基于高中化學核心素養(yǎng)的課堂教學設計

于寶忠+王亞敏

【摘 要】高中化學學科核心素養(yǎng)，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求。本節(jié)課以轉變學生的學習方式為出發(fā)點，通過階梯式問題的設計，為學生搭建學習的腳手架，逐步提升學生的知識和技能，培養(yǎng)學生的自主學習能力，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。

【關鍵詞】二氧化硅和硅酸；教學設計；核心素養(yǎng)

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2017）15-0098-03

一、設計理念

高中化學學科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學精神與社會責任”5個維度，它是高中生綜合素質的具體體現(xiàn)，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求，全面展現(xiàn)了學生通過化學課程學習形成的關鍵能力和必備品格。

本節(jié)課以轉變學生的學習方式為出發(fā)點，以建構主義理論為指導，基于學科知識特點，將教學內容分成兩個子主題（二氧化硅、硅酸），在每一個子主題中明確需要解決的問題，并通過階梯式問題的設計，為學生搭建學習的腳手架，在經歷解決問題的過程中，感受問題解決的成功與喜悅，逐步提升學生的知識和技能，培養(yǎng)學生的自主學習能力，培養(yǎng)學生的學科核心素養(yǎng)。

二、教學背景分析

本節(jié)課是“人教版”高中化學新課程必修1第四章第一節(jié)“無機非金屬材料的主角——硅”的第一課時。將硅及其化合物的性質和應用作為非金屬的開篇，能夠讓學生充分認識硅及其化合物在非金屬材料和信息技術領域等方面有廣泛的應用，突出了硅在現(xiàn)代社會中的重要性和應用價值，有助于增強學生的社會責任感。

二氧化硅是學生日常生活中經常接觸的物質，含硅元素的材料制品大都是以二氧化硅為原料的，先學習比較熟悉的二氧化硅，再學習其他化合物和單質硅的順序容易激起學生的興趣，符合學生的認知規(guī)律，因此作為這一節(jié)的第一課時，把學習內容定為二氧化硅和硅酸。

二氧化硅是典型的酸性氧化物，在生活中學生對其感性認識較為深刻，從感性知識上升為理性知識，學習起來具有親切感。學生在第二章學習了物質的分類，教學中運用分類、類比的方法，從復習二氧化碳的性質入手，遷移建構二氧化硅的性質，知道化學變化需要一定的條件，并遵循一定規(guī)律，符合高中生的認知水平，且能夠培養(yǎng)學生的學習方法和學習能力。在二氧化硅和二氧化碳的性質的對比學習中，給出二氧化硅的網狀結構和二氧化碳的結構，通過宏觀辨識與微觀探析，形成“結構決定性質”的觀念，并為今后結構的學習打下基礎。

