基于學科核心素養的單元整體教學設計——以高三化學“無機綜合實驗復習”為例

廣東 張 鴿

化學課程的學習內容和學習活動對于學科核心素養的形成和發展具有不可替代的重要作用。高中化學課程的基本理念之一是要重視開展以素養為本的教學，倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，促進學生學習方式的轉變，培養學生的創新精神和實踐能力。

無機綜合實驗不僅是高考的必考內容，而且是促進高中學生全面發展核心素養不可或缺的途徑。此部分內容復習涉及板塊多、內容泛，漫無目的地題海演練只會事倍功半。怎樣才能提高復習效率呢，筆者認為，在高三無機綜合實驗復習中，教師必須能夠看到具體知識背后的大概念，圍繞大概念組織教學，揭示教學內容之間的聯系，從而解決知識碎片化的問題。指向學科核心素養的大單元設計是學科教育落實立德樹人、發展素質教育、深化課程改革的必然要求，也是學科核心素養落地的關鍵路徑。本文旨在通過單元整體教學設計，將高中化學無機綜合實驗的常見考查方式進行融會貫通，幫助學生在完成任務的同時建立思維模型，提高學生解決復雜化學情境問題能力和綜合實驗探究能力。

一、單元整體教學設計背景

如表1所示通過分析和總結近幾年全國卷Ⅰ的實驗試題，可發現近年全國卷實驗題目情境比較新穎，考查內容和考查方式豐富多樣，既有物質制備與凈化的實驗考查，又有定性探究和定量分析物質組成實驗的考查。

表1 2015—2019年全國卷Ⅰ實驗試題

縱觀上述2015—2019年高考全國卷Ⅰ的無機綜合實驗題目，并融合其他高考試題，筆者對高考化學實驗題目的考查形式進行總結如圖1所示。

圖1 近年高考化學無機綜合實驗題目常見考查形式

通過分析可知，無論題目的情境如何設置，考查內容如何變換，無機綜合實驗題目主要圍繞證據推理與模型認知、科學探究與創新意識這兩方面對學生的化學學科核心素養進行考查。此類試題主要考查形式可分為物質制備型、成分/性質探究型和定量分析型三大類，在具體的題目中，可能以其中兩種或者三種類型共同考查的方式呈現。

化學學科既從宏觀上研究物質的性質，又從微觀上研究物質的組成和結構，以揭示物質性質的本質和規律。針對物質制備型實驗，筆者根據目標產物化學性質的不同，從學科大概念的角度將其分為還原性物質制備、氧化性物質制備、易水解型物質制備和不穩定型物質制備等。對于探究型實驗，根據探究成分的不同可分為氣體成分探究、固體成分探究和溶液成分探究三大類。其中，氣體成分探究又可分為單一氣體成分探究和混合氣體成分探究。定量分析型實驗，依據測量方法的不同可分為質量法、氣體法和滴定法。

本文進行無機綜合實驗復習單元整體教學設計，旨在學科大觀念的統領下，建立零碎知識點的邏輯關系，啟發學生深度思考，幫助學生建立思維模型，提升學生實驗探究能力，落實學科核心素養。

二、無機綜合實驗復習教學單元建構

(一)無機綜合實驗復習教學單元規劃總模型

單元整體教學往往圍繞一個主題進行研究學習，突出內容和過程的聯系性和整體性，無機綜合實驗復習作為一個教學單元，教學視野應該從單課時的微觀范疇轉向更為寬闊的單元宏觀范疇，設置有思維梯度的學習任務，通過注重學科核心素養培養的階段性和層次性，可持續地發展學生的學科核心素養。無機綜合實驗復習教學單元規劃總模型如圖2所示。

圖2 無機綜合實驗復習教學單元規劃總模型

(二)無機綜合實驗復習教學單元課時劃分

無機綜合實驗考查的主要內容涉及儀器名稱、原料預處理、裝置的連接順序、試劑選擇、核心反應方程式書寫、分離提純操作、實驗現象描述、原因解釋、定量計算、實驗方案設計等方面。本單元在前期復習了《鐵及其化合物》的必備知識的基礎上，以含鐵化合物的制備為情境，側重對易水解型和還原性兩種物質的制備模型進行闡述和探究，并通過項目式綜合實驗水合硫酸亞鐵的制備與性質探究進階到復雜情境的實驗探究與模型建構。

本單元將無機綜合實驗復習劃分為如表2所示的3個課時：第1課時是易水解型物質的制備模型的建構，第2課時是還原性物質制備模型的建構，第3課時是項目式綜合實驗模型的建構。3個課時圍繞素養目標層層遞進，逐步深入。

