基于学科核心素养培育的教学案例设计及实施

蔡辉舞 张贤金 洪兹田

[摘 要]  课堂是核心素养培育的主阵地，教师的教学设计在很大程度上决定着课堂教学的方向和高度。科学出版社出版的九年级化学上册中《组成燃料的主要元素——碳》一节属于碳单质的学习内容，课程标准对该节课的知识要求并不高，仅仅是认识物质的多样性，但该节课却是培育学生化学学科核心素养的良好载体。教师应充分挖掘知识背后的核心素养培育素材，精心设计教学活动，实现传统的知识解析式向促进学生学科核心素养的课堂转型。

[关键词]  初中化学;碳单质;核心素养;教学案例

随着《普通高中化学课程标准（2017年版）》的正式颁布，标志着我国的基礎课程改革进入了一个全新的阶段，推动了化学教师教育教学理念的更新和课堂教学方式的改变，意在呈现：以发展学生核心素养为主旨，凸显化学学科的育人价值;关注化学学科的发展，彰显化学学科魅力的课堂。化学学科核心素养的培育，要求化学课程尽可能地创设真实的问题情境，从复杂、陌生的情境中，梳理出需要解决的学科问题，通过认识理论与生活实践统一性原则，促进解决问题的关键能力提升和必备品格的养成[1]。课堂是核心素养培育的主阵地，教师的教学设计在很大程度上决定着课堂教学的方向和高度。因此，已经有不少的研究者和一线教师在关注基于核心素养培育的教学设计问题，也形成了一些见解。笔者作为化学教师和化学教育研究者，深入其中，也对这个问题作了关注、研究和探索。

一、问题提出：从知识为本到素养为本

学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力。化学学科核心素养包含“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”[2]。

《组成燃料的主要元素——碳》是科学教育出版社出版的九年级化学上册第五单元第2节的内容，《义务教育化学课程标准（2011年版）》中对于碳单质的学习描述，仅仅是认识物质的多样性，可见，教材中的知识要求并不高。笔者认为，虽然知识要求不高，作为一线教师，可以充分挖掘知识背后的素养培育素材，突破传统的知识解析式设计，转向促进学生化学学科核心素养的教学设计。本文以《组成燃料的主要元素——碳》教学为例，聚焦“宏观辨识与微观探析”“变化观念”“科学态度与社会责任”等3个方面素养培育，为化学学科核心素养在课堂的落地做了一些思考和探索。

二、目标定位：从三维目标到素养目标

化学学科核心素养是在三维目标的基础上，对其进行了具体化和提升，使三维目标的内涵更加具体、明确，更有学科性、指向性和功能性。学科核心素养的课程目标，不仅关注学生当下的发展，更突出“重要观念、关键能力和必备品格”，凸显了化学课程在帮助学生形成未来发展所需的正确价值观念、关键能力与必备品格中所承载的重要作用[3]。

（一）教学内容分析

本节内容包含两部分：从特性和用途的角度认识形态各异的碳单质;结合真实的情境认识碳单质的化学性质。在教学设计之前必须解决以下2个问题。

1.教学目标的定位问题。例如，在1课时的情况下，需增补哪些素材，教材顺序是否需要调整？如何设计学生活动？如何更多地彰显“素养为本”理念？

2.结合《义务教育化学课程标准（2011年版）》的“标准”与“提供的学习情境素材”，将“情境创设与问题引领”作为本节的教学策略。

（二）素养目标定位

从初高中课标解读到教学策略优化，基于学科核心素养，定位本节素养目标为：（1）创设真实的情境，知道碳单质的物理性质和化学性质（如稳定性、可燃性）;通过实验拓展碳单质的还原性。（2）通过对碳元素能形成多种单质的了解，感受物质世界的多样性;进一步建模物质的“结构—性质—用途”三者之间关系，发展“宏观辨识与微观探析”素养。（3）了解新型碳材料的优异性能和用途，感受化学在人类社会进步中的重要作用;通过真实情境中的问题解决，润物细无声地进行生命人文教育，渗透“科学态度与社会责任”素养。（4）通过碳单质在不同条件下转化产物不同，认识到可以控制化学反应的条件，从而控制化学反应的方向，发展“变化观念”素养。

三、教学流程：情境创设——问题引领

（一）创设情境，走进化学

【情境创设】在探究蜡烛燃烧时，可知燃烧产物是水和二氧化碳。将蒸发皿放在火焰上方会观察到什么现象？获得的黑色物质是什么？由此，可推知蜡烛的成分里一定含有什么元素？推断的依据是什么？学生观看、思考、回答。

