基于核心素養(yǎng)取向的板塊-任務(wù)式課堂教學(xué)設(shè)計(jì)

范麗紅

摘 ? 要：“素養(yǎng)為本”的有效課堂教學(xué)倡導(dǎo)化學(xué)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)和真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，及開(kāi)展多種形式的實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)。文章以“抗酸藥——NaHCO3片”創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，通過(guò)板塊-任務(wù)式設(shè)計(jì)，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，進(jìn)一步提升對(duì)NaHCO3和Na2CO3性質(zhì)的認(rèn)知，建立起知識(shí)間跨模塊聯(lián)系。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；結(jié)構(gòu)化；板塊；任務(wù)

板塊教學(xué)作為一種課堂教學(xué)形式，將教學(xué)內(nèi)容及教學(xué)過(guò)程分成幾個(gè)逐層深化且緊密聯(lián)系的板塊[ 1 ]。板塊教學(xué)注重精心選點(diǎn)，利用“板塊”對(duì)選點(diǎn)進(jìn)行集中突破，從而達(dá)到高效教學(xué)。

實(shí)施“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)，要求在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)，不僅要考慮到板塊的功能，還要考慮到板塊的連接方式，化學(xué)課堂教學(xué)板塊連接方式的設(shè)計(jì)既要符合學(xué)科邏輯，又要符合學(xué)生的認(rèn)知邏輯。

板塊系統(tǒng)中的“內(nèi)容”要素，在核心素養(yǎng)取向的化學(xué)教學(xué)中是以學(xué)習(xí)任務(wù)的形式呈現(xiàn)的。“化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)”對(duì)于板塊素養(yǎng)功能的發(fā)揮具有決定性作用。學(xué)習(xí)任務(wù)是連接核心知識(shí)與具體知識(shí)點(diǎn)的橋梁和紐帶，是實(shí)現(xiàn)知識(shí)結(jié)構(gòu)化的重要環(huán)節(jié)。在化學(xué)教學(xué)過(guò)程中，要從化學(xué)學(xué)科整體上考慮建構(gòu)知識(shí)結(jié)構(gòu)體系；在選擇和組織教學(xué)內(nèi)容時(shí)，不僅要關(guān)注模塊內(nèi)的聯(lián)系，也要重視跨模塊、跨學(xué)科間的聯(lián)系[ 2 ]。

基于任務(wù)的板塊結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在布置任務(wù)前，應(yīng)首先讓學(xué)生了解任務(wù)產(chǎn)生的背景，實(shí)際上就是創(chuàng)設(shè)情境。真實(shí)具體的問(wèn)題情境可以為學(xué)生提供豐富的學(xué)習(xí)信息，促使學(xué)生主動(dòng)探究，發(fā)散思考，靈活運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題，是學(xué)生化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)。

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》對(duì)“金屬及其化合物”的要求：結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，了解鈉及其重要化合物的主要性質(zhì)，了解這些物質(zhì)在生產(chǎn)、生活中的應(yīng)用[ 3 ]。本文以“Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)”為課例，開(kāi)展了核心素養(yǎng)取向的板塊-任務(wù)式化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)研究。

1 ?教學(xué)設(shè)計(jì)

1.1 ?素養(yǎng)定位

“鈉及其化合物”是人教版高中《化學(xué)》（必修）第一冊(cè)第二章中的重點(diǎn)內(nèi)容。以已有知識(shí)為起點(diǎn)，使學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，在真實(shí)情境中探究Na2CO3和NaHCO3的性質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)推理和科學(xué)探究素養(yǎng)；通過(guò)學(xué)習(xí)侯氏制堿法的工藝流程，使學(xué)生掌握經(jīng)典物質(zhì)制備方案中物質(zhì)轉(zhuǎn)化的原理，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

