué)性質(zhì)如何？請用事實證據(jù)說明你的認識。

[學(xué)生匯報]鎂是一種活潑金屬，能與很多物質(zhì)反應(yīng)。

① 鎂能與酸反應(yīng)（如鹽酸、稀硫酸）；

② 鎂能與一些鹽反應(yīng)（如硫酸銅、硝酸銀）；

③ 鎂能與活潑非金屬單質(zhì)反應(yīng)（如氧氣、氯氣）。

[案例情境]展示“天津市某鎂制品工廠，由于鎂屑燃燒不慎引發(fā)大火”場景圖。

[提出問題]能否用水或泡沫滅火器進行滅火？為什么？

[實驗觀察]① 鎂條與熱水反應(yīng)（滴加酚酞試劑）；

② 將點燃的鎂條伸入盛有半瓶碳酸飲料瓶中（鎂與二氧化碳反應(yīng)）。

已知： 碳酸飲料瓶上方空氣在實驗前通過擠壓、振蕩方式排除。

③ 鎂條在氮氣中燃燒實驗視頻。

[學(xué)生活動]書寫鎂與二氧化碳、氮氣反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[提出問題]能否從原子結(jié)構(gòu)知識解釋鎂是一種活潑金屬？

[學(xué)生歸納]鎂原子核外電子排布： 2、 8、 2，且鎂原子半徑較大，因此易失2個電子生成Mg2+，顯+2價，鎂是一種活潑的金屬。

設(shè)計意圖： 問題“鎂化學(xué)性質(zhì)如何”，驅(qū)動學(xué)生尋找鎂活潑性的事實依據(jù)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。案例情境，拋錨生長，引出鎂化學(xué)性質(zhì)新知探究，完善鎂化學(xué)活潑性認識，達成課時內(nèi)容“鎂之化學(xué)性質(zhì)”教學(xué)目標。問題引導(dǎo)，宏微結(jié)合，由表及里，進一步強化了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)基本認知模型。

3.3 鎂”之存在形式

[提出問題]自然界中鎂的存在形式怎樣？

[資料支持]鎂元素是地球上儲量最豐富的輕金屬元素之一。自然界中鎂有固體礦和液體礦兩種。固體礦物主要有菱鎂礦（折算鎂儲量約3.43×1010t）、白云石等；液體鎂礦存在于鹽湖（如我國柴達木盆地鹽湖）、海水中，鎂總儲量高達1.50×1015t（展示礦石精美圖片及我國主要鎂礦比例圖，見圖2）。

圖2 我國主要含鎂礦物儲量

[提出問題]我國工業(yè)制備金屬鎂的主要原料來自哪里？

[學(xué)生歸納]主要是液態(tài)鎂礦中的鎂離子（海水或鹽湖）。

設(shè)計意圖： 性質(zhì)決定存在形式。通過呈現(xiàn)自然界及我國鎂礦物形態(tài)、數(shù)據(jù)及比例圖等“鎂之存在”的信息證據(jù)，讓學(xué)生感悟“鎂之高產(chǎn)”的必然，認同“海水提鎂”是金屬鎂制備的主要方式，為鎂制備原理研討奠定基礎(chǔ)。

