“单元作业设计”是落实并发展学生核心素养目标的有效路径——“开发海水中的卤素资源”作业、试卷案例编制意图及体会

上海市吴淞中学 李玲

关键词

单元作业设计 化学学科核心素养 核心知识与能力

一、案例设计的总体思考

（一）与课程标准的关系

本案例内容选自必修课程主题2: “常见的无机物及其应用”模块中的高一化学第二章2.2“海水中的氯”和2.3“从海水中提取溴和碘”。是在第一章“原子结构”的基础上，学习有关卤素单质和化合物的重要知识。不但让学生了解原子结构与单质化合物性质之间的内在联系，也可以掌握物质变化、物质提取的科学方法，还可以树立结构决定性质、合理使用资源、保护环境等化学思想，形成正确的价值观。

本单元作业在总体设计上有明确的目标意识，紧扣《上海市高中化学学科教学基本要求》和《普通高中化学课程标准（2017年版）》中的相关章节的学科能力要点和核心素养的要求，来制订单元目标，并力求在课时作业及单元测试中，做到单元目标全面覆盖。

（二）对发展学生核心素养的价值

核心素养是学生在真实情境中解决实际问题应具备的必备品格和关键能力。高中化学课程标准从学科素养角度分为“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”“科学态度与社会责任”五个方面，并将每个核心素养划分为四级不同水平。在每个课时作业的设计中，都会考虑以课时中化学本位知识为载体，促进知识与能力的融合，关注化学知识与社会的联系，在知识与能力发展的过程中来促进学生的核心素养的提升。

我们在“发展学生核心素养”的理念下进行案例设计，特别关注从核心素养类别及应达到的水平等级上编制每一个作业和测试题。针对每个课时的内容的不同，来重点发展与课时内容相匹配的核心素养。设计中提供基于核心知识与能力基础上的真实的问题情境，让学生在真实的问题情境中逐渐习得化学问题的解决方法和思维方式。并逐渐迁移到更多领域问题的解决上，从而使学生的核心素养得到主动发展。

（三）案例设计遵循的原则

科学性和思想性相结合的原则：作业设计要正确、客观地反映化学知识与技能。又要结合化学知识体现对学生思想、态度、价值观的教育。

理论和实践相结合的原则：引导学生善于把所学的化学知识技能应用到解决实际问题中去。

实验引领与启迪思维相结合的原则：体现“以实验为基础”的学科特征，把实验引领与启迪思维结合起来。

归纳共性与分析特性相结合的原则：培养学生善于分析典型、归纳共性，使得那些离散的化学知识系统化。又要关注隐藏于共性背后的特性的东西，便于学生构建自己的知识结构。

形式训练与情境思维相结合的原则：在形式训练的作业以外，设计非常规化的化学问题情境。使学生的思维具有灵活性和变通性，体现创造性的情景思维机智性。

二、作业设计的架构与特色

（一）课时作业安排的总体思考

本章知识结构依据内容的逻辑关系分为如下图所示的6个课时。

课时1：氯气性质的研究；

课时2：漂粉精和水的消毒；

课时3：氯、溴、碘的结构和性质递变规律；

课时4：进一步认识氧化还原反应；

课时5：怎样检验Cl-Br-I-；

课时6：从海水中提取溴和碘。

作业形式多样化：书面作业与实践作业相结合；短期作业与长期作业相结合；自主作业与合作作业相结合。

知识、能力、素养递进化：每课时作业分别按“基础巩固、思维拓展、实践探究”三个层次编排，体现素养为本的设计理念。

（二）各课时作业之间的相互关系

课时1是课时2的基础，由核心物质“氯气”性质（氯气与水、与碱反应）引出课时2“漂粉精”。

课时3是在课时1、2的宏观事实基础上，从微观角度对课时1、2加以理解、归纳和升华，有助于学生牢固树立“结构决定性质”的化学思想。

在课时1、2、3的基础上，课时4以具体的氯气等卤素物质为落脚点，把抽象的“氧化还原理论”具体运用到学生已知的卤素物质上，实现了“理论”与“实践”的交互印证。

第5课时，从实验的角度上，强调对1—4课时知识的运用，让学生掌握离子检验的理论及操作，为第6课时提供必要的实验技能。

第6课时，是对1—5课时知识的总体串联和应用，涵盖了对1—5课时知识在真实化学情境中的应用能力。通过对提溴、提碘过程的原理、流程、操作梳理运用，使学生巩固了知识、领会了相关思想，提升了核心素养。

