基于核心素養導向的情境創設策略與教學實踐

一、研究背景及意義

《普通高中化學課程標準（2017年版）》明確指出，化學學科核心素養由五大關鍵要素構成，即“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”，這五大要素共同構成化學學科教育的基石。新課程標準積極響應“素養為本\"的教育理念，強調通過“真實問題情境的創設\"的教學策略，促進學生化學學科核心素養的全面發展。在真實問題情境中，復雜抽象的化學知識得以具象化、生活化，極大地降低了學習難度，助力學生高效獲取并內化知識，提升課堂教學質量，同時也為小組合作學習提供了豐富的素材與契機，促進學生間的交流協作與思維碰撞，為構建高效、互動的化學課堂奠定了堅實基礎。

二、化學核心素養導向下的情境創設策略

在教學過程中，巧妙地設計問題能引導學生深入探究。例如，在“廢棄鋰離子電池回收處理\"的教學內容中，通過向學生展示如圖1所示與鋰離子電池相關的諾貝爾化學獎視頻和生活應用圖片，在學生了解到鋰離子電池應用廣泛以及電極中蘊藏著豐富的金屬材料后，向他們提出問題：如何回收處理這些材料？這為學生提供了一個明確的研究方向，并促使他們自主發現和探究相關的子問題，有助于培養學生的科學態度與社會責任等核心素養。

（一）問題情境，激發興趣

（二）實物展示，貼近生活

1.實物演示。實物展示能夠將化學與生活聯系起來，具有震撼的視覺沖擊力。例如，在本節課教學中，教師可以向學生展示手機電板及拆解好的電極材料等實物，如圖2所示，并結合新教材選擇性必修一原電池資料卡片中的鋰離子電池知識，讓學生了解電極材料中所含的金屬元素（如銅、鋁、鋰和鈷等）。通過這種方式，學生充分調動感官，以更深刻的方式理解化學知識，增強在學習中的直觀感受。

2.生活展現。生活教學情境因其更加真實和深刻而被認為是一種有效的教學手段。例如，在教授“廢棄鋰離子電池回收處理\"的內容之前，教師可以帶領學生參觀廢品站，讓他們在回收物品中尋找含有鋰離子的物品，如廢棄手機電池等材料。然而，這種方法應用于實際教學中可能會受到一些客觀因素的限制，例如班級人數過多、外出活動的組織難度較大等。因此，在實踐中，教師需要根據具體情況靈活運用生活情境教學手段，提高學生對化學知識的理解和興趣。

（三）實驗情境，科學探究

實驗情境設計在教育過程中扮演著至關重要的角色，它不僅是理論知識與實踐操作之間的橋梁，更能培養學生科學探究與創新意識的核心素養。設計實驗情境時應考慮的幾個關鍵方面：

1.明確實驗目標與課堂總任務

將課堂的總任務細化為具體的、可操作的實驗，確保每個實驗都能支持總任務的完成，為每個實驗設定明確的學習目標和素養目標。例如本節課總任務是廢棄鋰離子電池電極中的金屬材料回收處理。我們循序漸進地設計了三個實驗目標：

（1）探究鈷酸鋰的溶解性，分離鋁元素并獲取鈷酸鋰；（2）溶解 LiCoO₂ 固體，獲取 Co²⁺ 和 Li⁺ ：（3）分離溶液中的 Co²⁺ 和 Li⁺ ，還原得到Co單質和Li單質。

通過以上三個實驗目標的設置，將課堂總任務細化，變成可操作的實驗，培養學生的證據推理、科學探究的核心素養。

2.設計實驗內容與步驟

內容選擇：根據教學自標和學生的認知水平，選擇具有代表性、操作簡單且能激發學生興趣的實驗內容。例如在進行第一個實驗之前，同學們通過查閱資料以及實物觀察，了解到鋰離子電池的正極材料為 Al/LiCoO₂ 電極，其含有Al、Co和Li三種金屬元素。針對這些金屬元素的回收處理教學，學生在討論和思考實驗方案之后再進行實際操作。由于電極材料為固態物質，將其分離需要浸取處理。已知鋁可以溶解于酸和強堿，但是鈷酸鋰的溶解性需要進行探究。因此，學生開展第一個實驗：探究鈷酸鋰在水、酸和堿的溶解性。通過實驗得出結論：鈷酸鋰能夠溶于酸中，不溶于堿和水。所以采取堿浸分離出鋁元素，獲得鈷酸鋰固體。