3.4 “鎂”之制備原理

[交流討論]如何制備單質(zhì)鎂？結(jié)合所學(xué)金屬制備原理，說說你們的想法。

[學(xué)生方案]① 置換法制備。如用鈉、鉀等活潑金屬置換得到鎂；

② 熱還原法制備。如用氫氣、一氧化碳還原氧化鎂制金屬鎂；

③ 電解法制備。如電解氧化鎂、氯化鎂制備金屬鎂。

[原理評析]師生評析肯定了原理①③，否定了原理②。

[史料支持]① 1808年英國化學(xué)家漢弗萊·戴維采用電解熔融MgO制得鎂；

② 1828年法國化學(xué)家布西用鉀置換熔融的MgCl2得到鎂；

③ 1833年英國化學(xué)家法拉第又用電解熔融MgCl2制得鎂。

[提出問題]依據(jù)下列數(shù)據(jù)（見表1、表2），哪些方法適合工業(yè)制備金屬鎂？

[歸納總結(jié)]一般方法： 電解法；主要原料： （熔融）無水氯化鎂。

設(shè)計意圖： 研討“如何將化合態(tài)鎂轉(zhuǎn)化為游離態(tài)鎂”問題，激活常見金屬制備原理知識。學(xué)生假設(shè)、師生互評、史料支持，從而確定冶煉方法。通過對“工業(yè)上通常如何制備鎂”的問題討論，以及價格、熔點等數(shù)據(jù)的證據(jù)展示，從而確立工業(yè)制鎂方案。

3.5 “鎂”之生產(chǎn)工藝

[小組任務(wù)]設(shè)計以海水為原料獲取金屬鎂的方案（以流程圖形式表示）。

[小組匯報]學(xué)生小組匯報制鎂工藝流程總體思路如下：

[問題討論]① 將鎂離子轉(zhuǎn)化為氫氧化鎂目的是什么？

② 沉淀劑為什么選擇氫氧化鈣？能否用碳酸鈉？

③ 為什么用石灰乳？用澄清石灰水是否可行？

④ 利用曬鹽后母液來沉降Mg2+有哪些優(yōu)點？

[信息支持]呈現(xiàn)海水常見離子濃度、常用堿市場售價及鎂的化合物溶解度信息，見圖3，表3、表4。

[實驗探究]模擬海水（稀氯化鎂溶液）、模擬母液（濃氯化鎂溶液）、氫氧化鈉溶液（濃）、澄清石灰水，進行鎂離子富集沉淀實驗。

[學(xué)生匯報]① 模擬海水滴加澄清石灰水無明顯現(xiàn)象；

滴加氫氧化鈉濃溶液略有沉淀（現(xiàn)象不明顯）。

② 模擬母液滴加澄清石灰水略有沉淀（現(xiàn)象不明顯）；

滴加濃氫氧化鈉有大量沉淀（現(xiàn)象非常明顯）。

[提出問題]實驗結(jié)論對工業(yè)上沉降海水中鎂離子做法有何啟示？

[歸納總結(jié)]① 工業(yè)上要實現(xiàn)海水中鎂離子沉降，主要把握兩個方面；

一是海水先進行濃縮；二是堿濃度要足夠大。

② 采用石灰乳做沉淀劑優(yōu)點： 一是極大提高了堿的濃度，使鎂離子沉降更加完全；二是石灰乳價格低廉、來源廣泛，可以利用海洋中的貝殼資源，有利于資源綜合利用。

③ 利用母液沉降鎂離子優(yōu)點： 一是提取了氯化鈉，資源利用優(yōu)化；二是母液鎂離子濃度大，沉降更迅速有效。

設(shè)計意圖： 通過“如何將海水中鎂離子轉(zhuǎn)化為鎂”問題，任務(wù)驅(qū)動、小組設(shè)計、成果匯報、問題研討，凸顯學(xué)生主體性；實驗探究、互動釋疑、亮出觀點，培養(yǎng)批判精神；流程、圖表、數(shù)據(jù)證據(jù)呈現(xiàn)，初建工藝模型。

3.6 “鎂”之學(xué)習(xí)提升

[對照解讀]我們設(shè)計思路與實際生產(chǎn)是否一致？請同學(xué)對照閱讀教材第55頁。

[學(xué)生匯報]① 電解副產(chǎn)物氯氣在實際工藝中用來生產(chǎn)HCl，用做溶解氫氧化鎂及MgCl2·6H2O脫水制無水MgCl2的保護氣原料，資源循環(huán)利用，提高了經(jīng)濟效益，同時又減少氯氣可能對環(huán)境造成的負面影響。

