以史为鉴素养导向：《钠、镁及其化合物》单元化学史教学设计探索

以史为鉴，素养导向：《钠、镁及其化合物》单元化学史教学设计探索一、引言1.1研究背景与意义在当今教育改革不断深化的时代背景下，核心素养已然成为教育领域的关键理念，引领着教育目标与教学方式的深刻变革。核心素养着重培养学生适应终身发展和社会发展所需的必备品格与关键能力，涵盖知识、技能、情感、态度、价值观等多个维度，其重要性不言而喻。它不仅是学生在未来社会立足与发展的基石，更是推动社会进步与创新的动力源泉。在快速变迁的现代社会中，具备核心素养的学生能够更好地应对复杂多变的挑战，灵活运用所学知识解决实际问题，展现出强大的适应能力和创新精神。化学学科作为自然科学的重要分支，在培养学生核心素养方面肩负着独特使命。化学知识与生活、生产、科技等领域紧密相连，通过化学学习，学生能够深入理解物质的组成、结构、性质及其变化规律，掌握科学探究的方法与技能，形成严谨的科学思维和实事求是的科学态度。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、科学态度与社会责任等五个维度，这五个维度相互关联、层层递进，共同构建起学生化学学科核心素养的培养体系。将化学史融入化学教学，为实现核心素养的培养目标开辟了一条崭新路径。化学史宛如一部波澜壮阔的科学史诗，记录了化学学科从萌芽到发展的漫长历程，其中蕴含着丰富的学科知识、深邃的科学思想、严谨的科学方法以及科学家们勇于探索、追求真理的崇高精神。正如著名化学家傅鹰先生所说：“化学给人以知识，化学史给人以智慧。”在教学中融入化学史，能够为学生呈现知识的产生与发展过程，帮助他们深刻理解化学知识的本质与内涵，而非仅仅停留在机械记忆层面。以原子结构模型的发展为例，从道尔顿的实心球模型到汤姆生的葡萄干布丁模型，再到卢瑟福的核式结构模型，直至现代量子力学模型，这一历史演变过程生动地展现了人类对原子结构认识的逐步深化，学生通过了解这段历史，不仅能够掌握原子结构的相关知识，更能体会到科学发展的曲折性与创新性，学会用发展的眼光看待科学问题。以《钠、镁及其化合物》单元为例展开化学史教学设计研究，具有重要的理论与实践价值。从理论层面来看，《钠、镁及其化合物》作为高中化学的重要基础知识，是学生构建化学知识体系的关键环节。深入研究该单元的化学史教学设计，能够丰富和完善化学史融入化学教学的理论体系，为其他化学知识模块的教学提供有益借鉴与参考。从实践层面而言，本单元内容涉及钠、镁及其化合物的性质、制备、应用等多个方面，与生活实际和工业生产密切相关。通过融入化学史进行教学，能够将抽象的化学知识转化为生动有趣的历史故事，激发学生的学习兴趣与主动性，让学生在历史情境中感受化学的魅力与价值。在学习钠与水的反应时，引入戴维发现钠的历史背景，讲述戴维如何通过电解熔融苛性钠首次制得金属钠，并在实验中观察到钠与水剧烈反应的奇妙现象，学生在了解这一历史过程后，会对钠的性质产生更浓厚的探究欲望，进而积极参与课堂讨论与实验探究，提高学习效果。同时，还能帮助学生理解化学知识在实际生产生活中的应用，培养学生的实践能力与创新精神，使学生深刻认识到化学学科对社会发展的重要贡献，增强学生的社会责任感与使命感。1.2研究目的与方法本研究旨在深入探究核心素养视角下化学史在《钠、镁及其化合物》单元教学中的应用，通过理论与实践相结合的方式，探索出一套切实可行的教学模式与方法，以实现化学史与化学教学的深度融合，有效提升学生的化学学科核心素养。具体而言，一是通过对化学史相关教育理论的深入研究，明确化学史在培养学生核心素养方面的独特价值与作用机制，为教学实践提供坚实的理论支撑；二是精心设计并实施基于化学史的《钠、镁及其化合物》单元教学案例，通过教学实践检验教学方法的有效性与可行性，观察学生在知识掌握、能力提升、情感态度价值观形成等方面的变化与发展；三是分析教学实践过程中出现的问题与不足，总结经验教训，提出针对性的改进策略与建议，为广大化学教师在教学中融入化学史提供有益的参考与借鉴。为达成上述研究目的，本研究综合运用多种研究方法。文献研究法是重要的研究手段之一，通过广泛查阅国内外关于核心素养、化学史教育以及《钠、镁及其化合物》教学等方面的文献资料，梳理相关研究的现状与发展趋势，深入了解化学史教育的理论基础、教学模式和实践经验，为研究提供全面的理论支持与研究思路启发。案例分析法也是本研究的关键方法，选取典型的基于化学史的《钠、镁及其化合物》教学案例进行深入剖析，包括教学目标的设定、教学内容的组织、教学方法的运用以及教学评价的实施等方面，详细分析案例中的成功经验与存在的问题，总结教学实践中的规律与启示，为后续的教学实践提供直接的参考范例。1.3国内外研究现状在国际教育领域，核心素养的研究起步较早且成果丰硕。经济合作与发展组织（OECD）于1997年启动“素养的界定与遴选：理论和概念基础”项目，率先对核心素养进行系统研究，将核心素养定义为个体在知识、技能和态度方面具备的基本素养，是其在各个领域中的综合表现，涵盖批判性思维能力、创造力、沟通能力、合作能力等多个关键能力，并强调核心素养应具备基础性、普遍性、发展性和时代性等特点，为后续研究奠定了重要基础。美国在核心素养研究方面也颇具代表性，其核心素养体系强调批判性思维、问题解决等能力的培养，注重学生个体在多元文化环境中的适应能力，通过制定详细的课程标准和教学指南，将核心素养的培养融入到各个学科教学中，在化学教学中，倡导探究式学习、项目式学习等教学模式，以培养学生的创新精神和实践能力。化学史教学在国外同样受到广泛关注。国外学者早在几十年前就开始研究化学史教育，认为化学史不仅是化学知识的编年史，更是科学思想、科学方法和科学精神的传承史。通过对化学史的研究，学生可以深入了解化学学科的发展历程、化学思想和化学方法的演变以及化学家的贡献和成就，从而提高学生对化学学科的理解和认识，培养学生的科学精神和创新能力。在教学实践中，国外教师常采用多样化的教学方法融入化学史，如利用化学史故事创设教学情境、组织学生开展化学史主题的探究活动等，激发学生的学习兴趣和主动性。在国内，随着教育改革的不断深化，核心素养逐渐成为教育研究与实践的核心议题。我国核心素养体系以培养学生的终身学习能力和可持续发展能力为目标，更加强调社会主义核心价值观的培养，注重学生的社会责任感和集体主义精神。在化学学科中，《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出了化学学科核心素养的五个维度，为化学教学指明了方向，推动了化学教学从知识传授向素养培养的转变。国内化学史教学的研究与实践也在逐步发展。众多学者对化学史教学的理论与实践进行了深入探讨，研究内容涉及化学史在课程设置中的作用、如何将化学史教育融入实际教学以及化学史教学的评价方法等方面。有研究表明，化学史教学有助于提高学生的学习兴趣和积极性，增强学生的科学意识和探究精神，拓宽学生的视野和思维方式，促进学生全面发展。在教学实践中，教师们尝试将化学史融入课堂教学的各个环节，如在概念教学中呈现概念形成发展过程，在教学素材中作为课堂教学的情境引入、过渡等，取得了一定的教学效果。然而，目前国内外关于核心素养下化学史教学的研究仍存在一些不足之处。一方面，在教学实践中，化学史内容与现有教材的整合不够紧密，部分教师在运用化学史进行教学时，未能充分挖掘化学史与教学内容的内在联系，导致化学史的融入显得生硬、牵强，无法有效发挥其培养学生核心素养的作用。