1.2 ?教學(xué)目標(biāo)和教學(xué)流程

教學(xué)目標(biāo)：（1）基于實(shí)驗(yàn)探究Na2CO3、NaHCO3的性質(zhì)，理解并掌握Na2CO3、NaHCO3相互轉(zhuǎn)化的途徑。建立鈉及其化合物的認(rèn)知結(jié)構(gòu)，感悟核心元素各物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的內(nèi)在聯(lián)系。（2）探究侯氏制堿法的原理，充分認(rèn)識(shí)運(yùn)用物質(zhì)轉(zhuǎn)化的基本規(guī)律進(jìn)行物質(zhì)制備工藝流程的設(shè)計(jì)。

教學(xué)流程如圖1所示。

2 ?學(xué)情分析

本節(jié)課對(duì)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作能力、分析推理能力和歸納概括能力要求較高，高一學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)有濃厚的興趣，參與實(shí)驗(yàn)探究的積極性較高。但學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和解決實(shí)際問(wèn)題的能力較低。

學(xué)生通常利用機(jī)械記憶的方法進(jìn)行元素化合物部分內(nèi)容的學(xué)習(xí)，這使得學(xué)生對(duì)知識(shí)的理解不夠深刻。本節(jié)課中教師擬引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)鈉及其化合物的性質(zhì)作出推斷和預(yù)測(cè)。通過(guò)問(wèn)題引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行深層次思考，提升學(xué)生對(duì)NaHCO3和Na2CO3性質(zhì)的認(rèn)知。

3 ?教學(xué)過(guò)程

3.1 ?情境創(chuàng)設(shè)

[師] （展示一瓶碳酸氫鈉片）碳酸氫鈉片作為一種抗酸藥，口服后可在胃內(nèi)直接中和胃酸，增大胃內(nèi)的pH，用于緩解胃酸過(guò)多引起的胃痛、胃灼熱（燒心）、反酸等。碳酸氫鈉片為什么可以做抗酸藥呢？

[生] NaHCO3的水溶液具有堿性。

3.2 ?板塊1的實(shí)施

[ 活動(dòng)1] ?探究碳酸氫鈉片的性質(zhì)。

任務(wù)1：探究碳酸氫鈉片水溶液的堿性。

[（演示）實(shí)驗(yàn)1] ?將1片（0.5 g）碳酸氫鈉片研碎后置于一支試管中，加5 mL水溶解，振蕩試管，靜置，加入幾滴酚酞溶液；同時(shí)取相同濃度的碳酸鈉溶液置于一支試管中，加入幾滴酚酞溶液。

[現(xiàn)象] 滴入酚酞后，碳酸氫鈉溶液紅色很淺，而碳酸鈉溶液的紅色較深。

[結(jié)論] 碳酸氫鈉的堿性較弱。

[思考1] 我們知道相同濃度碳酸鈉溶液的堿性比碳酸氫鈉強(qiáng)，為什么治療胃酸過(guò)多選用碳酸氫鈉而不選用碳酸鈉？

[生] 碳酸氫鈉堿性弱，對(duì)人體傷害小。

設(shè)計(jì)意圖：以“碳酸氫鈉片作為一種抗酸藥”為情境，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行分析推理的能力。

[思考2] 碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液都顯堿性，它們?cè)谂c稀鹽酸反應(yīng)時(shí)，是OH - 在和H+ 反應(yīng)嗎？

[生] 碳酸鈉溶液中有大量的CO32-，碳酸氫鈉溶液中存在大量的HCO3-，一定還存在CO32-、HCO3- 與H+ 的反應(yīng)。

任務(wù)2：探究碳酸氫鈉、碳酸鈉與酸的反應(yīng)。

[（學(xué)生分組）實(shí)驗(yàn)2] 分別向濃度為0.2 mol/L的Na2CO3溶液和0.2 mol/L的NaHCO3溶液中滴加0.1 mol/L的稀鹽酸，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象填寫(xiě)在表1中。

