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基于核心素养培育的高三化学复习教学研究

——以“铝及其化合物复习”为例

陈权富¹ 张贤金²

（1推荐全球最大网赌正规平台欢迎您福建漳平 364400；2福建教育学院化学教育研究所福建福州 350025）

摘要：利用真实情境素材，通过高阶思维活动，实现落实和提升学生化学核心素养，是核心化学教学策略。以“铝及其化合物复习”为例，通过挖掘铝及其化合物在化学核心知识中的价值，精选“无机阻燃添加剂（氢氧化铝）”“由铝土矿生产铝的工艺流程”等真实教学情境，设计实验探究和构建工艺流程模型的高阶思维活动，提出实施基于核心素养培育的高三化学复习教学建议。

关键词：核心素养；高三化学复习；高阶思维活动；教学策略

《普通高中化学课程标准( 2017年版)》(以下简称“2017年版课程标准”)提出了化学学科五个方面的核心素养^[^1]。因此，高三化学复习教学不应只重视课本知识技能的重现，只重视知识的归纳总结与系统化，而更应该重视探究意识、思维能力的提升，以落实发展和提升学生化学核心素养目标^[²^]。要落实化学核心素养就需要在化学复习教学中挖掘教学内容价值，选取真实情境，创设真实的化学问题，将知识结构化、网络化，建立思维模型，将真实情境素材与必备知识和关键能力有机整合，设计实验探究和构建工艺流程模型等形式的高阶思维活动，使发展核心素养融合在真实情境问题的解决过程中^[³^]。基于此，就高三化学复习教学，以铝及其化合物复习为例，挖掘铝及其化合物在化学核心知识中的价值，设计三个主要教学活动，精选“无机阻燃添加剂（氢氧化铝）”“探究铝元素的两性实验”“由铝土矿生产铝的工艺流程”等真实教学情境，设计实验探究和构建工艺流程模型的高阶思维活动。以期通过本教学案例研究，提出实施基于核心素养培育的高三化学复习教学建议。

一、教学设计思路

在铝及其化合物的复习教学中，首先设计建构性化学学习情境，以一种应用广泛的阻燃添加剂（氢氧化铝）设计情境，引导学生分析物质的性质和用途，建立铝及其化合物之间转化关系图，目的是帮助学生建构化学学科的核心概念和基本观念；其次，设计探究溶液中pH变化对铝元素存在形式影响的有价值实验方案，并设计有价值的问题，通过实验探究和问题讨论培养学生高阶思维能力；第三设计真实工业生产流程，引导学生建构工艺流程模型，并用迁移性化学学习情境，引导学生利用模型解决实际问题，从而在本节的学习中掌握必备知识，发展关键能力，使学生的化学学科核心素养得到了提升和发展^[⁴^]。具体教学设计思路如图1。

图1 教学设计思路

二、教学流程

1.创设情境，构建转化图

[学生活动] 观看介绍无机阻燃添加剂的视频。

交流研讨（1）指出含铝元素的物质，交流讨论建立铝及其化合物之间转化关系图（见图2）；

图2 铝及其化合物之间转化关系

（2）运用铝及其化合物之间转化关系图，用反应化学方程式和简要的语言解释氢氧化铝阻燃原理。

[设计意图] 创设真实情境，引导学生基于经验和已有知识建构铝及其化合物之间的转化关图，诊断学生对本课内容已有认识。引导学生重新建构铝及其化合物的基本概念和基本转化，通过对氢氧化铝在生活生产中的用途认识，体现了铝及其化合物的内容价值，增强学生的社会责任。

2.探究实验，培养学生高阶思维

[学生活动] 理论计算

（1）已知：Ksp[Al(OH)₃]=1.3×10^-33，在0.1mol·L^-1 Al₂(SO₄)₃溶液中，溶液pH多少时使Al³⁺完全沉淀？（注：= 0.5，lg5.0 = 0.7）

（2）将1mol·L^-1的NaOH溶液滴入50mL0.1mol·L^-1 Al₂(SO₄)₃溶液中，当生成的Al(OH)₃完全溶解时消耗的NaOH溶液的体积是多少？并做图说明。

探究实验研究溶液中pH变化对铝元素存在形式的影响。实验装置如图3，实验测得数据如图4。

图3 实验装置图4 实验测得数据

问题研讨（1）用离子方程式解释a点溶液呈酸性的原因。

（2）b点到c点pH值变化很小的原因是什么？d点到e点呢？

（3）铝元素在溶液中存在形式与溶液pH变化有什么关系？

（4）分析实验探究得到的实验数据与理论计算数据有哪些差异？为什么？

（5）常温下浓氨水（pH约为12.04）能溶解Al(OH)₃吗？制备Al(OH)₃过程中为什么要用氨水来沉淀Al³⁺?

