“启发思维与深度学习”课堂教学探索

摘要

以“海带提碘”为教学案例，探讨如何通过启发学生思维来构建深度学习的课堂教学模式，其教学行为的重点在于培养学生的学科核心素养，促进知识应用和创新能力的提升。模拟“海带提碘”情境，结合问题探究和实验操作，引导学生建构工艺流程设计的基本思维模型。这一教学过程旨在激发学生兴趣，培育科学探究精神，凸显以学生为中心的教育理念，最终实现学科知识学习的进阶与实践活动灵活应用的高效衔接。

Graphical abstract

关键词

启发式教学 / 海带提碘 / 深度学习 / 工艺流程 / 思维模型

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》提出，要注重开展“素养为本”的教学，倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，注重教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践水平^［1］。实践证明，思维启发在教学中的作用主要是促进学生思维能力的发展、激发学生的创新能力和批判性思维，以及引导学生建立自主学习的习惯，将学生培养成创新者、问题解决者和自主学习者。启发式教学是一种先进的教学理念和方法，其教学目的是激发和培养学生的问题思考能力，发展学生的高阶思维水平^［2］。因此，教师需要在教学实践中不断创新方法，以达成高效的教学效果。

1 主题分析

该节课涉及“海带提碘”的教学内容是海水资源开发利用学习的延续，“海带提碘”的教学不仅是对学生已有知识的回顾与强化，更是帮助学生建构物质转化关系并加强认知模型的理想载体。学生在探究“海带提碘”工艺流程的实验活动中，逐步建构起真实情境中设计工艺流程的基本思维模型，可以更深层次地培养学生的问题解决能力及知识迁移应用能力。学生在学习如何合理开发与利用资源的同时，可以学会灵活应用知识的技巧，即可全面培育学生宏观与微观相结合的思维模式以及科学探究素养。

2 设计思路

教学的本质在于激发和引导学生的思维活动。该节课从探究食盐加碘的成分入手，激起学生思考如何从海藻、海带中提取碘这一问题。面对海带中碘的富集现象，指导学生认识到必须通过“分离”与“提纯”的途径将碘从复杂系统中分离出来。所以，首先让学生讨论海带中碘的存在形式，随后基于碘离子的特殊性质，引导学生通过设计工艺流程和实验操作，实现碘元素的提取和净化。但是鉴于海带中碘含量较低的特点，如何高效富集碘是该节课的重点议题。其设计的教学流程如图1所示。

为了提供给学生更丰富的学习资源，适时将大数据和信息技术融入课堂。学生利用平板电脑可以快速获取海带的成分、含量和工业提碘的方法等信息；学生运用屏幕共享功能可以直观展示各小组设计的“海带提碘”工艺流程，借此激发其深层思考和优化设计方案的动力，推动实验探究；学生可将实验现象的照片上传并分享给他人，基于照片师生进行交流互动，便于适时相互学习，促进能力提升^［3］。

3 教学评价目标

（1） 通过探索“海带提碘”工艺流程的设计，建构在真实情境中设计工艺流程的基本思维模型，诊断并发展学生的实验探究能力。

（2） 通过判断并分析“海带提碘”原理中涉及的氧化还原反应，诊断、发展学生对氧化还原反应知识的应用水平和认识进阶。

（3） 体会化学方法与思维模型的建构在自然资源开发利用中的重要意义和学科价值。

4 教学实施过程

4.1 情境铺垫

【问题1】“加碘食盐”配料表中的加碘盐和碘酸钾分别属于哪类物质？碘酸钾是如何制备的？

【学生活动】学生小组利用平板电脑上网查阅资料，交流讨论并汇报结果：原料不同，提碘方法不同。以海藻或海带为原料的提碘方法主要有灰化法、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。主要提碘技术如表1所示。

4.2 发现问题

【教师引导】工业原料选取应遵循廉价易得、经济实惠、环保无污染等原则。

【学生活动】学生利用平板电脑查阅有关工业提碘的原料和方法资料。学生汇报结果：工业上常选择含碘量高的海带作为原料，海带价格便宜，可以降低生产成本。海带中提取碘的工艺流程如图2所示。

【小组实验】将海带冲洗干净，用剪刀将海带剪成块状，用酒精润湿（便于灼烧）后，放在坩埚中，灼烧灰化；将海带灰转移到小烧杯中，再向烧杯中加入10 mL蒸馏水，搅拌，煮沸2~3 min，过滤。