设计意图：通过实验获取炭黑，炭黑由碳元素组成，导入新课。从生活走进化学，激发学习兴趣，也为后续引导学生从宏观角度认识物质的组成做好思维的铺垫。

（二）认识碳单质的化学性质

【欣赏图片】展示古画图片。结合生活中的事实，推测碳单质具有怎样的化学性质？

【学生回答】常温下的稳定性。

【提出问题】什么原因决定了碳单质在常温下化学性质稳定？ 化学性质与原子的最外层电子数有什么联系？结构和性质之间存在什么关系？

【讨论归纳】在常温下，碳单质的化学性质不活泼，这和它的原子的最外层上的电子数有关。碳原子的最外层上有4个电子，要成为8个电子的稳定结构，得失4个电子都不容易，故常温下化学性质稳定。结构决定性质，性质决定用途。

设计意图：欣赏图片，吸引学生的注意力，从欣赏中引导学生发现问题，引发学生思考。根据学生已有的知识经验，猜想碳单质的化学性质。透过现象看本质，问题更深刻，初步建立“宏观辨识与微观探析”的思维模型，构建物质“结构、性质、用途”三者关系的化学思想。

【提出问题】常温下，碳单质化学性质稳定，如果温度升高，碳是否会发生化学反应？

【温故知新】写出木炭在氧气中燃烧的化学方程式，描述燃烧的现象。根据木炭这一性质，推测木炭具有什么用途？学生作答，答案略。

【播放新闻】空调房里吃木炭烤鱼致一氧化碳中毒

【提出问题】（1）一氧化碳哪里来的？哪些做法导致一氧化碳中毒？（2）写出相关反应的化学方程式。仔细比较这两个化学方程式有何相同？有何不同？什么原因导致生成物不同？生活中的事故对你有何启发？

【讨论归纳】（1）CO来自木炭的不完全燃烧。空调房里的空气流通不够，烧烤消耗O2，导致O2的量不充分。（2）C+O2[点燃]CO2，2C+O2[点燃]2CO。反应物相同，反应条件和反应产物不同。O2的量导致生成物不同。因此，生活中使用含碳的燃料时，应特别注意空气流通，避免事故的发生。

设计意圖：通过生活实例，了解化学就在身边。通过分析、比较，体现了化学的价值——让生活更美好，避免事故发生。用一分为二的观点看待在不同条件下的反应，量变引起质变。条件不同，物质的转化方向不同。明确应控制反应条件，使化学更好地为人类服务，激发学生对学习化学更高层次的价值追求。通过追问，引发学生对燃料充分燃烧的思考，增强了对社会热点问题的决策能力。

【讲述】在生活中木炭可用于做燃料;在工业中，木炭还可用于冶炼金属，用于炼铜炼铁。请同学们认真观察木炭和氧化铜反应的实验。

【演示】木炭还原氧化铜的实验。引导学生观察现象、分析实验的注意事项、交流、汇报、得出结论，并写出反应的化学方程式。

【学生板演】C+2CuO[高温]2Cu+CO2↑

【讲述】实验证明碳在高温条件下，还能与氧化铁反应。模仿碳和氧化铜的反应，写出反应的化学方程式。

【学生板演】3C+2Fe2O3[高温]4Fe+3CO2 ↑

【讲述】（1）比较上述的两个化学方程式，分析、比较得出还原反应的概念。碳单质的这种性质称为还原性。利用该性质，碳可用于冶金工业。（2）碳能和金属氧化物反应，还能与某些非金属氧化物反应。写出碳和二氧化碳反应的化学方程式。

【学生板演】CO2+C[高温]2CO

【讲述】归纳碳单质的化学性质

设计意图：明确实验是学习物质性质的重要方法。基于实验，收集各种证据，对物质的性质及其变化做出分析、推理、归纳。同时，通过比较分析和归纳的学习方法，从得氧、失氧的角度拓展氧化反应、还原反应的概念，并再次强化了物质性质决定用途，用途体现性质的学科思想。

板书设计意图：如图1结构化板书的呈现，一目了然理解碳的化学性质。根据箭号的方向，明确不同的条件下，物质的转化产物不同。因此，我们可以控制化学反应的条件，使化学朝着人类有益的方向发展。同时，通过物质的转化引发对燃料充分燃烧的思考与倡议。在物质转化的载体中，培育“变化观念”“科学态度与社会责任”素养。