如何從 LiCoO₂ 固體中分離Li元素和Co元素？鈷酸鋰目前仍處于固體形態，需將其溶解才能進行后續處理。通過實驗一了解到鈷酸鋰能夠溶于酸中，應該選擇酸浸的方法。根據檢索資料發現Co³⁺ 不穩定，且具有強氧化性，而 Co²⁺ 相對較穩定且 Co²⁺ 溶液呈粉紅色，因此Co元素在溶液中以Co²⁺ 的形式存在。為了實現這一目標，需要選擇具有酸性和還原性的浸取劑。學生進行第二個實驗：選擇合適的浸取劑。實驗結果表明：稀硫酸還原鈷酸鋰的速率較慢，只出現少許粉紅色，說明其還原性較弱；而濃鹽酸極易揮發。因此二者皆不適合作為鉆酸鋰的浸取劑。對此，學生開展小組討論交流后，提出在稀硫酸中額外加入環保型還原劑（如過氧化氫）來提高還原效果，經過實驗探究， LiCoO₂ 固體幾乎全部溶解，溶液轉變為粉紅色，結果說明稀硫酸和過氧化氫組合反應效果良好，且反應速率較快。第二個實驗目標達成：溶解 LiCoO₂ 固體，得到 Co²⁺ 和 Li⁺ 。

最后的實驗目標是溶液中 Co²⁺ 和 Li⁺ 的分離。通過查閱文獻，已知如表1所示，鋰化合物和鈷化合物的溶解度和穩定性，學生可以自主設計實驗分離這兩種金屬元素。首先加入草酸根離子沉淀出Co²⁺ ，再利用碳酸根沉淀出 Li⁺ ，分別加熱這兩種難溶鹽分解得到相應的氧化物，最后選擇合適的還原劑得到想要的金屬單質，從而實現第三個實驗目標：分離溶液中的 Co²⁺ 和 Li⁺ 。

要想將理論方案應用到實際操作中，同學們需要詳細規劃實驗步驟，包括實驗材料準備、實驗操作指導、數據記錄與分析方法等，確保實驗過程安全、有序。

3.促進宏觀辨識與微觀探析的結合

引導學生運用化學符號、圖表等工具對實驗現象進行表征，培養其符號思維能力。結合實驗現象，引導學生從微觀角度探析物質變化的本質和規律，增強學生對化學原理的理解。例如在第一個實驗情境下，通過實驗發現鈷酸鋰不能溶于堿中，可以將Al/LiCoO₂ 電極置于氫氧化鈉溶液中浸取，從而分離鋁元素。將鋁單質發生的化學反應通過符號進行表征，讓學生清晰了解到實驗背后的微觀反應，落實宏微結合的核心素養發展。

4.評估與反饋

采用多種評價方式（如觀察記錄、實驗報告、口頭匯報等）對學生的學習成果進行全面評估。給予學生及時、具體的反饋，幫助他們認識到自己的優點和不足，明確努力方向。

設計實驗情境以完成課堂總任務時，需要經歷一個系統而周密的思考過程，這不僅關乎實驗的科學性和有效性，還直接影響到學生核心素養的培養。

三、基于素養導向的“廢棄鋰離子電池的回收處理\"教學設計

（一）內容分析

本節課旨在對分散在教材必修一、必修二以及選擇性必修一的知識進行整合，利用鋰離子電池這一載體促使學生形成整體認知。通過將之前學習的物質分離提純方法、金屬冶煉方法、氧化還原反應、綠色化學等孤立、碎片化的知識在真實復雜情境下進行重整，來聚焦社會熱點問題“廢棄鋰離子電池的回收處理”。在獨立思考、團隊合作過程中，學生將親身體驗科學家的研究過程，深刻理解情境教學對幫助解決問題的價值和功能，同時發展學科核心素養。本課題關注身邊的化學，通過理論與實踐相結合、主動設計實驗方案、動手操作等方式，讓學生總結梳理廢棄物回收利用的項目式學習模型，從而提升學生學習化學的積極性和主動性，并培養學生社會責任意識。

（二）學情分析

經過三年的高中化學課程，高三學生已基本掌握物質分離提純方法、元素化合物知識、金屬冶煉方法、氧化還原反應、綠色化學等基礎知識，并初步掌握化學工藝流程。此外，他們還具備一定的設計實驗、分析問題和解決問題的能力，并且在活動中樂于學習。然而，他們尚未深入思考如何將所學知識進行綜合應用，對真實情境下進行物質的分離提純也缺乏經驗。

（三）目標分析

1.本節旨在通過分析廢棄鋰離子電池電極材料中所含的金屬元素，讓學生認識真實物品成分性質的復雜性。為此，我們將分離提純方法、元素化合物知識、金屬冶煉方法、氧化還原反應以及綠色化學等基礎知識進行初步整合，從宏觀和微觀相結合的視角分析實際問題。

2.本節課旨在提高學生在團隊協作和自主設計方案中的科學探究能力，以思考廢舊物回收處理的基本方法。通過培養這些能力，學生將能夠更好地應對現實生活中的環境問題。

3.觀察分析實驗現象是激發學生學習興趣的重要途徑之一。同時，類比遷移也是培養證據推理能力的有效方法。本節課計劃運用這些策略來增強學生的學習動力和創新意識。

4.此外，本節課強調學科核心概念與真實外部世界的聯系，通過創立真實情境，提升學生的思維邏輯性和知識應用性品質。我們還將培養學生的社會責任意識，以確保他們在未來的職業和公民角色中具有積極的影響力。

