基于內容結構化的主題式單元復習教學

曾開家

摘要：以“物質及其變化”單元復習教學為例，圍繞化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，探索內容結構化的教學。以“觀銅之美”“說銅之態(tài)”“煉銅之法”“用銅之性”為教學主線，創(chuàng)設真實情境，提供思考材料，設置系列問題，實現(xiàn)人教版新教材第一 單元核心概念和觀念的關聯(lián)復習，基于新課標，為新教材提供單元復習教學新方案。

關鍵詞：內容結構化;單元復習;主題式教學;物質及其變化

文章編號：1008-0546（2022）03-0065-04???? 中圖分類號：G632.41 ????文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.014

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》在教學和評價建議中指出：化學教學內容的組織，應有利于促進學生從化學學科知識向化學學科核心素養(yǎng)的轉化，而內容的結構化則是實現(xiàn)這種轉化的關鍵[1]。內容結構化主要有三種形式，分別是基于知識關聯(lián)的結構化、基于認識思路的結構化、基于核心觀念的結構化，教師在教學過程中如何理解并實施結構化策略是本文探究的宗旨之一。單元復習教學是整合知識、提升能力、診斷并發(fā)展核心素養(yǎng)的重要環(huán)節(jié)，教師在教學過程中采用知識梳理、題型歸納等方法較多，將單元必備知識、關鍵能力進行整合發(fā)展核心素養(yǎng)的教學設計借鑒很少，如何進行有效的單元專題復習，是本文探究的另一宗旨。

二、內容分析

根據(jù)新課標內容和學業(yè)要求，結合實例認識元素及其化合物的多樣性，能從物質類別和元素價態(tài)變化的視角說明物質的轉化路徑，認識物質及其轉化在促進社會文明進步、自然資源綜合利用和環(huán)境保護中的重要價值[1]?！拔镔|及其變化”是人教版新教材必修第一冊第一單元內容，教材中的復習策略包含整理與提升、復習與提高兩個板塊，主要以知識梳理的習題練習的形式呈現(xiàn)。本章作為高中化學的第一章，具有承前啟后的作用，離子反應和氧化還原反應是中學化學的重要理論，物質類別和元素價態(tài)是認識物質及其變化的兩個重要視角，它們是高中階段化學課程的重要基礎[2]。從學生層面來看，初中所學元素知識零散不系統(tǒng)，高中所學物質的分類、兩大反應等核心概念分散，關聯(lián)度低。本文試圖采用主題式單元復習教學提升化學核心概念和觀念的結構化水平，發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)。

三、設計思路

本文選取學生有一定基礎認識的銅元素為載體進行知識關聯(lián)，設計“觀銅之美”“說銅之態(tài)”“煉銅之法”“用銅之性”認識思路的系列學習任務，串聯(lián)物質分類、離子反應和氧化還原反應等知識，實現(xiàn)本單元核心概念的內容結構化。

四、教學過程

1.教學環(huán)節(jié)一：觀銅之美

【情境1】投影圖1 中三星堆銅面具、四羊方尊、馬踏飛燕

【材料1】

①在三星堆遺址，出土了許多青銅人面具，它們是中國古代最早和出土規(guī)模最大的面具群體。一件面具高64.5厘米，寬138厘米，這件面具最奇特的是：雙眼呈柱狀外凸達16厘米，被人們俗稱為“千里眼、順風耳”。

②四羊方尊是中國仍存商代青銅方尊中最大的一件，其每邊邊長為52.4 厘米，高58.3厘米，重量34.5公斤，被史學界稱為“臻于極致的青銅典范”，位列十大傳世國寶之一 。

③馬踏飛燕為東漢青銅器，為甘肅省博物館鎮(zhèn)館之寶。? 高34.5厘米，長45厘米，寬13.1厘米，重7.3千克，造型矯健精美，作昂首嘶鳴、疾足奔馳狀，顯示了一種勇往直前的豪情壯志，是中華民族偉大氣質的象征。

【問題1】青銅的出現(xiàn)標志著人類從石器時代進入青銅時代，是人類文明進步的標志。 青銅是純凈物嗎？

【學生】不是。是銅的合金，是混合物。

【追問】你的分類依據(jù)是什么呢？ 能否系統(tǒng)梳理物質的分類方法呢？

【學生】思考交流后回答。

【小結】評價學生的觀點，展示圖2物質分類的知識關聯(lián)。

設計意圖：用中華民族歷史悠久的文物創(chuàng)設情境，引入本節(jié)課教學內容的主題載體，通過學生對知識的梳理，實現(xiàn)物質分類的知識邏輯關聯(lián)結構化，增強民族自豪感，起到診斷并發(fā)展學生社會責任素養(yǎng)的作用。

