背景知识融入的化学活动课堂设计与实践

杨健 沈小祥 陆婕萍

摘要：以“海带提碘”一课为例，分析海带提碘的资源分布、生化价值、经济价值、技术原理等背景知识，设计阅读（调查）、思考、交流、探究和总结（反馈）等学习活动，培育宏观辨识和微观探析、科学探究与创新意识等化学学科核心素养，树立科学的化学与化工过程绿色化等学科观念，激发爱国主义热情和社会责任感。背景知识融入的关键在于学习活动设计应紧扣主题，注重有效性。

关键词：背景教学；活动课堂；学科核心素养

文章编号：1008-0546（2023）10-0034-05

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2023.10.008

一、问题的提出

为更好地开展“素养为本的教学”，上海市第四期“双名工程”化学攻关计划钱秋萍基地开展了“化学主题活动”开发与实践研究。本研究将“化学主题活动”定义为：以促进学生化学核心素养提升为目的，以化学主题统领的化学微课程为主要学习内容，以大任务驱动的线上线下自主探究为主要学习形式而设计的一系列综合性化学学习活动。主題活动包括课前、课中和课后，活动课堂就是其课堂教学部分。

背景教学是融人背景知识的教学，是一种整体化的教学方式。法国著名学者埃德加·莫兰从教育哲学的角度阐释了“背景”的重要意义，他认为“认识的进步主要地与其说是由于特殊知识的精确化、形式化和抽象化，不如说是由于愈益能够把这些知识整合到它们的背景中和它们的总体中。因此，发展把知识背景化和整体化的能力变成对教育的绝对要求”[1]。吴俊明教授也认为“通过在教学中融入背景知识，实现知识内外的联系和整合，对学科教学立德树人，发展学生化学学科核心素养具有重要意义”[2]。

背景知识的融入需要学习活动来落实，学习活动需要根据背景知识的性质和特点来进行设计。现以“海带提碘”一课为例，对背景知识融人化学活动课堂的教学作一介绍。

二、教学设计思路

1．背景知识分析

（1）资源分布

碘主要存在于海水中，但其浓度仅为0.06 mg/L。世界上具有开采价值的碘矿主要在智利、日本和美国，三国碘产量约占全球95%。[3]我国碘矿不足，主要以海藻、海带为原料，生产成本高，产能受限。通过资源分布的学习，帮助学生形成正确的资源观，理解我国为何要从海藻、海带中提碘。

（2）生化价值

碘被称为“生命元素”，是人体必需的微量元素。缺碘会引起地方性甲状腺肿及克汀病，适量摄人加碘盐或富含碘的食品，可有效预防缺碘引起的生理疾病。但过量摄入碘，也会对人体造成危害。通过生化价值背景的学习，帮助学生辩证理解碘元素对于生命健康的重要意义，认识其重要价值。

（3）经济价值

碘在医学上、工业上、农业上、军事上均有重要用途。20世纪60年代，西方全面封锁我国，切断了碘的来源。为了打破封锁，中央大力扶持制碘工业，经过10年努力，基本满足了国内用碘需求，形成了具有自主知识产权的特殊民族工业。[4]但是，现在我国碘产能已远不能满足需要，85%以上需进口，我国碘的进出口情况如图1。

通过经济价值背景的学习，帮助学生认识发展我国制碘工业的必要性。

（4）技术原理

原料不同提碘方法不同。以海藻或海带为原料主要有灰化法、发酵法和浸出吸附法；以卤水为原料的提碘方法主要有空气吹出法、离子交换法、活性炭吸附法等，[5]详见表1。

通过对技术原理背景的学习，帮助学生形成正确的技术观，目前提碘技术还在不断向着更高效、更绿色、更经济的方向发展。

2．学习活动分析

形成“建构知识的共同体”，开展自律性、合作性、创造性的学习活动，是教师教学研究的主要课题，也是丰富学生背景知识，彰显育人价值，发展核心素养的有效手段。[6]背景知识融入的活动课堂应重点关注阅读（调查）活动、思维活动、交流活动、探究活动、总结（反馈）活动等，[7]其设计如图2。

{前，引导学生围绕学习主题开展阅读或调查活动，使学生通过与文本、社会的对话对学习主题的社会背景、自然背景、技术背景等形成认识、引发思考，通过与自我对话形成独特见解。课中，就阅读体会、调查结果开展交流，从而推动师生、生生对话，在表达、倾听和争论中，形成探究方案，在假设、探究、推理中达成共识，通过总结（反馈）实现学科知识与背景知识间结构化有机融合。课后，通过深入的学科阅读或调查，深化对学习主题的认识。

3．教学设计框架

本课时在教学中融人了背景知识，通过背景阅读（调查）引发思考，以思考推动对话，在对话的基础上开展探究，最后在总结和反思中构建知识网络，发挥背景知识的育人功能，本课时设计思路见表2。