另一方面，教学方法相对单一，大多停留在讲述化学史故事的层面，缺乏多样化、创新性的教学方法和手段，难以满足学生多样化的学习需求，无法充分激发学生的学习兴趣和主动性。此外，对于化学史教学效果的评价，缺乏科学有效的评价机制，难以全面、准确地评估学生在知识、能力、情感态度价值观等方面的发展与提升。本研究的创新点在于，以《钠、镁及其化合物》这一具体单元为切入点，深入挖掘其中的化学史素材，并将其与核心素养的培养目标紧密结合，精心设计一系列具有针对性和可操作性的教学活动。通过创设真实的历史情境，引导学生在解决实际问题的过程中，深入理解化学知识，掌握科学探究方法，培养科学思维和创新能力，实现化学史与化学教学的深度融合。同时，构建基于核心素养的化学史教学评价体系，从多个维度对教学效果进行全面、科学的评价，为教学的改进和优化提供有力依据。二、核心素养与化学史教学相关理论2.1核心素养的内涵核心素养是学生在接受相应学段教育过程中，逐步形成的适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格与关键能力。它并非孤立的知识或技能，而是知识、技能、情感、态度、价值观等多方面的综合体现，具有综合性、整体性和发展性的特点。核心素养的提出，旨在引导教育从单纯的知识传授转向对学生全面发展的关注，使学生不仅具备扎实的学科知识，更拥有良好的思维品质、创新能力、合作精神以及社会责任感，以更好地应对未来社会的挑战。化学学科核心素养是核心素养在化学学科领域的具体体现，它反映了化学学科的本质特征和育人价值。《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确提出了化学学科核心素养的五个维度，这五个维度相互关联、相辅相成，共同构成了化学学科核心素养的体系。宏观辨识与微观探析是化学学科核心素养的基础维度。它要求学生能够从宏观和微观相结合的视角来认识物质及其变化。在宏观层面，学生需要通过观察、实验等手段，识别物质的形态、颜色、气味等物理性质以及物质之间发生化学反应时产生的现象，如发光、发热、产生气体、生成沉淀等，从而对物质及其变化进行初步的判断和分类。以金属钠为例，学生通过观察可以了解钠的银白色金属光泽、质地柔软等宏观性质，以及钠与水反应时剧烈的现象，如钠浮在水面上、迅速熔化成一个闪亮的小球、四处游动并发出嘶嘶声等。在微观层面，学生要深入理解物质的组成、结构和性质之间的关系，运用原子、分子、离子等微观粒子的概念来解释宏观现象。对于钠与水的反应，学生需要从微观角度认识到钠原子失去电子变成钠离子，水分子得到电子生成氢气和氢氧根离子，从而揭示反应的本质。通过宏观辨识与微观探析，学生能够建立起对化学世界的全面认识，理解化学现象背后的微观机制，形成“结构决定性质，性质决定用途”的化学观念。变化观念与平衡思想体现了化学学科对物质变化规律的深刻认识。学生需要认识到物质是不断运动和变化的，化学变化是有条件的，并且遵循一定的规律。在化学反应中，物质的组成和结构发生改变，同时伴随着能量的转化。学生要理解化学反应的本质是旧化学键的断裂和新化学键的形成，以及化学反应过程中的能量变化与化学键的关系。以酸碱中和反应为例，学生应明白酸和碱在溶液中发生反应，氢离子和氢氧根离子结合生成水分子，这是一个自发进行的反应，同时伴随着热量的释放。化学变化还存在一定的限度，许多化学反应是可逆的，在一定条件下会达到化学平衡状态。学生需要理解化学平衡的概念，认识到当正反应速率和逆反应速率相等时，反应达到平衡，此时各物质的浓度不再发生变化。并且能够运用勒夏特列原理等知识，分析外界条件（如温度、压强、浓度等）对化学平衡的影响。在合成氨工业中，通过控制温度、压强和反应物浓度等条件，可以使合成氨的反应朝着有利于生成氨气的方向进行，提高氨气的产率。变化观念与平衡思想有助于学生从动态、发展的角度看待化学变化，培养学生运用化学原理解决实际问题的能力。证据推理与模型认知是化学学科核心素养的重要思维维度。证据推理要求学生基于证据对物质的组成、结构及其变化提出可能的假设，并通过分析推理加以证实或证伪。在化学学习和研究中，实验现象、数据、化学史实等都是重要的证据。学生需要学会收集、整理和分析这些证据，运用逻辑推理的方法得出合理的结论。在探究氯气的性质时，学生通过实验观察到氯气能使湿润的有色布条褪色，而不能使干燥的有色布条褪色，由此可以推断出氯气与水反应生成了具有漂白性的物质。模型认知则是指学生能够运用模型来解释化学现象，揭示现象的本质和规律。化学模型包括物质结构模型、化学反应机理模型、化学平衡模型等。例如，原子结构模型从道尔顿的实心球模型到现代的量子力学模型，逐步完善和发展，帮助学生更好地理解原子的结构和性质。学生通过学习和构建这些模型，能够将抽象的化学知识形象化、具体化，提高对化学知识的理解和应用能力，培养科学思维和创新精神。科学探究与创新意识是培养学生实践能力和创新精神的关键维度。科学探究是学生获取化学知识、认识和解决化学问题的重要途径。它包括提出问题、作出假设、设计实验、进行实验、收集证据、解释与结论、反思与评价等环节。在化学教学中，教师应引导学生积极参与科学探究活动，培养学生发现问题、解决问题的能力。在探究金属活动性顺序的实验中，学生可以提出“不同金属的活动性顺序是怎样的？”的问题，然后作出假设，设计实验方案，如将不同金属分别放入相同浓度的酸溶液中，观察反应的剧烈程度，收集实验数据和现象，最后得出结论。在探究过程中，学生要学会与他人合作交流，分享自己的观点和经验，同时也要尊重他人的意见和建议。创新意识则鼓励学生敢于突破传统思维的束缚，大胆提出新的问题、新的假设和新的实验方案。学生在科学探究的基础上，要善于思考和总结，尝试从不同的角度去解决问题，培养创新思维和实践能力。科学家们在化学研究中不断创新，如门捷列夫发现元素周期律，就是在对大量化学事实进行研究和分析的基础上，突破传统思维，提出了元素周期表的模型，为化学学科的发展做出了巨大贡献。科学精神与社会责任体现了化学学科对学生价值观和社会责任感的培养要求。科学精神包括严谨求实、勇于探索、追求真理、敢于质疑等品质。在化学学习和研究中，学生要秉持严谨的科学态度，尊重实验事实和数据，不弄虚作假。对于化学理论和实验结果，要敢于质疑和挑战，通过科学探究去验证和完善。科学家们在探索化学世界的过程中，面对无数的困难和挫折，始终保持着严谨求实、勇于探索的科学精神，如居里夫人发现镭元素的过程，经历了无数次的实验失败，但她始终坚持不懈，最终取得了成功。社会责任则要求学生认识到化学科学对人类社会发展的重要贡献，同时也要关注化学科学在应用过程中可能带来的环境、健康等问题，树立可持续发展的意识和绿色化学的理念。学生要能够运用所学的化学知识，对与化学有关的社会热点问题做出正确的价值判断和决策。在学习了环境保护相关的化学知识后，学生应认识到化学工业对环境的影响，积极倡导绿色化学工艺，减少污染物的排放，为保护环境贡献自己的力量。2.2化学史教学的教育价值化学史教学具有多方面的教育价值，在激发学生学习兴趣、帮助学生理解知识、培养科学思维和创新能力以及提升人文素养等方面发挥着重要作用。化学史能有效激发学生的学习兴趣，使化学课堂变得生动有趣。化学发展历程中充满了许多引人入胜的故事，如凯库勒在梦中悟出苯的环状结构，这一传奇经历将枯燥的化学知识转化为生动的故事，瞬间吸引学生的注意力，激发他们对化学知识的强烈好奇心和探索欲望，使学生不再将学习化学视为一种负担，而是主动去追求知识。