基于真实情境融合课程思政、学科核心素养的化学教学设计与实践

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  摘要:以铁制品的生产为境脉,串联起铁的存在形态、冶炼、性质与应用,从真实情境中找寻课程思政与化学学科核心素养的契合点。基于铁和水蒸气的实验探究,开展安全教育,并培养证据推理的学科核心素养;从铁的生锈、防护等问题的讨论中,发展学生模型认知的学科核心素养,落实节约资源的生态文明教育;从巨大的钢铁产量和钢铁的广泛应用出发,鼓励学生敢于质疑、勇于创新,升华科技强国的爱国主义精神。以情境为依托,借助于多种教学方法,将化学学科核心素养与课程思政理念相融合,促进化学学科与课程思政同向同行,形成协同效应。关键词:课程思政;学科核心素养;铁的单质
  文章编号:1008-0546(2021)09-0051-04
  中图分类号:G632.41
  文献标识码:B
  doi: 10.3969/j .issn.1008-0546.2021.09.013
  思想政治教育与学科教学的融合、渗透是中小学坚持五育并举,落实立德树人根本任务,培养担当民族复兴大任的时代新人的重要途径[1]。在化学教学中探索课程思政,也将有助于学生进一步发展化学学科核心素养。人类在四千五百多年前就开始使用铁器。铁是目前产量最大、使用最广泛的金属,铁对于促进生产发展、改善人类生活发挥了巨大的作用。新人教版必修第一册第三章第一节铁及其化合物是联系生活、面向社会的教学内容,不仅承载着化学知识、核心素养,也是践行课程思政的重要载体。
  一、学情分析
  高一学生在学习“铁金属材料”这一章前,已经学习了物质分类和转化,以及重要的理论知识——氧化还原反应和离子反应,初步掌握利用类别和价态分析物质性质的方法。通过对Na、Cl这两种元素的系统学习,以及对物质的量为核心的定量认识,逐步形成了“宏观辨识与微观探析”的素养[2]。虽然学生已经具备了一定的能力去研究一些熟悉的元素及其化合物,但是面对变价金属铁,涉及物质种类多、知识零散,学生在学习过程中常常会有知识不系统,物质性质繁多、零乱的感受,且学生辩证、全面思考和总结能力依然欠缺,以及对实验的探究和思考依然浮于表层而不深入,学生习惯于被动接受式学习方式,并不能主动参与到知识的自主获得与建构过程中来。同时,面对铁在日常生活中广泛的应用,学生欠缺从应用深入到物质的性质,从表观深入到本质的能力,理论与实践的联系能力略显不足。
  二、教学与评价目标
  1.教学目标
  (1)通过越王勾践剑为青铜器而非铁器,初步了解铁元素在自然界中的存在形态,认识其冶炼工艺和改进技术,体会化学与生产、生活实际的联系;
  (2)从我国古代到现代对铁的运用,挖掘铁具有的性质,感受铁元素在科技发展进程中的贡献,增强文化自信;
  (3)通过实验观察进一步认识铁的化学性质,基于实验事实写出铁与水蒸气反应的化学方程式,并用于解释生产中简单的化学问题,培养安全意识;
  (4)通过小组讨论铁和各类氧化剂的反应,初步建立铁和氧化剂的反应模型。
  2.评价目标
  (1)通过对铁和水蒸气反应的实验探究,诊断并发展学生的实验观察和证据推理能力;
  (2)通过铁与各类氧化剂转化关系的讨论和归纳,诊断并发展学生对变价金属转化的认识水平;
  (3)通过铁可以被氧化,但又可以利用它被氧化服务于生活的双面讨论,诊断并发展学生对化学价值的认识水平。
  三、教学设计思路
  教学设计思路(见表1)。
  四、主要教学过程
  环节1:创设情境,提出问题
  [教师引入]诸暨历史悠久,人文荟萃,是越国故地、西施故里,相傳吴越之争中,越王勾践曾在诸暨勾乘山休养生息、图谋复国。说到越王勾践,大家可能都会想到被誉为天下第一剑的越王勾践剑。大家知道它是什么材质吗?
  [学生回答]青铜剑。
  [教师追问]为什么越王勾践不用铁来铸造他的兵器?
  [学生讨论]铁在自然界中主要以+2和+3价化合物的形态存在,只有极少数以单质形态存在……。
  [教师展示]各类铁矿石图片:陨铁、赤铁矿、磁铁矿、黄铁矿、菱铁矿……。
  [教师追问]既然铁在自然界中主要以化合态存在,且铁元素在自然界中含量仅次于氧、硅和铝,居第四位,那么为什么不用铁矿石进行冶炼呢?
