基于“模型認知”素養(yǎng)的高中化學非金屬單元教學設(shè)計

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于“模型認知”素養(yǎng)的高中化學非金屬單元教學設(shè)計楊仁茂李朝暉

非金屬元素是高中化學的重要內(nèi)容，《化學·必修》其次冊第一章的具體學習內(nèi)容包括硫、氮等非金屬元素及其化合物的相關(guān)性質(zhì)，硫酸、硝酸和氨的工業(yè)生產(chǎn)原理，重要的無機非金屬材料等。本章安排在原子結(jié)構(gòu)與元素周期律學習之后，應(yīng)用已學知識，預計和推斷元素及其化合物的性質(zhì)，引導學生從物質(zhì)類別和元素價態(tài)的視角，通過試驗探究學習非金屬及其化合物，加深對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)〞化學觀念的理解，是學生學習元素化合物的有效的認知模型。

一、非金屬元素學習的認知模型建構(gòu)

《普通高中化學課程標準》（2022版）將化學學科核心素養(yǎng)劃分為“宏觀辨識與微觀探析〞“變化觀念與平衡思想〞“證據(jù)推理與模型認知〞“科學探究與創(chuàng)新意識〞“科學態(tài)度與社會責任〞五個維度，并將“模型認知〞的水平劃分為如下四個層次。

水平1：能識別化學中常見的物質(zhì)模型和化學反應(yīng)原理的理論模型，能將化學事實和理論模型之間進行關(guān)聯(lián)和合理匹配。

水平2：能理解、描述和表示化學中常見的認知模型，指出模型表示的具體含義，并運用理論模型解釋或猜測物質(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)與變化。

水平3：能認識物質(zhì)及其變化的理論模型和研究對象之間的異同，能對模型和原型的關(guān)系進行評價，以改進模型;能說明模型使用的條件和適用范圍。

水平4：能對繁雜的化學問題情境中的關(guān)鍵要素進行分析以建構(gòu)相應(yīng)的模型，能選擇不同模型綜合解釋或解決繁雜的化學問題;能指出所建模型的局限性，探尋模型優(yōu)化需要的證據(jù)。

《課程標準》對“模型認知〞的認識水平是進階發(fā)展的，從水平1到水平4分別對應(yīng)的模型發(fā)展水平是：認識和初步建構(gòu)模型、理解模型、運用模型建構(gòu)和優(yōu)化模型。

我們課題組建構(gòu)的非金屬元素學習的認知模型是：引導學生將化合價與物質(zhì)類別通性兩個角度聯(lián)系起來研究物質(zhì)性質(zhì)，構(gòu)建研究無機物性質(zhì)的兩個基本視角。應(yīng)用“物質(zhì)分類〞和“氧化還原〞核心概念，建立物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，建構(gòu)基于“價—類二維元素觀〞的認識模型，并將這一模型貫穿于整個金屬與非金屬元素化合物的學習，彰顯出核心知識的化學核心素養(yǎng)發(fā)展的價值。

二、非金屬元素單元的整體教學設(shè)計

1.基于物質(zhì)類別和轉(zhuǎn)化關(guān)系建構(gòu)認知模型的教學設(shè)計

從物質(zhì)類別和化合價角度建立學習物質(zhì)性質(zhì)模型——以“硫和二氧化硫〞為例。

建構(gòu)基于轉(zhuǎn)化關(guān)系認識物質(zhì)性質(zhì)的學習路徑：建立以硫元素為核心的物質(zhì)家族→建立以硫元素為核心的轉(zhuǎn)化關(guān)系→應(yīng)用轉(zhuǎn)化關(guān)系分析實際問題→形成知識結(jié)構(gòu)和認知模型。

教學環(huán)節(jié)一：學習硫的性質(zhì)

問題與任務(wù)線索1：學習硫的物理性質(zhì);活動：觀測硫、小結(jié)物理性質(zhì)。認知發(fā)展目標：從物質(zhì)的微觀層面理解組成、結(jié)構(gòu)、性質(zhì)聯(lián)系。

問題與任務(wù)線索2：學習硫的化學性質(zhì)?；顒樱焊鶕?jù)硫原子結(jié)構(gòu)預計硫的性質(zhì)、根據(jù)硫單質(zhì)的化合價預計硫能與哪些物質(zhì)反應(yīng)。認知發(fā)展目標：建立從化合價角度分析物質(zhì)化學性質(zhì)的模型。

教學環(huán)節(jié)二：學習二氧化硫的性質(zhì)

問題與任務(wù)線索1：了解二氧化硫的物理性質(zhì)?；顒樱海?）根據(jù)生活中對SO2的了解，總結(jié)SO2的物理性質(zhì);（2）觀測SO2溶于水的試驗，了解SO2的溶解性，測其水溶液的pH值了解其酸性。認知發(fā)展目標：宏觀角度認識SO2，初步體會SO2的酸性。

