基于化学核心素养的问题驱动式教学实践探索 ——以“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”课堂教学为例

GXF360 2019-12-04

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随着化学教育的发展和课程改革的实施，社会主义核心价值观对化学学科的育人工作提出了新的要求。化学课堂要努力培养学生的学科素养，通过化学课程的学习形成学生适应终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力［1］。

传统的化学课堂多为教师单方面进行知识的灌输，教学模式单一，学生被动地接受教育信息，未能有效调动学生的参与度，激发学生的求知欲，实现学生的能动性、自主性和创造性，极大地限制了学生探究性思维的发展和教师专业化的提升。而问题驱动式教学是以学生为主体、以专业领域内的各种问题为学习起点，以问题为核心规划学习内容，让学生围绕问题寻求解决方案的一种新理念的教学模式［2］。

化学核心素养包含了5个维度的内涵，即“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”［3］。在该学科素养的基础上如何利用问题驱动式教学实践来推动课堂模式的转变，实现从教师单向灌输过渡到学生自主探究，提高学生的主体地位，完成师生共进的双向目标，是新时代化学教育工作者研究的重点和方向。

本文立足于学科核心素养，对化学课堂的问题驱动式教学进行实践探索，积极打破传统教学模式，力求将化学核心素养贯彻落实到实际课堂之中，优化教学。下面以“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”课堂教学实例加以说明。

一、基于化学核心素养的课前教学设计

1．确定核心素养目标

根据原先的课标要求，课程的教学目标需要完成三个维度的目标，即“知识与技能”目标，“过程与方法”目标，“情感态度和价值观”目标，而随着课改的深入，学科核心素养在传承“三维目标”的基础上对教学目标做出了延伸和超越，不仅仅聚焦课堂，还旨在课堂之外对学生能力和品格的培养，更能体现以人为本的理念，更能满足时代教育发展的需求。依据学科核心素养从而具体化课时教学目标，有助于提高课堂教学质量，实现学科的教育价值。

据此，本文将“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”的课时教学目标定位如图1：

图1 “碳酸钠和碳酸氢钠性质”核心素养课时教学目标

2．解构教材，分析重难点

目前化学课程实施最主要的阵地仍旧是化学课堂教学，而为了设计出符合新课标发展实际的课堂教学活动，更好地实现学生学科核心素养的养成，对教材内容的解构必不可少。离开教材谈学科教育，极有可能在课堂教学的过程中偏离学科的本质特征，忘记实施教育的初衷，无法完成化学学科对学生能力和品格培养的任务及贡献，因此解构教材，就得在教材的基础上寻找启发学生认知的方法，在教材的基础上对知识的展开做突破和升华，即基于教材，又得高于教材。

本文所用教学实例“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”是高中化学人教版必修1第三章第2节“几种重要的金属化合物”的第2课时的内容，是继“氧化钠和过氧化钠”之后学生需要掌握的另外的两种重要的钠的化合物。该课程的学习，可以帮助学生深刻地了解Na2CO3和NaHCO3的相关性质，建立科学探究的思维模式，学会研究物质性质的基本方法，为后面学习铝、铁及其化合物等知识打下基础。

本节课的重难点可概括如下：

1.Na2CO3、NaHCO3分别与酸反应的性质差异。2.Na2CO3和NaHCO3热稳定性的区别。3.Na2CO3和NaHCO3的相互转化和鉴别方法。教学难点 Na2CO3、NaHCO3与酸反应不同的本质原因教学重点

在核心素养的前提下，则需要解决如何有效地完成该课时的教学重点，突破难点。而在实践中发现，问题驱动式教学不失为一种合理且有效的途径，从教材出发，依托生活实例，解决相关问题，完成课时目标，最后回归生活。

3．创设情景，形成问题驱动脉络

情景的创设需要考虑两方面的问题，即情景的价值性和情景的效果性。情景与教材内容有一定的关联，不过于复杂难懂也不过于简单俗套，既能激发学生的学习兴趣和求知欲望，又能促使学生萌生有意义有方向的思考，则问题情景的价值性和效果性都能得到很好的体现。