又如拉瓦锡通过定量实验推翻“燃素说”，建立科学的“燃烧氧化学说”的过程，充满了挑战与突破，学生在了解这一历史事件时，会被科学家的勇气和智慧所感染，从而对化学学习产生浓厚兴趣，主动参与到课堂学习中，积极思考和探索化学问题。在理解知识方面，化学史能帮助学生深入理解知识的发展历程，把握知识的本质。以原子结构模型的发展为例，从道尔顿的实心球模型到汤姆生的葡萄干布丁模型，再到卢瑟福的核式结构模型，最后到现代量子力学模型，每一次模型的变革都伴随着科学实验的新发现和理论的重大突破。学生通过学习这段历史，能够清晰地看到人类对原子结构的认识是如何逐步深化的，理解每个模型的特点和局限性，从而更好地掌握原子结构的相关知识，认识到科学知识不是一成不变的，而是在不断发展和完善的。在学习元素周期律时，了解门捷列夫发现元素周期律的过程，他不仅根据原子量的大小排列元素，还大胆预言了一些当时尚未发现的元素的性质，后来这些预言都被一一证实。学生通过了解这一历史过程，能深刻理解元素周期律的本质和意义，明白科学研究需要严谨的态度和大胆的创新精神。科学思维和创新能力的培养是化学史教学的重要价值之一。化学史上众多科学家的研究过程蕴含着丰富的科学思维方法，如观察、实验、假设、推理、验证等。科学家们在面对未知的化学现象时，通过细致的观察和实验获取证据，然后提出合理的假设，并通过进一步的实验和推理来验证假设。学生在学习化学史的过程中，能够亲身感受这些科学思维方法的应用，学会运用科学思维去分析和解决问题。戴维在发现钠的过程中，通过电解熔融苛性钠的实验，观察到奇特的现象，并对这些现象进行深入分析和推理，最终成功制得金属钠。学生了解这一过程后，能够学习到戴维的科学思维方法，培养自己的观察能力、分析能力和推理能力。化学史还能培养学生的创新能力，许多科学家敢于突破传统观念的束缚，提出创新性的理论和方法。阿累尼乌斯提出电离理论时，遭到了当时许多著名科学家的反对，但他不屈不挠，通过大量实验数据来充实自己的理论，最终使电离理论得到广泛认可。学生在学习这一历史事件时，能够受到科学家创新精神的鼓舞，培养自己敢于质疑、勇于创新的意识和能力。化学史教学还具有提升学生人文素养的价值。化学史不仅是科学知识的发展历程，还蕴含着科学家们的科学精神、科学态度以及他们对社会的责任感。科学家们在追求真理的道路上，面对无数的困难和挫折，始终保持着严谨求实、勇于探索、追求真理的科学精神。居里夫人在极其艰苦的条件下，经过多年的努力，终于发现了镭元素，她的这种坚韧不拔的精神激励着学生在学习和生活中勇于面对困难，坚持不懈地追求自己的目标。科学家们在研究过程中还展现出了高度的社会责任感，他们的研究成果推动了社会的进步和发展。侯德榜发明联合制碱法，不仅提高了纯碱的生产效率，还降低了生产成本，为我国的化学工业做出了巨大贡献。学生通过学习这些历史事件，能够培养自己的社会责任感和使命感，树立正确的价值观和人生观。2.3核心素养与化学史教学的内在联系核心素养与化学史教学之间存在着紧密而内在的联系，二者相互促进、相辅相成。化学史作为化学学科发展的生动记录，为核心素养的培养提供了丰富且真实的情境与素材，而核心素养则为化学史教学指明了方向，引导着教学目标的设定与教学活动的有效开展。化学史为核心素养培养提供了不可或缺的情境和素材。在宏观辨识与微观探析方面，化学史中的众多实例能帮助学生从宏观和微观相结合的视角理解化学知识。以原子结构模型的发展历程为例，从道尔顿基于宏观物质的质量关系提出实心球原子模型，到汤姆生通过阴极射线实验发现电子后提出葡萄干布丁模型，再到卢瑟福通过α粒子散射实验这一宏观实验现象，推理出原子的核式结构模型，以及后续玻尔提出核外电子分层排布模型和现代量子力学模型。学生通过了解这一历史发展过程，能够从宏观实验现象深入到微观原子结构的探析，深刻理解原子结构从简单到复杂、从表象到本质的认识过程，从而建立起宏观与微观相联系的思维方式，提升宏观辨识与微观探析的核心素养。在变化观念与平衡思想的培养上，化学史同样发挥着重要作用。化学史上关于化学反应的研究，如勒夏特列原理的发现过程，就生动地体现了变化观念与平衡思想。19世纪，化学家们在研究化学反应时，发现许多反应存在一定的限度，并且外界条件的改变会对反应的平衡状态产生影响。勒夏特列通过大量的实验研究和理论分析，总结出了勒夏特列原理：如果改变影响平衡的一个条件（如浓度、压强或温度等），平衡就向能够减弱这种改变的方向移动。学生了解这一历史过程，能够深刻认识到化学反应是动态变化的，存在平衡状态，且这种平衡可以通过改变条件来调控，从而形成变化观念与平衡思想。化学史中的科学探究实例是培养学生证据推理与模型认知核心素养的优质素材。门捷列夫发现元素周期律的过程堪称典范。门捷列夫在研究元素性质时，收集了大量元素的物理性质、化学性质以及原子量等数据，并对这些数据进行了深入分析和整理。他基于这些证据，大胆提出元素的性质随着原子量的递增而呈现周期性变化的假设，并通过不断地验证和完善，最终建立了元素周期表这一重要的化学模型。学生学习这一历史事件，能够体会到科学家如何基于证据进行推理，提出假设并建立模型，从而掌握证据推理与模型认知的方法，提升这一核心素养。化学史中科学家们的探索历程和创新成果，对于培养学生的科学探究与创新意识具有重要的启发作用。阿累尼乌斯提出电离理论的过程充满了挑战与创新。当时，科学界对于电解质在溶液中的行为存在诸多争议，阿累尼乌斯通过大量的实验研究，发现电解质在溶液中会发生电离，产生自由移动的离子。他的这一理论在当时遭到了许多科学家的反对，但他不屈不挠，继续深入研究，用更多的实验证据来支持自己的理论。学生了解这一历史，能够感受到科学家勇于创新、敢于质疑的精神，激发自己的科学探究与创新意识，在学习中积极探索、勇于提出新的观点和方法。化学史中蕴含的科学家的科学精神和社会责任感，为培养学生的科学精神与社会责任核心素养提供了榜样。居里夫人在艰苦的条件下，经过多年的努力，发现了镭元素。她不仅在科学研究上取得了巨大的成就，还将自己的研究成果无私地奉献给了社会，为医学和科学的发展做出了重要贡献。她在研究过程中所展现出的严谨求实、勇于探索的科学精神，以及对社会的责任感，深深地感染着学生，激励他们树立正确的科学价值观，培养科学精神与社会责任。核心素养也引导着化学史教学目标的设定和教学活动的开展。在教学目标设定方面，基于核心素养的要求，化学史教学不再仅仅局限于知识的传授，更注重学生能力和素养的培养。在教授《钠、镁及其化合物》单元时，结合核心素养，教学目标可以设定为：通过了解钠、镁及其化合物的发现历史，培养学生的证据推理能力，让学生学会从历史资料中提取有效信息，推断物质的性质和用途；通过模拟科学家的实验探究过程，培养学生的科学探究与创新意识，让学生在实验中提出问题、设计方案、进行实验并得出结论；通过探讨钠、镁及其化合物在实际生产生活中的应用，培养学生的科学精神与社会责任，让学生认识到化学科学对社会发展的重要贡献，以及合理使用化学物质的重要性。在教学活动开展方面，核心素养指导教师采用多样化的教学方法和手段，充分挖掘化学史的教育价值。教师可以运用情境教学法，创设与化学史相关的教学情境，如模拟化学实验室场景，让学生扮演历史上的化学家，进行钠、镁及其化合物性质的探究实验，使学生身临其境，感受化学史的魅力，提高学生的学习兴趣和参与度。还可以组织小组合作学习，让学生分组研究化学史中关于钠、镁及其化合物的相关资料，共同探讨问题，培养学生的合作能力和沟通能力。此外，开展项目式学习也是一种有效的教学方式，例如让学生以“钠、镁及其化合物的历史与应用”为主题，进行项目研究，学生需要收集资料、整理信息、分析问题并撰写研究报告，在这个过程中，学生的综合素养得到了全面提升。