（三）长作业的作用

【示例】0001单元长作业

“金山银山不如绿水青山”，水是地球万物赖以生存和发展的重要物质，没有水就没有生命。水处理的消毒常采用氯气（Cl2）、次氯酸钠（NaClO）、二氧化氯（ClO2）等含氯消毒剂。

下面4幅图是我区的污水处理厂的部分场景，采用FCR（Food Chain Reactor）食物链反应器污水处理技术，这些美丽的植物以及依附于植物中的微生物、原生动物把污水中的杂质——有机物质和营养盐“吃干抹净”。该厂FCR应用在上海尚属首次，呈现出城市运行和自然环境的和谐共处。

（1）请同学们参观“植物园式”污水处理厂后，以小组为单位完成以下任务：4-6人一组分工合作，绘制FCR工艺技术污水处理工艺流程图，说明其中涉及的物理、化学、生物等学科的原理。要求脉络清晰，图文并茂。

（2）污水在排放到受纳水体之前，都要进行消毒处理。常用的消毒剂有氯气（Cl2）、次氯酸钠（NaClO）、二氧化氯（ClO2）等。请分别从氧化剂的氧化效率、原料成本、对环境安全性角度对Cl2和ClO2两种消毒剂加以对比分析。

（3）检测校内河水水质状况（包括：重金属含量、COD、BOD、pH值等），提出治理方案。对方案中的1—2项治污措施进行实验并形成小组实验报告。

通过参观和调查污水处理厂先进工艺，学生用所掌握的物理、化学、生物等多学科书本知识去分析污水处理问题，体验学科知识在社会、经济、环境中的实用价值。发展学生“科学态度与社会责任”的核心素养。通过绘制“污水处理流程图”发展“模型认知”的核心素养。

对比不同消毒剂的差异和利弊，使学生学会从成本、效果、安全等角度考虑问题，树立“环境友好”和“绿色化学思想”。关注本校河水的生态情况，通过制订治理方案、测定水质、实验操作等小组合作活动，调动学生的多元智能，提升了“科学探究与创新意识”的素养水平。

落实立德树人的根本任务。党的十八大报告提出“给子孙后代留下天蓝、地绿、水清的美丽家园”。通过此单元长作业引导学生立志成为“青山绿水”的创造者和守护者。

（四）各课时作业的设计意图

1．第一课时设计意图

巩固学生对氯气性质的认识，引导学生以氯气为例，认识物质的两面性。

培养学生认真观察、正确描述现象，分析实验原理，得出正确结论的学习方法。通过设计“氯气泄漏处理方案”及“氯气的性质验证实验”等实验情境，促使学生弄清物质性质及转化关系，形成解决问题的思路和方法。并从安全、健康、环境等多角度考虑问题。

2．第二课时设计意图

对“氯水成分”“漂粉精的性质研究”等问题的分析，深化对氯气性质的认识，凸显“性质决定用途”的化学思想，发展“宏观辨识与微观探析”的能力。通过“养鱼”“自制消毒液”等作业使学生养成利用物质性质知识解决生活中问题的思维习惯。

3．第三课时设计意图

对前面两个课时的目标内容起到应用、归纳和提升的作用。从原子结构的视角形成对卤素性质的相似性、递变性的正确认识。通过对阅读作业中“关键词”的正误判断，让学生学会“阅读”和“查阅资料”，养成主动探究的习惯。

4．第四课时设计意图

深化对氧化还原反应的三个阶段的认识，学会从宏观（元素化合价）与微观（电子）、质与量等不同视角认识氧化还原反应，促进知识的“结构化”。通过对“84消毒液”和“洁厕灵”的认识，提升解决实际问题的能力。使学生认识到化学对美好生活的指导作用。