  [学生猜想]可能受当时的冶炼技术所限。
  [教师展示]追寻铁矿石冶炼铁的历史:春秋战国——宋代——现代。
  [教师提问]虽然铁的冶炼技术不断更新,但是所涉及的反应原理基本一致,请书写冶炼相关方程式。
  设计意图:结合学生熟悉的乡土文化创设情境,增加学生亲切感,拉近师生间的距离,有利于学生尽快进入良好学习状态。同时,从越王勾践这一中华传统文化出发,过渡到化学学科知识,引导学生透过外在现象,分析内在本质,于历史渊源与证据推理中增强文化自觉、文化自信。
  环节2:分析推理,实验验证
  [教师展示]冶炼得到的铁水,需要注入模具中,钢铁厂总会在醒目的位置贴出安全告示:炽热的铁水或钢水注入模具之前,模具必须进行充分的干燥处理,不得留有水。
  [小组讨论](1)从理论上看,铁是否具备与水反应的可能性?(2)铁能和什么状态的水反应?(3)除了氢气,猜测一下还有什么产物?
  [实验演示]铁和水蒸气的改进实验:在一支大试管中加入一颗已浸泡的水宝宝,同时塞上一团湿棉花,加入还原铁粉,先进行预热,然后两只酒精灯分别对水宝宝、还原铁粉进行加热,将产生的气体通人肥皂液中,然后用燃着的火柴靠近肥皂液。
  [教师提问]你观察到了什么实验现象?
  [学生观察]产生了黑色的固体,听到了爆鸣声。
  [教师提问]这说明铁确实可以和水蒸气反应,生成了氢气,那么这个黑色的固体可能是什么呢?有哪些可能性呢?   [生生讨论]小组讨论黑色固体的各种可能性。
  [教师展示]资料卡:FeO、Fe2O3、Fe3O4、Fe(OH)2、Fe(OH)3的颜色、磁性、稳定性。
  [教师追问]结合实验现象和资料卡,你认为这个黑色固体是什么?是否可以进行实验验证呢?
  [教师引导]四氧化三铁被称为磁铁矿,可以吸引铁粉,我们来试试。
  [任务布置]结合探究结果,请写出相应的化学方程式,并用双线桥表示电子转移的方向和数目。
  设计意图:顺势承接铁的冶炼,利用钢铁厂安全生产提示引出本节课的重难点——铁和水蒸气的反应,类比钠和水的反应,预测可能的产物,通过实验操作和部分产物的检验,初步构建反应方程式,通过实验现象的观察,预测全部产物。借助于铁和水蒸气反应的探究,建立观点、结论和证据之间的逻辑关系,从而建立认知模型,揭示本质。以直观实验增强学生对安全生产的认识,掌握化学知识增强社会责任感。
  环节3:寻找实例,体现性质
  [过渡、展示]冶炼得到的铁,注入模具后,还需反复捶打,投屏展示打铁的图片。
  [教师提问](1)反复捶打铁器,体现了铁的什么性质?(2)在生活中还能寻找到哪些体现铁的各类物理性质的应用?
  [学生回答]:反复捶打,体现了铁的延展性。平时,我们使用铁锅烧水煮菜,体现了铁的导热性,铁还可以制成导线,体现了导电性。
  [教师提问]大家有没有留意过油罐车尾部会拖着一条铁链,这是为什么呢?
  [生生讨论]油在运输的时候,会与桶壁摩擦起电,这一条铁链是为了将产生的电荷及时转移到大地,这样就不会产生爆炸了。
  设计意图:通过问题的引导,以生活化的感性认知丰富学生对铁的物理性质的理性認知,形成性质决定用途,用途体现性质的观念,培养学生宏观辨识与微观探析的学科核心素养,掌握用联系观连接生活实例与物质性质。
  环节4:构建模型,深化认知
  [教师提问]千锤百炼后的铁在日常生活中有非常广泛的应用,而在应用中我们最担心铁生锈。铁生锈其实质是铁被氧化剂氧化,生成了铁锈。那么铁还可以与哪些常见的氧化剂反应呢?
  [学生回答]氯气、硫、氧气、稀硫酸、硫酸铜……
  [教师追问]铁与氯气、铁与硫反应,产物分别是什么?
  [学生回答]分别生成了氯化铁和硫化亚铁。
  [教师追问]同样的还原剂,为什么产物中铁的价态不同?
  [生生讨论]这与氧化剂氧化性的强弱有关,氯气氧化性强,将铁氧化为+3价,而硫氧化性弱,只能将铁氧化为+2价。
  [教师评价、追问]非常好。那么哪些氧化剂能将铁氧化为+3价,哪些氧化剂只能将铁氧化为+2价呢?