三、《钠、镁及其化合物》单元内容分析3.1课程标准要求《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》对《钠、镁及其化合物》单元提出了明确且具体的要求，这些要求涵盖了知识与技能、过程与方法、情感态度与价值观等多个维度，为教学活动的开展指明了方向，具有重要的指导意义。在知识层面，要求学生了解钠、镁等金属的物理性质，包括颜色、状态、密度、熔点、硬度等方面的特征。学生需要明确钠是一种银白色、质地柔软、密度比水小、熔点较低的金属，而镁则是银白色、密度较小、质地相对较软的金属。掌握钠、镁的化学性质是该单元的核心知识要求之一，学生要理解钠、镁与氧气、水、酸等物质的化学反应，如钠与氧气在常温下反应生成氧化钠，加热时则生成过氧化钠；钠与水剧烈反应，生成氢氧化钠和氢气；镁与氧气燃烧发出耀眼白光，生成氧化镁，与酸反应产生氢气等。对于钠、镁化合物，学生需熟悉其重要化合物的性质与用途，如氧化钠、过氧化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氧化镁、氯化镁等。了解过氧化钠可作为呼吸面具和潜水艇中的供氧剂，碳酸钠和碳酸氢钠在日常生活和工业生产中的广泛应用，如碳酸钠用于玻璃、造纸、纺织等工业，碳酸氢钠可用于食品发酵、治疗胃酸过多等。在技能方面，强调学生通过实验探究来获取知识和提升能力。学生要学会设计实验方案，以探究钠、镁及其化合物的性质。在探究钠与水的反应时，学生可以设计实验观察钠在水中的运动状态、反应剧烈程度、溶液颜色变化等现象，从而推断钠的性质。能够正确进行实验操作，熟练使用常见的实验仪器，如试管、烧杯、酒精灯、坩埚钳等，准确记录实验数据和现象，并对实验结果进行分析和解释。在进行镁条在二氧化碳中燃烧的实验时，学生要规范操作，观察并记录镁条燃烧的现象，如发出耀眼白光、生成白色固体和黑色颗粒等，进而分析反应的产物和原理。从过程与方法角度来看，课程标准注重培养学生的科学思维和探究能力。学生要学会运用分类、比较、归纳等方法对钠、镁及其化合物的知识进行整理和总结。将钠、镁与其他金属进行比较，分析它们在性质上的异同点，从而归纳出金属的通性和钠、镁的特性。通过对实验现象的观察和分析，培养学生的逻辑推理能力和问题解决能力。在观察到钠与水反应的现象后，学生要能够运用所学知识，推理出反应的本质和产物，解释产生这些现象的原因。鼓励学生开展自主学习和合作学习，在学习过程中积极思考、勇于质疑，培养创新精神和实践能力。在探究碳酸钠和碳酸氢钠的性质差异时，学生可以分组进行实验探究，共同讨论实验方案和结果，分享彼此的观点和见解。在情感态度与价值观方面，课程标准要求学生认识到化学科学对人类社会发展的重要贡献，培养学生的科学精神和社会责任感。通过了解钠、镁及其化合物在工业生产、日常生活、医疗保健等领域的广泛应用，学生能够深刻体会到化学与生活的紧密联系，认识到化学科学对推动社会进步和提高人类生活质量的重要作用。在学习过程中，培养学生严谨求实、勇于探索的科学精神，尊重实验事实和数据，不弄虚作假。当实验结果与预期不符时，学生要认真分析原因，通过反复实验和探究来寻找答案。同时，引导学生关注化学科学在应用过程中可能带来的环境、健康等问题，树立可持续发展的意识和绿色化学的理念。在学习镁的提取过程时，让学生思考如何减少生产过程中的环境污染，提高资源利用率，培养学生的环保意识和社会责任感。3.2教材内容梳理在《钠、镁及其化合物》这一单元中，教材对钠、镁及其化合物的编排具有系统性和逻辑性，从单质到化合物，从性质到应用，逐步引导学生深入理解这部分知识。教材首先呈现了钠的物理性质，如钠是一种银白色、有金属光泽的固体，质地柔软，密度比水小，熔点较低，具有良好的导电性和导热性。在化学性质方面，详细阐述了钠与氧气、水、酸等物质的反应。钠与氧气在常温下反应生成氧化钠，加热时则生成过氧化钠，通过对比这两个反应，让学生认识到反应条件对化学反应的影响。钠与水的反应是该部分的重点内容，教材通过实验现象的描述，如钠浮在水面上、迅速熔化成一个闪亮的小球、四处游动并发出嘶嘶声、溶液变红等，引导学生分析反应的本质，即钠与水反应生成氢氧化钠和氢气，从而培养学生的观察能力和分析问题的能力。对于钠的化合物，重点介绍了氧化钠、过氧化钠、碳酸钠和碳酸氢钠。氧化钠是一种碱性氧化物，能与水、酸等反应；过氧化钠则具有特殊的性质，它与水和二氧化碳反应都能生成氧气，这一性质使其在呼吸面具和潜水艇中有着重要的应用。碳酸钠和碳酸氢钠的性质对比是教学的一个难点，教材从它们的物理性质（如溶解性、颜色、状态等）、化学性质（与酸反应的速率、热稳定性等）以及在生活中的应用等方面进行了详细的比较，帮助学生清晰地区分这两种物质。在镁的相关内容编排上，同样先介绍了镁的物理性质，如镁是银白色固体，密度较小，质地柔软，是电和热的良导体，镁合金的硬度和强度较大。在化学性质方面，讲解了镁与氧气、酸、水以及二氧化碳等物质的反应。镁在氧气中燃烧发出耀眼的白光，生成氧化镁；与酸反应产生氢气；与水反应相对钠与水反应较为缓和。镁在二氧化碳中燃烧的反应则是镁化学性质的一个特殊体现，通过这个反应，让学生认识到燃烧不一定需要氧气，拓展了学生对燃烧概念的理解。对于镁的提取，教材详细阐述了从海水中提取镁的原理和过程，包括沉淀剂的选择（利用海边丰富的贝壳制得氢氧化钙作为沉淀剂）、镁离子的富集（先浓缩海水再加沉淀剂）以及通过电解熔融氯化镁得到金属镁等步骤，这部分内容不仅让学生掌握了镁的提取方法，还培养了学生从实际生产角度思考问题的能力，了解到化学知识在工业生产中的具体应用。该单元的教学重点在于钠、镁单质及其重要化合物的性质，这是学生理解和掌握这部分知识的核心。钠与氧气、水的反应，过氧化钠与水、二氧化碳的反应，碳酸钠和碳酸氢钠的性质比较，镁与氧气、二氧化碳、酸的反应等，都是需要学生重点掌握的内容。钠、镁及其化合物在生活和生产中的应用也是教学重点之一，通过了解它们的应用，让学生认识到化学知识与实际生活的紧密联系，提高学生学习化学的兴趣和积极性。例如，过氧化钠作为供氧剂在呼吸面具和潜水艇中的应用，碳酸钠在玻璃、造纸、纺织等工业中的应用，镁合金在航空航天、汽车制造等领域的应用等。教学难点主要体现在对一些抽象概念和复杂反应原理的理解上。在钠与水反应的实验中，学生需要从宏观的实验现象深入理解微观的反应本质，即钠原子失去电子变成钠离子，水分子得到电子生成氢气和氢氧根离子，这对于学生来说具有一定的难度。碳酸钠和碳酸氢钠的性质差异以及它们之间的相互转化关系也是教学难点。它们在与酸反应时的速率不同，热稳定性也不同，学生需要理解这些差异背后的原因，并且能够熟练掌握它们之间的相互转化方程式。从海水中提取镁的过程中涉及到的工业生产原理和流程，包括沉淀剂的选择依据、镁离子的富集方法、电解熔融氯化镁的原理等，较为复杂，需要学生综合运用化学知识和实际生产知识进行理解和分析。3.3学生学情分析在学习《钠、镁及其化合物》单元之前，学生已积累了一定的化学知识基础，对化学学科的基本概念和实验操作有了初步认识。他们在初中阶段学习了常见金属的一些基本性质，如铁、铜等金属与氧气、酸的反应，了解了金属活动性顺序，这为学习钠、镁的性质奠定了一定的知识基础。在进入高中后，学生进一步学习了物质的量、离子反应、氧化还原反应等重要的化学概念和理论，这些知识为理解钠、镁及其化合物之间的化学反应提供了理论支持。在离子反应知识的学习中，学生掌握了离子方程式的书写方法，能够从离子的角度分析化学反应的本质，这对于理解钠、镁化合物在溶液中的反应具有重要帮助。