（四）教學流程（見圖3）：

情境 問題 素養

通過諾貝爾化學獎頒布的視頻引入鋰 與科技最新資訊聯系，拓寬學生的視離子生展在人生活的應用用， 總池電：如的金收處理廢棄的鋰離子 m 野發學生考，提問介紹廢棄鋰離子電池對環境的危害以 問題

及資源的浪費

引導學生去觀察桌面上的電極材料 Mgt; 子極中金C處理 Mgt; 先從單的負極材料的，引導學生根據新教材的資料卡片了解正極材料 通過類比遷移，從鐵的常見價態推斷Al/LiCoO2，陌生的金屬元素就是鈷 M 子問題2：推測鉆元素的 常見價態 m 出鉆元素的常見價態，培養知識的遷元素 移和應用的核心素養

我們的極材料然是分奔， m 子問題3：鈷酸鋰能否溶于 利用實題，再引學學生過實驗去要辦法它轉移到溶液中去，這就 水、酸和堿 自己的選擇，培養其證據推理能力堿浸過濾后，得到NaAIO2溶液和LiCoO2 子問題4：如何從NaA1O2 自主設計方案，對已學知識進行綜合 利用，并用符號表征。從宏觀辨識再固體。我們先從簡單的回收A1入手 溶液中回收到A1單質 到微觀探析，了解工藝背后的化學反應LiCoO固體中含有Li和Co兩種寶貴的金 Li單質：Co從LiCoO固體中分離提 循序進，自主保護問題，培養綠色結合前面查閱資料了解到Co不穩定， 將理論方案應用到實際操作中去，在是有強氧化性，Co\"穩定，故應以Co m 子問題6：選取何種浸取劑

溶液中存在Li和Co2。通過查閱相關資 m 子問題7：如何從溶液中分 mgt; 過查，信息，主學方料知道Li和Co的化合物的溶解性 離提純Li單質和Co單質

培養小組合作精神和解決問題的能力生活中的固體廢棄物有很多種，很多廢 根據廢棄鋰離子電池電極材料的回收棄物中都有用的材料。回收利用可以保 M 問題升華：能否建構一般 m 處理過程設計一般固體廢棄物的回收護環境，節約資源 固體廢棄物回收模型 模型。理論聯系實際，回歸生活。進行模型建構，解決同類問題

（五）教學反思

本節課的研究聚焦于當前社會熱點問題——廢棄鋰離子電池電極材料的回收處理，主要分為三個部分。課前，學生通過微課了解鋰離子電池的應用領域、結構組成以及工作原理，梳理工業上對原料預處理的幾種手段和金屬冶煉方法，并通過課前任務單鞏固了所學內容。根據任務單完成情況，我們發現學生對鈷元素相關反應的掌握仍然有待提高。因此，在課中設計回收正極材料之前，我們先介紹了鈷元素的相關化學性質。課中，學生圍繞鋰離子電極材料的回收展開多種討論和探究，結合已有知識，查閱資料并進行實驗，設計了回收處理方案以解決實際問題，并建構了一般固體廢棄物的回收模型。課后，我們設計了學習任務單，將固體廢棄物的回收模型應用到實際工業流程中。在主模塊的教學設計中，通過自主設計實驗方案、動手操作和總結梳理廢棄物回收利用的項自式學習模型，旨在提高學生的學習積極性和主動性，培養其社會責任意識。

然而，本節課的設計電極材料的回收處理都是定性研究，沒有結合數字化實驗定量測定。我們可以進一步考慮如何找到變量之間的關系，進行定量計算，拓展學生的思維。同時，在課堂上，我們發現學生的設計方案仍存在局限性。因此，還應多引導學生發散思維，引發頭腦風暴，通過多種途徑達到實驗目的，提高學生解決問題的能力。

四、結語

在新課程改革的大背景下，高中化學教學中的情境教學研究顯得尤為重要，它不僅是深化教學改革的關鍵一環，也是推動“新課程”與“新高考”綜合改革順利實施的有效手段。教師應清晰把握化學學科核心素養的要求，將這些核心素養融人教學目標，創設貼近學生生活實際、符合科學原理的情境。通過情境的創設，引導學生小組討論、實驗操作、數據分析，自主構建知識體系，深化對化學概念、原理的理解。情境教學后，教師應組織學生進行反思總結，引導學生回顧學習過程，全面評估學生的學習成果和進步情況。通過反思評價，教師可以及時調整教學策略，優化教學設計，提升教學效果。

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責任編輯：黃大燦