黃捷

［摘 要］基于高中化學新課標、新教材及新高考模塊融合趨勢的分析，設(shè)計并實施理解為先的“鈦合金鑄‘大國重器”模塊融合教學，滲透“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應用”的觀念，進而提煉化學模塊融合教學路徑，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變；挖掘真實有價值的情境素材，發(fā)揮化學課程整體育人功能；提供高中化學融合課程的樣本，適應學生未來發(fā)展的多樣化需求。

［關(guān)鍵詞］新高考；化學模塊融合教學；理解為先；鈦合金

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2024）11-0058-06

新高考改革旨在落實立德樹人根本任務(wù)，滿足國家選拔創(chuàng)新人才的要求，培養(yǎng)全面發(fā)展而有個性的人，堅持文化立意和價值觀立意， 強化育人導向。新高考改革推動了中學教育教學的變革和素質(zhì)教育的實施，促進了育人方式的變革。

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》進一步優(yōu)化了高中化學課程結(jié)構(gòu)，將課程類別調(diào)整為必修課程、選擇性必修課程和選修課程。在“3+3”或“3+2+1”高考方案中，《化學反應原理》《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》《有機化學基礎(chǔ)》均為必考模塊，內(nèi)容增多了，考查的難度提高了。新高考化學命題以真實有價值的情境為載體，以解決實際問題為任務(wù)，以化學知識為解決問題的工具，以培養(yǎng)核心素養(yǎng)為宗旨。真實情境問題往往具有綜合性和創(chuàng)新性，同時也有一定的陌生度，需要通過模塊融合甚至學科融合來解決。只有基于對物質(zhì)的本質(zhì)的理解，紛繁復雜的物質(zhì)世界在學生眼中才會變得有規(guī)律可循。因此，理解為先的化學模塊融合教學的設(shè)計與實施顯得尤為重要。

一、新高考中化學模塊融合趨勢分析

新課標優(yōu)化了課程結(jié)構(gòu)，將選擇性必修模塊作為所有選考化學學生的必考模塊。新教材各模塊加強了關(guān)聯(lián)度，如魯科版教材在每一章后都設(shè)置了“微項目”，旨在引導學生跨模塊、跨學科解決真實情境問題，培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)。與此相呼應，新高考中模塊融合試題占比逐年增多。

2020年天津、山東、海南新高考化學試卷呈現(xiàn)模塊融合試題，2021年遼寧、江蘇和湖北三省新高考化學試題將物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識融合到其他模塊中進行考查，2023年各省份新高考化學試卷將物質(zhì)結(jié)構(gòu)知識融入有機、原理、實驗等大題中，2024年各地市質(zhì)檢試題中模塊融合更加普遍。因此，筆者認為，新高考化學試題模塊融合必然成為趨勢。

二、理解為先的教學設(shè)計與新高考化學模塊融合教學

（一）理解為先的教學設(shè)計

理解為先的教學設(shè)計（UbD）是一種新型且優(yōu)質(zhì)的教學設(shè)計理論，由美國學者威金斯和麥克泰于2008年提出。UbD理論認為，當教師的教學旨在使學習者理解可遷移的概念和過程，給其提供更多機會將理解的內(nèi)容應用到有意義的情境（即真實情境）中，才更可能獲得長期的成就。學習者通過主動建構(gòu)意義（即理解的過程）來學習和鞏固所學的知識和技能，并將學習結(jié)果應用到新的情境中［1］。在這種模式下，教師不再僅僅是知識的傳遞者，更是學生理解過程的引導者和促進者。

（二）新高考化學模塊融合教學

以“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念為例，無機物知識是促進學生形成該觀念的載體之一。無機物知識主要在必修模塊，必修模塊中學生獲取的知識以宏觀的性質(zhì)和運用為主，學生知其然而不知其所以然。選擇性必修1《化學反應原理》模塊從化學反應的能量、方向、限度、速率等角度，揭示化學反應的規(guī)律及運用；選擇性必修2《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》模塊則從微觀層面解釋結(jié)構(gòu)對性質(zhì)的影響?？梢?，以無機物知識為載體構(gòu)建“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的觀念，需要貫穿整個高中化學學習過程，模塊融合成為新高考考查的必然。

