“黄沙身价提升之路”学案设计与教学实践-

论文导读：
摘要：介绍了“黄沙身份的提升之路”的教学设计思想、教学过程及课后反思，讨论了背景知识融入学案设计与实践的优势。作者认为：融入背景知识的学案具备良好的“悦读”性，能激发学生的学习兴趣；将学习任务抛锚于真实的背景环境中，能激发学生真实的学习体验，维系持续的学习动机；精心设计探究任务链，剥丝抽茧的探究性问题有利于激活和提升学生的思维；要有效地帮助学生明确学习任务，制订学习方案；要多环节进行学习成果整合，不断提升和优化学生的认知结构。
关键词：主动性学案；背景知识；育人价值；含硅矿物
文章编号：1005-6629(2012)8-0040-04　：B
结合背景知识的教学往往会让课堂更加轻松有趣，让科学知识、科学方法、科学价值等内容在教学活动中有效渗透，学生会表现出更好的主动性。所谓背景知识，是指学习内容形成或存在的自然或社会环境背景、历史背景、价值背景、领域层次属性、总体和逻辑背景(学科背景)，以及教学背景等方面的知识。鉴于教科书编写时受到篇幅等限制，内容的趣味性，实用性，容量都不能完全满足学生的学习需求，学案的编制则能很好地弥补教科书的不足，而且还能在学习的个性化、校本化上得以突破。融入背景知识的学案在提高知能教学效率的同时，还能使育人目标得以实现，有着“润物细无声”的效果。本文以苏教版化学必修教材中“含硅矿物与信息材料”为例，将多个背景知识带入到教学设计中。
1　设计思想
苏教版高中化学必修1“含硅矿物与信息材料”这一单元需要2课时。“黄沙身价的提升之路”是本单元的第一课时，对教材进行了补充和重构。设计过程中重点考虑了以下因素：

1.1　融入背景知识的文本具备良好的“悦读”性，能激发学生的学习兴趣

学案文本是供学生自主阅读的，因此它的设计不仅要关注科学性、严谨性，还需要汲取优秀科普读物的优点——“悦读”性，而融入背景知识的学案设计能全面提升文本的“悦读”性。在本单元的学案文本中，笔者不仅在导言、对应教科书的补充材料、拓展性阅读材料等部分充分考虑了可读性，还将背景知识融入探究性问题、基础性练习和拓展性练习的编制中。融入背景知识的导言在明确学习任务、说明学习背景和学习定向上起到良好的作用，增强了学生的学习兴趣和动机。从使用者反馈信息来看，虽然本单元学案文本容量较大，但阅读用时不多，感觉文本既亲切，又不失科学性。如在导入环节，讲述了英国科学家提出的“沙漠太阳能孵化项目”设想：即利用沙漠中丰富的沙子制造高纯硅，再用硅制造太阳能电池板，实现电能外输，为人类提供“绿色能源”。

1.2　将学习任务置于真实的背景环境中，能激发学生的学习动机

本单元设计将“沙漠太阳能孵化项目”与“青海省2011-2020发展规划纲要”中的“柴达木光伏产业建设”联系起来，将硅及二氧化硅的性质，硅的制取等学习任务抛锚于背景环境中，构建“类真实性任务”。这种新颖和真实的任务加强了学习情境与知识、技能与应用的实际情境相联系的程度，激发学生学习的动机及兴趣。而“类真实性务”可以整合多种知识和技能，有助于学习者用“真实”的方式应用知识，同时也有助于学生意识到所学知识和技能是与自身生活紧密相关的，这是维持学习动机的非常重要的因素，也可以解决知识迁移的问题。学生只有在真实的社会文化背景下，借助于社会互作用，利用必要的学习资源，才能积极有效地建构知识。
本单元学案还特别设置了【课外活动参考选题】，该栏目列出了纳米二氧化硅的制备、自制水中花园、对硅和二氧化硅以及硅源于：标准论文格式范文www.7ctime.com
酸盐相关产业或硅材料回收市场进行调查研究、硅胶的制备与性质、硅胶的制备与性质、硅肥等参考选题，这些选题涉及的内容也是单元学习的重要部分，有利于培养学生的动手能力、联系社会关注社会的习惯、科学创新精神和创新能力等，也为学生进行研究性学习乃至科技创新活动提供指导。

1.3　精心设计探究任务链，剥丝抽茧的探究性问题邀思维共舞

本课时学习的主要任务链为“从沙漠太阳能孵化项目”的设想到“围绕沙漠开发的规划”设计任务，其中设计了“沙漠太阳能孵化项目”设想得以实现的关键问题、支架式知识积累自学任务(硅和二氧化硅的性质等内容)、黄沙精加工工艺(提取较纯的二氧化硅和单质硅)过程的具体问题，等等。关于这些任务键又分别设计了_一系列探究性问题，能较好地提升学生的思维水平。如关于黄沙精加工艺问题上提出了4个探究性问题，一系列的探究性问题将硅的制取工艺剥丝抽茧，层层深入地揭示出硅制取的本质原理。