[現(xiàn)象] 向碳酸鈉溶液中滴加稀鹽酸，剛開(kāi)始沒(méi)現(xiàn)象，繼續(xù)滴加有氣泡產(chǎn)生。向NaHCO3溶液中滴加稀鹽酸，一開(kāi)始就有氣泡產(chǎn)生。

[結(jié)論] 碳酸鈉和稀鹽酸的反應(yīng)分二步進(jìn)行：Na2CO3+HCl=NaCl+NaHCO3 ，NaHCO3+HCl=NaCl+H2O+CO2↑。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，自主探究碳酸鈉、碳酸氫鈉與酸的反應(yīng)，交流、分享實(shí)驗(yàn)收獲，形成正確的科學(xué)觀點(diǎn)和態(tài)度。

任務(wù)3：探究碳酸氫鈉、碳酸鈉與酸反應(yīng)的實(shí)質(zhì)。

[思考3] NaHCO3與稀HCl反應(yīng)先產(chǎn)生氣體，能不能說(shuō)明NaHCO3與稀HCl反應(yīng)比Na2CO3更快呢？

[（演示）實(shí)驗(yàn)3] 用0.5 mol/L的Na2CO3溶液（NaHCO3溶液）來(lái)滴定1 mol/L的稀鹽酸，傳感器測(cè)得混合溶液的pH變化曲線如圖2所示。

圖 2 ?0.5 mol/L 的 Na2CO3 / NaHCO3 溶液滴定1 mol/L

稀鹽酸的滴定曲線

[現(xiàn)象] 從圖2中可以看出，相同時(shí)間內(nèi)，Na2CO3溶液滴定鹽酸時(shí)，鹽酸的pH變化更快一些。

[結(jié)論] Na2CO3與稀HCl反應(yīng)更快。

[資料卡] CO32-+H+？葑HCO3- ，Ka（HCO3-）=5.6×10-11；HCO3-+H+？葑H2CO3，Ka（H2CO3）=4.2×10-7； Ka（HCO3-） < Ka（H2CO3） 說(shuō)明CO32- 更容易結(jié)合H+。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以觀察到Na2CO3、NaHCO3溶液分別與相同濃度的稀鹽酸反應(yīng)的過(guò)程，進(jìn)而從微觀視角推理出這兩種電解質(zhì)溶液體系中的微粒數(shù)量和微粒性質(zhì)的不同，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理、質(zhì)疑和析疑的能力，為后續(xù)學(xué)習(xí)多元弱酸的電離和對(duì)應(yīng)多元弱酸酸根的水解奠定基礎(chǔ)。

3.3 ?情境創(chuàng)設(shè)

NaHCO3在潮濕的空氣中會(huì)緩慢分解，那么在空氣中久置的碳酸氫鈉片中是否含有Na2CO3呢？

3.4 ?板塊2的實(shí)施

[活動(dòng)2] 鑒別NaHCO3和Na2CO3。

任務(wù)1：如何鑒別NaHCO3樣品中含有Na2CO3？

[生] 用CaCl2溶液。

[思考4] 用CaCl2能否鑒別Na2CO3和NaHCO3？

[（學(xué)生分組）實(shí)驗(yàn)4] 分別向等濃度的Na2CO3和NaHCO3溶液中滴加5滴CaCl2溶液，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象填寫(xiě)在表2中。

表 2 ?學(xué)案中實(shí)驗(yàn)4的方案設(shè)計(jì)

資料卡：20 ℃ 時(shí)，CaCO3的溶解度為0.0065 g；Ca（HCO3）2的溶解度為16.6 g；Ca（OH）2的溶解度為0.16 g。

[現(xiàn)象] 滴入CaCl2溶液后，1mol/L的NaHCO3溶液中有白色沉淀生成；0.01 mol/L的NaHCO3溶液中沒(méi)有現(xiàn)象。

