《本章自我評(píng)價(jià)》教學(xué)設(shè)計(jì)(部級(jí)優(yōu)課)-化學(xué)教案

廢水資源與再利用——選修4模塊復(fù)習(xí)課授課教師：北京市中關(guān)村中學(xué)富瑤楊陽(yáng)【主題簡(jiǎn)介】本主題的教學(xué)內(nèi)容為人教版選修4化學(xué)反應(yīng)原理的模塊復(fù)習(xí)，重點(diǎn)復(fù)習(xí)第三章《水溶液中的離子平衡》和第四章《電化學(xué)基礎(chǔ)》，旨在完善學(xué)生在新授課時(shí)建立起的水溶液?jiǎn)栴}的認(rèn)識(shí)模型和電化學(xué)主題的認(rèn)識(shí)模型，初步建立從“綠色化學(xué)”的角度分析和解決實(shí)際問(wèn)題的基本思路。水溶液?jiǎn)栴}是貫穿學(xué)生中學(xué)化學(xué)各階段的學(xué)習(xí)內(nèi)容，學(xué)生在面對(duì)水溶液?jiǎn)栴}時(shí)，必然要確立一些不同于其它主題的認(rèn)識(shí)對(duì)象和認(rèn)識(shí)角度。水溶液中的離子平衡主題是化學(xué)平衡理論在水溶液體系中的應(yīng)用，在選修階段，學(xué)生需要能夠從離子平衡的角度動(dòng)態(tài)地分析水溶液?jiǎn)栴}，理解如何對(duì)反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控，能綜合運(yùn)用相關(guān)原理分析和解決生產(chǎn)生活中有關(guān)的實(shí)際問(wèn)題?；瘜W(xué)能與電能的相互轉(zhuǎn)化在生產(chǎn)生活中應(yīng)用廣泛，原電池和電解裝置是氧化還原反應(yīng)原理的實(shí)際應(yīng)用，學(xué)生在分析電化學(xué)問(wèn)題時(shí)，需要將氧化還原反應(yīng)的基本原理與水溶液認(rèn)識(shí)模型相結(jié)合，認(rèn)識(shí)到電極反應(yīng)、電極材料、電子導(dǎo)體和離子導(dǎo)體是電化學(xué)體系的基本要素，在此基礎(chǔ)上形成電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)模型。在選修階段，學(xué)生需要能夠自主運(yùn)用電化學(xué)問(wèn)題的分析模型分析原電池或電解裝置的工作原理和微觀過(guò)程，理解電化學(xué)裝置在物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化中的作用，認(rèn)識(shí)到電化學(xué)裝置是對(duì)氧化還原反應(yīng)的高端設(shè)計(jì)。因此，以《廢水處理與再利用》為學(xué)習(xí)主題，以電鍍工業(yè)園廢水處理方案設(shè)計(jì)為背景，用2課時(shí)的教學(xué)時(shí)間，設(shè)置分析解釋、說(shuō)明論證、方案設(shè)計(jì)、創(chuàng)新遷移等能力要求不斷提升的學(xué)科核心學(xué)習(xí)活動(dòng)，完善水溶液?jiǎn)栴}和電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)模型，提升運(yùn)用認(rèn)識(shí)模型分析和解決的自主性，建立從“綠色化學(xué)”的角度解決復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的思路，發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”、“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)?！緝?nèi)容分析】本主題的教學(xué)內(nèi)容是《課程標(biāo)準(zhǔn)》選修Ⅰ課程的模塊1《化學(xué)反應(yīng)原理》中的內(nèi)容。離子反應(yīng)在生產(chǎn)生活實(shí)際中廣泛存在，學(xué)生需要能夠從微觀角度定性定量相結(jié)合地分析水溶液中微粒的存在狀態(tài)、微粒間的相互作用及其作用結(jié)果。對(duì)于復(fù)分解類(lèi)型的離子反應(yīng)，學(xué)生需要運(yùn)用平衡理論重新認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)及其發(fā)生條件，能依據(jù)平衡原理對(duì)反應(yīng)進(jìn)行調(diào)控；對(duì)于氧化還原類(lèi)型的離子反應(yīng)，學(xué)生需要運(yùn)用氧化還原反應(yīng)的基本原理，結(jié)合離子反應(yīng)的特點(diǎn)進(jìn)行分析。