萬延嵐，薛瑞卿，劉會巒，劉 翠，王國明

一、引言

當(dāng)前我國基礎(chǔ)教育正從“知識本位”時代走向“核心素養(yǎng)”時代?！昂诵乃仞B(yǎng)”已成為目前世界各國基礎(chǔ)教育理論研究和實踐變革的重大熱點與趨勢。2016年9月，《中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)》正式發(fā)布［1］，探索基于核心素養(yǎng)的課程發(fā)展成為貫徹落實立德樹人根本任務(wù)的必要路徑，也是進一步深化我國基礎(chǔ)教育課程改革所面臨的挑戰(zhàn)。

化學(xué)學(xué)科是一門承載著獨特教育價值的自然科學(xué)，化學(xué)學(xué)科在漫長的發(fā)展過程中，不僅積累了豐富的化學(xué)知識，更積淀了化學(xué)家們認(rèn)識物質(zhì)、改造物質(zhì)和應(yīng)用物質(zhì)的思想觀點、科學(xué)方法、思維方式等［2］，這些知識、思想、觀點、方法等對促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展具有重要價值?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中對化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)做出了明確規(guī)定，分別是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(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任［3］（P3-4），并對這五大學(xué)科核心素養(yǎng)進行了詳細深入地闡述和分析。因此，探索基于學(xué)生核心素養(yǎng)提升的化學(xué)教學(xué)設(shè)計具有重要的理論價值和實踐意義?；诖?，本文以“化學(xué)反應(yīng)的快慢”主題為例，進行核心素養(yǎng)下的化學(xué)教學(xué)設(shè)計研究。

二、教學(xué)背景分析

（一）教學(xué)內(nèi)容方面

“化學(xué)反應(yīng)的快慢”主題作為化學(xué)學(xué)科重要的理論性知識，是認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)必不可少的一個維度。世界上許多國家都將化學(xué)反應(yīng)快慢及其相關(guān)知識作為中學(xué)化學(xué)學(xué)科的課程內(nèi)容，國內(nèi)的高中化學(xué)課程更是將“反應(yīng)”作為中學(xué)化學(xué)學(xué)科內(nèi)容維度的三大主題（物質(zhì)、結(jié)構(gòu)、反應(yīng)）之一。［4］因此，“化學(xué)反應(yīng)的快慢”主題對學(xué)生深入理解化學(xué)反應(yīng)特點和進程等后續(xù)相關(guān)知識的學(xué)習(xí)具有非常重要的意義。

從課程標(biāo)準(zhǔn)的要求看，《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在內(nèi)容要求部分，對“化學(xué)反應(yīng)的快慢”主題進行了明確規(guī)定。課程標(biāo)準(zhǔn)中明確指出，“知道化學(xué)反應(yīng)平均速率的表示方法，通過實驗探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”、“體會從限度和速率兩個方面去認(rèn)識和調(diào)控化學(xué)反應(yīng)的重要性”、“學(xué)會運用變量控制方法研究化學(xué)反應(yīng)”［3］（P18）?？梢钥闯觯巴ㄟ^實驗探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素”是本節(jié)課的重點，而引導(dǎo)學(xué)生體會變量控制的研究方法，以及發(fā)展“變化”的觀念在探究教學(xué)中應(yīng)加以關(guān)注和滲透。

從課程內(nèi)容的設(shè)置來看，“化學(xué)反應(yīng)的快慢”主題既是對之前化學(xué)反應(yīng)相關(guān)知識學(xué)習(xí)的提升與拓展，又是深入學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理的必備基礎(chǔ)知識之一。教材對化學(xué)反應(yīng)快慢的認(rèn)識是通過對化學(xué)反應(yīng)速率的研究完成的。化學(xué)反應(yīng)速率屬于化學(xué)動力學(xué)的范疇，其涉及的內(nèi)容非常豐富，但是，本主題教學(xué)的目的不是讓學(xué)生深入認(rèn)識化學(xué)反應(yīng)速率的知識，而重點是讓學(xué)生認(rèn)識到化學(xué)反應(yīng)有快慢之分，可以隨著外界條件，如濃度、溫度、壓強、催化劑等的改變而改變。