（三）理解為先的新高考化學模塊融合教學設(shè)計思路

理解為先的教學是達到教學最終目標的一種有效手段，規(guī)劃先于教學。成效最高的教學在開始時就明確預期學習結(jié)果，并且還要有學習真實發(fā)生的證據(jù)［2］?？梢?，理解為先的教學設(shè)計強調(diào)評價方法，這使得教學目的更有針對性，與新課標所倡導的“教、學、 評”一體化理念不謀而合［3］。理解為先的新高考化學模塊融合教學設(shè)計思路如圖1所示。

三、理解為先的新高考化學模塊融合教學案例分析

筆者在高考化學復習教學中，基于理解為先理論，以“鈦合金鑄‘大國重器”專題為例，實施模塊融合教學。

（一）教學設(shè)計思路

理解為先的“鈦合金鑄‘大國重器”模塊融合教學設(shè)計思路如圖2所示。

1.明確預期結(jié)果

明確預期結(jié)果，即確定教學目標，基于課程標準，從理解意義、掌握知能、學習遷移三個方面進行預期。

“鈦合金鑄‘大國重器”專題教學基于真實情境，融合元素化學、物質(zhì)結(jié)構(gòu)、有機化學、反應原理等知識，滲透“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應用”的觀念，實現(xiàn)學科育人目標。教學目標見表1。

2.確定評價方法

確定評價方法，讓教師有效監(jiān)控學生的課堂學習是否達到理解程度。

（1）評價依據(jù)

學生組成學習共同體，課前預習、課中表述回答問題、課后梳理總結(jié)，質(zhì)疑與交流，遷移與驗證，達成目標。

（2）學生理解的證據(jù)

學前評價：學生能從鈦合金在航空航天、核潛艇領(lǐng)域的運用，推測鈦合金具有密度小、強度高、耐腐蝕等特性；知道鈦合金與鐵合金相比有哪些優(yōu)勢，并能從分類角度，類比遷移，預測金屬鈦制備的原理。

理解意義評價：我國鈦鐵礦儲能豐富，學生能根據(jù)金屬鈦的制備流程，書寫陌生化學方程式，并根據(jù)數(shù)據(jù)等信息，選擇適宜反應條件。在這個過程中，學生能運用氧化還原反應原理規(guī)范書寫化學方程式。

掌握知能評價：教師設(shè)計問題鏈，以問題為驅(qū)動，根據(jù)學生的回答進行評價。問題鏈以鈦元素為載體，從鈦在元素周期表中的位置、核外電子排布的特點、與其他微粒間的作用力、化合物的性質(zhì)等方面，層層深入，揭示結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

學習遷移評價：學生對金屬鈦在海洋環(huán)境中的腐蝕及防護這一真實且具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)進行交流討論，遷移運用金屬鈦的性質(zhì)和鋼鐵腐蝕知識，從腐蝕損傷、生物污損等方面提出防護措施，發(fā)展學科思維。

3.規(guī)劃教學過程

（1）課前準備

確定教學活動環(huán)節(jié)和達成目標的評價依據(jù)。

（2）教學過程設(shè)計

活動一：結(jié)合視頻展示的鈦合金產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，思考鈦合金相比鐵合金有哪些優(yōu)勢。

活動二：通過工業(yè)制備金屬鈦的流程理解其原理。

活動三：探究鈦及其化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。

活動四：交流討論海洋環(huán)境中金屬鈦的腐蝕及防護。

（二）教學過程

［專題］鈦合金鑄“大國重器”。

［專題任務(wù)］以鈦為核心元素，通過金屬鈦的應用、制備，探究結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，交流其腐蝕及防護，構(gòu)建真實情境下高中化學模塊融合解決問題的模型。

［學情分析］認知方面，高三下學期學生已完成高中化學必修課程和選擇性必修課程，具備高中化學基礎(chǔ)知識，但在知識遷移運用方面尚不熟練。情感方面，學生具有一定的自律性，需要通過完成一定的挑戰(zhàn)性任務(wù)來實現(xiàn)個人成就感。本專題教學需要依標依本設(shè)計符合高考評價要求的真實問題情境，既要讓學生夠得著，又要讓學生有提升，能夠深入理解本質(zhì)，實現(xiàn)學生知識、能力、素養(yǎng)的螺旋式上升。