在中學(xué)化學(xué)體系中，電化學(xué)主題內(nèi)容因其獨(dú)特的邏輯性和在實(shí)際生活生產(chǎn)中運(yùn)用廣泛性而占據(jù)著重要的學(xué)科地位。電化學(xué)知識(shí)是氧化還原反應(yīng)基本原理的重要應(yīng)用，是實(shí)現(xiàn)物質(zhì)轉(zhuǎn)化和能量轉(zhuǎn)化的重要手段，電化學(xué)問(wèn)題認(rèn)識(shí)模型凸顯了氧化還原反應(yīng)基本原理與水溶液?jiǎn)栴}的融合。因此,學(xué)生需要能夠在真實(shí)情境中基于電化學(xué)體系的基本要素熟練應(yīng)用電化學(xué)過(guò)程的系統(tǒng)分析思路，基于物質(zhì)和能量轉(zhuǎn)化的需求選擇反應(yīng)、設(shè)計(jì)轉(zhuǎn)化路徑和裝置，形成合理利用化學(xué)反應(yīng)中的物質(zhì)與能量變化的意識(shí)和思路?！墩n程標(biāo)準(zhǔn)》中指出，教學(xué)內(nèi)容應(yīng)具有真實(shí)情境性，體現(xiàn)時(shí)代性，有利于學(xué)生知識(shí)視野的拓寬，感悟科學(xué)、技術(shù)、社會(huì)和環(huán)境的相互影響。因此，教學(xué)應(yīng)以學(xué)生已有經(jīng)驗(yàn)為背景，設(shè)計(jì)聯(lián)系實(shí)際、以綜合問(wèn)題解決為核心任務(wù)的教學(xué)活動(dòng)，提升學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)?！緦W(xué)情分析】在新授課階段，學(xué)生已經(jīng)將水溶液?jiǎn)栴}的分析模型發(fā)展為在定量層面從離子平衡的角度動(dòng)態(tài)分析水溶液中的問(wèn)題，能夠分析離子間的相互作用并據(jù)此預(yù)測(cè)作用結(jié)果，也能夠依據(jù)宏觀現(xiàn)象分析離子間的相互作用；分別建立了原電池問(wèn)題和電解問(wèn)題的認(rèn)識(shí)模型，能夠初步運(yùn)用認(rèn)識(shí)模型定性定量相結(jié)合地分析電化學(xué)問(wèn)題。為了進(jìn)一步了解學(xué)生水平，對(duì)學(xué)生進(jìn)行了前測(cè)，部分題目及結(jié)果如下：通過(guò)前測(cè)發(fā)現(xiàn)，學(xué)生依然存在以下主要障礙點(diǎn)：1.不能全面的分析與水溶液?jiǎn)栴}相關(guān)的真實(shí)復(fù)雜情境，尤其欠缺“綠色化學(xué)”的角度；2.在實(shí)際情境中，不能自主調(diào)用電化學(xué)知識(shí)分析解釋問(wèn)題。對(duì)電化學(xué)原理存在一定的定勢(shì)思維，認(rèn)為得失電子主要取決于電荷的種類(lèi)，而忽視離子的得失電子能力。因此，在模塊復(fù)習(xí)課中，選定了電鍍廢水處理為情境，以設(shè)計(jì)含多種有害成分廢水的處理方案為核心任務(wù)，旨在讓學(xué)生能從不同視角認(rèn)識(shí)化學(xué)變化的多樣性，在面對(duì)水溶液?jiǎn)栴}時(shí)，能夠運(yùn)用平衡原理和氧化還原反應(yīng)原理，從物質(zhì)類(lèi)別和化合價(jià)多角度分析和預(yù)測(cè)離子間的相互作用，將離子間相互作用的結(jié)果與宏觀現(xiàn)象相互關(guān)聯(lián)，認(rèn)識(shí)到電化學(xué)方法是對(duì)氧化還原反應(yīng)的高端設(shè)計(jì)；學(xué)生還需要能夠?qū)⒛吧奈墨I(xiàn)資料與已有知識(shí)迅速整合，用整合后的新知識(shí)塊分析解決復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題。通過(guò)本主題內(nèi)容的學(xué)習(xí)，能夠固化水溶液?jiǎn)栴}和電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)模型，將認(rèn)識(shí)模型與“綠色化學(xué)”角度相結(jié)合，發(fā)展為解決復(fù)雜實(shí)際問(wèn)題的一般思路與方法，從而使“宏觀辨識(shí)與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等多項(xiàng)學(xué)科核心素養(yǎng)得到整合發(fā)展?！