（三）认识形态各异的碳单质

【图片展示】璀璨夺目的钻石图片

【问题设计】（1）钻石是什么物质做成的？（2）谈谈你对金刚石的认识;谈谈金刚石的物理性质及金刚石在生产生活中的应用。（3）物质的性质和用途二者间有什么关系？（4）一颗钻石和一车的木炭，你的选择？

【欣赏视频】金刚石燃烧

【重新定位】谈谈你对金刚石和木炭的新认识。

设计意图：以视觉效果刺激学生的眼球，通过问题链激发学生的思维，建构物质的性质与用途之间的关系;通过选择，产生对比和认知的冲突。以金刚石燃烧的视频带来的震撼，引导学生从宏观的学科视角辨析物质的组成。

【活动】再认识木炭

【演示实验】活性炭的净水吸附

【驱动问题设计】（1）活性炭为什么具有较强的吸附能力？（2）说说活性炭在生产生活中的应用。（3）在阴霾的天气里，在充满毒气的战争对抗中，一颗钻石和一车的木炭，你的选择？（4）再谈谈你对金刚石和木炭的认识。

设计意图：建构结构、性质、用途三者之间的关系，同时感受化学在生产生活中的主要作用，体现化学的学科价值;在认知冲突中进行人文和生命的教育，彰显了合理辩证地选择和使用化学物质的学科思想。

【讲述】碳元素组成的单质除金刚石、木炭外，还有石墨、C60，一种元素可以组成多种物质。

【展示图片】石墨

【提出问题】（1）谈谈你对石墨的认识;（2）石墨的物理性质和在生产生活中的应用;（3）性质和用途二者间的关系。

设计意图：结合生活实际，设计问题链，激发学生的思维，再次阐述物质的性质、用途二者关系的化学学科思想。

【播放C60视频】介绍C60

【图片展示】新型碳单质：（1）许多新的碳单质相继被发现，如：C70、C240、C540等;（2）2010年诺贝尔物理奖——石墨烯。

【宏观辨识】碳元素可以组成多种形态各异的碳单质，为什么元素的组成相同，但金刚石、石墨和C60的物理性质差异却如此之大？

【微观探析】借助微观模型，观察金刚石、石墨和C60的空间原子排列。

【思维建模】建立物质的“结构—性质—用途”三者的学科思想方法模型

设计意图：了解新型碳材料的优异性能和用途，感受化学在人类社会进步中的重要作用，进一步引导学生透过微观本质解释宏观现象的差异。

板书设计意图：通过板书图2的构建和对比分析，引导学生从元素的视角认识碳单质的组成;从微观层面分析物理性质不同的本质原因，体现了“宏观辨识与微观探析”学科素养在课堂的落实，彰显了以“素养为本”的教学主张;通过宏微结合，进一步深化“结构—性质—用途”的思维模型。

（四）思维拓展

【课内拓展】“奇思妙想”。学生思考、质疑、讨论、观看视频、解惑。（1）在蜡烛的火焰中，你能否获取到钻石？（2）金刚石价格不菲，而石墨相对便宜得多，能否将石墨变成金刚石？这个过程是物理变化还是化学变化？

设计意图：宏观与微观是化学学科独特的思维方式。从“宏观角度——元素”看物质组成，元素在化学反应前后是不变的;从“微观角度——原子的排列方式”看碳单质物理性质差异的原因，促进了“教、学、评”一体化的有机统一。

（五）分享收获

师生以思维导图形式进行梳理和归纳。引导学生畅谈通过本节课学习，在知识、能力、方法、情感方面的收获与不足。

设计意图：梳理本课内容，通过结构化的板书，在收获知识的同时，获得情感态度价值观的升华，促进素养的提升。这种交流方法不仅形象地展示了本节课的核心知识，而且在分享中，对化学学科素养中的学科思想方法进行建模，达成高阶能力的拓展延伸。

