摘要： 以“溴和碘的提取”教學單元為例，基于真實情境設計多種類型的開放性、實踐性的新型作業(yè)，如實驗操作、文獻閱讀、調查走訪和研究報告撰寫等，探究其在發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)過程中的價值，旨在從多角度培養(yǎng)學生多層次的綜合能力。

關鍵詞： 作業(yè)設計; 溴和碘的提取; 真實情境; 學科核心素養(yǎng)

文章編號： 1005-6629（2022）05-0078-05

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

作業(yè)的設計與布置是教師教學活動的一個重要環(huán)節(jié)，是學生學習的主要方式和重要組成部分。有研究表明，傳統的作業(yè)布置中存在重認知而輕情感、重教書而輕育人和重結論而輕過程等弊端，即只重視學生對學科知識的記憶、理解與應用，而不關注學生在教學活動中的情緒和情感體驗;以完成學科知識傳授為任務，而忽視學生在教學活動中的道德生成與人格養(yǎng)成;將作業(yè)轉變?yōu)榭贪宓臈l文背誦和機械訓練，而忽視學生的思考、質疑和創(chuàng)新[1]。為了進一步推進高中育人方式的改革，國家提出在2022年前全國普通高中全面實施新課程、使用新教材（簡稱“雙新”）?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版2020年修訂）》（簡稱“課程標準”）提出立足于學生適應現代生活和未來發(fā)展的需要，充分發(fā)揮化學課程的整體育人功能，構建全面發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的高中化學課程目標體系[2]。在“雙新”背景下，單元教學已成為日常教學的常態(tài)[3]，單元作業(yè)與練習的作用與價值也發(fā)生了明顯的變化，新型的作業(yè)設計受到高度重視，開放題、探究題等新的作業(yè)類型將更有利于學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

“溴和碘的提取”教學單元是上?？茖W技術出版社高中化學教材必修一第2章的第三單元，包含鹵素單質的性質、溴的提取、碘的提取和鹵素離子的檢驗四個課時內容。該單元既涉及鹵素單質的物理化學性質，又涉及氧化還原反應和離子反應相關原理的應用，以溴和碘的提取這兩個工業(yè)生產背景貫穿整個單元，具有物質繁多、反應復雜、應用性與綜合性強的特點。本文就此單元展開新型作業(yè)設計的探索。

真實、具體的情境是學生化學學科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要載體。培養(yǎng)和提升學生的學科核心素養(yǎng)，本質上就是要培養(yǎng)和提升其在特定情境中解決問題的能力和正確的價值觀。真實的情境除了可以運用在課堂教學之中，也可以為新型作業(yè)設計提供豐富的素材。將作業(yè)置于情境之中，就是要讓學生在個人生活、國家發(fā)展和全球合作等問題或背景下，在學科興趣、探究欲望以及對科學價值追求和社會責任等內驅力的作用下，有效地獲取和分析數據及文獻，設計、實施和評價科學探究過程，運用化學學科知識和觀念科學地解釋現象、得出結論、解決問題。

“溴和碘的提取”本身就是一個與生產和生活密切相關的情境。本文在充分分析本單元教學內容和教學目標的基礎上，基于本單元的知識與技能特點將其拓展到兩大層面、六大情境，對應“科學探究與創(chuàng)新意識”和“科學態(tài)度與社會責任”兩個化學學科核心素養(yǎng)（見圖1）。本文基于真實情境設計多種類型的開放性、實踐性的題目，如實驗操作、文獻閱讀、調查走訪和研究報告撰寫等活動，旨在多角度、多層次地培養(yǎng)學生的綜合能力。

1 科學探究層面

本層面通過創(chuàng)設實驗探究情境、工業(yè)生產情境和跨學科情境，弘揚科學精神，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，落實“科學探究與創(chuàng)新意識”這一化學學科核心素養(yǎng)。具體題目與設計說明如下。

1.1 實驗探究情境

情境素材分析： 實驗探究是一種重要的科學實踐活動，是化學學科核心素養(yǎng)的構成要素之一?！罢n程標準”鼓勵教師將實驗活動轉化為探究性或研究性的實驗任務，培養(yǎng)學生設計和優(yōu)化實驗方案的能力。將預測性書面作業(yè)延伸至實驗室中的具體操作與觀察，將以答案為導向的書面實驗作業(yè)題轉化為探究性或研究性的開放性實驗任務即為創(chuàng)設“實驗探究情境”。

題目： 現有一氯化鈉和碘單質的混合物，請設計實驗完成兩者的分離，利用實驗室常見的實驗儀器簡單畫出你的裝置圖，并在實驗室嘗試完成混合固體的分離，填寫實驗報告（見表1）。