[设计意图] 铝及其化合物区别于另外四种常见金属的特点是：Al、Al₂O₃、Al(OH)₃既能与酸反应生成以Al³⁺形式存在的铝盐，又能与碱反应生成另一种以[Al(OH)₄]^-形式存在的含铝元素盐，而其之所以有这样性质原因之一是Al(OH)₃具有两性。因此，设计了有关“溶液的pH变化对铝元素存在形式不同”的探究实验，并引导学生结合实验数据交流研讨有价值的问题，这种“铝三角及有关图象分析”的复习教学不同于常规课，有利于学生形成认识学科知识源于客观实验事实的观念，并让学生学会依据实验数据和实验事实进行分析探究的高阶思维活动，提升学生科学探究与创新意识的核心素养。

3.建构原料到产品工艺流程模型

[学生活动] 交流研讨分析以下制备铝单质的工艺流程，建构原料到产品工艺流程模型。

两种从铝土矿（主要成分是Al₂O₃，还含有SiO₂、Fe₂O₃等杂质）制备铝的工艺流程（见图5）。已知：SiO₂碱溶时转化为铝硅酸钠沉淀。

图5 铝土矿制备铝的工艺流程

模型建构原料到产品工艺流程模型如图6

图6 原料到产品工艺流程模型

迁移应用工业上利用水钴矿制备草酸钴晶体(CoC₂O₄·2H₂O)的工艺流程（见图7）。

图7 制备草酸钴晶体(CoC₂O₄·2H₂O)的工艺流程

已知：

①水钴矿主要成分为Co₂O₃、Co(OH)₃；还含有少量Fe₂O₃、Al₂O₃、MnO等杂质。

②浸出液含有的阳离子主要有H⁺、Co²⁺、Fe²⁺、Mn²⁺、A1³⁺等

③当金属离子浓度为0.01mol·L^-1时，以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH（见表1）：

表1 以氢氧化物形式沉淀时溶液的pH

沉淀物	Fe(OH)₃	Fe(OH)₂	Co(OH)₂	Al(OH)₃	Mn(OH)₂
开始沉淀pH	2.7	7.6	7.6	4.0	7.7
完全沉淀pH	3.7	9.6	9.2	5.2	9.8

交流研讨（1）列出过程中钴元素的主要存在形式；

（2）指出主要操作步骤原理和作用，讨论各步加入试剂的目的；

（3）综合分析各步的化工生产条件，写出主要转化的化学方程式。

[设计意图] 通过构建工艺流程模型和迁移应用等活动，让学生掌握基本知识和技能，掌握化工工艺流程题解题的一般思路和方法。能运用离子反应、化学平衡分析解决化工生产问题。通过高阶思维活动建构工艺流程模型，设计真实情境迁移应用增强模型认识水平，促进学科核心素养的有效发展。

三、教学反思与建议

2017年版课程标准提出了五个维度的化学学科核心素养，将基本知识技能学习、化学思想观念建构、科学探究和问题解决能力结合起来，回答了“教什么”“怎么教”的问题^[⁵^]。本教学案例，不仅帮助学生重建铝及其化合物转化关系图和基础知识网络，建构元素观、微粒观和价态观等化学思想观念，还培养学生科学探究和证据推理等化学学科核心素养，是基于核心素养培育的高三化学复习教学案例。因此，结合本案例就高三化学复习教学，提出以下几点教学建议。

1.善于构建主题，突出核心概念。根据2017年版课程标准主题设置特点，构建合适的主题，结构化教学内容，实现从知识到核心素养的转化^[⁶^]。如本案例中铝及其化合物复习教学的主题，设计三个活动，第一，设计情境重整铝及其化合物转化关系图和基础知识网络；第二，设计溶液中pH变化对铝元素存在形式影响的实验探究，突破铝及其化合物的教学难点，提升学生的科学探究能力；第三，设计工艺流程模型建构的思维活动，巩固相关内容，达到迁移应用知识的目的，提升学生化学学科核心素养。

2.要充分挖掘教学内容特定价值，创设真实情境。这是高三化学复习有效教学的关键。既要有建构性的化学学习情境，如本案例中“无机阻燃添加剂”和“探究溶液中pH变化对铝元素存在形式的影响实验”；又要有迁移性的化学学习情境，如本案例中“工艺流程模型的迁移应用”。同时，结合科学、技术、社会和环境问题的解决过程，设计实验探究和模型建构等高阶思维活动，实施教、学、评一体化的复习教学。

3.要落实核心素养培育，优化教学主线。要明确教学内容主题和学习任务，结合真实情境设计有价值问题，设计教学评价，从核心知识、真实情境和核心素养三个方面设计教学主线，对一节课进行整体规划。如本案例中通过“无机阻燃添加剂”建构铝及其化合物转化关系图，主要是落实“宏观辨识与微观探析”素养；通过“探究溶液中pH变化对铝元素存在形式的影响实验”，主要是落实“科学探究与创新意识”素养；通过“构建工艺流程模型和迁移应用”，主要是落实“证据推理与模型认知”素养。基于核心素养培育的化学复习教学设计与实施，使高三化学复习教学不再是“炒冷饭”式的教学，不再是只有知识的归纳整理，不再是讲讲练练的简单结合。提高了高三化学复习的有效性，落实发展化学学科核心素养，更好地完成“立德树人”的根本任务。