“素养为本”的单元复习课教学设计

成素萍

摘要：基于义务教育化学课程标准，在分析沪教版教科书“碳及其化合物”内容建构方式的基础上，整合不同版本教科书知识体系，遵循“三序结合”设计理念，通过设置情境、问题、创新实验设计活动等，帮助学生构建“自然界中的碳循环”这一生动活泼的模型。努力打造以“观念建构”和实验为中心、以“深度学习”为核心、以提高学生“核心素养”为目标的单元复习课教学。

关键词：化学学科核心素养;碳及其化合物;复习课;教学设计

文章编号：1008-0546（2022）05-0073-05中图分类号：G632.41文献标识码： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.016

促进学生的学科能力发展是学科教学的核心目标之一[1]。学科素养是学生经过学科学习逐渐形成的、面对陌生不确定的问题情境所表现出的关键能力和必备品格，对应知识经验的迁移创新能力表现水平[2]。《普通高中化学课程标准（2017年版）》在“附录2教学与评价案例”中提出的“四个注重”：注重真实问题情境的创设、注重基于“学习任务”开展“素养为本”的教学、注重认识思路的结构化和显性化、注重“教、学、评”一体化[3]。

本文就“碳及其化合物”复习课教学中教师的教学行为作微观思考，分析在实际教学中落实化学学科核心素养培养的关键，欲起抛砖引玉之作用。

一、“素养为本”的教学设计思路

如图1所示，“素养为本”的教学设计可以按照如下的思路展开：首先，依据义务教育化学课程标准（2011版）和普通高中化学课程标准（2017版），整合不同版本教科书知识体系，对沪教版教科书内容进行适度增删、调整和加工，合理选用和开发图片、问题、创新实验设计活动等情境作为支架，挖掘“碳及其化合物”内容对发展学生化学学科核心素养的价值;其次，围绕素养发展价值设计5个环节确定学习任务和教学、评价目标，并将知识和认识思路结构化，使之成为学生参与课程实施最现实的平台，在这里，他们可以发出自己的声音，倾诉自己的情感[4];第三，将真实情境、科学探究和模型建构有机结合解决实际问题，注重运用提问、点评等方式开展学习评价，贯穿“教、学、评”一体化（图1）。

1.基于课程标准和教科书的教学分析

义务教育化学课程标准（2011版）中设置了“了解自然界中的碳循环”和学生实验活动“二氧化碳的实验室制取和性质”[5]，沪教版教科书[6]没有设置“碳及其氧化物”这一章，而将其分散在不同的章节中，赋予其更深的价值取向！第一章介绍了金刚石在液氧中燃烧，金刚石、石墨的微观结构，帮助学生了解物质的性质与组成、结构之间的内在联系。第二章密切结合O2、CO2的组成、性质，学习实验室制备CO2的方法，总结实验室制备气体的一般思路和方法。第四章以碳燃烧时，O2充足或不充足，认识完全燃烧与不完全燃烧的异同为例，领会完全燃烧的意义。

2.挖掘教学内容对学生学科核心素养发展的价值

挖掘教学内容的化学学科核心素养发展价值是教学设计的起点。因此，笔者基于学生知识的逻辑顺序、学生的认知顺序和心理发展顺序为尺度的调整，联系碳的单质、化石燃料的燃烧、创新实验设计等，引导学生从来源、去向和滞留空间等方面帮助学生理解“碳及其化合物”的相互转化，从学科知识、化学史料、实验教学等方面挖掘出潜在的认知价值，努力通过教学内容的整合、教学活动的组织、教学情境的创设、教学实验的改进、教学媒体的运用等，掌握学习碳及其化合物知识的模式的新视角和系统思维框架，建构学科知识逻辑顺序与学生认知顺序相互匹配，有利于学生自主探究的教学体系。“问题线”和“活动线”是课堂教学的“明线”，“素养线”是“暗线”。体现化学学科核心素养目标的“暗线”需要以“明线”作为载体，是化学课堂教学的灵魂。本节课的问题线、活动线和素养线设置如图2所示。

坚持在教学及评价目标中确立核心素养，在创设问题情境中渗透核心素养，在实验探究中呈现核心素养，在问题解决中应用核心素养。使得学习目标更强调在获得化学核心知识的基础上，促进化学学科核心素养的发展;内容组织强调化学学科特有的学习活动——实验验证，让学生完成挑战性任务，积极参与，产生情感共鸣，实现学习方式的改变;评价目标更强调化学学科思想方法的理解与运用。