圖2 NaCl和I2分離

實驗裝置圖示例

答案： 利用常壓下，碘受熱易升華的性質，搭建如圖2所示的裝置（為避免碘蒸氣逸出，可在燒瓶與燒杯接觸處墊一圈棉花，也可使用其他儀器搭建，能達到實驗目的即可）。將混合固體置于燒杯中微熱，混合固體中的碘升華后，在盛有冷水的圓底燒瓶底凝華，實現兩者的分離。

操作評價要點： （1）選取儀器的適用范圍合理;（2）裝置簡單、搭建流程合理;（3）操作規(guī)范、熟練。

設計說明： 學生在第1章1.3節(jié)中已經系統地學習了過濾、蒸餾、萃取和分液等物質分離提純的方法，基于本單元所學習的“常壓下固體碘受熱易升華”這一性質，學生可以利用實驗室常見的儀器組裝升華實驗裝置并完成實驗。在真實的實驗探究情境下，學生既鞏固了物質分離提純方法的選取依據，還鍛煉了實驗設計能力和動手能力。

本題先畫圖再實驗的設計環(huán)節(jié)旨在令學生明確，以實驗探究目的為導向，方案設計在先、操作實踐在后的探究流程，是掌握化學實驗及探究活動的核心思路與基本方法。同時給出實驗報告模板，教師可以在學生實驗過程中指導其遵守實驗規(guī)則，如實記錄實驗現象，體會完整的科學探究過程，使其形成良好的實驗習慣和嚴謹求實的科學態(tài)度，落實“科學探究與創(chuàng)新意識”的學科核心素養(yǎng)。

1.2 工業(yè)生產情境

情境素材分析： 化學工業(yè)生產是將化學研究轉化為生產力的重要途徑之一，充分體現了化學學科的發(fā)展對人類文明進步的作用和貢獻。以真實的化工生產過程為研究對象，借助相關資料對化工生產的原理、流程進行復原和模擬，即為創(chuàng)設“工業(yè)生產情境”。

題目： 染料廢水中含有大量溴離子，其含量的檢測對廢水處理有指導意義。溴含量較高的廢水可以回收再利用，含量較低的廢水也需經檢測確定是否達到排放標準，以免溴離子超標排放導致水體污染[4]。

請查閱相關文獻，以“溴離子的檢驗”為題撰寫一篇研究報告，簡述溴離子檢驗的意義和幾種溴離子的定性、定量檢驗方法，有條件的學生可以參觀相關實驗室或檢測機構，了解這些檢測方法的應用情況。

答案要點： 溴離子常見的測定方法有碘量法、光學分析法、電化學分析法和色譜法（《固體廢物氟離子、溴酸根、氯離子、亞硝酸根、溴離子、硝酸根、磷酸根、硫酸根的測定離子色譜法》GB 5085.3-2007、《環(huán)境監(jiān)測分析方法標準制修訂技術導則》HJ168-2010）等;溴離子檢驗的意義： 水溶液中溴離子的含量是確定溴資源品位和提取工藝的數據基礎，對淡水體系溴離子污染的檢測也體現出了較高的生態(tài)環(huán)境意義。同時，溴離子測定方法的優(yōu)化是推動溴離子回收利用研究的前提條件，表現出重要的科研價值。

設計說明： “課程標準”中要求學生能查閱化學某個領域學術研究的文獻，對文獻內容進行分析、概括與點評;鼓勵針對一個學術問題在教師（導師）的指導下開展項目研究、撰寫研究報告;加強與高等院校、科研院所、相關企業(yè)的聯系，積極探索全社會合作育人的途徑和機制。這道綜合實踐性的題目基于“能依據復分解反應原理和氧化還原反應原理，根據物質的特征反應和干擾因素設計鹵素離子的檢驗方法并實施實驗”的作業(yè)目標創(chuàng)設真實情境，充分挖掘離子檢驗的科研價值和社會價值，在鍛煉學生文獻閱讀、調研走訪和論文撰寫等能力的同時加深其對化學學科價值的感知，引導學生了解化學技術對社會發(fā)展的重大貢獻，在將課內所學知識應用于具體的化工生產中體會所學知識的價值，強化自身的社會責任意識，在多樣化的實踐活動中，促進學生實現“知、情、意、行”的統一。

1.3 跨學科情境

情境素材分析： 當今諸多復雜問題單靠一個學科的發(fā)展是不足以解決的，需要綜合不同學科的知識協同完成。通過挖掘與化學學科相關的生物、地理、物理等學科的情境素材，實現學科之間相互交融，彼此成為知識拓展的媒介，即為創(chuàng)設“跨學科情境”。