1.4　有效地帮助学生明确学习任务，制订学习方案

本课题的单元学习目标对应的《普通高中化学课程标准》相关内容只是简单地提出：“了解硅及其重要化合物的主要性质，认识它们在生产、生活和当代高新科技中的应用”。目前不少教师编写的学案文本往往将“学习目标”栏目中的“知识与技能”、“过程与方法”和“情感态度价值观”逐项呈现。实际上，学生常常会跳过部分甚至全部的三维目标说明而直接进入后续的学习中，因此笔者认为学案文本中无需逐一罗列“三维”目标，而且目标宜“粗”不宜“细”，将三维目标中的核心知识和技能目标重点突出即可，具体的“过程与方法”、“情感态度价值观”应融入在课题的各个任务环节中予以体现。鉴于这一考虑，本单元学案的学习目标中只呈现了知识与技能目标，而其它的学习目标融入在随后的“学习方式建议”中。这一处理能较好地帮助学生理解单元的学习目标，并参照“学习方式建议”中的具体说明制订个性化的学习方案，在各任务的完成过程中达成“过程与方法”、“情感态度价值观”目标。

1.5　多环节进行学习成果整合，不断提升和优化学生的认知结构

学习成果的整合不能完全依靠课后练习，需重视每一个学习环节的整合，比如自学环节、教师精讲环节和小组合作学习环节等。本单元实施过程中，要求学生完成【小组讨论1】、【课堂练习】等进行学习成果的整合。【小组讨论31则是一个总括性的整合任务，该任务要求学生将氯碱工业、沙子的精加工等联合起来，以沙漠为中心，充分利用周边资源进行规划“沙漠产业园区”。这样的学习论文导读：
任务不仅对本课时的学习进行整合，还拓展至前面的卤族元素、碱金属等单元知识，实现学生多单元知识的认知结构的整合。由于学习任务的综合性，能很好地将学生已有知识和新学知识融合起来，让学生感觉自己所学知识的价值和用途。另外，在本单元的第二课时还设计了“参照【小组讨论3】的规划全面整理归纳提升黄沙身价的途径和方法”，实现本单元的全面整合。2　课堂教学实录

2.1　引入：黄沙的身价和沙漠的治理开发

师：黄沙是一种常见之物，主要成分是什么?
生：二氧化硅。
师：黄沙可以用来做什么?
生：(争先恐后列举)建筑材料、水泥、玻璃、陶瓷、混泥土、沙包、工艺品、计算机芯片，等等。
师：要想制备计算机芯片，则需要将黄沙转化成什么?
生：硅单质。
师：黄沙的低廉，要想更好地提高其身价，可以考虑将其制成你们说的沙包还是计算机芯片，或是别的物质?
生：高科技产品，如计算机芯片。
师：显然要想提高黄沙的身价，可以考虑将其制成各种含硅的产品。请大家看我国沙漠分布图，将近有五分之一的国土面积是沙化的，其中有70万平方公里为沙漠，沙漠中的黄沙不仅影响着周边人们的生活，还以什么形式来到我们扬州?
生：(齐声)沙尘暴。
师：多年来，我国政府和民间通过植树造林、防风固沙等方法治理沙漠，但收效甚微。最近科学家提出了一个治理沙漠的好设想——“沙漠太阳能孵化项目”，请大家看学案导言第二段(见后文)，我们一起大声朗读该设想。
师：要想实现这一设想的关键首先是什么?
生：将黄沙转化成高纯硅。