三、教學目標設計

1. 知識與技能

（1）了解SiO2的結構、性質和用途。

（2）了解硅酸的制備和化學性質。

（3）了解二氧化硅材料生產、生活等領域的應用。

（4）認識元素周期表中位于同一主族元素化合物性質的相似性和差異性。

2. 過程與方法

（1）利用已學過的CO2的性質，借助宏觀辨識與微觀探析，建構SiO2的結構、性質和用途，建構化學反應變化觀念，學習運用分類、類比等方法學習元素化合物知識的方法。

（2）通過對資料的收集，培養(yǎng)獲取有用信息，并有效歸類、有序表達的能力？

（3）在問題的解決過程中培養(yǎng)學生解決問題的能力，強化學生學習中的問題意識。

3. 情感、態(tài)度與價值觀

（1）通過實驗培養(yǎng)學生認真、嚴謹的科學態(tài)度，激發(fā)學生的學習興趣，培養(yǎng)學生的科學探究意識。

（2）通過資料收集，感受二氧化硅在材料領域的重要地位，激發(fā)學生對化學科學的興趣，培養(yǎng)學生的科學精神與社會責任感？

四、教學重點和難點

重點：二氧化硅和硅酸的性質

難點：二氧化硅的結構與性質

五、教學方法

基于階梯式問題的學案導學教學法

六、教學用具

試劑：硅酸鈉溶液（飽和Na2SiO3溶液按1 ∶ 2的體積比用水稀釋），酚酞溶液，稀鹽酸。

儀器：試管，膠頭滴管。

多媒體教學設備

七、教學過程

1. 課堂導入

【教師】地殼中含量居第2位的元素是什么元素？它在自然中的存在形態(tài)有哪些？它們在生活中起到了怎樣的重要作用？請負責收集任務小組的組長展示收集整理的圖片。

【學生】展示并講述。

【設計意圖】通過課前安排學生自主收集資料，贊賞化學對社會發(fā)展的重大貢獻，增強學生的社會責任感，激發(fā)學習熱情。

【過渡】為什么二氧化硅在人類生活中得到廣泛的應用？它具有怎樣優(yōu)良的物理性質和化學性質？

2. 課堂活動——主題活動1：二氧化硅

【環(huán)節(jié)1】明確學習任務

【學生】閱讀課堂活動單上的學習目標。

【設計意圖】通過細化學習目標，使學生明確學習任務。

【環(huán)節(jié)2】研究硅元素在自然界中的存在形式

【學生】按以下課堂活動單上的內容自主學習，然后分組匯報總結。

【舊知識回顧】

（1）寫出C、Si原子結構示意圖：C____，Si_____。

（2）碳元素在自然界中的存在形態(tài)有哪些？

【深入思考】

（1）C、Si原子結構有何相同之處？這決定了碳與硅具有什么樣相同的性質？

（2）為什么硅元素在自然界中只以化合態(tài)形式存在？為什么說硅是構成地球上礦物界的主要元素。

【設計意圖】通過設計階梯式問題，引導學生從微觀角度認識物質的結構與性質，形成“結構決定性質”的觀念。

【環(huán)節(jié)3】研究二氧化硅的結構與物理性質

【教師】展示學生收集到的二氧化硅的存在和應用圖片。

【設疑】二氧化碳是由CO2分子構成的物質，這類由分子直接構成的物質通常具有熔、沸點低、硬度小的特點。SiO2具有怎樣的性質特點？為什么它與CO2的性質有很大的差異？

【學生】按以下課堂活動單上的問題分組研究，然后匯報總結。

【問題研究】

（1）根據SiO2的存在和應用，總結SiO2物理性質特點。

（2）為什么CO2和SiO2的物理性質的差異這么大？

【設計意圖】通過設置“進階式”問題，引導學生進行宏觀辨識和微觀探析，將抽象知識形象化，進一步強化“結構決定性質”的學科思想。

【教師】展示金剛石和二氧化硅晶體結構的動畫。

【學生】觀察、思考、領悟。

【環(huán)節(jié)4】研究二氧化硅的化學性質

【學生】按以下課堂活動單上的內容自主學習，然后分組匯報總結。

【舊知識回顧】

（1）CO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，寫出它與水、NaOH溶液、CaO反應的化學方程式。

【設計意圖】設置“平臺式”問題，利用舊知識遷移，構建SiO2化學性質。

【深入思考】

（2）SiO2是硅酸（H2SiO3）的酸酐，也是酸性氧化物，你認為它能否像CO2一樣與水反應生成硅酸？為什么？試寫出SiO2與NaOH溶液、CaO反應的化學方程式。