（二）學(xué)情方面

教育心理學(xué)家加涅提出，教學(xué)是一種外部事件，教學(xué)設(shè)計的目的是要影響學(xué)習(xí)者的內(nèi)部學(xué)習(xí)過程。［5］（P19）對于“化學(xué)反應(yīng)的快慢”主題，學(xué)生通過已有的生活經(jīng)驗和其他學(xué)科知識儲備，已經(jīng)形成了對化學(xué)反應(yīng)快慢知識的一般基礎(chǔ)性認(rèn)識。但是，這種認(rèn)識只是感性的、模糊的認(rèn)識，缺少理論化的概念界定和分析。另外，學(xué)生對于影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素，沒有正確系統(tǒng)的認(rèn)識，需要通過實驗親身探究和概括總結(jié)，使之系統(tǒng)化、規(guī)律化。同時，學(xué)生的實驗設(shè)計能力也缺乏鍛煉，需要在探究學(xué)習(xí)過程中加以鍛煉。

三、教學(xué)目標(biāo)與評價目標(biāo)

（一）教學(xué)目標(biāo)

一是知道化學(xué)反應(yīng)速率的意義及定量表示。

二是通過“以孔雀石為原料模擬濕法煉銅”的實驗探究，了解物質(zhì)本身的性質(zhì)、溫度、濃度、壓強等因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響，體驗以具體實驗事實為證據(jù)對假設(shè)進行證實的探究歷程，培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識。

三是通過了解中國科學(xué)家在配位化學(xué)領(lǐng)域的突出貢獻，了解催化劑這一因素對化學(xué)反應(yīng)速率的影響。

四是通過古今中外“濕法煉銅”工藝對比，了解濕法煉銅在反應(yīng)原理和技術(shù)上的不斷革新和發(fā)展，初步發(fā)展化學(xué)價值觀，增強社會責(zé)任感。

（二）評價目標(biāo)

一是通過學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)速率的含義及定量表示，診斷并發(fā)展學(xué)生的概念理解水平（定性水平、定量水平）。

二是通過對“以孔雀石為原料模擬濕法煉銅”實驗設(shè)計方案的交流和實驗探究，診斷并發(fā)展學(xué)生的實驗探究水平（基于經(jīng)驗水平、基于概念原理水平）。

三是通過對古今中外“濕法煉銅”工藝對比的討論和點評，診斷并發(fā)展學(xué)生對化學(xué)學(xué)科價值的認(rèn)識水平（學(xué)科價值視角、社會價值視角、學(xué)科和社會價值視角）。

四、教學(xué)設(shè)計思路與化學(xué)核心素養(yǎng)的滲透

“濕法煉銅”是我國古代科技發(fā)展的代表性成果，領(lǐng)先西方社會幾百年，是古代銅的冶煉的重要方式。本教學(xué)設(shè)計基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的引領(lǐng)，以“孔雀石為原料進行濕法煉銅”作為教學(xué)情境素材進行教學(xué)設(shè)計研究。本教學(xué)設(shè)計核心研究思路如下：首先，通過古今濕法煉銅的情境導(dǎo)入新課，調(diào)動學(xué)生積極性；繼而向?qū)W生展示并解釋傳統(tǒng)濕法煉銅的原理，引出化學(xué)反應(yīng)速率的概念；在此基礎(chǔ)上，以孔雀石為原料模擬古代濕法煉銅，引導(dǎo)學(xué)生從溫度、濃度、反應(yīng)物性質(zhì)和表面積等方面探究影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素；探究完成之后，放眼國際，提供配位化學(xué)的相關(guān)資料，聚焦中國科學(xué)家在催化劑方面實現(xiàn)的突破；最后，師生共同概括總結(jié)，提升核心素養(yǎng)。設(shè)計思路如圖1所示。

