基于發展學生學科核心素養的化學課堂教學設計案例

蔡秋燕

為落實立德樹人根本任務，培養德智體美勞全面發展的人才，需要發展學生的核心素養。《普通高中化學課程標準》指出：高中化學學科核心素養是高中學生發展核心素養的重要組成部分，是學生綜合素質的具體體現，反映了社會主義核心價值觀下化學學科育人的基本要求，全面展現了化學課程學習對學生未來發展的重要價值。化學學科核心素養包括“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”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”5個方面。[1]化學課堂教學是達成化學課程與教學目標，落實課程標準基本理念的重要途徑，如何基于化學學科素養的視覺進行課堂教學設計呢？

案例? ? ? 無機非金屬材料

教學目標

1.通過對SiO2“結構→性質→用途”的認識過程，了解并發展學生對物質及其轉變的模型認知、證據推理，提升“宏觀辨識與微觀探析”的學科核心素養

2.通過學生自主學習了解玻璃、水泥、陶瓷的生產原料、性能和主要用途，知道普通玻璃的主要成分。了解晶體硅和二氧化硅、新型陶瓷、碳納米材料的性能和用途，感受傳統硅酸鹽材料在城鄉建設中發揮的重要作用，感受新型無機非金屬材料的奇特性能，激發學生學習化學的興趣。

3.通過芯片技術發展和碳納米材料技術發展的學習，結合身邊用到的無機非金屬材料，感受化學材料作用巨大，提高學生努力學習化學，投身國家建設的社會責任感，提升“科學態度與社會責任”學科核心素養。

教學重點

“結構→性質→用途”的認識思維，常見無機非金屬材料的主要性能和用途。

教學思路

以學生為中心，創設學習情境，以問題驅動為主線認識常見無機非金屬材料，感受化學的社會價值。

教學過程

教學環節一：認識二氧化硅材料

【任務1】展示水晶、石英、瑪瑙、沙子等圖片，說明其化學成分主要是SiO2，是生活中重要的材料。播放有關光導纖維的錄像，給出信息：高錕——華裔物理學家，制備了光纖并開創性地應用于通信領域，被譽為“光纖之父”，獲得2009年諾貝爾物理獎。

提出問題：根據生活經驗說說水晶、石英、瑪瑙、沙子有何用途。歸納總結SiO2的用途有哪些。

【學生活動1】觀看圖片、錄像，分析得出SiO2的用途，感受二氧化硅材料的實用價值，感受物理學家高錕的成就進而增強民族自豪感。

【任務2】展示SiO2晶體結構圖片和球棍模型教具。提出問題：1.為什么二氧化硅的化學式為SiO2？2.根據SiO2晶體結構推測SiO2性質。

【學生活動2】仔細觀察圖片和球棍模型，在教師引導下分析：每個硅原子周圍連著4個氧原子，每個氧原子周圍連著兩個氧原子，實際上，二氧化硅晶體是由Si和O按1∶2的比例所組成的四面體網狀結構的晶體。因此，通常用SiO2來表示二氧化硅的組成。這樣結構的晶體具有硬度高、難溶于水、耐高溫、耐腐蝕等性質，所以用途廣泛。

【任務3】展示實驗室保存NaOH溶液和氫氟酸的圖片。給出信息：普通玻璃的主要成分為Na2SiO3、CaSiO3 、SiO2。提出問題：1.為什么存放NaOH溶液的試劑瓶用橡皮塞而不用玻璃塞？氫氟酸為什么不用玻璃瓶盛放？2.根據SiO2的物質類別和SiO2中硅元素的化合價，分析總結SiO2的化學性質有哪些。

【學生活動3】討論、分析總結并匯報SiO2的化學性質：1.具有酸性氧化物的通性；2.能與氫氟酸反應，但不與其它酸反應；3.具有氧化性。

【任務4】工業上用SiO2制備高純硅的原理示意圖如下：

提出問題：1.請嘗試寫出其中涉及的主要化學反應的化學方程式；2.在半導體工業中有這樣一句行話：“從沙灘到用戶”，你如何理解？

【學生活動4】討論、分析并書寫化學方程式，感受SiO2的創造價值。思考并討論焦炭與SiO2反應生成的氧化產物為什么不是CO2。

教學環節二：認識晶體硅材料

【任務1】展示元素周期表圖片。提出問題：結合硅在元素周期表中的位置，推測晶體硅可能的用途是什么？

【學生活動1】觀察圖片，回憶所學知識得出結論：硅元素在元素周期表中正好處于金屬與非金屬的過渡位置。其單質的導電性介于導體與絕緣體之間，是應用廣泛的半導體材料。

【任務2】播放視屏《從沙子到芯片》，提出問題：1.為什么目前中國90%CPU都依賴于進口？（信息：光刻機是生產芯片最核心的部分。世界上能掌握這項技術的公司只有寥寥幾家。日本、荷蘭目前占據90%以上的芯片市場份額。最先進的光刻機，只有荷蘭制造商ASML一家能做）2.總結晶體硅的用途。

【學生活動2】觀看、傾聽、思考、交流，積極發言，感受晶體硅的實用價值，感嘆芯片技術的神奇精妙，期望中國芯片技術將來能站在世界最前端。

教學環節三：材料分類建構

【任務】展示鋁合金、鋼軌、塑料、玻璃、陶瓷、硅晶片等圖片。請說出圖片中的物質哪些屬于無機非金屬材料？嘗試畫出材料分類圖。

【學生活動】觀察圖片，思考，畫出材料分類圖

教學環節四：學生分享所了解的無機非金屬材料

【任務】課前布置，把學生分成六個小組，分別負責查閱傳統玻璃、水泥、陶瓷的生產原料、性能和主要用途；查閱新型陶瓷、石墨烯、碳納米管的性能和主要用途。

【學生活動】學生代表以PPT形式匯報分享所查閱的資料，其余學生傾聽、思考，感受化學材料的作用巨大。歸納總結常見無機非金屬材料的性能和主要用途，完成下列表格。

寄語：希望我們當中的某些學生今后在相關高科技領域能有所建樹。

參考文獻：

中華人民共和國教育部. 普通高中化學課程標準（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018.