【学生总结】通过灼烧、溶解、过滤系列操作，实现碘离子的富集。将含碘化钠的溶液先转化成含碘单质的溶液，再转化成含碘单质的有机溶液，最终转化成碘酸钾。溶液下层的紫色部分，就是溶解在有机溶剂中的碘单质。

【问题2】碘化钠如何转化成碘单质？请你从物质类别、元素价态的角度进行分析。

【学生活动】思考并讨论：按照无机物之间的转化规律无法实现二者之间的转化，对此，可以从元素价态的角度进行分析。常见的氧化剂有过氧化氢、高锰酸钾、氧气、氯气等。

4.3 思维进阶

【问题3】如何选取经济实惠、绿色环保、高效的氧化剂，将是提碘工业中的一个重要环节。

【学生活动】分组交流与讨论：酸性KMnO₄氧化性太强，可能会把得到的碘单质进一步氧化，浓硫酸则会产生污染性气体SO₂，双氧水氧化性适中，无污染，而氯水可用作提取碘单质的氧化剂。提碘工业一般建在沿海地区，氯气可通过氯碱工业制取，但是氯气运输不方便。因此，还需要知道各种氧化剂的价格及运输成本。学生查阅资料，氧化单位质量碘离子使用的常见氧化剂及价格归纳如表2所示。

【小组汇报】氯气有价格优势，但会造成环境污染。目前，我国经常使用过氧化氢来实现这一氧化过程。

【任务1】请尝试写出加入稀硫酸调节溶液为酸性的条件下，过氧化氢氧化碘化钠的离子方程式，并设计实验流程进行“海带提碘”实验操作。

【学生活动】学生分组讨论交流，写出离子方程式，拍照上传。

【学生实验】分组设计“海带提碘”实验流程，学生进行混合液萃取与分液操作，以便为进一步设计工艺流程做好准备。

【学生总结】从混合物中提取物质的一般思路和方法如图3所示。

【学生活动】改进的“海带提碘”工艺流程如图4所示。

【任务2】海带中提取的碘单质是如何转化成碘酸钾的？请尝试分析其离子方程式并用单线桥标出电子转移。

【学生活动】学生分组讨论交流，写出离子方程式，拍照上传。

【教师引导】在刚才的分析过程中总共涉及碘元素的价态有：-1价、0价和+5价，它们之间可通过加入其他合适的氧化剂来实现相互转化。

4.4 实验探究

【问题4】如果用碘酸根作为氧化剂，在酸性溶液中能否氧化碘离子？判断其产物是什么？请尝试书写离子方程式。

【学生活动】学生写出离子方程式，拍照上传。该反应为价态归中反应，产物是碘分子。

【探究活动】碘酸根离子在酸性条件下能否真正氧化碘离子，产物是否确实为碘单质？可以通过实验证明吗？学生分组对比两组实验：第一组是在1、2号试管中加入稀硫酸的酸性条件下进行反应；第二组是在3、4号试管中进行非酸性条件下的对照实验。

【知识支持】检验生成物碘单质的方法有两种：①滴加淀粉溶液变蓝；②加入四氯化碳溶液进行萃取，下层液呈现红色。

【学生活动】学生分组设计实验，积极研讨与总结，并拍照上传，汇报实验结果。

实验结果一：1、2号试管中溶液变成棕黄色；3、4号试管中溶液几乎未发生颜色变化。

实验结果二：1、3号试管中分别滴加淀粉溶液之后溶液都变成紫色，1号试管中溶液紫色更深些；2、4号试管中分别加入四氯化碳溶液进行萃取，2号试管中下层液呈现红色，4号试管中下层液体几乎无色。

【实验结论】5I^-+IO₃^-+6H⁺=3I₂+3H₂O，即在酸性条件下更容易进行反应。

【探究活动】学生质疑：淀粉与碘水相遇一定都显蓝色吗？在检验碘单质的两种方法中哪种更好？

【学生活动】学生分组实验再探究，并汇报结果：如果外界条件发生改变，如改变碘的浓度，反应混合物的温度、酸碱性、溶剂，或淀粉放置时间的长短不同，碘与淀粉的反应现象会有较大的不同。在碘水浓度比较稀的条件下，采用淀粉溶液的现象更灵敏。