圖1 基于化學(xué)核心素養(yǎng)提升的“化學(xué)反應(yīng)的快慢”教學(xué)設(shè)計思路

在整個教學(xué)設(shè)計過程中，所有的教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)均基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的引領(lǐng)，同時又都指向?qū)W生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)與提升。具體地，通過對比古今濕法煉銅，能夠使學(xué)生深刻領(lǐng)略我國古代勞動人民的智慧；通過分析濕法煉銅原理，可以讓學(xué)生建立宏觀與微觀之間緊密的聯(lián)系；通過實驗探究“如何提高反應(yīng)速率”，優(yōu)化與提升濕法煉銅，引導(dǎo)學(xué)生從內(nèi)因（物質(zhì)的性質(zhì)）和外因（表面積、溫度、濃度）兩個方面探索影響化學(xué)反應(yīng)快慢的因素，實驗過程凸顯以具體實驗事實為證據(jù)對假設(shè)進行證實，有利于學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)求實的科學(xué)精神和科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)學(xué)生的實驗探究與創(chuàng)新意識。同時，整個教學(xué)過程通過引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)豐富感性的濕法煉銅資料，了解濕法煉銅在反應(yīng)原理和技術(shù)上的不斷革新和發(fā)展，彰顯化學(xué)科學(xué)發(fā)展在冶金工業(yè)發(fā)展中不可替代的作用，引導(dǎo)學(xué)生體會化學(xué)學(xué)科的價值，從發(fā)揚我國傳統(tǒng)文化和中華民族偉大復(fù)興兩個角度，體會當(dāng)代科學(xué)家肩負的歷史使命以及每位學(xué)生應(yīng)擔(dān)當(dāng)?shù)纳鐣?zé)任。

五、教學(xué)過程設(shè)計

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入新課

【播放視頻】中央電視臺《國家寶藏》（云紋銅禁），呈現(xiàn)國內(nèi)外與銅冶煉發(fā)展相關(guān)的濕法煉銅（又稱“膽銅法”）文獻資料，引導(dǎo)學(xué)生在觀看視頻和閱讀文獻資料中，感悟古代勞動人民的智慧與力量。

【學(xué)生活動】觀看視頻，傾聽講解，感悟智慧。

【圖表展示、提問】展示我國第一座具有工業(yè)規(guī)模濕法煉銅廠；中國近幾年濕法煉銅的產(chǎn)量僅占金屬銅總生產(chǎn)量的5%。提出問題：為什么古代經(jīng)典的濕法煉銅如今在中國卻沒有得到較好的發(fā)展？在中華民族偉大復(fù)興的時代背景下，我們可以利用化學(xué)知識做出哪些努力，讓我國歷史上優(yōu)秀的科技文明重現(xiàn)光彩？

【師生總結(jié)】濕法煉銅的本質(zhì)是化學(xué)變化在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用。在工業(yè)生產(chǎn)中，要綜合考慮生產(chǎn)成本、生產(chǎn)效率、生產(chǎn)原料、環(huán)保生產(chǎn)等多種因素，根據(jù)具體情況具體分析。

這一環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖是：課程資源是落實核心素養(yǎng)的物質(zhì)基礎(chǔ)。［6］從影視節(jié)目和中外古代冶金史出發(fā)，使同學(xué)們領(lǐng)略我國古代勞動人民的智慧與力量。同時，與我國當(dāng)前濕法煉銅現(xiàn)狀形成鮮明對比，引發(fā)學(xué)生思考“借助化學(xué)知識，我們能為濕法煉銅做些什么？”，在此過程中體會化學(xué)科學(xué)的價值和作為社會公民應(yīng)當(dāng)承擔(dān)的社會責(zé)任。

（二）剖析問題，突出主題

【資料展示】古代膽銅法的工藝流程；膽水（銅離子溶液）來自于細菌與銅礦相互作用；《本草經(jīng)集注》中膽銅法相關(guān)的歷史資料。

【總結(jié)提出】膽銅法的原理為“鐵置換硫酸銅”，這一方法主要由兩步組成：獲取膽水和金屬鐵置換硫酸銅。這一方法存在的主要問題是生產(chǎn)效率比較低。化學(xué)上，可以通過提高反應(yīng)速率來提高生產(chǎn)效率。

【講解概念】化學(xué)反應(yīng)速率的意義及定量表示。

【提出問題】基于對化學(xué)反應(yīng)速率概念的認(rèn)識和對古代膽銅法的工藝了解，可以采用什么方法提高濕法煉銅的化學(xué)反應(yīng)速率？

【學(xué)生活動】思考，回答。

【師生總結(jié)】在濕法煉銅中，可以通過提高反應(yīng)溫度、增大反應(yīng)物的表面積、選擇合適的催化劑、使用更高濃度的酸制得更高濃度的膽水、采用更活潑的金屬及純度更高的金屬等方式來提高反應(yīng)速率。

【板書】化學(xué)反應(yīng)速率

這一環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖是：引導(dǎo)學(xué)生觀看古代膽銅法的工藝流程，了解工作原理及其存在的問題，通過一步步分析問題，引發(fā)學(xué)生對“如何提高反應(yīng)速率”的思考，調(diào)動學(xué)生思維積極性，切入主題。