2.2　明确学习任务，开展自学和小组合作学习，小结、巩固有关知识

师：这个设想像是一个穷人捡到一颗鸡蛋，梦想蛋生鸡、鸡生蛋，从而实现发财的梦想。其实“沙漠太阳能孵化项目”离我们很近，目前我国已经在多个沙漠中建立了多座沙漠电站。要想了解其中的缘由，我们需要了解硅及其重要化合物的性质，以及它们在生活、生产和高新技术产业中的应用。请大家看学案中的“学习方法建议”，我们本节课主要学习硅和二氧化硅的性质，以及理解将黄沙转化成高纯硅的工艺路线。接下来请大家自学教材第75－76页和学案的相关内容，初步完成学案补充材料中的讨论任务和课堂练习(学案内容如下)。
学案文本节选
【导言】我国的沙化土地面积有170多万平方公里，占国土面积的18％以上，其中70万平方公里以上覆盖着漫漫黄沙。有源于：毕业论文致谢怎么写www.7ctime.com
一首歌这样唱道：“漫漫的黄沙，像无边的苦海……”，以二氧化硅为主要成分的黄沙就这样币怕、这样一文不名吗?
据英国《新科学家》杂志网站报道，一些科学家提出了“沙漠太阳能孵化项目”设想：利用沙漠中丰富的沙子制造高纯硅，再用硅制造太阳能电池板，提供生产高纯硅所需要的能量，如此循环往复，就能建设更多的硅厂制造出更多的太阳能电池板，生产更多的电能，最终实现电能外输，让沉寂千年的沙漠成为光伏发电中心，为人类提供“绿色能源”，有效地解决人类的能源危机，并且大大减少化石燃料发电引起的环境污染。
按照这个设想，如果我国拿出2％的沙漠面积安装太阳能光伏发电系统，发电能力可以达到1000 GW!目前，我国已经在新疆、内蒙古、青海、宁夏等地的沙漠中建立了多处太阳能发电站，开始了打造“沙漠光谷，’的尝试。不过规模和开发深度都还不够。
沙子不但可以用于制造太阳能电池板，还可以用于制造现代高新科技中的光导纤维、集成电路，用于制造广泛使用的水泥、玻璃、陶瓷产品和各种新材料等等，乃至于有人惊叹“人类进入了新的‘硅器’时代”。化学是黄沙身价发生巨大变化的功臣，要了解其中的缘由，就要从了解硅及其化合物的化学开始。
【学习目标】
了解硅及其重要化合物的主要性质，认识它们在生产、生活和当代高新科技中的应用。
【学习方式建议】
利用课本73-76页和补充材料(1－2)，自学硅和二氧化硅的性质；在完成【补充材料2】后的【课堂练习】之后，思考和尝试解答小组讨论题。注意记下自己的疑问。
小组讨论：(1)分析利用黄沙制取较纯净的二氧化硅的方法原理。
(2)分析利用黄沙制取高纯硅的方法原理。
(3)完成【补充材料】中的【小组讨论1-3】。
通过学习课本79-81页和选读【拓展性阅读材料】，交流、讨论硅和二氧化硅晶体特点，硅和二氧化硅的重要加工产品，硅酸盐的性质、用途和硅酸盐工业，以及现代硅酸盐材料的新发展等内容。并参照【小组讨论3】的规划全面整理归纳提升黄沙身价的途径和方法。
课后完成【基础性练习】；选做【拓展性练习】，小组合作尝试完成部分【课外活动参考选题】。
【补充材料】

1.硅和二氧化硅的化学性质

常温下单质硅的化学性质不活泼，但在高温条件下能和96种稳定元素中的64种元素形成化合物。
【小组讨论1】

1.硅易与氧元素结成二氧化硅，二氧化硅的稳定性如何?请说出你做出判断的证据是什么?

2.常温下单质硅的性质与氯气、金属钠有明显差别，原因是什么?

纯净的SiO2晶体无色透明不溶于水化学性质很稳定。氢氟酸是唯一可使二氧化硅溶解的酸，它能与二氧化硅反应生成四氟化硅(常温下为气态)。正是因为这个原因，可以用氢氟酸来蚀刻玻璃器具和工艺品。
SiO2+4HF=SiF4↑+2H2O
二氧化硅能跟热的强碱溶液或熔化的碱反应生成硅酸盐和水。高温下二氧化硅还可以跟某些盐、金属氧化物反应生成硅酸盐二氧化硅可用于制造石英玻璃光学仪器、化学器皿、普通玻璃、耐火材料、光导纤维等。

2.从沙子获取纯硅

沙子和计算机芯片，前者卑微渺小，后者光辉耀眼，可它们却拥有相同的“血统”——都是硅家族的成员。普通的石英砂除主要成分二氧化硅外，还含有氧化铁、粘土、云母和有机杂质等。通过擦洗脱泥、磁选(除去石英砂中的磁性矿物)、浮选(除去石英砂中的长石和云母等)、酸浸等步骤，可以获得较为纯净的二氧化硅。
工业上，通常是先在电炉中由焦炭还原二氧化硅制得粗硅(含铁、铝、硫、磷等杂质)。为了得到纯硅，目前通用的方法是：控制温度450-500℃，使粗硅跟氯气反应，生成由四论文导读：氯化硅和少量铁、铝、硫、磷等元素的氯化物等组成的液态物质，然后分馏提纯四氯化硅，再用氢气还原，即可制得纯硅。(提示：有关反应方程式参见教材75页)摘自：学术论文格式模板www.7ctime.com上一页123
氯化硅和少量铁、铝、硫、磷等元素的氯化物等组成的液态物质，然后分馏提纯四氯化硅，再用氢气还原，即可制得纯硅。(提示：有关反应方程式参见教材75页)摘自：学术论文格式模板www.7ctime.com