5．第五课时设计意图

以“痕检”“实验方案筛选”为背景，让学生把离子检验的基础知识应用到实际生活中，培养“宏观辨识与微观探析”“证据推理”和“变化观念”等学科素养。强化对离子方程式的书写及其意义的理解，促进学生实现“宏观”“微观”和“化学符号”三者的“自由转换”能力。力求在培养学生从“知识→能力→素养”的道路上，达到“水滴石穿”的效果。

6．第六课时设计意图

将1—5课时知识综合应用于真实情景“海水提溴”“海带提碘”中，通过流程图建立物质转化的模型认知。通过实验方案的优化培养创新意识。促进学生建立自然资源开发利用的四个重要角度，即物质转化、元素富集、分离提纯、实验装置（工业设备）与操作。同时引导学生尊重科学伦理道德，树立“绿色化学”思想。

（五）特色作业的特色与作用

特色1：综合实践类的长作业。“污水处理方案”涉及化学、生物、物理等跨学科知识，通过调研、考察、实验、合作、协调等多种行为，启发了学生的多元智能，发展了模型认知、科学态度、社会责任等多维度的核心素养。

特色2: Z6004（原创）引导学生查阅文献获取信息，了解当今海带提碘工业。使学生收集证据，对教材中常规提碘的方案加以改进。通过多种溶剂、氧化剂的对比，制造思维冲突，引发实验探究。用双氧水替代氯水；用橄榄油、色拉油、煤油等替代苯或四氯化碳等改进措施。实现了对“海带灰化”“氯水氧化”“四氯化碳萃取”三个环节的优化，有效地发展了学生“科学探究与创新意识”的核心素养。

【示例】Z6004：工业上海水提溴的原料是“苦卤”，而非“海水”。同样，海水中的碘元素含量也十分的低，而海洋植物（如：海带、马尾藻等）对碘有“富集”作用。

（1）海带中的碘元素以何种微粒形式存在？如何检验？

（2）教材中常选用氯水作为“海带提碘”中的氧化剂，有哪些不足之处：________________；氯水用量不当会造成什么不良影响：________________。

你认为最为合适的氧化剂是________，并请简要说明原因________。

A．酸性高锰酸钾

B．硝酸

C．双氧水（稀硫酸酸化）

D．二氧化锰

（3）教材学生实验方案中用到的萃取剂是CCl4，苯和CCl4等有机溶剂有一定的毒性，能否用生活中常用的物质作为环保的萃取剂，请写出1到2种：________。确定碘单质被萃取完全，在水溶液中没有残留的简便易行的方法是________。

（4）教材的实验方案中采用灼烧海带的灰化法，耗时长且灼烧过程中有呛入口鼻的烟产生。根据海带中碘元素存在的形式，你能否提出更优化的提碘方案？

请根据以上信息和已学的化学知识，查阅资料，每个小组对“海带提碘”的实验步骤进行优化设计，并以物质转化流程图表示出来。

特色3：每课时作业几乎都有化学情境，即有实验、有生活、有生产、有推断、有思辨。如：Z1003在突发事件中如何用化学知识保护自己和他人；Z1005选择泳池消毒剂及游泳时间；Z2002养观赏鱼的水处理；Z2004动手制作84消毒液；Z4005科学使用洁厕灵和含氯消毒液；Z2003、Z6001引发关注生活中各种“说明书”蕴含的学科知识；Z5001热播剧中的“痕检”的运用等促进学生形成科学的生活态度和正确价值观。