（三）實驗探究，提升素養(yǎng)

【問題情境】以孔雀石為原料模擬古代濕法煉銅，設(shè)計實驗探究提高反應(yīng)速率的途徑。

【學(xué)生活動】小組合作，設(shè)計展示、評價、改進實驗方案。教師在這一過程要有意識地向?qū)W生講授“控制變量法”、“對照實驗”等科學(xué)方法。

【實驗探究一】探究提高“獲取膽水”這一過程的反應(yīng)速率。

表1.提高“獲取膽水”的反應(yīng)速率實驗設(shè)計方案

【實驗探究二】探究提高“金屬鐵置換硫酸銅”這一過程的反應(yīng)速率。

表2 . 提高“金屬鐵置換硫酸銅”的反應(yīng)速率實驗設(shè)計方案

【師生歸納】通過對照實驗，可以得出固態(tài)反應(yīng)物表面積越大、液態(tài)反應(yīng)物濃度越大、反應(yīng)物的性質(zhì)越活潑、反應(yīng)過程中溫度越高，都會不同程度上加快化學(xué)反應(yīng)的速率。師生共同歸納影響化學(xué)反應(yīng)速率的因素。

【板書】影響因素：1.內(nèi)因——反應(yīng)物性質(zhì)；2.外因——溫度、固體表面積、溶液濃度

【問題情境】給出實驗過程中，各種反應(yīng)物及反應(yīng)物加工所需的成本。以小組為單位討論，在考慮反應(yīng)成本的情況下，你會選擇哪種組合方式提高濕法煉銅的反應(yīng)速率？

【師生總結(jié)】綜合考慮成本和效益，選擇最優(yōu)化的提高濕法煉銅反應(yīng)速率的方案。

這一環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖是：引導(dǎo)學(xué)生小組合作設(shè)計、改進實驗方案，系統(tǒng)地引導(dǎo)學(xué)生從實驗?zāi)康摹嶒灧椒?、實驗現(xiàn)象等多個方面對實驗做出整體規(guī)劃，提高學(xué)生的小組交流合作能力、實驗探究能力和創(chuàng)新意識。實驗過程中，影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件多次出現(xiàn)，同時有多種表示反應(yīng)快慢的標(biāo)志物，加上制取膽水與膽銅法兩步實驗之間相互關(guān)聯(lián)，整個實驗體系開放程度大，可以很好地培養(yǎng)學(xué)生宏觀與微觀、變化、證據(jù)推理等方面化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。最后，對影響化學(xué)反應(yīng)速率的條件，基于成本和效益的角度讓學(xué)生做出選擇和權(quán)衡，從中優(yōu)化方案，緊密聯(lián)系社會生產(chǎn)實際，凸顯化學(xué)科學(xué)價值。

（四）放眼國際，聚焦前沿

【資料講解】展示1968年世界上第一所采用浸出、萃取、電積技術(shù)的濕法煉銅工廠；展示當(dāng)前世界上濕法煉銅產(chǎn)量占銅總產(chǎn)量的比重約為25%；回顧我國當(dāng)前濕法煉銅產(chǎn)量占國內(nèi)銅總產(chǎn)量的比重約為5%；展示新技術(shù)的原理：銅礦+氨→銅氨絡(luò)合物；分析銅礦浸出技術(shù)的發(fā)展得益于20世紀(jì)40年代配位化學(xué)的快速發(fā)展。

【提出問題】如果你是一名科學(xué)家，你將會從哪里出發(fā)為新技術(shù)的濕法煉銅尋求突破，實現(xiàn)超越？

【學(xué)生活動】學(xué)生思考，小組討論交流，得出“催化劑”可能是改變現(xiàn)狀最有效的方法。

【拓展講解】展示我國科學(xué)家為新技術(shù)下濕法煉銅尋找到的有效催化劑；展示新技術(shù)下濕法煉銅的原理：CuFeS2+2S2O82-=Cu2++Fe2++2S；展示科學(xué)家研究數(shù)據(jù)；講解選擇合適的催化劑，也能夠提高化學(xué)反應(yīng)速率。