“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”以“家庭中蒸馒头”这一生活实例作为教学情景的主体，通过问题驱动培养学生的化学核心素养，围绕“制作馒头时面团为什么变大”展开一系列问题，将Na2CO3和NaHCO3的酸碱性、与酸的反应、热稳定性等性质贯穿其中，层层递进，又环环相扣，遵循了学生的认知规律，符合学生的身心发展特点。此外，在解决问题时还利用多个探究性实验进行事实验证，从实现现象自然过渡到结论，不仅能有效增强课堂的趣味性，加深学生对知识的印象，还可以帮助学生建立实验探究的思维框架，提高动手能力，服务于学生之后的全面发展。

图2 “碳酸钠和碳酸氢钠的性质”的课堂教学设计流程图

二、基于化学核心素养的课堂教学实施

【教师】同学们，在生活中，有挺多人早餐都喜欢吃馒头，那大家有没有做过馒头呢？做馒头是厨房里的事情，跟化学实验好像没什么关系，但实际上和我们今天所要学的碳酸钠和碳酸氢钠的性质息息相关。

【PPT】图片展示做馒头的过程：

而这时要根据红豆杉植物自身喜湿、怕涝，喜阴凉，极耐阴的特点对播种的位置进行确定。因此，在进行红豆杉播种位置的选择上，都是选择土壤疏松肥沃、便于进行排灌的土地。当确定种植位置后，需要对土地进行翻耕，并对其进行基肥的施撒，从而保证土壤的营养满足幼苗成长需求。一般基肥主要以腐熟的农机有机肥为主。此外，为了降低病虫害发生的几率，在进行基肥的施加过程中，可以同时加入少量的硫酸亚铁或硫酸铜粉末进行相应的消毒。

由（2）式可见，当F1=K，即秩R=1时研究对象取值等于K，所以我们只要求得最大值F1或K值，则其他各级的值将分别为：K/2，K/3，…，K/n。

图3 馒头制作过程

首先和面，然后揉成面团，接着发面，再做成馒头，最后蒸熟。

【教师】在和面的时候我们要加入面粉，水，和发酵粉这三样东西，这里有个问题问大家，做馒头为什么要加入发酵粉呢？我们看发面的过程，大家观察图片，面团发生了什么变化？

【学生】面团膨胀变大了。

【教师】嗯，同学们，这就是发酵粉的作用。那为什么发酵粉能使得面团胀大呢？请同学们结合发酵粉的主要成分“碳酸氢钠、酒石酸”思考这个问题。

1969年，调水入洪泽湖的时间有19个旬，主要在11月中旬—2月下旬、4月下旬—6月中旬，入洪泽湖泵站装机利用小时为3 100 h，入湖平均流量为159 m3/s；调水出洪泽湖的时间有35个旬，基本覆盖全年，出洪泽湖泵站装机利用小时数为5 700 h，出湖平均流量为228 m3/s。

【学生】碳酸氢钠和酸发生了反应？

二、中职学生自主学习能力现状分析通过对本校学生的调查，能主动学习的只有26%。不难发现，中职学生自主学习能力低，状况令人堪忧。原因分析如下：

在进行地下水水位变化趋势（年际或年内变化）研究中，通常有两种监测井的选取方法：一是在监测井数量较多且分布均匀的情况下，按照一定原则或规范(《地下水动态监测数据标准》等)，均匀选择分布于监测区域的监测井，再以所选监测井地下水水位数据的算数平均值（均值）作为区域地下水变化研究的指标；二是在监测井数量有限的情况下，选择具有代表性的单井数据作为区域地下水研究指标（单井）。本文按照这两种方法对疏勒河昌马灌区已选定的8眼监测井2002—2010年监测数据进行比较分析，了解监测井监测数据在空间分布上的代表性。