【示例】Z2003：某漂粉精说明书如下：

（1）从主要成分看，生产漂粉精的原料是什么？有效成分是什么物质？

（2）氯气来源于电解饱和食盐水，反应原理是什么？

（3）氯水和漂粉精都可用于漂白、杀菌消毒，其原理是什么？为什么生活中的漂白剂使用漂粉精，而不使用氯水？

（4）将漂粉精溶于适量水中，呈白色浊状物，静置沉降。取少许上层清液，滴加碳酸钠溶液出现的白色沉淀是什么物质？

（5）说明书中强调漂粉精需要密封保存于阴凉处，随配随用。请用化学方程式说明原因。

【示例】Z5001：近日，侦探剧《法医秦明》的热播，让大家也跟着体验了一把做“名侦探柯南”的快感。剧中涉及很多痕迹检验，也包括指纹检测。

离子检验也用于痕检中，AgNO3显现法就是其中之一：人的手上有汗渍，用手动过白纸后，手指纹线就留在纸上。用化学式表示这4种物质：

特色4: Z1002、Z5002的设计注重挖掘化学现象背后的原因，让学生在理解中学习。将十分常见的选择题，改编成填空题。意在引发学生对每一处的颜色变化做深入思考，知道“是什么”“为什么”“怎么写”，实现“宏、微、符”的自由转换。

【示例】Z1002：某兴趣小组设计如下装置进行氯气相关性质的反应，先将钠预热，在钠熔融成小球时，撤火，并通入少量氯气即发生反应。请描述玻璃管中发生的现象________，棉球①的作用是________，棉球②不变蓝说明________。

【示例】Z5002：常温下氯酸钾与浓盐酸反应放出氯气，现按下图进行卤素性质的实验。玻璃管内装有分别滴加了不同溶液的白色棉球，反应一段时间后，请写出图中指定部位的颜色，并用离子方程式解释现象背后的原因。

①________色，离子方程式________________；

②________色，离子方程式________________；

③________色，离子方程式________________；

④________色，离子方程式________________；

特色5：发展“模型认知”和“创新意识”。长作业中绘制“污水处理工艺流程图”、Z6003“海水提溴”的“设备流程图”、Z6004“海带提碘”作业任务中的“物质转化关系流程图”，帮助学生理解三种不同流程图的含义。引导学生能将流程图的本质识别为物质转化关系图。使学生建立自然资源开发利用的四个角度，即物质转化、元素富集、分离提纯、实验装置（工业设备）与操作。

【示例】Z6003：工业上以浓缩海水为原料提取溴的部分流程如下：

已知：

（1）反应釜1中Cl2的作用是________，依据的反应原理是________。

（2） ②中通入热空气的目的是________；利用了Br2的________性，上述流程中，步骤②③④的目的是________。

（3）用SO2水溶液吸收Br2，吸收率可达95%，有关反应的离子方程式为________________。

由此反应可知，除环境保护外，该项目生产中应解决的主要问题是________________。

（4）该流程中用Na2CO3溶液代替SO2水溶液吸收Br2的优点是________________。

（5）请用精练的语言概括海水提溴方案中蕴含的设计思想。

三、单元测试的目标与评价

（一）单元测试与作业目标的关系

单元测试的功能主要指向评价，而作业的主要功能是巩固课堂学习的知识、技能和方法，并使学生形成解决问题的思路和方法。单元检测题注重评价目标与作业目标的一致性，对学生学习质量和学科核心素养的发展水平给予准确的把握。题量适中，难度控制合理，指向明确，可测单元学习目标全部覆盖，重点检测核心知识与能力。主观题语言明确准确，最后两个大题有一定的综合性和拓展性。

其中第三道综合分析题从S0020到S0024的5个小题在检测化学学科核心素养的科学探究与创新意识素养的1—4个水平上，层层递进，编排流畅合理，符合学生对实验的认知特点。

【单元测试 示例】综合分析题（20分）

KMnO4是一种氧化剂，实验室常用KMnO4和浓盐酸反应制备Cl2。下图是制备NaClO溶液的装置图。

完成下列填空：

S0020:（1） KMnO4稀溶液是一种常见消毒剂，其消毒机理与以下物质相似的是________。（选填编号）

a. 75%酒精

b．双氧水

c. NaClO溶液

d．硫黄皂

答案：（1）bc（2分）

设计意图：在变化观念与平衡思想核心素养水平1的基础上，检测常见的氧化剂。

S0021:（2）高锰酸钾和浓盐酸制取氯气的反应原理是： 2KMnO4+16HCl（浓）→5Cl2↑+2MnCl2+2KCl+8H2O，该反应的还原剂是________，请用单线桥法标出电子转移的方向和数目，若消耗0.2mol氧化剂，则被氧化的还原剂的物质的量是________mol。

