基于高中化学核心素养的课堂教学设计

于宝忠+王亚敏

【摘 要】高中化学学科核心素养，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求。本节课以转变学生的学习方式为出发点，通过阶梯式问题的设计，为学生搭建学习的脚手架，逐步提升学生的知识和技能，培养学生的自主学习能力，培养学生的学科核心素养。

【关键词】二氧化硅和硅酸；教学设计；核心素养

中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）15-0098-03

一、设计理念

高中化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”5个维度，它是高中生综合素质的具体体现，反映了社会主义核心价值观下化学学科育人的基本要求，全面展现了学生通过化学课程学习形成的关键能力和必备品格。

本节课以转变学生的学习方式为出发点，以建构主义理论为指导，基于学科知识特点，将教学内容分成两个子主题（二氧化硅、硅酸），在每一个子主题中明确需要解决的问题，并通过阶梯式问题的设计，为学生搭建学习的脚手架，在经历解决问题的过程中，感受问题解决的成功与喜悦，逐步提升学生的知识和技能，培养学生的自主学习能力，培养学生的学科核心素养。

二、教学背景分析

本节课是“人教版”高中化学新课程必修1第四章第一节“无机非金属材料的主角——硅”的第一课时。将硅及其化合物的性质和应用作为非金属的开篇，能够让学生充分认识硅及其化合物在非金属材料和信息技术领域等方面有广泛的应用，突出了硅在现代社会中的重要性和应用价值，有助于增强学生的社会责任感。

二氧化硅是学生日常生活中经常接触的物质，含硅元素的材料制品大都是以二氧化硅为原料的，先学习比较熟悉的二氧化硅，再学习其他化合物和单质硅的顺序容易激起学生的兴趣，符合学生的认知规律，因此作为这一节的第一课时，把学习内容定为二氧化硅和硅酸。

二氧化硅是典型的酸性氧化物，在生活中学生对其感性认识较为深刻，从感性知识上升为理性知识，学习起来具有亲切感。学生在第二章学习了物质的分类，教学中运用分类、类比的方法，从复习二氧化碳的性质入手，迁移建构二氧化硅的性质，知道化学变化需要一定的条件，并遵循一定规律，符合高中生的认知水平，且能够培养学生的学习方法和学习能力。在二氧化硅和二氧化碳的性质的对比学习中，给出二氧化硅的网状结构和二氧化碳的结构，通过宏观辨识与微观探析，形成“结构决定性质”的观念，并为今后结构的学习打下基础。

三、教学目标设计

1. 知识与技能

（1）了解SiO2的结构、性质和用途。

（2）了解硅酸的制备和化学性质。

（3）了解二氧化硅材料生产、生活等领域的应用。

（4）认识元素周期表中位于同一主族元素化合物性质的相似性和差异性。

2. 过程与方法

（1）利用已学过的CO2的性质，借助宏观辨识与微观探析，建构SiO2的结构、性质和用途，建构化学反应变化观念，学习运用分类、类比等方法学习元素化合物知识的方法。

（2）通过对资料的收集，培养获取有用信息，并有效归类、有序表达的能力？

（3）在问题的解决过程中培养学生解决问题的能力，强化学生学习中的问题意识。

3. 情感、态度与价值观

（1）通过实验培养学生认真、严谨的科学态度，激发学生的学习兴趣，培养学生的科学探究意识。

（2）通过资料收集，感受二氧化硅在材料领域的重要地位，激发学生对化学科学的兴趣，培养学生的科学精神与社会责任感？

四、教学重点和难点

重点：二氧化硅和硅酸的性质

难点：二氧化硅的结构与性质

五、教学方法

基于阶梯式问题的学案导学教学法

六、教学用具

試剂：硅酸钠溶液（饱和Na2SiO3溶液按1 ∶ 2的体积比用水稀释），酚酞溶液，稀盐酸。

仪器：试管，胶头滴管。

多媒体教学设备

七、教学过程

1. 课堂导入

【教师】地壳中含量居第2位的元素是什么元素？它在自然中的存在形态有哪些？它们在生活中起到了怎样的重要作用？请负责收集任务小组的组长展示收集整理的图片。

【学生】展示并讲述。

【设计意图】通过课前安排学生自主收集资料，赞赏化学对社会发展的重大贡献，增强学生的社会责任感，激发学习热情。

【过渡】为什么二氧化硅在人类生活中得到广泛的应用？它具有怎样优良的物理性质和化学性质？

2. 课堂活动——主题活动1：二氧化硅

【环节1】明确学习任务

【学生】阅读课堂活动单上的学习目标。

【设计意图】通过细化学习目标，使学生明确学习任务。

【环节2】研究硅元素在自然界中的存在形式

【学生】按以下课堂活动单上的内容自主学习，然后分组汇报总结。

【旧知识回顾】

（1）写出C、Si原子结构示意图：C____，Si_____。

（2）碳元素在自然界中的存在形态有哪些？

【深入思考】

（1）C、Si原子结构有何相同之处？这决定了碳与硅具有什么样相同的性质？

（2）为什么硅元素在自然界中只以化合态形式存在？为什么说硅是构成地球上矿物界的主要元素。

【设计意图】通过设计阶梯式问题，引导学生从微观角度认识物质的结构与性质，形成“结构决定性质”的观念。

【环节3】研究二氧化硅的结构与物理性质

【教师】展示学生收集到的二氧化硅的存在和应用图片。

【设疑】二氧化碳是由CO2分子构成的物质，这类由分子直接构成的物质通常具有熔、沸点低、硬度小的特点。SiO2具有怎样的性质特点？为什么它与CO2的性质有很大的差异？