1．实验一：碳酸氢钠与酸的反应

【教师】我们对酒石酸不熟悉，所以用盐酸来代替。现在来做这个实验，量筒里装了5mL 3mol/L的盐酸，试管里装的是碳酸氢钠粉末，请一位同学来把盐酸倒进试管里，大家注意观察现象。

【学生】上台做实验。学生描述现象，得出结论：实验有气泡产生，而且液体还往上窜。说明碳酸氢钠与酸反应，产生气体使得面团变大。

【板书】NaHCO3+HCl NaCl+CO2↑+H2O

设计意图：生活中处处有化学。立足于核心素养的教学，创设情景来源于生活，可以快速拉近学生与化学的距离，吸引学生进入课堂教学和互动中，使得学生明白化学在社会生活中的价值，提高学生学习化学的兴趣，提升学生对化学的认可度。该环节通过制作馒头的流程图片展示，激发学生的好奇心和求知欲，提出问题后让学生设计简单的试管实验验证“碳酸氢钠与酸”反应的事实，可有效促进学生科学探究基本框架的建立，培养“证据推理、科学探究、社会责任”等化学核心素养。

【教师】其实，我们在初中制备二氧化碳时，也见过这样一个反应，那就是碳酸钠与酸的反应（让学生联想，继而板书Na2CO3+2HCl=2NaCl+CO2↑+H2O）。既然碳酸钠与酸也产生气体，它应该也能做发酵粉，但是市面上的发酵粉基本上都是碳酸氢钠，不是碳酸钠，这是为什么呢？

优化后的配送路线全景图如上图3所示，与目前的配送线路全景图进行对比，配送线路明显要简单清晰很多。从今往后，集货到某区域物流中心，大批量运输首先就降低了运输成本，其次，某区域物流中心只需将产品配送至各区域内的门店即可，配送距离减少了，配送成本自然也就降低了。

【学生1】碳酸钠、碳酸氢钠都能与酸发生反应，说明其都具有一定的碱性。那是不是因为它们的碱性有差别呢？

【学生2】碳酸氢钠的碱性比碳酸钠的碱性强，与酸反应效果好，所以选择碳酸氢钠？

2.实验二：比较Na2CO3和NaHCO3的碱性

【教师】加入等量酚酞试剂后，碳酸钠溶液变深红色，碳酸氢钠溶液变浅红色，说明碳酸钠碱性比碳酸氢钠强。

图4 实验二

【板书】碱性：Na2CO3＞NaHCO3

【教师】很明显，选择NaHCO3作为发酵粉主要成分的原因并非碱性强弱，那是为什么呢？我们还可以从什么角度来考虑这个问题？

【学生】这两者都能与酸发生反应，老师，是不是它们与酸的反应有区别？

3．实验三：比较Na2CO3和NaHCO3与酸的反应

【教师】这是我们的实验装置，试管里装的是等量的固体，红色气球的试管里装的是碳酸氢钠粉末，黄色这个是碳酸钠，气球里装的是等量的盐酸。我同时把盐酸倒进去，请大家不要眨眼，注意观察气球的变化。