題目： 閱讀文獻[5]，思考下列問題。

海帶屬海藻類植物，因其碘元素代謝（metabolism）過程中可以實現“碘的運輸”而受到密切關注。其通過生產釋放碘（I2）和有機碘化物（Organic compound，一碘甲烷和二碘甲烷）代謝掉體內的氧化性物質，以避免其帶來的損傷（Oxidative stress）。研究發(fā)現一種釩碘過氧化物酶（V-IPO）在這個過程中起到了關鍵的作用。

大型海藻、細菌和除脊索類之外的動物會在V-IPO的催化下，利用從海水中吸收的碘離子（I-）與體內的過氧化氫（H2O2）反應轉化為次碘酸（HIO），這一過程被稱作“依賴性過氧化擴散（PDD）”。生成的HIO可能會發(fā)生以下三種轉化，即（1）擴散到細胞質（cytosol）中進行富集（accumulation）;（2）反應生成易揮發(fā)的有機碘化物;（3）在質外體與I-反應生成I2，進而轉移到細胞質中儲存或釋放。下圖部分說明了I-作為抗氧化劑的價值。碘化物可以作為細胞系統中的還原（reduction）系統，一旦被氧化即可用于代謝或儲存在細胞內，或者直接轉化成有機碘化物揮發(fā)掉或是碘單質升華掉，以避免在體內過度富集（具體過程參見圖3）。

（1） 海洋中的I-進入海帶體內，可以起到抗氧化的生理作用，請你歸納這段文獻中提到的三種價態(tài)的碘元素（I-、 I2和HIO）的物理、化學性質。

（2） 陸生植物體內沒有像海帶中的I-那樣的抗氧化劑，但也可以通過產生諸如抗壞血酸、多酚類和類胡蘿卜素等物質替代，你在生活中吃的什么食物可以起到類似的抗氧化的作用？

（3） 請課后上網查閱本篇節(jié)選文獻的英文原版，嘗試閱讀并談一談碘元素在生命活動中的重要性。

答案： （1）I-可溶于水、有還原性，I2可以升華，HIO有氧化性等;（2）橙子等富含維生素C的水果蔬菜等;（3）要點： 碘是新陳代謝和生長發(fā)育必需的微量營養(yǎng)元素，是人體合成甲狀腺激素的主要原料。而甲狀腺激素參與身體新陳代謝，促進人體尤其是大腦的生長發(fā)育。碘可以降低某些癌癥的發(fā)病率。

設計說明： 科學研究是在繼承和借鑒他人研究和發(fā)現的基礎上不斷進行新探索的過程。因此，文獻閱讀對于科學研究具有重要意義?！罢n程標準”中提出鼓勵教師增加學生查找文獻資料、深入閱讀分析文獻資料的活動。雖然本篇節(jié)選文獻閱讀文字量較大，但學生可在課下借助網絡等資源檢索相關背景知識和專有名詞，或小組討論式閱讀。設計本題旨在使學生從中學起就明確文獻閱讀在學習和研究中的重要性，逐步培養(yǎng)他們文獻閱讀的能力，為其今后的學習和研究打下基礎。

本篇文獻的選擇基于“從海帶中提碘”的教學目標，為學生提供海帶富集碘的生物學背景知識，補上了碘元素循環(huán)的關鍵一環(huán)。通過打破學科界限使學生明白，要解決復雜問題就需要綜合不同學科的知識協同解決。

2 價值觀層面

本層面通過創(chuàng)設愛國主義情境、“綠色化學”情境和食品健康情境，引導學生形成正確的世界觀、人生觀和價值觀，落實“科學態(tài)度與社會責任”的化學學科核心素養(yǎng)。具體題目與設計意圖如下。

2.1 愛國主義情境

情境素材分析： 立德樹人是日常教學的根本任務，立德要先行?！罢n程標準”中指出： 基礎教育課程承載著黨的教育方針和教育思想，規(guī)定了教育目標和教育內容，是國家意志在教育領域的直接體現，在立德樹人中發(fā)揮著關鍵作用[6]。利用中華優(yōu)秀傳統文化、革命文化和社會主義先進文化教育內容創(chuàng)設“愛國主義情境”，融入社會主義核心價值觀，培養(yǎng)學生的社會責任感、創(chuàng)新精神與實踐能力。

題目： 方志敏同志曾在獄中用米湯（內含淀粉）給魯迅先生寫信，巧妙地將信息傳遞給黨組織。請問魯迅先生在收到信之后，要使用什么物質才能顯示出信中的內容（? ）？

A. 食鹽? B. 碘酒? C. 醋? D. 白酒

答案： B。

設計說明： 本題將碘遇淀粉變藍這一碘的性質置于“方志敏同志向魯迅先生傳遞情報”這一愛國主義情境之中，既落實了“碘遇淀粉變藍”的作業(yè)目標，使枯燥的知識融入生活與實踐，增強學生對化學學科的興趣，又有助于學生繼承和弘揚革命文化，明確今日的美好生活來之不易，堅定中國特色社會主義的道路自信。