活動一 結(jié)合視頻展示的鈦合金產(chǎn)業(yè)現(xiàn)狀，思考鈦合金相比鐵合金有哪些優(yōu)勢

［視頻］陜西新聞聯(lián)播：從小螺釘?shù)健按髧仄鳌?，寶雞“鈦”厲害！

［提問］鈦合金可用于航空航天、深海潛水領(lǐng)域，相比鐵合金，它具有哪些優(yōu)勢？鈦合金有哪些性質(zhì)？

設(shè)計意圖：從小螺釘?shù)健按髧仄鳌保寣W生樹立“化學是人類進步的關(guān)鍵”的學科價值觀，增強民族自豪感。同時，引導學生掌握化學的基本原理和學習方法，形成化學學科的核心觀念，關(guān)注人類面臨的與化學有關(guān)的社會問題，培養(yǎng)學生的社會責任感。

活動二 通過工業(yè)制備金屬鈦的流程理解其原理

［講述］鈦元素在自然界分布很廣，在地殼的金屬元素含量中僅次于鋁、鐵和鎂，居第四位，我國鈦鐵礦儲量排世界第一。以鈦鐵礦（FeTiO3）為原料，用鎂還原法冶煉金屬鈦的生產(chǎn)流程如圖3所示。

［提問］請列舉常見的金屬冶煉方法和依據(jù)。

設(shè)計意圖：設(shè)計真實情境，引導學生類比遷移金屬冶煉方法。

［講述］根據(jù)金屬鈦的生產(chǎn)流程回答以下問題（見表2）。

此環(huán)節(jié)以鈦鐵礦制備金屬鈦為載體，必備知識涉及化學方程式書寫、反應條件控制、電極反應式書寫、晶胞計算、反應歷程分析等，考查的關(guān)鍵能力為運用分析、類比和遷移等方法解決實際問題的能力，注重發(fā)展學生的“證據(jù)推理與模型認知”學科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)化學的社會價值。

設(shè)計意圖：工業(yè)流程題為高考常見題型，通過設(shè)置此類題型，引導學生研究化學原理在生產(chǎn)實踐中的應用，充分體現(xiàn)化學對科學技術(shù)的巨大貢獻，以及化學在社會進步中的突出地位，發(fā)揮化學學科的育人功能。

活動三 探究鈦及其化合物結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系

［講述］鈦鎳合金可用于戰(zhàn)斗機的油壓系統(tǒng)。讓學生回答以下問題（見表3）。

該環(huán)節(jié)涉及的必備知識為配合物結(jié)構(gòu)、與有機物形成配位鍵、共價鍵類型、共價鍵鍵參數(shù)、雜化軌道類型、空間構(gòu)型、NA，關(guān)鍵能力為科學推理論證能力，同時注重發(fā)展學生的“證據(jù)推理與模型認知”學科核心素養(yǎng)。

設(shè)計意圖：從物質(zhì)的微觀層面理解其組成、結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系，有助于學生形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應用”的觀念。物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)和元素周期表是互相融合的，通過以上設(shè)計引導學生持久理解并結(jié)合“位—構(gòu)—性”認識元素。從元素在元素周期表中的位置、基態(tài)原子核外電子排布、微粒間的作用力，引導學生建立原子結(jié)構(gòu)—元素位置—元素性質(zhì)—物質(zhì)性質(zhì)—物質(zhì)用途之間的關(guān)聯(lián)，促進學生對元素化合物系統(tǒng)認識方式的形成［5］。

活動四 交流討論海洋環(huán)境中金屬鈦的腐蝕及防護

［閱讀］2020年11月10日，我國自主創(chuàng)新、自行研制的萬米載人潛水器“奮斗者”號，下潛至馬里亞納海溝10 909米，創(chuàng)造了中國載人深潛新紀錄，達到世界領(lǐng)先水平。中國科學院金屬研究所鈦合金團隊為“奮斗者”號建造了世界最大、搭載人數(shù)最多的潛水器載人艙球殼。

金屬鈦在海水和海洋大氣環(huán)境中具有極高的抗蝕性能，其抗蝕性能遠優(yōu)于鋁合金、不銹鋼和鎳基合金，被稱為“海洋金屬”。海水環(huán)境中鈦表面發(fā)生氧化反應形成鈍化膜，轉(zhuǎn)移的電子被氧化劑如質(zhì)子、溶解氧和水反應消耗。

海洋環(huán)境中金屬鈦與鋼、鋁和銅材料相比，防污性能最差。主要原因是金屬鈦具有良好的生物相容性，幾乎所有海洋生物都可以在其表面附著，導致嚴重的生物污損發(fā)生，如附著藻類、藤壺等生物［6］。