从认知能力来看，高中学生正处于从形象思维向抽象思维过渡的关键时期，他们的逻辑思维能力逐渐增强，具备了一定的分析、推理和归纳能力。在学习过程中，学生能够通过观察实验现象，进行初步的分析和思考，尝试总结规律。在观察钠与水反应的实验时，学生能够根据实验现象（如钠浮在水面上、熔化成小球、四处游动等），分析得出钠的密度比水小、反应放热、产生气体等结论。然而，对于一些抽象的化学概念和复杂的反应原理，学生的理解仍存在一定困难。钠与水反应的微观本质涉及到电子的转移和离子的形成，这对于学生来说较为抽象，需要教师通过生动形象的讲解和直观的演示，帮助学生理解。在学习《钠、镁及其化合物》单元时，学生可能遇到诸多困难和问题。钠、镁的化学性质较为活泼，与氧气、水等物质的反应现象复杂，学生在记忆和理解这些反应时可能会出现混淆。钠与氧气在不同条件下反应生成不同的产物（常温下生成氧化钠，加热时生成过氧化钠），学生可能难以准确区分和记忆。对于钠、镁化合物的性质，尤其是碳酸钠和碳酸氢钠的性质差异，学生理解起来可能有困难。它们在与酸反应的速率、热稳定性等方面存在差异，学生需要深入理解这些差异背后的原因，而这涉及到物质的结构和反应机理等较为抽象的知识。从海水中提取镁的工业流程较为复杂，涉及多个化学反应和实际生产中的问题，如沉淀剂的选择、镁离子的富集、电解熔融氯化镁等环节，学生需要综合运用化学知识和实际生产知识进行理解和分析，这对学生的知识整合能力和应用能力提出了较高要求。学生在实验操作方面也可能面临挑战。在进行钠、镁及其化合物的相关实验时，需要学生熟练掌握实验仪器的使用方法，如试管、酒精灯、坩埚钳等，并且要严格遵守实验操作规程，注意实验安全。钠与水的反应较为剧烈，在实验过程中需要学生小心操作，避免发生意外。学生在实验数据的记录和分析、实验结果的总结和归纳等方面也需要进一步提高。在进行镁与二氧化碳反应的实验时，学生需要准确观察和记录实验现象，如镁条燃烧的现象、生成产物的颜色和状态等，并能够根据实验现象分析反应的本质和产物。四、化学史在《钠、镁及其化合物》教学中的应用案例4.1钠的发现与性质探究1807年，英国化学家汉弗里・戴维（HumphryDavy）通过电解熔融氢氧化钠首次分离获得了质地柔软的银白色钠。当时，科学界对于电解化合物的研究充满热情，戴维此前已成功利用电解法分离出金属钾和金属钙。在探索氢氧化钠的电解实验时，他克服了技术限制和实验安全风险，最终成功得到金属钠。这一发现不仅证实了阳离子和阴离子的存在，还推动了电解理论的进一步研究。戴维的实验并不顺利，电解过程中产生的高温可能引发爆炸，且金属钠非常活泼，易与空气中的氧气反应。但他凭借着卓越的智慧和勇气，成功分离出钠，并描述了其基本性质。为纪念戴维的贡献，钠的化学符号被确定为Na，源自拉丁语“natrium”。这一历史故事，能激发学生对化学探索的兴趣，体会科学家们勇于创新、不畏艰难的精神。在教学中，教师可先讲述钠的发现历史，让学生了解科学家们探索未知的过程，体会科学研究的艰辛与乐趣。随后进行钠与水反应的实验：用镊子取一小块钠置于滤纸上，吸干表面的煤油，用小刀切绿豆大小的一粒，其余放回原瓶。在小烧杯中加一小半水，并将切下的金属钠粒投入小烧杯中，观察实验现象。反应结束后向烧杯中滴入1-2滴酚酞试剂，观察溶液的颜色变化。学生可观察到钠浮在水面上，立刻熔成一个小球，在水面上四处游动，发出“嘶嘶”声，反应后溶液变红。通过对这些现象的分析，学生能推断出钠的密度比水小，反应放热且钠的熔点低，产生气体并生成碱性物质。化学方程式为2Na+2H₂O=2NaOH+H₂↑，离子方程式为2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH⁻+H₂↑。在这个过程中，学生从宏观现象入手，深入探究微观本质，培养了宏观辨识与微观探析素养。他们学会从钠原子的结构（核外电子排布为1s²2s²2p⁶3s¹，最外层只有1个电子，容易失去）来理解钠的化学性质为什么如此活泼，以及钠与水反应时电子的转移和离子的形成过程。接着进行钠与氧气反应的实验。实验一：用镊子夹取存放在煤油中较大块的金属钠，用滤纸吸干表面的煤油，放在玻璃片上，观察钠的表面。用小刀从中间切开，让学生观察钠的“真面目”：颜色、光泽，并注意观察切面的颜色变化。切开金属钠后，钠表面的银白色会逐渐褪去，由此可知常温下钠在空气中会发生反应，说明钠的化学性质活泼。实验二：用坩埚钳夹持坩埚放在三角架的泥三角上，用小刀切下绿豆大小的钠块，用滤纸吸干煤油后放入坩埚中。点燃酒精灯进行加热（钠块开始燃烧时，立即撤掉酒精灯）。观察到钠先熔成小球，然后燃烧，发出黄色的火焰，生成了一种淡黄色的固体。通过这两个实验，学生可以认识到钠在常温时和加热时被氧化的产物不同，常温下生成氧化钠（4Na+O₂=2Na₂O），加热时生成过氧化钠（2Na+O₂\stackrel{\Delta}{=\!=\!=}Na₂O₂）。在实验过程中，引导学生思考反应条件对化学反应的影响，进一步培养学生的变化观念与平衡思想。从微观角度分析，加热提供了能量，使钠原子和氧分子的活性增强，反应更加剧烈，从而生成了不同的产物。4.2镁的提取与应用发展人类对镁的认识和提取经历了漫长的过程。1755年，英国化学家约瑟夫・布莱克（JosephBlack）在研究石灰石时，首次将镁从其他金属元素中分离出来，证实它是一种独立的物质。但直到1808年，英国化学家戴维通过电解氧化镁和氧化汞的混合物，才首次提取出了金属镁。不过，早期的提取方法因产量少、成本高，限制了镁的广泛应用。19世纪中期，钎氧法的发明使得金属镁的产量大幅提高。20世纪初，电解法和钎热法的采用，进一步推动了镁工业的发展。随着时间的推移，镁的提取工艺不断革新。早期的化学法，即利用比镁活性更大的金属之蒸气来还原氧化镁或氯化镁以取得镁金属，因需耗用大量锂、钠等金属，产量少且成本高，仅用于实验室少量制备。随后的熔融电解法，主要电解熔融的无水氯化镁，虽获广泛应用，但耗电量大、成本较高。近十年来，热还原法成为主流，其特点是不用电力做热源，原料来源广泛，工艺过程简单，投资少、建厂快。热还原法中，硅热法是主流，又可分为外热法（如Pidgeon法/Bolzano法）和内热法（如Magnetherm法）。Pidgeon法以白云石、硅铁和氟石为原料，在高温真空条件下还原得到镁；Bolzano法是其改进方法，采用竖式电内热还原炉；Magnetherm法以铝土矿和白云石为原料，硅铁为还原剂，在真空电炉中反应，产品纯度略低，但生产半连续化、单体设备产能大。在教学中，教师可引导学生探讨镁提取工艺演变的原因和影响，培养学生的证据推理与模型认知素养。从原料角度看，早期化学法原料成本高，而热还原法利用白云石等广泛存在的原料，降低了成本。从能源角度，电解法耗电高，热还原法不用电力做热源，更符合可持续发展理念。学生通过分析这些因素，能够建立起提取工艺与原料、能源等因素之间的关联模型。镁在不同领域的应用也在不断发展。在航空航天领域，由于镁合金具有低密度、高强度的特性，它被广泛应用于制造飞机零部件，如机身框架、发动机部件等，能够有效减轻飞行器的重量，提高燃油效率和飞行性能。在汽车工业中，随着对汽车轻量化的要求不断提高，镁合金在汽车车身、轮毂、发动机缸体等部件中的应用日益增多，这不仅有助于降低汽车的能耗，还能提高车辆的操控性能和安全性。在电子行业，镁合金用于制造笔记本电脑、手机等电子产品的外壳，不仅具有良好的电磁屏蔽性能，还能提供轻巧美观的外观设计。