2.教學環(huán)節(jié)二：說銅之態(tài)

【過渡】銅元素在自然界中如何存在？盡可能多的說出你知道的含銅物質。

【學生】交流分享。

【情境2】投影圖3銅及銅礦石

【材料2】介紹價類二維圖

【問題2】它們哪些是電解質？ 哪些是非電解質？屬于什么物質類別？ 銅在其中的化合價是多少？

【學生】交流討論回答，將物質在價類二維圖中找出相應的位置并畫出轉化關系如圖4。

【思考】已知反應：Cu2O+2H+=Cu2++Cu+H2O，氧化亞銅是堿性氧化物嗎？

【學生】不是，除生成水之外，還有銅單質生成。 根據(jù)信息補充價類二維圖。

【追問】不同類別物質之間轉化的一般規(guī)律如何構建？ 價類二維圖優(yōu)點何在？

【學生】思考交流后回答。

【小結】評價學生的觀點，展示圖5不同類別物質轉化圖[3]。基于物質類別和元素價態(tài)，可以預測物質的性質及轉化途徑。 例如，對于 CuO，從物質類別來看，它屬于堿性氧化物，據(jù)此可以預測它可能與酸發(fā)生反應;從元素價態(tài)來看，CuO 中銅元素的化合價是+2 價，為銅元素的高價態(tài)，據(jù)此可以預測它具有氧化性，可能與具有還原性的物質發(fā)生反應。

設計意圖：通過交流分享銅在自然界存在的形態(tài)，并構建主題載體銅元素的價類二維圖，診斷學生物質轉化的模型認知水平，實現(xiàn)物質認識思路結構化，發(fā)展學生模型認知素養(yǎng)、變化觀念素養(yǎng)。

3.教學環(huán)節(jié)三：煉銅之法

【過渡】銅單質在自然界存量很少，古人是如何煉銅的呢？

【學生】可以由+2價銅的化合物轉化為銅單質;可以由+1價銅的化合物轉化為銅單質;可以由銅的氧化物轉化為銅單質;可以由銅鹽轉化為銅單質。

【情境3】演示實驗：燃燒涂抹孔雀石粉末的濾紙，灰渣中有紫紅色固體。

【材料3】

①殷墟考古發(fā)現(xiàn)，古人選用孔雀石[主要成分為 Cu2（OH）2CO3]煉銅冶煉方法為將點燃的木炭接觸孔雀石。

②藍銅礦[主要成分2CuCO3· Cu（OH）2]常與孔雀石伴生存在，與焦炭一起加熱可得銅。

③北宋沈括《夢溪筆談》中記載：“信州鉛山有苦泉，流以為澗。 挹其水熬之則成膽礬，烹膽礬則成銅 。熬膽礬鐵釜，久之亦化為銅”。

【問題3】書寫上述材料中的化學方程式，是離子反應的寫出離子方程式。

【學生】交流討論書寫

材料 ① Cu2（OH）2CO3 2CuO + CO2 ↑+ H2O;2CuO+C 2Cu + CO2↑

材料②2[2CuCO3·Cu（OH）2]+3C 6Cu+7CO2↑+2H2O

材料③Fe+Cu2+=Cu+Fe2+

【追問】上述方程式分別是哪種類型的化學反應？【學生】交流討論回答。

【小結】展示圖6化學反應分類圖[3]，指出可以不同角度認識化學反應。

【思考1】材料①②的方法為火法煉銅，③為濕法煉銅，在古代哪種方法更普遍呢？ 為什么？

【學生】火法煉銅更普遍，因為原料易得。

【思考2】如果讓你根據(jù)已有化學知識，從孔雀石中煉制銅，你會設計怎么樣的方案呢？

【學生】可用火法煉銅的原料采取濕法煉銅：①將孔雀石粉粹后加過量稀硫酸;②將反應后的混合物過濾;③向濾液中加入金屬鐵。

【追問】能否寫出其中的復分解反應的離子方程式？

【學生】思考交流書寫離子方程式 Cu2（OH）2CO3+4H+===2Cu2++CO2↑+3H2O。

【思考3】考慮銅元素在自然界的主要存在形態(tài)，現(xiàn)代工業(yè)煉銅大多采用高溫冶煉黃銅礦（CuFeS2）火法煉銅，原理如圖7，請書寫氧化亞銅與硫化亞銅高溫反應的化學方程式，并指出氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物、還原產(chǎn)物。