三、教学实践过程

1．课前阅读，了解背景

【课前作业】走访周边商店，调查加碘盐的化学组成，了解碘对人体健康的影响。[8]

设计意图：了解碘的自然背景、生化背景等，揭示其背后的人文和社会价值。

2．交流分享，展示背景

【教师】本节课我们学习碘的提取，请同学分享碘的阅读和调查成果。

【学生1】碘是人体必需的微量元素，是合成甲状腺素的重要元素，缺碘会引起地方性甲状腺肿及克汀病。

【学生2】碘是重要的化工原料，在医疗、农业、工业、军事上有重要用途。

设计意图：了解碘元素对人体健康的辩证关系，碘在国民经济中的重要作用，认识到我国碘缺乏的现状，为引出“为什么要提碘？”“如何提碘？”做好铺垫。

3．互动对话，揭示背景

【教师】我国85%以上的碘需要进口，大量进口碘是否存在风险？

【学生】西方的封锁曾导致我国无碘可用，为此我国独立研发了海带提碘工艺。

设计意图：通过对话揭示海带提碘工艺的意义，引导学生正确理解为什么要提碘？为谁提碘？为什么要通过海带提碘？激发爱国主义热情和社会责任感。

4．实验分析，完善背景

【学生实验】取两支试管，分别加入淀粉溶液，向其中一支试管中加入几滴碘水，另一支试管中加入几滴KI溶液。

【学生】碘水变蓝色，KI溶液无明显现象，说明I2能使淀粉溶液变蓝，I一不能使淀粉溶液变蓝。

【教师】碘是53号元素，请同学画出碘的原子结构示意图，描述碘原子的结构特点，猜想碘的化学性质。

【学生】碘原子与氯、溴原子相比，最外层电子数均为7，都易得1个电子形成稳定结构，所以它们化学性质相似，但由于氯、溴、碘原子的电子层数依次递增，半径依次增大，因此化学性质存在一定的差异。

设计意图：通过对原子结构的分析建立卤素原子之间的联系，强化物质决定性质的理解，激活学科背景知识，为后续学习提碘打下基础。

5．聚焦重点，强化背景

【教师】碘元素在海水中的浓度远低于溴的浓度，如何从海洋中提取碘呢？

【学生1】提溴主要有“浓缩、氧化、提取”三个步骤。提碘也应当首先浓缩，海带、海藻具有富集碘的能力，这些植物中的碘大多以有机物的形式存在。

【学生2】含碘有机物不能被直接氧化成碘单质，所以应将海带晒干、灼烧成灰，转变成I—。接着将海带灰溶解、过滤，这样碘几乎都以I一的形式存在于滤液中了。

【教师】滤液中I一浓度与海水相比大大提高了，相当于“浓缩”。接下来如何将I一转化成I2呢？

【学生】我们知道C12可将Br一转化成Br2，我们可以尝试用Cl2氧化I一。

【教师】常见的氧化剂除氯水外还有双氧水、酸性高锰酸钾溶液等，接下来我们一起研究不同氧化剂对碘离子的氧化作用吧。

【学生】分组实验。

【学生1】氯水、双氧水、酸性高锰酸钾溶液均能氧化I一，生成I2。加四氯化碳后，液体分层，四氯化碳层均变成紫红色，加淀粉溶液后均变蓝。

【学生2】我们组取淀粉一KI溶液于试管，加少量氯水时，溶液变蓝，但加过量氯水后蓝色褪去了。

【教师】加入过量的氯水后，氯水将生成的I2氧化成了HI03。同学们思考该选择何种氧化剂呢？

【学生1】氯气反应速度快，但要确保不能过量，且氯气有毒，需做好尾气处理。

【学生2】提碘工业应建在沿海，氯气可通过氯碱工业制取。如果是利用硝石或者卤水制碘，氯氣运输不便就不合适了。

【学生3】最好能知道各种氧化剂的价格及运输成本。

【教师】液氯价格波动很大，2020年最低每吨仅100元，而旺季高达1700元，据了解厂家27.5%双氧水报价1250元／吨，价格稳定，高锰酸钾为24000元／吨。

【PPT】生产Imol I2所需氧化剂的成本：氧气为0.007～0.12元，双氧水为0.16元，高锰酸钾为1.52元。

【学生】氯气有价格优势，但波动大、有污染，易将碘单质进一步氧化，所以不同产地、不同时间所用的氧化剂可能会不同，研究廉价、高效的氧化剂是发展壮大我国的提碘工业的一个重要环节。