答案： HCl；（2分）单线桥法：方向：由HCl到KMnO4（1分），数目：10e-（1分）,1（2分）

设计意图：在变化观念与平衡思想核心素养水平2的基础上，检测化合价升降、电子转移与氧化还原反应的关系，会用单线桥法表示电子转移的方向和数目。

S0022:（3）B装置中饱和食盐水的作用是________，D装置中NaOH的作用是________，反应的化学方程式为________。

答案：除HCl（2分）；尾气处理，除Cl2（2分）; Cl2+2NaOH →NaCl+NaClO+H2O（2分）

设计意图：在科学探究与创新意识核心素养水平2的基础上，检测实验室制氯气中各装置的作用。

S0023:（4）实验操作过程中可调节________以控制A装置中产生Cl2的气流，C装置需控制反应温度在0—5℃，实验中可将C装置放入________中。

答案：分液漏斗中盐酸滴速（2分）；冰水浴（2分）

设计意图：在科学探究与创新意识核心素养水平3的基础上，检测对指定情境中实验问题的解决能力。

S0024:（5） D装置中需要改进，说明需要改进的理由________________；并画出改进后的装置图。

答案： D中反应生成的HCl气体极易溶于水，易发生倒吸；改进装置如图所示（2分）

设计意图：在科学探究与创新意识核心素养水平4的基础上，检测评价和优化实验方案的能力。

S0005：题目情境与生活息息相关，通过对卤素用途所包含化学原理的解释，检测学生评估某种解释合理性的能力；同时检测学生能否从宏观与微观结合的视角，理解卤素的结构、性质与用途的关系。

【单元测试卷 示例】S0005：卤素的单质与化合物在日常生活中有着广泛的应用，下列对应关系不正确的是（ ）。

答案： B

设计意图：在宏观辨识与微观探析核心素养水平4的基础上，检测卤素的单质与化合物的重要性质和用途。

S0011：以卤素单质的两个重要反应为载体，检测学生从定性与定量结合上收集证据，推出合理结论的能力，同时既检测学生对氯气和HCl氧化剂的强弱的理解，又检测了对HCl的氧化性和还原性的对立与统一的认识。

【单元测试卷 示例】S0011：有可变化合价的金属Fe在与氯气化合生成FeCl3、与盐酸反应得到的氯化物是FeCl2由此可以说明（ ）。

A. HCl的氧化性比氯气强

B. HCl的氧化性比氯气弱

C. HCl没有氧化性

D. HCl中起氧化作用的是其中-1价的氯元素

答案： B

设计意图：在证据推理与模型认知核心素养水平3的基础上，检测氧化还原的基本概念，通过产物中Fe的不同价态，比较氧化剂的强弱，考察HCl中的-1价的氯元素和+1价的氢元素各自的作用。

（二）单元测试的评价方式与标准

评价方式：自我测试或随堂测试，采取计分制，满分100分。

评价标准：以参考答案及制订的评分标准为依据。

（三）测试结果与学习水平的对应关系

四、案例设计的进一步思考

在课时作业及单元测试题目的设计中，从单纯的“知识立意”转向“素养立意”我们还只是在路上。因此在知识、能力、素养融合成题的技巧与水平上都有待于提高。

首先，需要教师在教学实践中更好地练就与提升，将提高学生“化学核心素养”有机地融入课堂教学中。

其次，对开放性题目及非书面形式题目的评价标准制订，也要做深入的思考，以使这类题目在培养学生发展核心素养方面，发挥更科学有效的作用。

再次，教学实践中要更多地了解学生，了解他们的学习、思维发展状况，心理成长过程，了解他们真正的需求，才会使单元作业设计，更好地反映学生的学习真实水平和教学改进方向。

通过本次案例设计活动，我们感到今后呈现给学生的每一道题目都要精心筛选与设计，让它承载我们对学生在知识、能力、素养方面的期许。让作业设计成为教学活动中一个闪光的环节。

主要参考文献

[1] 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.

[2] 上海市教育委员会教学研究室．上海市高中化学学科教学基本要求（试验本）[M]．上海：华东师范大学出版社，2017.