問題與任務(wù)線索2：學習二氧化硫的化學性質(zhì)?；顒樱海?）從物質(zhì)類別的角度分析二氧化硫;（2）從化合價的角度分析二氧化硫的性質(zhì)。認知發(fā)展目標：建立從物質(zhì)類別和化合價兩個角度分析物質(zhì)性質(zhì)的模型，深度學習和體會氧化還原反應(yīng)在認識物質(zhì)性質(zhì)方面的功能價值。

問題與任務(wù)線索3：學習SO2的特性——漂白性?；顒樱海?）觀測SO2使品紅褪色的試驗;（2）了解SO2的漂白性在生產(chǎn)生活中的用途。認知發(fā)展目標：應(yīng)用知識解決實際問題。

教學環(huán)節(jié)三：辯證角度分析SO2的“功與過〞

問題與任務(wù)線索：通過了解SO2的污染和用途辯證地認識SO2?；顒樱海?）了解SO2在硫酸型酸雨形成過程中的變化;（2）了解SO2在工業(yè)中的重要用途。認知發(fā)展目標：建立化學學習中的辯證認知思維模型，正確地認識化學物質(zhì)帶來的利與弊。

2.基于真實情境和實際問題建構(gòu)認知模型的教學設(shè)計

基于元素及其化合物的真實情境，結(jié)合并解決實際問題構(gòu)建認識模型——以“氮、氨和銨鹽〞為例。

確切把握“素養(yǎng)〞“情境〞“問題〞和“知識〞四個要素在知識學習中的定位與相互聯(lián)系，建構(gòu)綜合整體性和元素應(yīng)用性相結(jié)合的學習路徑：初步建立以氮元素為核心的認識框架→通過實際情境和問題分析、深化、發(fā)展認識框架→應(yīng)用認識框架解決問題，形成知識結(jié)構(gòu)和認知模型。

教學環(huán)節(jié)一：從自然界氮的循環(huán)了解常見的物質(zhì)

問題與任務(wù)線索：對含氮物質(zhì)分類，畫圖?；顒樱海?）找出含氮物質(zhì)，并從兩個角度分類;（2）寫價—類二維圖;（3）將可轉(zhuǎn)化的物質(zhì)用箭頭連接。認知發(fā)展目標：穩(wěn)定分析物質(zhì)性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的模型，從物質(zhì)類別及元素價態(tài)兩個角度分析。

教學環(huán)節(jié)二：氮的固定

問題與任務(wù)線索：了解氮的固定，找出氮循環(huán)圖中人工固氮的實例。活動：（1）N2→NH3所需還原劑有何要求？（2）閱讀“科學史話·合成氨〞。認知發(fā)展目標：初步構(gòu)建轉(zhuǎn)化中元素守恒的觀念，培養(yǎng)獲取并加工信息的能力。

教學環(huán)節(jié)三：氨和銨鹽

問題與任務(wù)線索1：認識氨氣溶于水。活動：觀測噴泉試驗，分析形成噴泉的原因，表達了氨氣什么性質(zhì)。認知發(fā)展目標：通過觀測宏觀現(xiàn)象，分析微觀本質(zhì)，提高確切描述試驗現(xiàn)象并根據(jù)現(xiàn)象分析得出結(jié)論的能力。

問題與任務(wù)線索2：學習氨氣與酸反應(yīng)?；顒樱毫私廪D(zhuǎn)化路徑NH3→NH3·H2O→NH4+。認知發(fā)展目標：初步構(gòu)建優(yōu)化轉(zhuǎn)化路徑的觀念，了解路徑優(yōu)化的原則。

問題與任務(wù)線索3：思考如何使用氨態(tài)氮肥。活動：了解銨鹽分解，分析保存方法。認知發(fā)展目標：學習不同價態(tài)含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。

教學環(huán)節(jié)四：含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

問題與任務(wù)線索：學習不同價態(tài)含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，運用價類二維圖標出相關(guān)轉(zhuǎn)化。活動：（1）在“價—類二維圖〞中標出N2→NO→NO2→HNO3轉(zhuǎn)化;（2）標出每一步轉(zhuǎn)換所需的物質(zhì)。認知發(fā)展目標：熟練把握基于元素化合價和物質(zhì)類別通性研究物質(zhì)性質(zhì)和轉(zhuǎn)化的認識模型。

在非金屬元素學習中，《化學·必修》第一冊以氯的性質(zhì)探究為載體，展示研究物質(zhì)性質(zhì)的基本方法和程序，銜接初中化學課程學習的探究過程和方法?！痘瘜W·必修》其次冊中硫的轉(zhuǎn)化，提出“探究不同價態(tài)硫元素之間相互轉(zhuǎn)化〞的思路，引導學生運用“價—類二維元素觀〞認識模型研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化。氮循環(huán)學習中，完成基于元素化合價和物質(zhì)類別通性研究物質(zhì)的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化的單元素認識模型的系統(tǒng)構(gòu)建和內(nèi)化，進而綜合多角度分析和探討氮循環(huán)中物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化，再進階到基于“位—構(gòu)—性〞和跨元素相像性和遞變性對比。

總之，學科核心