【板書】催化劑

【師生總結(jié)】催化劑可以低量高效地加快化學(xué)反應(yīng)速率，是科學(xué)研究的重點與熱點。同時，科學(xué)家們也并沒有忽視溫度、表面積、反應(yīng)物濃度、不同反應(yīng)物對化學(xué)反應(yīng)快慢的影響。課堂實驗與科學(xué)研究在根本上是一致的，腳踏實地，仰望星空，堅持不懈，才能承擔(dān)家國重擔(dān)，為中華民族偉大復(fù)興貢獻自己的力量。

這一環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖是：展示濕法煉銅的新技術(shù)，對比國內(nèi)外濕法煉銅產(chǎn)量占銅總產(chǎn)量之間的比重，并展示原理、分析原因，使學(xué)生從此中感受到與國外存在的差距，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機。同時，引導(dǎo)學(xué)生以科學(xué)家的身份繼續(xù)思考，認(rèn)識到催化劑的高效性，梳理之前實驗中對溫度、濃度、反應(yīng)物、表面積等要素，對本節(jié)課的知識進行梳理與總結(jié)。最后，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識到課堂探究實驗與科學(xué)研究本質(zhì)相同，進一步激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動機，鼓勵學(xué)生勇于擔(dān)當(dāng)，為中華民族偉大復(fù)興貢獻力量。

（五）概括整合，深化素養(yǎng)

【總結(jié)交流】從知識、方法、觀念方面，引導(dǎo)學(xué)生回顧總結(jié)本節(jié)課所學(xué)的主要內(nèi)容，繪制概念圖，暢談收獲，并從核心素養(yǎng)的角度整合深化學(xué)生的理解和認(rèn)識。

【學(xué)生活動】總結(jié)交流，繪制本節(jié)課的概念圖。

【課外拓展】據(jù)不完全統(tǒng)計，全世界每年鋼材產(chǎn)量的約1/3因腐蝕而損失。已知鋼鐵的腐蝕是一種緩慢的氧化反應(yīng)。請你調(diào)查研究：人們?yōu)榱藴p慢鋼鐵的腐蝕，采取了哪些措施？

這一環(huán)節(jié)的設(shè)計意圖是：加深對化學(xué)反應(yīng)速率概念及其影響因素的理解，鞏固本節(jié)課知識，提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。鼓勵學(xué)生運用所學(xué)的知識解決社會生活中的實際問題。

六、本教學(xué)設(shè)計的特色

本教學(xué)設(shè)計在山東省青島市數(shù)所高中被一線教師采用，均反響良好，認(rèn)為應(yīng)用本教學(xué)設(shè)計思路進行教學(xué)，可以克服理論性知識的單調(diào)和去情境化，充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)理論性知識的積極性和興趣［7］，也能夠很好地培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，知識與素養(yǎng)同時得到了有效落實。反思本教學(xué)設(shè)計，可以看出本教學(xué)設(shè)計具有以下特色：

一是在核心素養(yǎng)的引領(lǐng)下設(shè)計教學(xué)，同時所有的教學(xué)設(shè)計環(huán)節(jié)都盡可能地指向發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。具體地，基于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，本教學(xué)設(shè)計選擇“濕法煉銅”情境素材，整個教學(xué)過程對宏觀與微觀的聯(lián)系、證據(jù)推理意識、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)精神與社會責(zé)任等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)進行了不同程度的外顯和滲透。

二是重視情境、問題、活動三者的融合貫穿。本教學(xué)設(shè)計以核心素養(yǎng)為引導(dǎo)，創(chuàng)設(shè)了大情境“濕法煉銅”承載化學(xué)反應(yīng)速率相關(guān)知識，并貫穿整個教學(xué)設(shè)計。設(shè)計中特別重視以問題為引導(dǎo)的探究活動，通過問題來調(diào)動學(xué)生的積極思維和活動探究。

三是重視我國傳統(tǒng)文化的傳遞，注重學(xué)生社會責(zé)任感的培養(yǎng)?！皾穹掋~”是我國古代科技發(fā)展的代表性成果，選擇這一情境素材不僅能夠?qū)⒗碚撔灾R賦予一定的情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，同時能夠?qū)⑽覈鴥?yōu)秀的傳統(tǒng)文化向?qū)W生展示和傳遞。通過古今濕法煉銅的對比、中外濕法煉銅的差距，滲透化學(xué)學(xué)科價值的同時，激發(fā)學(xué)生的社會責(zé)任感和使命感。