  [学生归纳]强氧化剂氯气、溴单质、硝酸能将铁氧化为+3价,而硫、碘单质、稀硫酸、硫酸铜等弱氧化剂只能将铁氧化为+2价。
  [教师提问]铁与氧气反应,如果是在空气中慢慢生锈,将会生成铁锈Fe2O3·nH2O,而如果在纯氧中燃烧,火星四射,生成Fe3O4,这又说明了什么?
  [学生讨论]铁与同一氧化剂反应,反应条件不同,氧化产物也不同。
  [教师总结]同一还原剂与氧化剂发生氧化还原反应时,氧化剂的强弱和反应条件都会影响产物。
  [教师任务设计]铁器那么容易生锈,造成了大量的资源浪费,那么该如何预防其生锈呢?请大家提出宝贵的意见。
  [小组汇报]方法一:金属表面覆盖保护层:涂油漆、镀不活泼金属等;方法二:改变金属组成或结构:添加其他元素形成耐蚀合金;方法三:金属表面生成一层致密的氧化膜……。
  [教师提问]铁易被氧化,但不是一味地预防,有时候我们恰恰需要利用铁被氧化的性质,请同学们寻找一下生活中的实例?
  [学生回答]月饼等食品中会放脱氧剂,脱氧剂的主要成分是还原铁粉。还有暖宝宝中也含有铁粉,铁被氧化放出热量,供暖。
  [教师评价]所以我们需要全面且辩证地看到物质的性质。
  设计意图:从铁易生锈引出所学的各类氧化剂,归纳总结铁与氧化剂反应的模型;与此同时,引导学生多重视角、辩证地看待事物,使得学生站在更高角度,更全面认识事物;铁易生锈势必造成资源的巨大损失,引导学生树立节约资源的可持续发展意识,增强社会责任感,能运用所学知识,为资源的节约和社会的发展贡献自己的力量,潜移默化中融合课程思政理念开展生态文明教育。
  环节5:联系实际,科技创新
  [教师展示]播放世界各国钢铁产量动态排行榜的视频。
  [教师提问]如此巨大的钢铁产量,究竟用到了哪些领域呢?
  [师生互补交流]钢铁在现代国防科技(东风-17弹道导弹、中国第一艘国产航空母舰——山东舰)、基础建设(高铁、港珠澳大桥)等的应用,感受铁元素在科技发展进程中的贡献。
  设计意图:从巨大的钢铁产量出发,给学生造成强烈的视觉冲击,增加学生内心的自豪感;巨大的钢铁产量不仅为人们的生活提供便利,也助推社会发展、国家繁荣、民族复兴;通过铁在国防科技、基础建设上的广泛引用,感受科技的力量,增强文化自信,潜移默化中进行爱国主义教育。
  五、教学效果及反思
  本节课教学设计打破教材的安排体系,以铁制品的生产为境脉,串联起铁的存在形态、冶炼、铁与水蒸气的反应、铁的物理性质、铁的化学性质等知识。实验探究亮点突出,不仅改进了实验,通过加热水宝宝持续提供水蒸气,反应时间缩短且现象明显实验成功率高,问题设置层层递进,从基于经验事实预测到实验现象观察、资料卡知识学习,排除各项干扰,发展了学生从孤立水平到系统水平的学习能力。铁与各类氧化剂的作用,从初建模型到实验对比,进一步完善模型,发展了学生模型认知的核心素养。本节课始终以学生为主体,生生讨论、师生间深入追问,将内隐的思维过程外显且提炼出来。学生课堂参与度高,踊跃发言且正确率较高,课后的访谈中同学们说:“想不到小时候玩的水宝宝竟然可以持续提供水蒸气,使得实验非常成功,看来生活中的点点滴滴都需要积累,这样才能在关键点上发挥作用”“中国巨大的钢铁产量让我们自豪,钢铁不仅为我们生活提高便利,也在助推社会的发展、国家的繁荣、民族的复兴,我们一定好好学习化学,将来为祖国的发展做贡献……”等等。以铁的单质创设的情境,将安全生产的科学态度、节约资源的社会责任、科技强国的爱国主义教育与化学核心素养融合升华,该公开课在绍兴市优质课评比中获得了专家及一线教师的好评,并荣获一等奖。
  参考文献
  [1] 中华人民共和国教育部.教育部关于印发《中小学德育工作指南》的通知[EB/OL].2017-8-22
  [2] 中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准(2017年版)[S].北京:人民教育出版社,2018:3-4
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