[思考5] 為什么1 mol/L的NaHCO3溶液與CaCl2反應(yīng)會(huì)成白色沉淀，生成的白色沉淀是什么？

[生] CaCO3。

[師] 由于NaHCO3濃度小時(shí)，電離產(chǎn)生的CO32- 較少，生成的CaCO3較少，不會(huì)沉淀出來(lái)；而當(dāng)NaHCO3濃度較大時(shí)，電離產(chǎn)生的CO32- 較多，生成的CaCO3較多，超過(guò)了CaCO3的溶解度，就會(huì)沉淀出來(lái)。

[師]資料卡：Ksp（CaCO3）=2.9×10-9，Ksp[Ca（HCO3）2]=1.35×10-6；Ksp[Ca（OH）2]=5.5×10-6，根據(jù)沉淀溶解平衡中Ksp和Q的相關(guān)數(shù)據(jù)，能算出Ca2+ 和CO32- 結(jié)合生成CaCO3的Q要遠(yuǎn)大于CaCO3的Ksp，且比生成Ca（HCO3）2、Ca（OH）2相應(yīng)的Q與Ksp的差距要大很多，所以生成CaCO3的趨勢(shì)更大[ 1 ]。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)，學(xué)生可以觀察到CaCl2溶液分別與不同濃度的NaHCO3和Na2CO3溶液反應(yīng)的現(xiàn)象。進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生從微觀視角認(rèn)識(shí)電解質(zhì)溶液體系中的微粒種類(lèi)和微粒數(shù)量間的關(guān)系，建構(gòu)起基于Q和K改變物質(zhì)轉(zhuǎn)化程度的一般思路。

[師] 如果要使滴加有CaCl2的0.01 mol/L的NaHCO3溶液中也產(chǎn)生白色沉淀，可以怎么做呢？

[生] 使0.01 mol/L的NaHCO3溶液中CO32- 多一些。

[（學(xué)生分組）實(shí)驗(yàn)5] 向第2組沒(méi)有現(xiàn)象的試管中繼續(xù)滴加3滴NaOH溶液。

[現(xiàn)象] 生成白色沉淀。

[師] 加入NaOH后為什么會(huì)生成白色沉淀呢？

[生] 加入NaOH溶液后，OH- +HCO3- = CO32-+H2O，溶液中CO32- 增多，生成的CaCO3較多，超過(guò)了CaCO3的溶解度，就會(huì)以白色沉淀的形式析出。

任務(wù)2：總結(jié)Na2CO3、NaHCO3的相互轉(zhuǎn)化。

設(shè)計(jì)意圖：層層遞進(jìn)的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)不僅使學(xué)生體驗(yàn)了碳酸鈉和碳酸氫鈉的相互轉(zhuǎn)化過(guò)程，還提高了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)技能，進(jìn)而啟發(fā)學(xué)生從得失H+ 的角度來(lái)認(rèn)識(shí)它們之間的轉(zhuǎn)化。

3.5 ?情境創(chuàng)設(shè)

碳酸氫鈉片的主要成分是NaHCO3，要制備碳酸氫鈉片，要先制得NaHCO3，工業(yè)上如何制備碳酸氫鈉呢？

3.6 ?板塊3的實(shí)施

[活動(dòng)3] 碳酸氫鈉片的制備

任務(wù)1：設(shè)計(jì)NaHCO3制備方案。

[師] 現(xiàn)在我們要制備N(xiāo)aHCO3，請(qǐng)同學(xué)們從物質(zhì)轉(zhuǎn)換角度設(shè)計(jì)NaHCO3的制備方案？

[生] ① NaOH和CO2（過(guò)量）；② Na2CO3和CO2（過(guò)量）；③ Ca（HCO3）2+Na2CO3。

[師] 在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)中制備產(chǎn)品，一般會(huì)考慮到原料的來(lái)源和生產(chǎn)成本問(wèn)題，我們知道NaCl在自然界中廣泛存在，能不能用NaCl來(lái)制備N(xiāo)aHCO3呢？