二、教学过程设计

1.制定教学与评价目标，注重“教、学、评”一体化设计

本研究以“教、学、评”一体化的理念指导复习课教学的设计过程。“教、学、评”一体化倡导在课堂教学中把教、学与评价相互融合，整体化地考虑教什么？怎么教？为什么而教？把学习目标达成度的测评镶嵌在学习活动的设计和组织中，明确教学应达到的预期学习结果[7]。同时，不断反复思考并调整学习目标、学习活动的方式和评价的方式，通过学生完成的表现性活动，判断学生“学到了什么？能做什么？做得如何？”[7]。努力做到“教、学、评”一体化。本节课设置的教学与评价目标列于表1，并在此基础上形成教学目标与评价目标、学习任务与评价任务一致性的教学思路。

2.教学流程

【引入】我国晋代炼丹术士葛洪在其所著的《抱朴子内篇》中描述金刚石：“扶南出金刚，生水底石上，如钟乳状，体似紫石英，可以刻玉，人没水取之，虽铁锤击之亦不伤。”

【视频】俄罗斯“套娃”——钻中之钻（图3）。

其实，科学家感叹的不仅仅是这一无色、透明晶体是无价之宝，历经八亿年，化学性质穩定;更感叹大自然的鬼斧天工！

环节一、碳的单质

从微观来看，碳原子最外层有4个电子，单个碳原子不稳定。从而与另外4个碳原子形成了高度有序且对称的正四面体结构，形成碳的最完美晶体——金刚石（图4）。当然，这需要大自然的特殊眷顾。因此，天然钻石很少，这也是俄罗斯套娃价值连城的原因之一！除此之外，还有层状结构的石墨（图5）。两者的区别是碳原子的排列方式不同。金刚石是世界上最坚硬的物质，但却抵御不了化学变化，灼热的金刚石可以在液氧中燃烧生成CO2。

1772年，拉瓦锡用透镜聚光，以加热空气中的金刚石，发现金刚石能像石墨一样燃烧起来，并完全变成气体;他又用透镜加热真空中的金刚石，发现金刚石变成了石墨。他首先提出“碳”是一种元素，并列入元素周期表。

设计意图：从葛洪对金刚石的描述，拉瓦锡的金刚石、石墨燃烧实验;到俄罗斯“套娃”的发现作为起点，帮助学生认识人类对金刚石的研究从未停息。既向学生展示人类对碳元素的认知，又帮助学生形成观念：物质的用途在很大程度上决定于物质的性质。达到了导入环节所应具备的3个功能——引起注意、激发动机和建立联系，以培养学生的“宏观辨识与微观探析”“科学精神与社会责任”等化学学科素养。

环节二、化石燃料的燃烧

人类使用的燃料大多来自于煤、石油、天然气等化石燃料。家庭用煤经历了从“煤球”到“蜂窝煤”的转变。“蜂窝煤”炉底部、中部、口部发生不同的化学反应，写出涉及碳及其化合物间的转化关系。

【师】除了金刚石、石墨外，碳还以另外一种重要的与氢原子结合的形式存在，形成有机物，其数目繁多，使得碳及其化合物成为化学世界里最庞大的家族。煤油、蜡烛燃烧后产生火焰和黑烟，从环保和释放热量最大化的角度，人们更希望含碳燃料充分燃烧生成CO2（图6、7）。

【师】绿色植物的光合作用维持了全球 CO2和 O2  的平衡，也维系了生态系统的平衡，是地球生物生存、繁荣、发展的要素之一。葡萄糖、砂糖、面粉是光合作用的产物，是人类和地球生物的主要食物来源。分别加热葡萄糖、砂糖、面粉后得到炭黑（图8），说明这些物质都含有什么元素？

【生】碳元素。

设计意图：以煤的燃烧作为思维起点，从煤炉中不同部位的化学反应，帮助学生构建碳及其氧化物的转化关系。由煤油、蜡烛的燃烧产生黑烟，加热葡萄糖、砂糖或面粉后，得到炭黑的事实，揭示了化石燃料是地球的碳库，碳元素是组成生命的基础元素，主要以有机物的形式存在于生物界。从而，培养学生的“科学精神与社会责任”“变化观念与平衡思想”等素养。

环节三、实验室制取气体的一般思路和方法

《义务教育化学课程标准（2011版）》和《普通高中化学课程标准（2017版）》都规定了学生必做实验，以确保学生有基本的动手实验活动机会。不同版本教科书设计的学生必做实验都不尽相同，仍有较大的改进空间，有必要进行系统研究。因此，教师需要明确具体实验承载的实验问题解决思路，不但要结合化学课程标准、教科书和具体实验本体进行系统分析，而且要站在实验问题的起点，探索实验问题的解决空间，刻画问题解决的思维路径，确立实验问题解决的思维模型。发展学生的化学学科核心素养有着重要的作用[8]。