② 書本“從海水中提取鎂的流程”圖中，海水直接進入沉淀池，在實際生產(chǎn)中欠妥，應(yīng)該利用海水提取食鹽、溴等物質(zhì)后的母液（濃縮液）更合理。

[提出問題]“海水提取鎂”是人類利用化學(xué)知識，從自然資源獲取重要化學(xué)物質(zhì)，創(chuàng)造社會價值的重要舉措之一。結(jié)合專題所學(xué)知識，歸納從自然界獲取重要化學(xué)物質(zhì)工藝一般包含哪些環(huán)節(jié)？

[學(xué)生歸納]① 礦物富集、產(chǎn)品制備、產(chǎn)品提純（如海水中提取溴、碘）；

② 礦物富集、原料提純、產(chǎn)品制備（如鎂的提取，見板書）。

[學(xué)以致用]若從海水中提取金屬鈉，請設(shè)計制備流程方案。

[學(xué)生匯報]海水→粗鹽→精鹽→金屬鈉。（與鎂制備工藝對照，板書中體現(xiàn)）

[小結(jié)完善]總結(jié)本課時核心內(nèi)容及認識模型，完善課時教學(xué)板書設(shè)計[4]（圖4）。

設(shè)計意圖： 提出“我們的構(gòu)想與實際工藝有何異同”問題，驅(qū)動學(xué)生閱讀、剖析教材內(nèi)容，對比反思、問題質(zhì)疑，促進知識理解。通過“制備工藝可劃分為哪些主要環(huán)節(jié)？”，回顧“海水提取氯、溴、碘”知識，提煉物質(zhì)制備一般“三步曲”。布置“怎樣從海水中提取鈉”任務(wù)，意含“問題解決、類比強化、遷移應(yīng)用”學(xué)習(xí)建模之法教學(xué)意圖。

4 教后反思

化學(xué)核心素養(yǎng)不可能憑空產(chǎn)生，核心素養(yǎng)內(nèi)隱于化學(xué)具體內(nèi)容中，是以具體的事實性化學(xué)知識為依托，是學(xué)科知識不斷積累深化的結(jié)果。因此，有效設(shè)計教學(xué)內(nèi)容，依托化學(xué)概念原理、元素化合物、化學(xué)實驗等各部分知識，充分挖掘化學(xué)知識中所包含的學(xué)科基本觀念和思想，挖掘化學(xué)學(xué)習(xí)的基本方法和思路等化學(xué)核心素養(yǎng)內(nèi)涵成分，形成化學(xué)學(xué)科知識和觀念的基本理解，是化學(xué)課堂教學(xué)避免化學(xué)知識學(xué)習(xí)與核心素養(yǎng)“兩張皮”，達成學(xué)科核心素養(yǎng)目標的基本路徑。

“證據(jù)推理與模型認知”是化學(xué)素養(yǎng)的思維核心。如何使該素養(yǎng)落到教學(xué)實處？用問題來引導(dǎo)教學(xué)，激活學(xué)生認知結(jié)構(gòu)，建立新舊知識聯(lián)系，驅(qū)動學(xué)生收集、提供證據(jù)，依據(jù)證據(jù)展開研討，對物質(zhì)的性質(zhì)及其變化進行分析推理，并運用宏微結(jié)合思想解釋、表達證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系，是核心素養(yǎng)下化學(xué)課堂教學(xué)基本動作。用問題來調(diào)控教學(xué)，鼓勵學(xué)生質(zhì)疑反思、發(fā)現(xiàn)問題、提出問題，培養(yǎng)學(xué)生的問題意識，是促進學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的教學(xué)策略與路徑。通過問題解決、比較歸納等靈動的教學(xué)手段，發(fā)展學(xué)生認識不同化學(xué)現(xiàn)象背后的一些共性道理，并幫助學(xué)生依據(jù)物質(zhì)及其變化的信息建構(gòu)一般認識以及解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維框架（模型），是核心素養(yǎng)下化學(xué)課堂教學(xué)所追求的高度。

參考文獻：

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