[師]早在1810年，法國(guó)物理學(xué)家福瑞斯奈爾就利用NaHCO3溶解度小的特性，通過(guò)復(fù)分解反應(yīng)：NaCl+NH4HCO3=NH4Cl+NaHCO3↓制出了NaHCO3。之后的一百多年，人們對(duì)這一工藝不斷進(jìn)行改良和完善。1943年，我國(guó)化學(xué)家候德榜發(fā)明了聯(lián)合制堿法（又稱(chēng)侯氏制堿法），使NaCl的利用率提高到96%以上。他綜合利用了氨廠的CO2和NH3，反應(yīng)原理：NH3+H2O+CO2=NH4HCO3，NH4HCO3+NaCl=NH4Cl+NaHCO3，其生產(chǎn)流程如圖3所示。

圖 3 ?侯氏制堿法的生產(chǎn)流程圖

（1）分別寫(xiě)出沉淀池中發(fā)生的化學(xué)方程式。

[生] NH3＋CO2＋NaCl＋H2O=NH4Cl＋NaHCO3↓

（2）寫(xiě)出上述流程中X物質(zhì)的分子式。

[生] CO2。

（3）向母液中通氨氣，加入細(xì)小食鹽顆粒，冷卻析出副產(chǎn)品。通氨氣除了增大NH4+ 的濃度，使NH4Cl更多地析出外，還有什么作用？循環(huán)Ⅰ的作用是什么？

[生] 使NaHCO3轉(zhuǎn)化為Na2CO3，提高析出的NH4Cl純度。循環(huán)Ⅰ的作用是提高原料氯化鈉的利用率。

（4）如何檢驗(yàn)產(chǎn)品碳酸鈉中是否含有碳酸氫鈉？

[生] 加熱，若產(chǎn)生能使澄清石灰水變渾濁的氣體，說(shuō)明碳酸鈉中含有碳酸氫鈉，否則，不含有碳酸氫鈉。

設(shè)計(jì)意圖：從物質(zhì)所含核心元素的角度尋找制備碳酸氫鈉的諸多反應(yīng)。通過(guò)侯氏制堿法，分析NaHCO3制備的原料和原理；使學(xué)生從物質(zhì)轉(zhuǎn)化的視角，認(rèn)識(shí)物質(zhì)工業(yè)制備的原理，感悟侯氏制堿法的精妙，落實(shí)科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

4 ?教學(xué)反思

（1）本文以“一瓶抗酸藥引起的探究”作為情境，以NaHCO3的性質(zhì)為重點(diǎn)，通過(guò)板塊-任務(wù)式課堂設(shè)計(jì)，使授課內(nèi)容的結(jié)構(gòu)清晰，邏輯合理。創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想、實(shí)驗(yàn)探究及運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解決問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行推理、質(zhì)疑、析疑的能力。

（2）依據(jù)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)發(fā)展水平，精心設(shè)計(jì)了Na2CO3和NaHCO3分別與稀鹽酸（或CaCl2溶液）反應(yīng)的拓展實(shí)驗(yàn)，既突出了常規(guī)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)，又很好地結(jié)合數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，從定量實(shí)驗(yàn)角度使學(xué)生真切地體驗(yàn)了碳酸鈉與酸的分步反應(yīng)及NaHCO3的電離過(guò)程。更主要的是培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作技能和分析推理的能力，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

（3）本文結(jié)合HCO3- 的電離和CaCO3沉淀生成的化學(xué)反應(yīng)原理，從微觀角度對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)行了解釋?zhuān)龑?dǎo)學(xué)生建構(gòu)基于Q和K改變物質(zhì)轉(zhuǎn)化程度的一般思路。

（4）通過(guò)學(xué)習(xí)侯氏制堿法，分析NaHCO3制備的原料和原理，使學(xué)生充分認(rèn)識(shí)運(yùn)用化學(xué)變化的基本規(guī)律進(jìn)行物質(zhì)制備的工業(yè)原理。

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