2.2 “綠色化學”情境

情境素材分析： 結合與化學有關的社會熱點問題，將能反映化學、技術、社會和環(huán)境之間相互關系的化工生產或實驗探究案例轉化成“‘綠色化學’情境”，可以使學生認識環(huán)境保護和資源合理開發(fā)的重要性，形成“綠色化學”觀念和可持續(xù)發(fā)展意識。

題目： 溴作為一種重要的化工原料，在醫(yī)藥、燃料、農藥、阻燃劑、抗爆劑等領域均有廣泛的用途。目前海水提溴的工藝技術有多種，在我國應用最廣泛的是“空氣吹出法”。其中“封閉式空氣吹出法”是近期新開發(fā)的一種海水提溴工藝，其工藝流程如圖所示（見圖4），早期“空氣吹出法”工藝并無圖中“封閉循環(huán)系統”，吸收塔的尾氣直接排入空氣中，請評價“封閉循環(huán)系統”的優(yōu)勢[7]。

答案： 避免尾氣直接排入大氣，解決了尾氣污染環(huán)境的問題，節(jié)省資源（尾氣夾帶SO2和未被完全吸收的Br2），提高資源的利用率。

設計說明： 化工生產是化學學科的應用延伸，對化工生產流程的評價與分析是學生基于所學知識與原理能夠達成的要求。本題以“封閉式空氣吹出法”這一化工生產情境，引導學生從“有害尾氣需要處理，不能直接排放”和“廢棄物中資源需要回收，避免資源浪費”等“綠色化學”的角度分析評價實驗方案和工藝流程，在潛移默化中形成節(jié)約資源、保護環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識，進而做到從自身做起，形成簡約適度、綠色低碳的生活方式。

2.3 食品健康情境

情境素材分析： 化學不僅與人類的衣、食、住、行密切相關，而且在促進人類健康、提供生活材料等方面起著重要的作用。通過分析食品中的營養(yǎng)物質在人體中的作用、微量元素對人體健康的重要作用、常見食品添加劑的組成性質和作用以及某些藥物的主要成分和療效等創(chuàng)設“食品健康情境”，引導學生體會化學的發(fā)展對于藥物合成和人類健康的重要意義，使學生發(fā)自內心地贊賞化學，體會化學對人類文明和社會發(fā)展的促進作用。

題目： 圖5是藥物西地碘含片使用說明書中的部分內容，請據此補充完整以下檢驗其主要成份的實驗方案。

取一粒藥片放入研缽中??? 成粉末，再將藥粉裝入試管并加入約2mL蒸餾水溶解。向試管中再加入約2mL??? ，若觀察到溶液顯藍色，則說明西地碘含片中的主要成分是??? （寫分子式）。

答案： 研磨;淀粉溶液;I2。

設計說明： 本題選擇“西地碘含片使用說明書”這一真實的生活情境，以“檢驗西地碘含片主要成分”為題，考查學生從閱讀分析資料到對簡單化學問題的解決提出可能的假設，依據假設設計實驗方案，收集實驗證據，基于實驗事實得出結論的科學探究能力，發(fā)展“科學態(tài)度與社會責任”和“科學探究與創(chuàng)新意識”的學科核心素養(yǎng)。

綜上所述，有效的作業(yè)設計不應是課堂學習的終點，而應該是學生繼續(xù)學習和實踐的起點。如何將學生在課堂上學到的知識通過作業(yè)轉化為發(fā)現問題、探究問題和解決問題的實際能力，應當成為“雙新”背景下新型作業(yè)設計始終要思考的問題。后續(xù)我們將繼續(xù)探索這類新型作業(yè)在學生完成過程中的反饋和表現，進一步評價其在學生化學學科核心素養(yǎng)形成過程中的效果。

參考文獻：

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[2]中華人民共和國教育部制定. 普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S]. 北京： 人民教育出版社， 2020.

[3]上海市教育委員會教學研究室編著. 中學化學單元教學設計指南[M]. 北京： 人民教育出版社， 2018： 7.

[4]張勇. 染料廢水中溴離子的檢測[J]. 山東化工， 2018， 47（16）： 87， 89.

[5]Medrano-Macías J.， Leija-Martínez P.， Gonzlez-Morales S.， Jurez-Maldonado A. and Benavides-Mendoza A.. Use of Iodine to Biofortify and Promote Growth and Stress Tolerance in Crops [J]. Front. Plant Sci.， 2016， （7）： 1146.

[6]胡樂萌. 基于化學學科核心素養(yǎng)的德育過程化探索[J]. 現代教學， 2020， （5）： 58～59.

[7]白瑞祥， 朱麗麗. 海水提溴過程自控系統研究與開發(fā)[J]. 中國鹽業(yè)， 2017， （1）： 68～72.