（3）玻璃中含有SiO2，實驗室盛裝NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道為什么嗎？

（4）實驗室里氫氟酸是保存在塑料瓶中，而不能保存在玻璃試劑瓶中，你知道為什么嗎？

【設計意圖】運用化學變化的規(guī)律，設置“進階式”問題，進行SiO2化學性質的初步構建，培養(yǎng)化學學科的“變化觀念”。

【教師】播放氫氟酸與玻璃反應的實驗錄相。

【學生】記錄實現(xiàn)現(xiàn)象，書寫化學方程式。

【學生】討論以下問題，然后分組匯報。

（5）SiO2既能與NaOH溶液反應，又能與氫氟酸反應，所以有同學認為SiO2應該屬于兩性氧化物，而不屬于酸性氧化物？你同意這個觀點嗎？說說你的理由。

【設計意圖】能多角度分析化學反應，深刻認識兩性氧化物與酸堿反應的本質，明確SiO2的特殊性質。

（6）從CO2和SiO2中碳、硅元素的化合價看，二者應該還具有什么性質？試寫出體現(xiàn)這一性質的化學方程式。

【設計意圖】能基于證據對物質的變化提出可能的假設，并通過分析推理加以證實，建立元素化合價與性質關系模型，培養(yǎng)“證據推理與模型認識”素養(yǎng)。

【環(huán)節(jié)5】課堂小結

【學生】總結CO2和SiO2在性質上的異同，并說明造成這些異同的原因是什么。

【環(huán)節(jié)6】應用提升

【學生】自主完成課堂活動單“應用提升Ⅰ”。

【過渡】你知道食品包裝袋中的硅膠干燥劑是怎么制得的嗎？

3. 課堂活動——主題活動2：硅酸

【環(huán)節(jié)1】明確學習任務

【學生】閱讀課堂活動單上的學習目標。

【環(huán)節(jié)2】實驗4-1硅酸的制法

在試管中加入3～5mlNa2SiO3溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，再用膠頭滴管逐滴加入稀鹽酸，邊加邊振蕩，至溶液紅色變淺并接近消失時停止、靜置。仔細觀察變化過程及現(xiàn)象，完成實驗報告。

【學生】分組實驗。

【設計意圖】通過分組實驗，訓練學生的實驗操作技能，培養(yǎng)學生的合作精神和嚴謹求實的科學態(tài)度，贊賞學生面對“異常”現(xiàn)象敢于提出自己的見解，培養(yǎng)學生的“科學精神”素養(yǎng)。

【教師】實驗中生成的軟而透明的、膠凍狀的硅酸凝膠，經干燥脫水后得到多孔的硅酸干凝膠，稱為“硅膠”。“硅膠”為什么可用作催化劑的載體和干燥劑？如果在實驗中用“硅膠”干燥氣體，它應該放置在什么儀器中？“硅膠”不適合干燥什么氣體？

【學生】思考并回答。

【設計意圖】設置“進階式”問題，引起對硅酸性質的深入思考。

【環(huán)節(jié)3】研究硅酸的化學性質

【學生】自主研究以下問題，然后匯報。

碳酸和硅酸都顯弱酸性，二者性質比較相似，試結合碳酸的性質，完成下列問題：

（1）硅酸與NaOH溶液反應的化學方程式和離子方程式。

（2）硅酸受熱分解的化學方程式。

【設計意圖】類比構建硅酸的化學性質。

【教師】在元素周期表中，同一主族元素的最高價含氧酸的酸性是逐漸減弱的，所以硅酸是一種比碳酸還要弱的酸，它不能使指示劑變色。請你設計簡單的實驗，證明碳酸的酸性比硅酸強。

【學生】小組討論，設計實驗方案。

【設計意圖】設置研究性問題，強化對硅酸酸性的認識，培養(yǎng)科學探究意識。

【環(huán)節(jié)4】課堂小結

【學生】總結碳酸和硅酸的性質有哪些異同？

【環(huán)節(jié)5】應用提升

【學生】自主完成課堂活動單“應用提升Ⅱ”。

4. 學習評價

【學生】自主完成隨堂檢測。

【設計意圖】設置試題，鞏固所學知識，并對學生的知識與能力進行結果性評價。

5. 作業(yè)布置

（1）預習“第2課時 硅酸鹽和硅單質”。

（2）（選做）上網查詢深入研究：為什么干冰的熔沸點遠遠低于石英晶體。

【設計意圖】培養(yǎng)學習習慣，培養(yǎng)學習興趣。

八、板書設計

參考文獻：

[1] 林小駒，李躍，沈曉紅.高中化學學科核心素養(yǎng)體系的構成和特點[J].教育導刊，2015，（5）：78-81.

[2] 裴新寧，劉新陽.為21世紀重建教育——歐盟“核心素養(yǎng)”框架的確立[J].全球教育展望，2013，42，（12）：89-102.

（編輯：易繼斌）