緦W(xué)習(xí)目標(biāo)】1.通過(guò)分析、評(píng)價(jià)含Cu2+酸性廢水的處理方案，自主完善水溶液?jiǎn)栴}和電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)角度與分析思路，提高應(yīng)用分析思路分析和解決問(wèn)題的能力和自主性，發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”、“變化觀念與平衡思想”、“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等學(xué)科核心素養(yǎng)。2.通過(guò)設(shè)計(jì)電鍍工業(yè)園的廢水處理方案和分析電浮選凝聚法的工作原理，發(fā)展接受、吸收、整合信息的能力，提升自主運(yùn)用相關(guān)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力，形成依據(jù)“綠色化學(xué)”思想進(jìn)行分析評(píng)價(jià)和解決實(shí)際問(wèn)題的意識(shí)和能力，發(fā)展“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】教學(xué)重點(diǎn)：自主完善水溶液?jiǎn)栴}和電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)角度與分析思路，提升自主運(yùn)用相關(guān)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力。教學(xué)難點(diǎn)：依據(jù)“綠色化學(xué)”思想對(duì)廢水處理方案進(jìn)行分析評(píng)價(jià)，依據(jù)文獻(xiàn)資料自主設(shè)計(jì)出電浮選凝聚法的裝置示意圖?！窘虒W(xué)設(shè)計(jì)】1.單元教學(xué)整體規(guī)劃單元教學(xué)共包括2課時(shí)，每課時(shí)的內(nèi)容主題及關(guān)聯(lián)如下圖所示：2.教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教學(xué)環(huán)節(jié)師生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖【引入】明確任務(wù)明確任務(wù)——為電鍍工業(yè)園設(shè)計(jì)廢水處理方案。創(chuàng)設(shè)情境?！经h(huán)節(jié)一】調(diào)研匯報(bào)從水質(zhì)情況和處理方法等角度匯報(bào)前期調(diào)研結(jié)果，提出需要進(jìn)一步解決的問(wèn)題，提煉分析問(wèn)題的思路和角度了解學(xué)生水平?！经h(huán)節(jié)二】分析解釋分析兩種方法的工作原理，評(píng)價(jià)兩種方法的優(yōu)點(diǎn)與不足。方法1：采用惰性陽(yáng)極和不銹鋼陰極對(duì)該廢水進(jìn)行電解處理，電解2h后，銅離子去除率可以達(dá)到99%。方法2：取一定體積該廢水加入一定量廢鐵屑和活性炭，置于攪拌器上，反應(yīng)一段時(shí)間后靜置，取上層清液分析銅元素的含量。結(jié)果表明：廢水中銅含量降到72mg/L。引導(dǎo)學(xué)生自主完善電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)模型，自主運(yùn)用認(rèn)識(shí)模型分析和解決問(wèn)題，初步培養(yǎng)依據(jù)“綠色化學(xué)”思想對(duì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)的能力。【環(huán)節(jié)三】說(shuō)明論證從定量角度分析兩方案能否使廢水中的Cu2+達(dá)標(biāo)，說(shuō)明理由，對(duì)方案進(jìn)行優(yōu)化和評(píng)價(jià)。方案一：向廢水中加入NaOH，調(diào)節(jié)廢水的pH至6.7（已知：10-6.7=2×10-7）方案二：向廢水中加入一定量的FeS，然后調(diào)節(jié)pH至6~7結(jié)合資料卡片，對(duì)“異?