【学生】按以下课堂活动单上的问题分组研究，然后汇报总结。

【问题研究】

（1）根据SiO2的存在和应用，总结SiO2物理性质特点。

（2）为什么CO2和SiO2的物理性质的差异这么大？

【设计意图】通过设置“进阶式”问题，引导学生进行宏观辨识和微观探析，将抽象知识形象化，进一步强化“结构决定性质”的学科思想。

【教师】展示金刚石和二氧化硅晶体结构的动画。

【学生】观察、思考、领悟。

【环节4】研究二氧化硅的化学性质

【学生】按以下课堂活动单上的内容自主学习，然后分组汇报总结。

【旧知识回顾】

（1）CO2是酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，写出它与水、NaOH溶液、CaO反应的化学方程式。

【设计意图】设置“平台式”问题，利用旧知识迁移，构建SiO2化学性质。

【深入思考】

（2）SiO2是硅酸（H2SiO3）的酸酐，也是酸性氧化物，你认为它能否像CO2一样与水反应生成硅酸？为什么？试写出SiO2与NaOH溶液、CaO反应的化学方程式。

（3）玻璃中含有SiO2，实验室盛装NaOH溶液的试剂瓶用橡皮塞而不用玻璃塞，你知道为什么吗？

（4）实验室里氢氟酸是保存在塑料瓶中，而不能保存在玻璃试剂瓶中，你知道为什么吗？

【设计意图】运用化学变化的规律，设置“进阶式”问题，进行SiO2化学性质的初步构建，培养化学学科的“变化观念”。

【教师】播放氢氟酸与玻璃反应的实验录相。

【學生】记录实现现象，书写化学方程式。

【学生】讨论以下问题，然后分组汇报。

（5）SiO2既能与NaOH溶液反应，又能与氢氟酸反应，所以有同学认为SiO2应该属于两性氧化物，而不属于酸性氧化物？你同意这个观点吗？说说你的理由。

【设计意图】能多角度分析化学反应，深刻认识两性氧化物与酸碱反应的本质，明确SiO2的特殊性质。

（6）从CO2和SiO2中碳、硅元素的化合价看，二者应该还具有什么性质？试写出体现这一性质的化学方程式。

【设计意图】能基于证据对物质的变化提出可能的假设，并通过分析推理加以证实，建立元素化合价与性质关系模型，培养“证据推理与模型认识”素养。

【环节5】课堂小结

【学生】总结CO2和SiO2在性质上的异同，并说明造成这些异同的原因是什么。

【环节6】应用提升

【学生】自主完成课堂活动单“应用提升Ⅰ”。

【过渡】你知道食品包装袋中的硅胶干燥剂是怎么制得的吗？

3. 课堂活动——主题活动2：硅酸

【环节1】明确学习任务

【学生】阅读课堂活动单上的学习目标。

【环节2】实验4-1硅酸的制法

在试管中加入3～5mlNa2SiO3溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，再用胶头滴管逐滴加入稀盐酸，边加边振荡，至溶液红色变浅并接近消失时停止、静置。仔细观察变化过程及现象，完成实验报告。

【学生】分组实验。

【设计意图】通过分组实验，训练学生的实验操作技能，培养学生的合作精神和严谨求实的科学态度，赞赏学生面对“异常”现象敢于提出自己的见解，培养学生的“科学精神”素养。

【教师】实验中生成的软而透明的、胶冻状的硅酸凝胶，经干燥脱水后得到多孔的硅酸干凝胶，称为“硅胶”。“硅胶”为什么可用作催化剂的载体和干燥剂？如果在实验中用“硅胶”干燥气体，它应该放置在什么仪器中？“硅胶”不适合干燥什么气体？

【学生】思考并回答。

【设计意图】设置“进阶式”问题，引起对硅酸性质的深入思考。

【环节3】研究硅酸的化学性质

【学生】自主研究以下问题，然后汇报。

碳酸和硅酸都显弱酸性，二者性质比较相似，试结合碳酸的性质，完成下列问题：

（1）硅酸与NaOH溶液反应的化学方程式和离子方程式。

（2）硅酸受热分解的化学方程式。

【设计意图】类比构建硅酸的化学性质。

【教师】在元素周期表中，同一主族元素的最高价含氧酸的酸性是逐渐减弱的，所以硅酸是一种比碳酸还要弱的酸，它不能使指示剂变色。请你设计简单的实验，证明碳酸的酸性比硅酸强。

【学生】小组讨论，设计实验方案。

【设计意图】设置研究性问题，强化对硅酸酸性的认识，培养科学探究意识。

【环节4】课堂小结

【学生】总结碳酸和硅酸的性质有哪些异同？

【环节5】应用提升

【学生】自主完成课堂活动单“应用提升Ⅱ”。

4. 学习评价

【学生】自主完成随堂检测。

【设计意图】设置试题，巩固所学知识，并对学生的知识与能力进行结果性评价。

5. 作业布置

（1）预习“第2课时 硅酸盐和硅单质”。

（2）（选做）上网查询深入研究：为什么干冰的熔沸点远远低于石英晶体。

【设计意图】培养学习习惯，培养学习兴趣。

八、板书设计

参考文献：

[1] 林小驹，李跃，沈晓红.高中化学学科核心素养体系的构成和特点[J].教育导刊，2015，（5）：78-81.

[2] 裴新宁，刘新阳.为21世纪重建教育——欧盟“核心素养”框架的确立[J].全球教育展望，2013，42，（12）：89-102.

（编辑：易继斌）