基于“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的高中化學(xué)非金屬單元教學(xué)設(shè)計(jì)

本文格式為Word版，下載可任意編輯——基于“模型認(rèn)知”素養(yǎng)的高中化學(xué)非金屬單元教學(xué)設(shè)計(jì)楊仁茂李朝暉

非金屬元素是高中化學(xué)的重要內(nèi)容，《化學(xué)·必修》其次冊第一章的具體學(xué)習(xí)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(jī)非金屬材料等。本章安排在原子結(jié)構(gòu)與元素周期律學(xué)習(xí)之后，應(yīng)用已學(xué)知識(shí)，預(yù)計(jì)和推斷元素及其化合物的性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別和元素價(jià)態(tài)的視角，通過試驗(yàn)探究學(xué)習(xí)非金屬及其化合物，加深對(duì)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)〞化學(xué)觀念的理解，是學(xué)生學(xué)習(xí)元素化合物的有效的認(rèn)知模型。

一、非金屬元素學(xué)習(xí)的認(rèn)知模型建構(gòu)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022版）將化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)劃分為“宏觀辨識(shí)與微觀探析〞“變化觀念與平衡思想〞“證據(jù)推理與模型認(rèn)知〞“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)〞“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任〞五個(gè)維度，并將“模型認(rèn)知〞的水平劃分為如下四個(gè)層次。

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

水平2：能理解、描述和表示化學(xué)中常見的認(rèn)知模型，指出模型表示的具體含義，并運(yùn)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(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的理論模型和研究對(duì)象之間的異同，能對(duì)模型和原型的關(guān)系進(jìn)行評(píng)價(jià)，以改進(jìn)模型;能說明模型使用的條件和適用范圍。

水平4：能對(duì)繁雜的化學(xué)問題情境中的關(guān)鍵要素進(jìn)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(xué)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(biāo)準(zhǔn)》對(duì)“模型認(rèn)知〞的認(rèn)識(shí)水平是進(jìn)階發(fā)展的，從水平1到水平4分別對(duì)應(yīng)的模型發(fā)展水平是：認(rèn)識(shí)和初步建構(gòu)模型、理解模型、運(yùn)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(xué)習(xí)的認(rèn)知模型是：引導(dǎo)學(xué)生將化合價(jià)與物質(zhì)類別通性兩個(gè)角度聯(lián)系起來研究物質(zhì)性質(zhì)，構(gòu)建研究無機(jī)物性質(zhì)的兩個(gè)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(jià)—類二維元素觀〞的認(rèn)識(shí)模型，并將這一模型貫穿于整個(gè)金屬與非金屬元素化合物的學(xué)習(xí)，彰顯出核心知識(shí)的化學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的價(jià)值。

二、非金屬元素單元的整體教學(xué)設(shè)計(jì)

1.基于物質(zhì)類別和轉(zhuǎn)化關(guān)系建構(gòu)認(rèn)知模型的教學(xué)設(shè)計(jì)

從物質(zhì)類別和化合價(jià)角度建立學(xué)習(xí)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(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的學(xué)習(xí)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(shí)際問題→形成知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知模型。

教學(xué)環(huán)節(jié)一：學(xué)習(xí)硫的性質(zhì)

問題與任務(wù)線索1：學(xué)習(xí)硫的物理性質(zhì);活動(dòng)：觀測硫、小結(jié)物理性質(zhì)。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：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(xué)習(xí)硫的化學(xué)性質(zhì)?；顒?dòng)：根據(jù)硫原子結(jié)構(gòu)預(yù)計(jì)硫的性質(zhì)、根據(jù)硫單質(zhì)的化合價(jià)預(yù)計(jì)硫能與哪些物質(zhì)反應(yīng)。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：建立從化合價(jià)角度分析物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的模型。

教學(xué)環(huán)節(jié)二：學(xué)習(xí)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?dòng)：（1）根據(jù)生活中對(duì)SO2的了解，總結(jié)SO2的物理性質(zhì);（2）觀測SO2溶于水的試驗(yàn)，了解SO2的溶解性，測其水溶液的pH值了解其酸性。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：宏觀角度認(rèn)識(shí)SO2，初步體會(huì)SO2的酸性。