四、教学反思：回归本源——素养培育

（一）挖掘教学素材，重构教学主题

教育的本源是为了促进学生的认识发展。在核心素养的引领下设计教学，所有的教学设计环节都尽可能地指向培育学生的化学学科核心素养。在整个教学过程中，用实物、实验、模型、图片、新闻报道、化学问题、视频资料等丰富真实的情境素材展示给学生，如金刚石燃烧视频、蜡烛的火焰中获取钻石视频、新型碳单质的资料展示等。这些优化的学习资源，使学生感受到了化学无穷的魅力，产生了许许多多的认知冲突和思维碰撞。基于学生的认识发展，转变了学生学习方式，从而开启以问题为载体，倾听与对话、沟通与合作、自主与交流的和谐课堂，一步一步地对“宏观辨识与微观探析”“变化观念”“科学态度与社会责任”等素养进行了不同程度的外显和渗透。

（二）创设真实情境，突出问题解决

创设真实的情境，进行问题解决式的教学，是核心素养培育和提升的重要途径。以螺旋式的问题引导，给学生营造真实、宽松、有趣的学习氛围，充分调动学习积极性，让学生在愉悦的氛围中获取知识，促进思维发展。“一颗钻石和一车的木炭，你作何选择？”“在阴霾的天气里，在充满毒气的战争对抗中，一颗钻石和一车的木炭，你作何选择？”“再谈谈你对金刚石和木炭的新认识？”在碳单质化学性质的学习中，设计了很多问题链，如“仔细比较这两个化学方程式有何相同？有何不同？同样的反应物，是什么原因导致了生成物不同？生活中的事故对你有何启发？”“碳是燃料的主要组成元素，若燃料未充分燃烧，将带来什么环境问题？生产生活中为了使燃料充分燃烧，使用时应注意哪些问题？”以真实情境为平台，通过问题引发思考与感悟，结合结构化板书，为学生学科核心素养的培育提供学习进阶。

（三）形成学科思想，聚焦素养培育

教学中，从宏观角度与微观视角认识碳的组成与构成，始终围绕着物质的“结构—性质—用途”三者之间关系的学科思想展开教学，使“宏观辨识与微观探析”素养的培育真正地在课堂落地。通过真实情境的问题引领，承载着“科学态度与社会责任”素养培育的功能。了解新型碳单质材料的优异性能和用途，感受化学在人类社会进步中的重要作用，感受化学的学科价值。在“板书设计图2——物质的多样性”建构中，渗透物质的多样性、化学的价值观、发展观及人文生命教育等化学学科思想。在真实情境中，激发了学生的社会责任感、参与意识和决策能力，彰显了合理辩证地选择和使用化学物质的学科思想，促进了“科学态度与社会责任”素养的发展。通过“板书设计图1——物质的转化”，明确物质在不同条件下转化可得到不同产物的变化观，从而知道我们可以控制反应条件，使化学朝着更有益于人类的方向发展。这些学习活动的设计与实施，承载着“变化观念”素养的培养，进一步形成节约资源、保护环境的可持续发展理念。

（四）开展学习评价，促进素养达成

在蜡烛的火焰中能否发现钻石？石墨能否变成金刚石？看似简单的两个问题，是学生从宏观元素和微观结构两个视角看待物质的转化，也是教师了解和评价学生对“宏观辨识与微观探析”素养达成情况的诊断。这一环节的设计，与导入新课“蜡烛中获取炭黑，从而推断蜡烛中含有什么元素”情境首尾呼应，整个设计流畅，寓意巧妙。教学设计中精心编制的“评价作业”与“教、学、评”活动有机结合，形成合力。同时，教师有的放矢的点评，有效促進了学生化学学科核心素养发展。

五、结束语

总之，一节课不可能把所有的化学学科核心素养的培育都落实到位，学科核心素养的培育，也不是一蹴而就的，需要教师精心设计每节课的教学活动，捕捉每一个合适的教学时机，长期精心培育[4]。通过情境创设、活动设计、问题引领，促进了化学知识与技能的学习、化学思想观念的建构、科学探究与问题解决能力的发展、创新意识与社会责任感的形成，体现了化学课程在促进学生核心素养培育中所发挥的重要作用。

[参 考 文 献]

[1]房喻，周青.凝练素养 彰显魅力 高效育人：对《普通高中化学课程标准（2017年版）》的思考[J].中学化学教学参考，2018（11）：1-3.

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：3.

[3]李俊.普通高中化学课程标准的变化[J].课程·教材·教法，2018（6）：71-77.

[4]王卫，张忠孝.基于核心素养“科学态度和社会责任”培养的教学设计：以人教版必修2“环境保护和绿色化学”为例[J].化学教学，2019（3）：46-49.

（责任编辑：赵晓梅）