［引導］嘗試從上述閱讀材料中提取學科問題。

［思考］（1）寫出金屬鈦抗腐蝕過程中的電極反應式。

（2）列舉海洋環(huán)境中金屬鈦的腐蝕及原因。

（3）對于海洋環(huán)境中的金屬鈦，可采取哪些防護措施？

設(shè)計意圖：此環(huán)節(jié)先通過閱讀和交流研討，培養(yǎng)學生的閱讀能力、獲取信息能力、提出問題和解決問題的能力，再設(shè)計開放性問題，引導學生從學科內(nèi)融合走向跨學科融合。真實情境問題的解決，通常不是單一學科就能完成的，往往需要多學科融合推進。在真實豐富的教學情境下，通過化學問題引導學生自主探究和實踐，形成嚴謹?shù)目茖W態(tài)度和敢于創(chuàng)新的意識［7］。

四、理解為先的新高考化學模塊融合教學實踐的效果

理解為先的“鈦合金鑄‘大國重器”模塊融合教學，打破必修模塊和選擇性必修模塊的壁壘，順應新課標、新教材、新高考趨勢，緊扣“發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)”的主旨，收到了很好的教學效果。

（一）提煉了化學模塊融合教學路徑，促進學生學習方式的轉(zhuǎn)變

“鈦合金鑄‘大國重器”教學實踐，將學生置身于大國重器科研場景中，調(diào)動學生的學習積極性和激發(fā)學生的使命感，變被動灌輸為主動探究，轉(zhuǎn)變學生的學習方式。問題設(shè)計層層深入，引導學生運用所學知識解決問題，反思歸納，培養(yǎng)關(guān)鍵能力，形成必備品格。由此提煉出的“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”化學模塊融合教學路徑如圖4所示。

（二）挖掘了真實有價值的情境素材，發(fā)揮化學課程整體育人功能

“鈦合金鑄‘大國重器”教學實踐，從“小螺釘”到“大國重器”，有效地融入真實情境，見微知著。2024年1月19日，中共中央、國務(wù)院首次表彰國家卓越工程師。習近平總書記在中央人才工作會議上強調(diào)要培養(yǎng)大批卓越工程師。這無疑在高中學生的心中播撒科學的種子，鼓勵其樹立遠大志向，樹立科技報國的理想，并為之奮斗。

（三）提供了高中化學融合課程的樣本，適應學生未來發(fā)展的多樣化需求

“鈦合金鑄‘大國重器”教學實踐，讓每個學生都發(fā)揮自己的潛能、獲得應有的發(fā)展，同時為開發(fā)高中化學多樣化融合課程，實施跨模塊甚至跨學科教學提供可借鑒的樣本。

新課標強調(diào)素質(zhì)教育，以發(fā)展學生的身心健康為根本，以解決實際教育問題為要點［8］，注重培養(yǎng)學生的綜合素質(zhì)和能力。模塊融合教學為學科核心素養(yǎng)提升創(chuàng)新思路，回應育人方式改革和教育評價改革對培育和選拔創(chuàng)新人才的需求。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］［2］? 威金斯，麥克泰.理解為先模式：單元教學設(shè)計指南（一）［M］.盛群力，沈祖蕓，柳豐，等譯.福州：福建教育出版社，2018.

［3］? 張含璐.理解為先，逆向設(shè)計：以“元素周期表”的教學設(shè)計為例［J］.化學教與學，2022（24）：38-41.

［4］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［5］? 張紅娟.新高考背景下化學模塊間融合試題研究［J］.教學考試，2021（23）：57-59.

［6］? 李金龍，賴思穎，董敏鵬.海洋環(huán)境鈦金屬的應用現(xiàn)狀及其防護技術(shù)研究［J］.表面技術(shù)，2023（5）：1-13.

［7］? 江合佩，單旭峰.高考化學創(chuàng)新性考查的內(nèi)涵及實施路徑：以2021年廣東、江蘇等8省市普通高中學業(yè)水平等級適應性考試化學試題為例［J］.教育測量與評價，2021（3）：33-42.

［8］? 楊修寶.習近平教育文化思想意涵論析［J］. 黑龍江教育學院學報，2018（3）：1-3.

（責任編輯 羅 艷）