，F(xiàn)象”進(jìn)行分析解釋?zhuān)瑑?yōu)選實(shí)驗(yàn)條件。引導(dǎo)學(xué)生自主完善水溶液?jiǎn)栴}的分析思路，強(qiáng)化從定量的角度進(jìn)行分析的意識(shí)，提升從Qc與K的關(guān)系角度分析離子平衡問(wèn)題的能力，建立基于“綠色化學(xué)”思想分析評(píng)價(jià)方案的角度。【環(huán)節(jié)四】方案設(shè)計(jì)結(jié)合文獻(xiàn)，小組合作設(shè)計(jì)、展示、評(píng)價(jià)并優(yōu)化綜合廢水處理方案。培養(yǎng)學(xué)生接受、吸收、整合信息的能力，提升學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)分析和解決實(shí)際問(wèn)題的能力?！经h(huán)節(jié)五】反思評(píng)價(jià)分析電鍍工業(yè)園的真實(shí)處理方案，對(duì)本組的設(shè)計(jì)方案進(jìn)行評(píng)價(jià)和反思。對(duì)比本組方案和真實(shí)方案，找出差異，自主反思，完善基于“綠色化學(xué)”思想的水溶液?jiǎn)栴}和電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)模型?！经h(huán)節(jié)六】創(chuàng)新遷移依據(jù)文獻(xiàn)資料設(shè)計(jì)電浮選凝聚法的裝置。電浮選凝聚法是工業(yè)上的一種污水處理方法，利用電解的方法產(chǎn)生Fe(OH)3和氣體。Fe(OH)3具有吸附性，可吸附污物沉積下來(lái)，電解產(chǎn)生的氣泡粒徑和密度較小，對(duì)雜質(zhì)的浮載能力較強(qiáng)。大量氣泡把污水中的懸浮物帶到水面，形成浮渣層，積累到一定厚度時(shí)刮去。結(jié)合VR資源，理解裝置的工作原理。能根據(jù)資料、實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象等信息，分析解釋實(shí)驗(yàn)原理。并能基于“綠色化學(xué)”思想評(píng)價(jià)裝置。3．板書(shū)設(shè)計(jì)第一課時(shí)第二第一課時(shí)第二課時(shí)【持續(xù)性評(píng)價(jià)】序號(hào)評(píng)價(jià)目標(biāo)評(píng)價(jià)內(nèi)容評(píng)價(jià)方式1能否自主電化學(xué)問(wèn)題認(rèn)識(shí)模型進(jìn)行分析，“綠色化學(xué)”的角度是否完善1.能否主動(dòng)從電化學(xué)原理正確解釋方案2.能否能從綠色化學(xué)思想評(píng)價(jià)方案活動(dòng)表現(xiàn)評(píng)價(jià)：通過(guò)學(xué)生表述進(jìn)行評(píng)價(jià)。2是否具有定量意識(shí)、平衡思想和“綠色化學(xué)”理念1.能否從定量角度分析方案可行性。2.能否從動(dòng)態(tài)、平衡的角度分析方案3.能否從經(jīng)濟(jì)、安全等綠色化學(xué)角度評(píng)價(jià)、改進(jìn)方案。活動(dòng)表現(xiàn)評(píng)價(jià)：通過(guò)學(xué)生選擇的方案、闡述的理由進(jìn)行評(píng)價(jià)3是否具有結(jié)合文獻(xiàn)處理復(fù)雜綜合問(wèn)題的能力1.能否有效接受、吸收、整合信息。2.能否綜合考慮選取合適的試劑或方法，設(shè)計(jì)符合綠色化學(xué)理念的綜合方案活動(dòng)表現(xiàn)評(píng)價(jià)：通過(guò)設(shè)計(jì)的流程圖和闡述的理由進(jìn)行評(píng)價(jià)?！窘虒W(xué)反思】在教學(xué)過(guò)程中，素材被多角度地使用，知識(shí)的復(fù)習(xí)和鞏固是在實(shí)際問(wèn)題解決中自然完成的，沒(méi)有生硬的感覺(jué)。知識(shí)邏輯和問(wèn)題解決邏輯交叉推進(jìn)課堂，形成合力，最終實(shí)質(zhì)性地對(duì)學(xué)生的學(xué)習(xí)產(chǎn)生貢獻(xiàn)，避免了使情境只作為引入的表層作用。在課堂的持續(xù)性評(píng)價(jià)過(guò)程中，學(xué)生通過(guò)小組討論、匯報(bào)展示、組間評(píng)價(jià)等活動(dòng)外顯思維過(guò)程，引發(fā)自主反思，逐漸完善水溶液?jiǎn)栴}和電化學(xué)問(wèn)題的認(rèn)識(shí)模型，形成基于“綠色化學(xué)”思想分析解決實(shí)際問(wèn)題的角度，形成完善的分析思路與方法。