图5 实验三

【学生】碳酸氢钠反应快，碳酸钠反应相对较慢。

3.5 成本问题由于国内目前3D打印批量生产的效率低，设备及材料成本高,导致3D打印假肢矫形器成本偏高,终端售价高,患者接受度低,因此其性价比有待进一步提高。

【教师】通过这个实验我们发现了，碳酸钠产生气体的速度慢，如果用碳酸钠做发酵粉，就要花较长的时间，为了提高效率，我们不用碳酸钠做发酵粉。

女子的腰间挂着一截竹筒，用软木塞封着口，竹筒里面是空的，带着一种清新脆嫩的酒香，只闻其味，便已让人神清气爽，定是曾经盛装过不同寻常的美酒。手中一柄竹叶弯刀，刃长一尺半，精薄纤瘦，银光耀人，流畅的曲线，便如女子曼妙的身姿。刀柄是一截经过抛光的翠色青竹，竹身光泽如玉，扣之有金石声，却不知是何品种，或是经过了怎样的处理。柄与刃的衔接处是一簇翠绿色的竹叶护手，做工逼真华美，竟将竹叶的脉络清晰地呈现了出来，让人感觉不出这是一件能够杀人的兵器，而是一件作为装饰的艺术品。叶丛中，镶嵌了一颗鸽子卵大小的红色宝石，如此红与绿的极端配色，却丝毫不显违和，反而带着一种妖冶而张扬的美，极具视觉震撼力。

【板书】与酸反应快慢：NaHCO3＞Na2CO3

设计意图：通过联想类比的方式，提出新的问题“同样能与酸反应，为何常常选择碳酸氢钠作为发酵粉，而不使用碳酸钠”，既保证了知识的迁移，巩固旧知识，又可加深对新知识新物质的理解宽度和印象。由学生提出猜想，从两个方向进行探究，开拓学生的思维，让学生从不同角度去思考问题并用变化的思想、科学探究的精神去接受理论知识，内化化学科学素养。由原先猜测可能是因为碳酸氢钠的碱性比碳酸钠的强，所以选择了碳酸氢钠，但由实验事实说明并非如此，让学生产生认知冲突，进一步猜测可能是碳酸氢钠与酸反应更快，设计实验加以验证，递进深入的思维模式和问题驱动的学习方法，符合学生的认知发展特点，实现知识向“变化观念、科学精神、证据推理”等核心素养的转化。

【教师】设疑：为什么NaHCO3与盐酸反应比Na2CO3快？

实际上，碳酸钠与盐酸的反应分为两步，碳酸根离子与一个氢离子结合先生成碳酸氢根离子，碳酸氢根离子再与氢离子结合生成水和二氧化碳。所以碳酸钠反应较慢。同学们再观察一下，从这两个离子方程式中，不知大家有没有发现，等量的碳酸根，遇到的氢离子的量不同，产物一不一样？

The Belt and Road Self-driving Tour Encounters Exotic Food Culture——A Case Study of Turkey and India___________________________WANG Kai 50

【学生】不一样。

高校是学生走进社会展开职业生涯的最后关卡，较早的开展职业生涯规划，对每个学生的未来起到重要作用。高校应加强对班主任开展职业生涯规划教育能力的培训或者由具备专业能力的教师担任班主任，指导大学生开展职业生涯规划，帮助学生毕业后圆满就业，提高学习就业水平。同时，高校教师也要加强对职业生涯规划相关理论和知识的系统学习，同时将学习成果运用于实践，帮助学生尽早适应社会。

【教师】现象呢？

【学生】也不一样。

4．实验探究

【学生】描述并对比实验现象：往盐酸中逐滴滴加碳酸钠溶液（马上产生气泡），往碳酸钠溶液中逐滴滴加盐酸（开始无气泡产生，继续滴加才有气泡产生）。

【教师】引导学生得出结论：滴加顺序不同，现象不同。

设计意图：从微观层面解析“碳酸氢钠与酸反应、碳酸钠与酸反应”的差别，加以实验佐证，目的在于引导学生用“宏观辨识和微观探析”的素养去消化化学知识，从实验的宏观现象自然过渡到微观分析，通过离子反应更加深入地了解反应的实质，帮助学生构建完整的钠的知识体系。