在医疗领域，镁金属由于其良好的生物相容性，可用于制造医疗器械和植入物，如骨固定材料等，随着医疗技术的不断进步，这方面的需求有望进一步增长。教师可组织学生开展小组讨论，探讨镁在各领域应用的原理和优势，以及未来的发展趋势。在讨论镁在航空航天领域的应用时，学生可以从镁合金的密度、强度等物理性质出发，分析其如何满足航空航天对材料轻量化和高强度的要求。在探讨未来发展趋势时，学生可以结合新能源、智能制造等新兴领域的需求，思考镁及镁合金可能的应用方向，如在镁电池、智能设备中的应用等，培养学生的科学探究与创新意识。4.3钠、镁化合物的研究历程钠、镁化合物的研究历史源远流长，蕴含着众多科学家的智慧与探索精神。在古代，人们就已经开始利用一些钠、镁化合物。古埃及人利用天然碱（主要成分是碳酸钠）制作玻璃和肥皂，这表明他们对碳酸钠的某些性质已有初步认识。在我国古代，也有关于芒硝（主要成分是硫酸钠）药用价值的记载。随着科学技术的不断进步，对钠、镁化合物的研究逐渐深入。18世纪末，法国化学家拉瓦锡通过实验确定了碳酸钠中含有钠元素，这为钠化合物的研究奠定了基础。19世纪，戴维在发现钠单质后，对钠的化合物展开了进一步研究，发现了过氧化钠等重要化合物，并对其性质进行了初步探索。在镁化合物的研究方面，1755年，英国化学家约瑟夫・布莱克在研究石灰石时，首次将镁从其他金属元素中分离出来，证实它是一种独立的物质。此后，科学家们对镁化合物的性质和应用进行了广泛研究。19世纪中期，随着镁提取技术的发展，镁化合物的研究得到了进一步推动。在教学中，教师可讲述这些钠、镁化合物的研究故事，让学生了解科学研究的发展过程，体会科学家们的探索精神。在讲述碳酸钠的研究历史后，提出问题：“碳酸钠在古代就被用于制作玻璃和肥皂，从化学角度分析，它在这些过程中起到了什么作用？”引导学生思考碳酸钠的化学性质，如它能与酸反应、能与某些金属离子发生沉淀反应等。学生通过分析这些问题，能够深入理解碳酸钠的性质和应用，培养证据推理与模型认知素养。他们可以从碳酸钠与二氧化硅在高温下反应生成硅酸钠（玻璃的主要成分之一）的原理，构建起物质之间化学反应的模型。在讲述镁化合物的研究历史后，提出问题：“氢氧化镁在医药领域常用作抗酸剂，它的作用原理是什么？”引导学生从氢氧化镁的碱性以及酸碱中和反应的角度进行分析。学生通过思考这些问题，能够运用化学知识解释实际应用中的现象，提升对化学知识的应用能力。五、基于核心素养的教学设计策略5.1情境创设策略利用化学史故事、实验史实等创设教学情境，能够极大地激发学生的学习兴趣和探究欲望，使学生更加主动地参与到学习过程中，深入理解化学知识的内涵与价值。化学史故事中蕴含着丰富的情感与智慧，能够迅速吸引学生的注意力，将他们带入特定的历史情境中。在教授钠与水的反应时，引入戴维发现钠的故事。戴维在1807年通过电解熔融苛性钠首次制得金属钠，这一过程充满了挑战与突破。当时，电解技术尚不成熟，戴维面临着诸多困难，如如何保持高温、如何防止金属钠被氧化等。但他凭借着坚定的信念和不懈的努力，最终成功制得钠，并观察到钠与水剧烈反应的奇妙现象。教师在讲述这个故事时，可以详细描述戴维的实验过程和遇到的问题，让学生仿佛置身于19世纪的化学实验室，亲眼目睹戴维的探索历程。学生在了解这个故事后，会对钠的性质产生浓厚的兴趣，迫切想要探究钠与水反应的原理和现象。此时，教师再进行钠与水反应的实验，学生就会更加专注地观察实验现象，积极思考反应背后的原因。通过这种方式，学生的学习兴趣被充分激发，探究欲望也得到了极大的提升。实验史实则能让学生感受到科学研究的严谨性和实证性。在学习镁的提取时，介绍人类对镁的提取工艺不断革新的历史。早期的化学法利用比镁活性更大的金属之蒸气来还原氧化镁或氯化镁以取得镁金属，但这种方法需耗用大量锂、钠等金属，产量少且成本高，仅用于实验室少量制备。随后发展出的熔融电解法，虽然得到了广泛应用，但耗电量大、成本较高。近十年来，热还原法成为主流，其具有不用电力做热源、原料来源广泛、工艺过程简单、投资少、建厂快等优点。教师可以详细讲解每一种提取工艺的原理和优缺点，并结合实际的实验数据和案例进行分析。学生在了解这些实验史实后，会对镁的提取过程有更深入的理解，同时也能体会到科学技术的不断进步和创新。他们会思考为什么不同的提取工艺会有不同的优缺点，如何进一步改进提取工艺以提高效率和降低成本等问题。这些思考能够激发学生的探究欲望，促使他们主动查阅资料、进行实验探究，培养学生的创新精神和实践能力。除了讲述故事和介绍史实，教师还可以通过多媒体等手段来创设情境，增强教学的直观性和趣味性。在讲解钠、镁化合物的研究历程时，可以展示古埃及人利用天然碱制作玻璃和肥皂的图片，以及我国古代关于芒硝药用价值的记载图片。还可以播放一些关于钠、镁化合物研究的纪录片，让学生更加直观地了解科学家们的研究过程和成果。通过这些多媒体手段，学生能够更加生动地感受化学史的魅力，加深对化学知识的理解和记忆。5.2问题驱动策略设计基于化学史的问题链，是引导学生深入思考、积极讨论，进而培养批判性思维和解决问题能力的有效途径。问题链犹如一条无形的线索，将化学史中的关键事件、重要实验与教学内容紧密相连，使学生在逐步解答问题的过程中，不断深化对知识的理解，提升思维品质。在教授钠与水的反应时，可引入戴维发现钠的历史背景，围绕这一历史事件构建问题链。首先提出问题：“戴维在电解熔融苛性钠制得钠后，为何会想到让钠与水反应？”这个问题引导学生从科学家的研究思路出发，思考实验的目的和意义，激发学生的好奇心和探究欲。学生可能会从钠的活泼性、当时对金属与水反应的研究趋势等角度进行思考和讨论。接着追问：“钠与水反应时，戴维观察到哪些现象？这些现象能说明钠具有哪些性质？”这一问题促使学生关注实验现象与物质性质之间的关联，培养学生的观察能力和分析推理能力。学生通过回忆钠与水反应的实验现象，如钠浮在水面上、熔化成小球、四处游动、发出嘶嘶声等，分析得出钠的密度比水小、反应放热且熔点低、产生气体等性质。然后进一步提问：“从微观角度分析，钠与水反应的本质是什么？”引导学生深入探究化学反应的微观本质，培养学生的微观探析能力。学生需要从钠原子的结构（最外层只有1个电子，容易失去）和水分子的结构（由氢原子和氧原子组成）出发，分析电子的转移和离子的形成过程，理解钠与水反应的离子方程式（2Na+2H₂O=2Na⁺+2OH⁻+H₂↑）所表达的微观含义。通过这一系列问题链的引导，学生不仅掌握了钠与水反应的知识，更学会了从不同角度思考问题，培养了批判性思维和解决问题的能力。在学习镁的提取时，围绕镁提取工艺的历史演变设计问题链。首先提问：“早期化学法提取镁为何产量少且成本高？”学生需要分析早期化学法的原理和过程，如利用比镁活性更大的金属之蒸气来还原氧化镁或氯化镁，需耗用大量锂、钠等金属，从而得出产量少且成本高的原因。接着问：“熔融电解法为何能得到广泛应用，但又存在耗电量大、成本较高的问题？”引导学生从熔融电解法的原理（电解熔融的无水氯化镁）和实际生产中的能源消耗、设备成本等方面进行思考。然后提出：“热还原法成为主流提取工艺的原因是什么？它有哪些优点和可能存在的不足？”这一问题促使学生对热还原法进行全面分析，包括其原理（利用硅铁等还原剂在高温下还原氧化镁或氯化镁）、优点（不用电力做热源、原料来源广泛、工艺过程简单、投资少、建厂快等）以及可能存在的不足（如产品纯度可能不如其他方法高等）。在讨论这些问题的过程中，学生需要收集资料、分析数据、对比不同提取工艺的优缺点，从而培养了证据推理与模型认知素养，学会运用科学的思维方法解决实际问题。