【教师】接下来请同学们思考如何将I2从其水溶液中提取出来？

【学生】通过查阅资料，Br2的沸点较低，易挥发，可鼓入热空气或水蒸气使其挥发出来，而I2的沸点比水还高，所以I2的提取方法和Br2是不同的。

【视频】播放萃取碘水中I2的视频。

【教师】经萃取和分液，得到了I2的CCl4溶液，如何再进一步分离I2和CC14呢？

【学生】可用蒸馏的方法得到I2。

设计意图：引导学生运用类比思维，通过讨论、探究等方法建构海带提碘的流程。通过实验，综合原料产地、成本、环境友好等因素，讨论氧化剂的选择，培养学生综合分析能力。

6．总结反思，融合背景

【PPT】海水提碘的流程图、海水提溴的流程图

【教师】本节课我们学习了海带提碘的原理和方法，认识到提溴和提碘具有相似性，都经过了“浓缩、氧化、提取”三个步骤，分别对应化工生产的生产原料准备、主反应、反应产物加工三个步骤。由于原料和性质的差异，在生产中两者还存在诸多差别。目前，我国用碘还存在被“卡脖子”的风险，需要科技工作者不断寻找新的碘资源，改进制碘工艺，保证用碘安全。

设计意图：归纳总结海带提碘的工艺流程，通过与海水提溴工艺的对比建立单元知识间的联系，使课时知识与学科背景知识融合，强化化学观念与化学思维，形成化工生产的一般思路和方法。

7．作业巩固，深化背景

【作业】（1）完成教材配套练习；（2）阅读文献，进一步了解制碘新技术，思考我国海洋产业的发展方向。

设计意图：通过课后背景阅读，帮助学生在课堂学习的基础上进一步加强对新工艺的了解，引导学生在海洋产业大背景中认识化学学科价值。

四、教学设计与反思

1．背景知识有效融入关键在于学习活动设计

背景知识涉及知识背后的隐性因素，具有丰富的育人功能。立德树人是教育的根本任务，背景知识是发挥育人功能的重要载体，发挥背景知识育人功能的关键途径就是学习活动。

通过学科阅读、调查可以获取相应的背景知识；基于背景知识的思考则是推动背景知识发挥育人功能的关键；在交流分享、互动对话中，可将个人的思考转化成群体的共识，依靠群体智慧优化认识；探究是打通知识与背景知识之间关键节点的实践和反思活动；通过总结、反馈，实现知识的结构化。总之，教学的各环节都要精心设计学习活动，只有统筹设计、有效实施，才能真正实现学科核心素养的落地。

2．背景教学理念下的活动设计应围绕大主题

背景知识融人的活动课堂应始终围绕大主题，为解决核心问题服务。“海带提碘”一课中，各种学习活动应始终围绕为什么提碘？怎样提碘？怎样更好地提碘？等问题展开。

背景阅读，使学生对碘的用途及我国制碘现状形成初步了解，对为什么要提碘这个问题形成了各自的理解；交流分享和互动对话活动，加强了对“为什么要提碘？”“为什么要通过海带提碘？”的认识，为学习“怎样提碘？”打下基础；实验探究活动，聚焦提碘的关键步骤和重点环节，帮助学生理解“怎样提碘？”；总结和反馈活动，学生全面梳理海带提碘的原理和流程，巩固了重点知识，完善了知识网络；课后学科阅读，使得学生对“如何优化提碘工艺？”的思考得以继续深入。

3．背景教學理念下的活动设计应强调有效性

中共中央办公厅、国务院办公厅印发的《关于进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担的意见》要求全面压减作业总量和时长，减轻学生过重作业负担，同时要求大力提升教育教学质量，确保学生在校内学足学好。[9]在此背景下，对课堂教学的有效性提出了更高的要求，如何通过高效教学活动实现减负增效成了需要迫切研究的问题。

为了及时巩固学习成果，评估教学成效，本节课运用信息化手段进行了微型检测，通过电子白板和答题器及时反馈学生答题情况见表3。

结果显示本堂课的教学目标得到了较好的落实，学生基本掌握了海带提碘的主要原理和过程。在作业中根据“素养为本”和“学生为本”的理念，进一步加强分层作业、弹性作业和个性化作业的设计和布置，发展学生化学学科核心素养，真正满足各层次学生个性化发展的需要。

参考文献

[1] [法]埃德加·莫兰著，陈一壮译，复杂性理论与教育问题[M]．北京：北京大学出版社，2004： 112-113.

[2] 吴俊明，背景知识与学科教学立德树人[Jl.化学教学，2019（02）：8-13．

[3] 高书宝，张雨山，张慧峰，姚颖，蔡荣华．提碘技术研究进展[J]．化学工业与工程，2010，27（02）：122-127．

[4] 王硕，刘圆圆．扶持国家制碘业确保用碘安全[N].各界导根，2012-09-14（008）．

[5] 宋锡高．中国碘素产业发展现状[J].无机盐工业，2014，46 （03）：9-12．

[6] 钟启泉．教学活动理论的考察[J].教育研究，2005（05）：36-42+49．

[7] 余文森．核心素养导向的课堂教学[M]．上海：上海教育出版社，2017：164．

[8] 杨健，基于背景教学理念的空中课堂教学设计——以“海水提溴”为例[J].化学教学，2021（06）：54-60.

[9] 进一步减轻义务教育阶段学生作业负担和校外培训负担[N]．人民日报，2021-07-25 （001）．