4.5 迁移应用

【问题5】我们再来看一个来自实际生活中的问题，如何得知加碘食盐中加入的是碘化钾还是碘酸钾？请设计实验方案进行检测。（提示：“维生素C”是生活中常见的还原剂，“84消毒液”是生活中常见的氧化剂）

【学生活动】学生分组讨论，设计实验方案并汇报：不管食盐中是碘酸钾还是碘化钾，都需要将其中的碘元素转化成碘单质来进行检测。

如果食盐中是碘酸钾，那么应该加入还原剂来将其转化为碘单质，根据材料信息可以选择维生素C作为还原剂来实现这一转化，再加入淀粉溶液，若发现变蓝，则证明原食盐中含有的是碘酸钾；如果食盐中是碘化钾，则需要加入氧化剂来将其转化为碘单质，可以加入“84消毒液”将其氧化，然后再加入淀粉溶液看是否变蓝来进行检验。

4.6 思维建模

【交流反思】通过探索碘离子转化成碘单质再转化成碘酸根的过程，学生不仅可以根据物质的类别与元素的价态预测物质的性质与现象、设计物质之间的相互转化，还能进一步学会用离子反应和氧化还原反应来设计实际问题的解决方案。更为重要的是，探索与设计“海带提碘”的工艺流程，有助于建构在真实情境中设计工艺流程的基本思维模型（图5）。

【教师评价】在建构真实情境中设计工艺流程基本思维模型的过程中，学习知识、实验操作、优化流程和经验积累都是非常重要的。只有通过不断地实践操作和优化改进，才可以设计出有效的物质分离、富集、提取的工艺流程。

【问题6】学以致用：请课后查阅相关的资料，尝试设计“粗盐的提纯”工艺流程。

【作业布置】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。

5 教学评价

在“海水提碘”教学案例设计过程中，充分应用了启发学生思维的教学方法。

5.1 情境导入与思维启发

课始，以学生日常生活中常见的加碘食盐为切入点，教师先行抛出开放性问题，即刻点燃了学生的好奇心，在学生对问题产生浓厚兴趣的氛围中，自然而然地引出该堂课的主题——“海带提碘”工业流程设计。教师精心设计了一系列具有针对性和启发性的问题。这些问题层层递进，引领学生深入思考与深度学习，积极主动地参与到课堂讨论中，通过小组合作、自主思考等方式，尝试自己解答问题，寻找解决方案。在自我答疑的过程中，不仅掌握了知识，还提升了学习能力。

5.2 问题探究与迁移应用

课中，教师设计问题引导学生深入探究活动，巧妙地将抽象的化学原理与具体的演示实验进行有机整合，为学生搭建起连接理论与实践的桥梁。学生在问题链的持续引导下，通过课堂练习和动手实验进行实践探索，深刻而直接地把握氧化还原反应的原理及其在真实情境中的应用价值，从而实现对知识本质的深度理解。

5.3 深度学习与思维建模

课末，教师精心设计问题“如何检验食盐中添加的是哪一种碘盐？”又一次引领学生进入更高阶层次的思考：已有知识如何应用于新问题情境。接着，教师又通过阶梯式问题的不断启发，帮助学生建构了在真实情境中设计工艺流程的基本思维模型，并鼓励学生在课后展开更独立的探索，把在课堂上收获的知识和能力与现实生活紧密连接，以实现学以致用的教学目的。

在整个教学过程中，从情境模拟到问题探讨，再到探究学习，直至实验操作，无不激励学生积极挖掘思维深井，自主攀登知识高峰。学生在该节课的学习探究旅途中，不仅掌握了专业知识，还锻炼了批判性思维、问题解决及自主学习的能力。在教与学的课堂互动交融中，学生逐步实现知识的深刻理解与灵活应用，终被一路引领至深度学习的境地。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］.北京：人民教育出版社，2020．

[2] 刘知新.化学教学论［M］.第5版.北京：高等教育出版社，2018.

[3] 高涛，胡婷婷.“从海带中提取碘”项目式教学［J］.中学化学教学参考，2024（02）：31-33.

基金资助

安徽省教育信息技术研究课题“基于智慧课堂模式下测与练一体化发展学生高阶思维教学实践研究”(AH2023068)