在教授钠、镁化合物的研究历程时，以碳酸钠的研究历史为例设计问题链。先问：“古埃及人利用天然碱制作玻璃和肥皂，从化学角度分析，碳酸钠在这些过程中起到了什么作用？”引导学生思考碳酸钠的化学性质，如它能与酸反应、能与某些金属离子发生沉淀反应等，从而理解碳酸钠在制作玻璃（与二氧化硅反应生成硅酸钠）和肥皂（与油脂发生皂化反应）过程中的作用。接着提问：“拉瓦锡确定碳酸钠中含有钠元素后，对钠化合物的研究有哪些推动作用？”这一问题促使学生思考科学发现对后续研究的影响，培养学生的科学思维和历史观念。然后问：“在现代工业生产中，碳酸钠的应用有哪些新的拓展？这些应用是基于碳酸钠的哪些性质？”引导学生关注化学知识在现代社会中的应用，培养学生的社会责任感和科学精神。学生需要查阅资料，了解碳酸钠在食品工业、制药工业、水处理等领域的新应用，并分析其背后的化学原理。5.3实验探究策略结合化学史中的实验，精心设计探究活动，能够让学生亲身体验科学探究过程，从而有效培养他们的科学探究与创新意识。化学史中的实验犹如一座宝库，蕴含着丰富的科学探究方法和创新思维，为学生提供了宝贵的学习范例。在学习钠与水的反应时，教师可以先讲述戴维发现钠的实验过程，包括他如何克服困难，通过电解熔融苛性钠制得金属钠，并观察到钠与水剧烈反应的现象。然后引导学生进行探究活动，让学生分组进行钠与水反应的实验，要求学生仔细观察实验现象，如钠在水中的运动状态、是否熔化成小球、是否有气体产生、溶液颜色是否变化等。在实验过程中，教师鼓励学生提出问题，如“为什么钠会浮在水面上？”“钠为什么会熔化成小球？”“产生的气体是什么？如何检验？”等。学生通过思考和讨论，尝试对这些问题进行解答，从而深入探究钠与水反应的本质。在检验产生的气体时，学生可以设计实验方案，如用小试管收集反应产生的气体，然后用拇指堵住试管口，移近酒精灯火焰，观察是否有爆鸣声，以此来判断产生的气体是否为氢气。通过这个探究活动，学生不仅掌握了钠与水反应的知识，更学会了如何提出问题、设计实验、收集证据、分析问题和解决问题，培养了科学探究与创新意识。在研究镁的性质时，引入戴维通过电解氧化镁和氧化汞的混合物首次提取出金属镁的历史。教师可以组织学生进行探究镁与二氧化碳反应的实验。在实验前，教师引导学生思考：“镁是一种活泼金属，它在二氧化碳中会发生怎样的反应呢？”让学生做出假设，并设计实验方案。学生可能会提出镁在二氧化碳中可能会燃烧，生成氧化镁和碳等假设。然后学生分组进行实验，将点燃的镁条插入盛有二氧化碳的集气瓶中，观察实验现象。学生可以观察到镁条在二氧化碳中剧烈燃烧，发出耀眼的白光，生成白色固体和黑色颗粒。通过对实验现象的分析，学生可以得出镁与二氧化碳反应生成氧化镁和碳的结论。在这个过程中，学生体验了科学探究的全过程，从提出问题、做出假设，到设计实验、进行实验，再到分析实验现象、得出结论，培养了学生的科学探究能力和创新思维。学生还可以进一步思考如何改进实验装置，使实验更加安全、环保，或者探究其他金属与二氧化碳是否也能发生类似的反应，从而激发学生的创新意识。教师还可以引导学生对化学史中的实验进行改进和创新。在学习钠、镁化合物的性质时，让学生了解科学家们对这些化合物的研究历程，然后组织学生对一些经典实验进行改进。在探究碳酸钠和碳酸氢钠与酸反应的速率时，传统实验可能只是简单地将两种物质分别与酸混合，观察产生气泡的快慢。教师可以引导学生思考如何更准确地测量反应速率，学生可能会提出使用注射器收集产生的气体，通过测量单位时间内收集到的气体体积来比较反应速率；或者使用传感器测量反应过程中的压强变化，从而更精确地研究反应速率。通过这些改进和创新，学生不仅加深了对化学知识的理解，更培养了创新能力和实践能力。六、教学实践与效果评估6.1教学实践过程在《钠、镁及其化合物》单元的教学实践中，我以精心设计的教学流程为框架，充分融入化学史，积极促进师生互动，致力于为学生打造一个生动、高效的学习环境，以实现培养学生化学学科核心素养的目标。课程以引人入胜的化学史故事开启。在讲解钠的性质时，我向学生讲述了戴维发现钠的传奇经历。1807年，戴维在皇家研究院进行电解实验，他尝试电解熔融的苛性钠，经过无数次的失败与尝试，终于成功制得一种银白色的金属，这就是钠。在讲述过程中，我详细描述了戴维当时面临的技术难题，如如何保持高温、防止金属钠被氧化等，以及他解决问题的思路和方法。学生们被戴维的探索精神所吸引，纷纷沉浸在这段历史中，对钠的发现过程表现出浓厚的兴趣。随后，进入钠与水反应的实验环节。我先让学生回顾戴维发现钠后对钠与水反应的探索，引导学生思考戴维在实验中观察到的现象以及可能的原因。接着，我进行实验演示：用镊子取一小块钠，用滤纸吸干表面的煤油，将其投入盛有水的小烧杯中。学生们全神贯注地观察，看到钠浮在水面上，立刻熔成一个小球，在水面上四处游动，发出“嘶嘶”声，反应后溶液变红。实验现象引发了学生们的热烈讨论，他们结合之前所学的知识，对这些现象进行分析。有的学生提出钠浮在水面上说明钠的密度比水小，有的学生认为钠熔成小球是因为反应放热且钠的熔点低，还有的学生指出产生的“嘶嘶”声是因为有气体生成。在讨论过程中，我适时引导学生深入思考，从微观角度分析钠与水反应的本质，即钠原子失去电子变成钠离子，水分子得到电子生成氢气和氢氧根离子。通过这种方式，学生不仅掌握了钠与水反应的知识，还培养了宏观辨识与微观探析的核心素养。在讲解镁的提取时，我介绍了人类对镁的提取工艺不断革新的历史。从早期利用比镁活性更大的金属之蒸气来还原氧化镁或氯化镁的化学法，到后来的熔融电解法，再到近十年来成为主流的热还原法。我详细讲解了每一种提取工艺的原理、优缺点以及在不同历史时期的应用情况。学生们对镁提取工艺的发展历程表现出极大的兴趣，他们积极提问，如“为什么早期的化学法产量少且成本高？”“熔融电解法为什么耗电量大？”等。针对这些问题，我引导学生进行小组讨论，让他们从原料、能源、设备等多个角度进行分析。学生们在讨论中各抒己见，通过分析和推理，逐渐理解了不同提取工艺的特点和演变的原因，培养了证据推理与模型认知的核心素养。在整个教学过程中，师生互动贯穿始终。我鼓励学生积极提问、发表自己的观点和见解，对于学生的回答，我给予及时的反馈和鼓励。在讨论钠与水反应的现象时，学生们提出了各种有趣的问题，如“如果把钠放入硫酸铜溶液中会发生什么现象？”针对这个问题，我引导学生进行思考和讨论，让他们预测可能的反应现象，并尝试从化学原理的角度进行解释。然后，我进行实验演示，让学生观察实际的反应现象，与他们的预测进行对比。通过这种方式，激发了学生的好奇心和探究欲，培养了他们的科学探究与创新意识。在讲解镁的应用时，我组织学生进行小组讨论，让他们探讨镁在航空航天、汽车工业、电子行业等领域的应用原理和优势。学生们分组查阅资料，积极讨论，分享自己的观点和发现。每个小组派代表进行发言，其他小组的学生进行提问和补充。在这个过程中，学生们不仅了解了镁的广泛应用，还提高了团队合作能力和沟通能力。6.2评估指标与方法为全面、准确地评估基于化学史的《钠、镁及其化合物》教学实践效果，本研究从多个维度确定了评估指标，并运用多种科学合理的方法收集数据，以确保评估结果的可靠性和有效性。在评估指标方面，知识掌握维度是基础且重要的一环。通过课堂提问、课后作业、单元测验以及期末考试等方式，考查学生对钠、镁及其化合物的物理性质、化学性质、制备方法、应用领域等基础知识的掌握程度。在课堂提问中，教师可以询问学生钠与氧气在不同条件下反应的产物及现象，考查学生对钠化学性质的记忆和理解。