問題與任務(wù)線索2：學(xué)習(xí)二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)?；顒?dòng)：（1）從物質(zhì)類別的角度分析二氧化硫;（2）從化合價(jià)的角度分析二氧化硫的性質(zhì)。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：建立從物質(zhì)類別和化合價(jià)兩個(gè)角度分析物質(zhì)性質(zhì)的模型，深度學(xué)習(xí)和體會(huì)氧化還原反應(yīng)在認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)方面的功能價(jià)值。

問題與任務(wù)線索3：學(xué)習(xí)SO2的特性——漂白性?；顒?dòng)：（1）觀測SO2使品紅褪色的試驗(yàn);（2）了解SO2的漂白性在生產(chǎn)生活中的用途。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題。

教學(xué)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(rèn)識(shí)SO2?；顒?dòng)：（1）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(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：建立化學(xué)學(xué)習(xí)中的辯證認(rèn)知思維模型，正確地認(rèn)識(shí)化學(xué)物質(zhì)帶來的利與弊。

2.基于真實(shí)情境和實(shí)際問題建構(gòu)認(rèn)知模型的教學(xué)設(shè)計(jì)

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

確切把握“素養(yǎng)〞“情境〞“問題〞和“知識(shí)〞四個(gè)要素在知識(shí)學(xué)習(xí)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(xué)習(xí)路徑：初步建立以氮元素為核心的認(rèn)識(shí)框架→通過實(shí)際情境和問題分析、深化、發(fā)展認(rèn)識(shí)框架→應(yīng)用認(rèn)識(shí)框架解決問題，形成知識(shí)結(jié)構(gòu)和認(rèn)知模型。

教學(xué)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(duì)含氮物質(zhì)分類，畫圖?；顒?dòng)：（1）找出含氮物質(zhì)，并從兩個(gè)角度分類;（2）寫價(jià)—類二維圖;（3）將可轉(zhuǎn)化的物質(zhì)用箭頭連接。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：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(jià)態(tài)兩個(gè)角度分析。

教學(xué)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(shí)例?；顒?dòng)：（1）N2→NH3所需還原劑有何要求？（2）閱讀“科學(xué)史話·合成氨〞。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：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(xué)環(huán)節(jié)三：氨和銨鹽

問題與任務(wù)線索1：認(rèn)識(shí)氨氣溶于水。活動(dòng)：觀測噴泉試驗(yàn)，分析形成噴泉的原因，表達(dá)了氨氣什么性質(zhì)。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：通過觀測宏觀現(xiàn)象，分析微觀本質(zhì)，提高確切描述試驗(yàn)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(xué)習(xí)氨氣與酸反應(yīng)?；顒?dòng)：了解轉(zhuǎn)化路徑NH3→NH3·H2O→NH4+。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：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(dòng)：了解銨鹽分解，分析保存方法。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：學(xué)習(xí)不同價(jià)態(tài)含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化。

教學(xué)環(huán)節(jié)四：含氮物質(zhì)的轉(zhuǎn)化

問題與任務(wù)線索：學(xué)習(xí)不同價(jià)態(tài)含氮物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化，運(yùn)用價(jià)類二維圖標(biāo)出相關(guān)轉(zhuǎn)化。活動(dòng)：（1）在“價(jià)—類二維圖〞中標(biāo)出N2→NO→NO2→HNO3轉(zhuǎn)化;（2）標(biāo)出每一步轉(zhuǎn)換所需的物質(zhì)。認(rèn)知發(fā)展目標(biāo)：熟練把握基于元素化合價(jià)和物質(zhì)類別通性研究物質(zhì)性質(zhì)和轉(zhuǎn)化的認(rèn)識(shí)模型。

在非金屬元素學(xué)習(xí)中，《化學(xué)·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(xué)課程學(xué)習(xí)的探究過程和方法。《化學(xué)·必修》其次冊中硫的轉(zhuǎn)化，提出“探究不同價(jià)態(tài)硫元素之間相互轉(zhuǎn)化〞的思路，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用“價(jià)—類二維元素觀〞認(rèn)識(shí)模型研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化。氮循環(huán)學(xué)習(xí)中，完成基于元素化合價(jià)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(rèn)識(shí)模型的系統(tǒng)構(gòu)建和內(nèi)化，進(jìn)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(jìn)階到基于“位—構(gòu)—性〞和跨元素相像性和遞變性對(duì)比。

總之，學(xué)科核心