表2 無機綜合實驗復習

三、無機綜合實驗復習教學單元目標設計

(一)無機綜合實驗復習教學單元總目標

表3 無機綜合實驗復習教學單元總目標

(二)無機綜合實驗復習教學單元課時目標

表4 無機綜合實驗復習教學單元課時目標

續表

四、無機綜合實驗復習教學起點分析

表5 無機綜合實驗復習教學起點分析

五、無機綜合實驗復習單元教學情境、問題、活動、思維進階設計

圖3 無機綜合實驗復習單元教學設計

第1課時以氯氣的制備為基礎，引出實驗室制備漂白液的裝置，總結有氣體參與的物質制備的一般模型；由無水FeCl3制備的實驗裝置設計、評價，總結易水解型物質制備的特殊模型為氣體發生裝置→除雜裝置→干燥裝置→主體反應裝置→收集裝置→干燥裝置→尾氣處理裝置；最后由SOCl2制備的問題解決診斷學生運用模型的能力。

第2課時在第1課時對實驗基本裝置熟練的基礎上，進行Fe(OH)2制備實驗裝置的改進，熟悉壓強原理在物質制備實驗的應用，熟練裝置連接、試劑選擇、操作先后順序，建構還原性物質制備模型為排盡裝置內空氣→檢驗裝置內空氣是否除盡→保護還原性產物；最后運用高考真題“醋酸亞鉻的制備”實驗運用模型，解決復雜真實情境問題，鍛煉學生的關鍵能力。

第3課時在前兩課時已經熟練掌握物質制備模型的基礎上，進行水合硫酸亞鐵制備與性質探究實驗。在物質制備實驗基礎上，提升學生物質分離提純的分析能力；通過水合硫酸亞鐵中結晶水含量測定實驗設計，理解結晶水含量的意義，形成定量分析方法思路，鍛煉學生的定量探究能力；通過水合硫酸亞鐵熱分解氣體產物成分探究，引導學生建立混合氣體檢驗的思路模型：確定檢驗順序→排除干擾因素→藥品選擇→安全綠色，提高實驗探究能力；通過水合硫酸亞鐵熱分解固體產物成分探究，引導學生建立水合晶體熱重分析的基本思路模型：以質量不變元素為研究對象→根據比例關系求出摩爾質量M→根據M確定分解產物；最后通過習題“水合草酸亞鐵制備與性質探究”，進一步鞏固與提升學生知識遷移與運用模型的能力。

六、無機綜合實驗復習教學單元“教、學、評”一體化設計

表6 教學單元“教、學、評”一體化設計

七、無機綜合實驗復習單元整體教學設計反思

高三化學無機綜合實驗復習單元整體教學設計，在學生已有知識儲備的基礎上，對知識進行重新梳理、整合、提煉。這樣的設計避免了傳統課時教學中知識點的孤立學習和機械學習，有利于教學過程的設計和實施，提高了教學質量和效率。本單元以物質制備和性質探究實驗為情境背景，促進學生在熟悉物質性質的基礎上進行方案設計和實驗探究，重在引導學生建構綜合實驗題目中的實驗模型、培養學生的探究能力和創新精神，全面提升學生的化學學科核心素養，為后續解決真實復雜情境問題打下堅實基礎。

八、無機綜合實驗復習單元整體作業設計

【作業主題】

項目研究：水合草酸亞鐵的制備與性質探究

科學情境：鋰離子電池作為一種新型高能綠色電源，具有工作電壓高、比能量大、循環壽命長、自放電率低、適溫范圍寬、無記憶效應及對環境友好等優點。近年來，智能手機、儲能裝置、電動汽車、電動自行車等便攜儲能設備的發展促使鋰電行業飛速發展。草酸亞鐵作為合成鋰離子電池正極材料磷酸鐵鋰的原材料，已經引起人們的廣泛關注。隨著磷酸鐵鋰動力電池在新能源汽車和儲能電池方面的大力開發和廣泛應用，其原材料草酸亞鐵的市場也急劇擴大，市場前景十分廣闊。接下來我們研究鋰離子電池的原材料水合草酸亞鐵。

【題1】水合草酸亞鐵的制備

利用所給化學試劑及信息，設計合適的流程制備FeC2O4·xH2O

提供的試劑：(NH4)2Fe(SO4)2、稀H2SO4、草酸、Na2C2O4溶液、蒸餾水

提供信息：(1)草酸亞鐵晶體為淡黃色粉末，難溶于水，溶于稀酸

(2)pH>4時，Fe2+易被氧氣氧化

【題2】水合草酸亞鐵的組成測定

提供的試劑：FeC2O4·xH2O、稀硫酸、稀鹽酸、酸性KMnO4溶液、KSCN溶液、CaCl2溶液

2.定量測定FeC2O4·xH2O的結晶水含量：用滴定法確定FeC2O4·xH2O的結晶水含量

【題3】水合草酸亞鐵分解產物探究

研究FeC2O4·xH2O熱分解的氣體產物

提供信息：草酸亞鐵晶體熱分解的氣體產物為H2O、CO、CO2

檢驗裝置設計時應考慮哪些問題？