例如，在第二課時(shí)，設(shè)計(jì)含Cr2O72-的處理方案時(shí)，學(xué)生結(jié)合生物學(xué)知識(shí)，創(chuàng)新性地提出用乙醇還原Cr2O72-的想法，同時(shí)提出還要綜合考慮乙醇價(jià)格、反應(yīng)的速率及進(jìn)行程度、產(chǎn)物是否會(huì)引起二次污染等問(wèn)題；在設(shè)計(jì)Ni2+的處理方案時(shí)，也會(huì)提出先用微電解法預(yù)處理廢水，回收金屬Ni，溶出的Fe2+可以形成具有吸附混凝效果的膠粒，再結(jié)合沉淀法使Ni2+含量達(dá)標(biāo)。在課后對(duì)學(xué)生進(jìn)行了后測(cè)和訪談?？梢园l(fā)現(xiàn)，在處理酸性含鉻廢水時(shí)，學(xué)生能夠依據(jù)題中給出的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析電極反應(yīng)，突破“只有陽(yáng)離子在陰極放電”的思維定式，能用正確的化學(xué)用語(yǔ)解釋?zhuān)⒛茴A(yù)測(cè)后續(xù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。說(shuō)明學(xué)生深刻理解了“電化學(xué)裝置是對(duì)氧化還原反應(yīng)的高端設(shè)計(jì)，本質(zhì)是氧化還原反應(yīng)”。在準(zhǔn)備該主題教學(xué)內(nèi)容時(shí)，教師事先查閱了大量文獻(xiàn)，篩選素材，最終選定了“廢水處理與再利用”這個(gè)主題作為實(shí)際問(wèn)題情境；而后又深入研究，挖掘“廢水處理”這一素材，分析其中承載的化學(xué)核心知識(shí)（電化學(xué)基礎(chǔ)、離子平衡等）以及這些知識(shí)在發(fā)展學(xué)生認(rèn)識(shí)和提升學(xué)生素養(yǎng)方面的功能與價(jià)值；接下來(lái)進(jìn)一步分析廢水處理工藝流程和方法，明確“綠色化學(xué)”認(rèn)識(shí)角度的要素（安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)），設(shè)計(jì)出契合學(xué)生水平的具體任務(wù)與學(xué)習(xí)活動(dòng)。這些舉措將教師設(shè)計(jì)教學(xué)的過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榱丝蒲羞^(guò)程，教師以研究者的身份和心態(tài)面對(duì)眼前的任務(wù)，能使教師潛心研究，深入思考，反復(fù)打磨，靜心雕琢，收獲的成果一定是精品！在此過(guò)程中，教師提升教學(xué)理念，從關(guān)注教師的教轉(zhuǎn)變?yōu)閷W(xué)生的學(xué)，進(jìn)而轉(zhuǎn)變?yōu)殛P(guān)注“教-學(xué)-評(píng)”的一體化；教師的教學(xué)設(shè)計(jì)與研究能力、駕馭課堂的能力都得到長(zhǎng)足發(fā)展，專(zhuān)業(yè)素養(yǎng)也大幅提升?！緦?zhuān)家點(diǎn)評(píng)】1.本節(jié)課以“廢水處理與再利用”的實(shí)際情境為背景，以真實(shí)的復(fù)雜問(wèn)題解決為核心任務(wù)，設(shè)置層層遞進(jìn)的學(xué)生活動(dòng)，通過(guò)學(xué)生的匯報(bào)展示，引導(dǎo)學(xué)生相互評(píng)價(jià)，促使學(xué)生自主反思，完善水溶液?jiǎn)栴}和電化學(xué)問(wèn)題的兩個(gè)認(rèn)識(shí)模型，并將兩個(gè)模型進(jìn)行整合，結(jié)合“綠化化學(xué)”角度，建立解決真實(shí)復(fù)雜問(wèn)題的一般思路和方法，在此過(guò)程中不斷整合發(fā)展學(xué)生的多項(xiàng)學(xué)科核心素養(yǎng)。2.學(xué)生活動(dòng)和任務(wù)的設(shè)計(jì)是基于前測(cè)的結(jié)果，學(xué)習(xí)目標(biāo)直指學(xué)生前期學(xué)習(xí)中的漏洞，聚焦關(guān)鍵問(wèn)題解決。學(xué)生通過(guò)完成活動(dòng)，可以自主反思，小組合作解決學(xué)習(xí)中的問(wèn)題