在作业和测验中，设置相关的计算题、简答题和实验题，如计算一定量的钠与水反应生成氢气的体积，简述从海水中提取镁的工艺流程等，以检验学生对知识的运用能力。核心素养发展维度是评估的重点。在宏观辨识与微观探析素养方面，观察学生能否从宏观实验现象准确推断物质的性质，如通过观察钠与水反应的现象，分析钠的物理性质和化学性质，并从微观角度解释反应的本质。在变化观念与平衡思想素养方面，考查学生对化学反应条件、反应限度以及化学平衡移动原理的理解和应用能力。在学习钠与氧气反应时，学生是否能理解反应条件（如温度）对反应产物的影响，以及在分析化学反应时，是否能运用平衡思想判断反应的方向和限度。对于证据推理与模型认知素养，评估学生能否根据实验证据和化学史实，进行合理的推理和判断，建立化学模型。在探究镁与二氧化碳反应的实验中，学生能否根据实验现象（如镁条剧烈燃烧、生成白色固体和黑色颗粒），推断出反应的产物，并建立起镁与二氧化碳反应的化学模型。科学探究与创新意识素养的评估，主要观察学生在实验探究活动中的表现，包括提出问题、设计实验方案、实施实验、收集和分析数据、得出结论以及反思与评价等环节的能力。在探究钠、镁化合物性质的实验中，学生是否能积极提出问题，设计出合理的实验方案，并且在实验过程中能否灵活应对出现的问题，提出创新性的解决方案。科学精神与社会责任素养的评估，则关注学生在学习过程中是否具备严谨求实、勇于探索、追求真理的科学精神，以及是否认识到化学科学对社会发展的重要贡献和可能带来的环境、健康等问题。在实验操作中，学生是否严格遵守实验操作规程，认真记录实验数据，当实验结果与预期不符时，是否能以严谨的态度分析原因，进行反复实验和探究。在学习钠、镁及其化合物的应用时，学生是否能思考这些物质在应用过程中可能对环境和健康产生的影响，并提出相应的解决措施。学习兴趣与态度维度也是不可忽视的评估方面。通过课堂观察，了解学生在课堂上的参与度，是否积极主动地回答问题、参与讨论和实验操作。在讲解钠、镁化合物的研究历程时，观察学生的注意力是否集中，是否主动提问和发表自己的看法。运用问卷调查的方式，了解学生对化学史教学的喜爱程度，以及对钠、镁及其化合物知识的学习兴趣是否有所提高。问卷中可以设置问题，如“通过化学史学习钠、镁及其化合物，你对这部分知识的兴趣是否增加？”“你是否喜欢这种结合化学史的教学方式？”等。还可以通过与学生进行访谈，深入了解学生的学习态度和感受，询问他们在学习过程中的收获和遇到的困难，以及对化学史教学的建议和期望。在评估方法上，考试是一种常用且重要的方法。定期进行单元测验和期末考试，试卷内容涵盖钠、镁及其化合物的相关知识，题型包括选择题、填空题、简答题、实验题和计算题等，全面考查学生对知识的掌握程度和应用能力。在单元测验中，重点考查本单元的基础知识和核心内容，如钠、镁的性质、化合物的反应等。期末考试则更加注重知识的综合性和系统性，考查学生对整个学期所学知识的整合和运用能力。作业也是评估学生学习情况的重要依据。布置多样化的作业，包括书面作业、实验报告、小组项目等。书面作业可以巩固学生的基础知识，如让学生书写钠、镁与各种物质反应的化学方程式，分析反应的类型和原理。实验报告要求学生记录实验过程、现象和结论，培养学生的实验操作能力和科学思维能力。小组项目可以让学生合作完成，如让学生以小组为单位研究钠、镁及其化合物在某一领域的应用，并撰写研究报告，培养学生的团队合作能力和综合素养。课堂表现观察是实时了解学生学习状态和能力发展的有效方法。教师在课堂上密切观察学生的参与度、表现出的思维能力和合作能力等。在小组讨论中，观察学生是否积极参与讨论，能否提出有价值的观点和建议，是否善于倾听他人的意见，以及在小组合作中是否具备团队协作精神。在实验操作中，观察学生的实验技能是否规范，是否能正确使用实验仪器，是否能安全、准确地完成实验操作，以及在实验过程中是否能及时发现问题并尝试解决问题。问卷调查可以广泛收集学生的主观感受和意见。设计科学合理的问卷，涵盖学生对教学内容、教学方法、化学史融入的看法，以及自身学习兴趣、态度和能力发展的自我评价等方面。问卷可以采用选择题、量表题和简答题相结合的方式，以便全面了解学生的想法。通过数据分析软件对问卷结果进行统计和分析，得出学生对教学的满意度、学习兴趣的变化情况以及对化学史教学的需求和建议等信息。6.3教学效果分析通过对教学实践过程中收集的数据进行深入分析，本研究发现基于化学史的《钠、镁及其化合物》教学取得了显著的效果，对学生知识掌握和核心素养发展产生了积极影响，同时也发现了一些有待改进的问题。在知识掌握方面，学生的表现有明显提升。从课堂提问、课后作业和测验的结果来看，学生对钠、镁及其化合物的物理性质、化学性质、制备方法及应用等基础知识的理解和记忆更加牢固。在课堂提问中，大部分学生能够准确回答钠与氧气、水反应的现象及化学方程式，以及镁的提取原理和相关化学反应。在课后作业和测验中，涉及钠、镁化合物性质和应用的题目，学生的正确率也较高。这表明化学史的融入，使抽象的化学知识变得更加生动、有趣，学生的学习积极性提高，对知识的理解和记忆更加深刻。在核心素养发展方面，学生在各个维度都有不同程度的进步。在宏观辨识与微观探析素养上，学生能够从钠与水反应的宏观实验现象，如钠浮在水面上、熔化成小球、四处游动等，准确推断出钠的密度比水小、反应放热且熔点低等物理性质，并能从微观角度分析钠原子与水分子之间的电子转移和离子形成过程，深入理解反应的本质。在学习镁与二氧化碳反应时，学生也能从宏观实验现象（镁条剧烈燃烧、生成白色固体和黑色颗粒），推断出反应产物为氧化镁和碳，并从微观角度理解反应过程中化学键的断裂和形成。变化观念与平衡思想素养也得到了培养。学生在学习钠与氧气在不同条件下反应生成不同产物（常温下生成氧化钠，加热时生成过氧化钠）的过程中，深刻认识到反应条件对化学反应的影响，理解了化学变化是有条件的。在分析镁的提取工艺演变时，学生能从原料、能源、成本等多个角度，理解不同提取工艺的优缺点以及随着时间推移工艺改进的原因，体会到化学科学在不断发展和完善，培养了变化观念。证据推理与模型认知素养有明显提升。在探究钠、镁化合物性质的过程中，学生学会了根据实验证据和化学史实进行合理的推理和判断。在研究碳酸钠和碳酸氢钠与酸反应的速率时，学生通过实验观察产生气泡的快慢，收集数据并进行分析，得出碳酸钠与酸反应分步进行，碳酸氢钠与酸反应更剧烈的结论，并能运用离子反应的模型来解释这一现象。在学习镁的提取工艺时，学生根据不同提取工艺的原理和实际生产中的数据，分析得出早期化学法产量少、成本高，熔融电解法耗电量大，热还原法具有原料来源广泛、工艺简单等优点，建立起提取工艺与原料、能源、成本等因素之间的关联模型。科学探究与创新意识素养得到了有效激发。在教学实践中，学生积极参与实验探究活动，表现出强烈的好奇心和求知欲。在探究钠与水反应的实验中，学生主动提出问题，如“如果把钠放入硫酸铜溶液中会发生什么现象？”并通过实验设计和操作来验证自己的假设。在研究镁与二氧化碳反应时，学生不仅能准确观察和记录实验现象，还能对实验装置提出改进建议，如如何更好地收集和检验反应产生的气体，体现了一定的创新意识。科学精神与社会责任素养也有所增强。在实验操作过程中，学生严格遵守实验操作规程，认真记录实验数据，当实验结果与预期不符时，能以严谨的态度分析原因，进行反复实验和探究。在学习钠、镁及其化合物的应用时，学生能够认识到化学科学对社会发展的重要贡献，如钠、镁合金在航空航天、汽车工业等领域的应用，同时也能关注到化学物质在应用过程中可能对环境和健康产生的影响，如镁的提取过程中可能产生的