【學生】思考書寫化學方程式2Cu2O+Cu2S? 6Cu+SO2↑并說出兩劑兩產(chǎn)物。

【小結】展示圖8 氧化還原反應概念認識思路發(fā)展[3]。Cu2S并沒有得失氧，但它既是氧化劑又是還原劑。人類認識氧化還原反應并不是一蹴而就的，是從宏觀視角的元素得失氧，經(jīng)歷化合價的升降，最終到了微觀視角的電子轉移。

設計意圖：通過對涉及火法煉銅和濕法煉銅的方程式書寫、反應分類、兩劑兩產(chǎn)物判斷，實現(xiàn)對化學反應認識思路的結構化、氧化還原概念認識思路的結構化，診斷并發(fā)展學生宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與模型認知等核心素養(yǎng)。

4.教學環(huán)節(jié)四：用銅之性

【情境4】銅除了可以大量用作導電材料外，其化合物硫酸銅也有較多用途。如波爾多液、游泳池消毒劑、潔廁塊等。

【材料4】

①銅粉在空氣中加熱很快變黑，加稀硫酸溶解后得到藍色溶液，但同時在燒杯底部觀察到有紅色固體。

②向試管中加入少量銅粉，然后加稀硫酸，振蕩，無現(xiàn)象;再加雙氧水，振蕩，溶液很快變藍，同時伴隨氣泡產(chǎn)生。

【問題4】請設計實驗方案由銅制備硫酸銅？

【學生1】方案一：將銅在空氣中加熱，然后加稀硫酸溶解即可。

【學生2】方案二：銅粉內部難以被氧化，過濾后將未被氧化的銅再次加熱氧化，需要重復實驗。可向銅粉中加入稀硫酸，不斷通入空氣并加熱，一段時間后溶液變藍，再繼續(xù)加熱一段時間，這樣操作可以使銅逐漸被氧化完全。

【學生3】方案三：向試管中加銅粉，然后加稀硫酸，加過量雙氧水，這樣簡約快捷。

【追問1】方案二是對方案一操作方法的優(yōu)化，能否寫出化學方程式，找出兩劑兩產(chǎn)物并標示出雙線橋？

【學生】思考交流書寫化學反應方程式：2Cu+O2+2H2SO4 2CuSO4+2H2O，并畫出雙線橋。

【追問2】方案三是對方案一氧化劑的優(yōu)化，能否寫出離子方程式，找出兩劑兩產(chǎn)物并標示出單線橋？

【學生】思考交流書寫化學反應方程式：Cu+H2O2+2H+===Cu2++2H2O，并畫出單線橋。

【追問3】方案三中氣泡是什么物質？為何產(chǎn)生？

【學生】思考交流討論，氣泡是氧氣，過氧化氫分解產(chǎn)生，生成物硫酸銅起催化作用。

【小結】展示圖9 氧化還原反應核心觀念結構化圖[3]。強化“氧化劑得電子，化合價降低;還原劑失電子，化合價升高”這一核心觀念。

【作業(yè)】查閱資料，了解其他由銅制備硫酸銅的方法。

設計意圖：由前面銅的性質及轉化到制法，再到硫酸銅的用途，強化氧化還原反應核心觀念的結構化認識，進一步發(fā)展宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與模型認知等核心素養(yǎng)。

五、反思與心得

本節(jié)單元復習課選取學生有一定基礎的銅元素為主題，降低了難度，利于激發(fā)學生興趣，同時彌補了新教材中無銅元素知識的不足，實現(xiàn)了銅元素的主題式復習;串聯(lián)物質的分類及轉化、離子反應和氧化還原反應等內容，實現(xiàn)了物質分類及反應分類的知識關聯(lián)結構化，實現(xiàn)了物質轉化及氧化還原反應概念發(fā)展的認識思路結構化，實現(xiàn)了氧化還原反應“劑—電—價”核心觀念結構化。本節(jié)基于內容結構化的主題式教學，為新課標、新教材下的單元與模塊復習提供了新的嘗試與范式。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部.《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》[S].北京：人民教育出版社，2020.

[2] 喬國才，夏建華.普通高中教科書教師教學用書.化學必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：4.

[3] 人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書.化學必修第一冊[M].北京：人民教育出版社，2019：6.

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