【学生】老师，假设我有的是时间，我用碳酸钠作发酵粉，发酵一整天，应该就能做馒头了，请问可不可以呢？

【PPT】展示蒸馒头的对比图

【教师】同学们，我们看这两张图，大家有没有发现什么？

【学生】蒸馒头的时候，馒头还在发酵。

【教师】没错，那大家想一下，蒸馒头相当于实验室哪个基本操作？

【学生】加热。

【教师】提问：加热的时候碳酸氢钠是怎么发酵的呢？Na2CO3加热时有没有这样的效果？

5．实验四：比较Na2CO3和NaHCO3的热稳定性

图6 实验四

【教师】利用套管进行实验，大试管内装碳酸钠粉末，小试管内装碳酸氢钠粉末，用导管把气体导入到澄清石灰水中，大试管连A烧杯，小试管连B烧杯。加热试管，观察现象。

【学生1】描述现象：A、B烧杯中都有气泡冒出，B烧杯中澄清石灰水变浑浊，而A烧杯内溶液无明显变化。

【学生2】得出结论：说明碳酸氢钠的热稳定性比碳酸钠差。

【板书】热稳定性：NaHCO3＜Na2CO3

【教师】同学们，澄清石灰水变浑浊后，假设继续通入CO2气体，石灰水又会重新变澄清，请大家联系该反应 CaCO3+CO2+H2O=Ca（HCO3）2，写出 Na2CO3转化成NaHCO3的化学方程式。

【学生3】黑板板书：Na2CO3+CO2+H2O=2NaHCO3

【教师】学习完碳酸钠和碳酸氢钠的性质，请同学们说明应该如何保存发酵粉？

【学生】在阴凉和干燥处保存。

秦安县日照充足，土层深厚，昼夜温差大，适宜于瓜果生长，是我国北方重要果椒生产基地之一。目前，全县果椒园面积达6.06万hm2，产量81.6万t，产值30.6亿元。秦安蜜桃、秦安花椒、秦安苹果获国家地理标志产品保护，其中秦安生产的“北京7号”蜜桃、“秦富1号”苹果荣获北京奥运会推荐果品一等奖和“中华名果”称号，秦安县先后被命名为中国名特优经济林桃之乡、中国苹果之乡、中国花椒之乡。

目前绥中县工业总产值173.22亿元，预测在2020～2030年期间，其年平均增长率5%，因此2030年绥中县年总产值可达282.16亿元。而在这10年期间，工业用水指标平均为4.0m3/万元，因此预测2030年绥中县工业用水量0.512亿m3。

设计意图：进一步提出问题“时间多，发酵久，是否能选择碳酸钠”，开放性的课堂教学氛围可有效培养学生的观察思考能力和发散性思维，为“碳酸钠和碳酸氢钠的热稳定性”的知识点展开提供了切入契机，再次用课堂实验巧妙地强化了学生的科学和创新精神。

6．讨论1：碳酸钠和碳酸氢钠如何进行相互转化？

讨论2：如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠？

【教师】如何鉴别碳酸钠和碳酸氢钠。同学们联系前一节课所学习的碳酸钠和碳酸氢钠的物理性质及本节课的内容进行讨论，并得出相应结果。

【学生】讨论2结果：提出了利用物理性质和化学性质鉴别二者的十几种方法。

导弹脱靶量是指导弹与目标之间的最小距离，代表偏离目标的大小[1]。脱靶量测量包括标量脱靶量测量和矢量脱靶量测量。标量脱靶量是指遭遇过程中弹与靶的最小相对距离，表示弹命中目标的误差大小，或称作命中精度，它是衡量武器毁伤效能的重要指标[2-3]。由于标量脱靶量测量系统相对便宜,能够对很多弹射类武器(如子弹、炮弹和导弹等)进行测量，并且它们几乎可以安装在任何尺寸的靶标上，因此目前标量脱靶量测量系统仍然在广泛使用。

【教师】引导总结。（注意在此环节强调：不能用Ca（OH）2溶液鉴别碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液，因为都会产生沉淀。）

设计意图：到该环节，由于学生对“碳酸钠和碳酸氢钠的性质”有了较为全面的认识，因此此处设计“课堂讨论和组内交流”活动，利用综合性的学习任务培养学生的合作精神，理解和巩固本节课的教学内容，完成课堂的教学反馈。问题驱动始终贯穿整个课堂，学生围绕问题展开学习，主动习得知识，积极配合，顺利地发展了学科核心素养。