【师】CO2和 O2是我们学过的两种身边常见的物质，教科书中的装置图是我们研究常见气体的制备、收集、检验、验满以及验证化学反应中质量守恒的装置。请学生们从反应物的选择、发生装置、收集装置的选择、气体的检验和验满等方面总结实验室制取气体的一般思路和方法，完成填写作业单（表2）。

设计意图：挖掘实验教学中潜在的提高实验探究能力的内涵，从装置简单、操作方便、反应安全可靠、探究效果达标等方面分析，比较教科书中实验室制取 CO2和O2装置的5套制气装置，选择出一种较为理想的实验室制取CO2的发生装置，归纳、总结实验室制取气体的一般思路和方法。以培养学生的“科学探究与创新意识”“证据推理与模型认知”等素养。

环节四、创新实验设计

笔者通过创新对比装置，以起到控制变量、训练思维、强化认识的效果，对教科书的实验进行“二次开发”。利用自制手提式金属T 型架，设计一体化实验体系，将CO2的相关实验加以组合，设计出集安全、简便、现象明显于一体，变“静态”的蜡烛为“动态”，变“动态”的 CO2为“静态”的创新实验[9]：（1）将两支长、短不同的蜡烛分别固定在T 型金属架的铝片上部两侧，再用透明胶带将两张干燥紫色石蕊试纸分别固定在其下部两侧;（2）点燃T型金属架的铝片上的2支蜡烛，伸入到空的250 mL烧杯中，蜡烛继续燃烧;（3）将收满250 mL集气瓶的CO2倾倒入空的烧杯中;（4）将T 型金属架下部的一张紫色石蕊试纸用水润湿，再点燃两支蜡烛，手持T 型金属架的长柄，缓慢地将燃着的蜡烛从上到下伸入250 mL烧杯中，观察到伸入到一定的位置后，低的蜡烛火焰先熄灭，再继续伸入高的蜡烛火焰也熄灭;（5）将T型金属架停放在烧杯中约1 分钟，取出，再向烧杯中加入少量澄清石灰水，振荡。观察到澄清石灰水变浑浊、湿润的石蕊试纸变红;（6）再用吹风机将湿润的红色石蕊试纸吹干，观察到石蕊试纸由红色又变为紫色。

值得注意的是，CO2对有些物质却有助燃性！镁 带可以在CO2中燃烧，因此镁着火时不能用CO2灭火。

设计意图：创新实验设计，既向学生展示了实验设计的优点，又复习了CO2的性质。为学生勾画出以 CO2为中心的转化关系图奠定基础。镁条在CO2中的燃烧，说明利用 CO2作为灭火剂，需要区分物质的类别。将培养学生勇于探究的精神、提升科学思维能力、形成批判质疑态度、养成实事求是的科学态度、建立社会责任感落到实处。以达到培养学生的“科学探究与创新意识”等素养之目的。

环节五、自然界中的碳循环

【师】通过以上分析，我们是否可以追寻碳行走的足跡？

【资料卡片】地球上最大的两个碳库是岩石圈和化石燃料，这两个库中的碳活动缓慢，起着贮存库的作用。还有大气圈库、水圈库和生物库三个碳库，这三个库中的碳在生物和无机环境之间迅速交换，容量小而活跃，实际上起着交换库的作用（图9）。

【师】循环是复杂的，同一循环中有小循环，有大循环;自然界中除碳循环外，还存在着氧循环、水循环等。因此，化学展示的是一个可以理解的物质世界，一定意义上，人类的世界就是碳的世界。你如何看待人与CO2的关系？

【生】无论是不是CO2引起温室效应，我们要坚持“低碳”原则，减少CO2的排放。

设计意图：以“证据推理”为科学思维方法，基于溯因、演绎、类比等逻辑推理形式，让学生经历发现问题、解释证据、获得结论的过程。通过加入一定的社会议题，使“科学精神与社会责任”“变化观念与平衡思想”等素养得以体现。

三、教学反思

化学学科核心素养突出化学学科方法层面的培养，是化学教育教学需要达成的目标。这些目标的实现，离不开化学学科知识载体，化学学科方法引领，化学学科价值驱动。课堂教学只有统筹好三者的关系，才有可能实现学生化学学科核心素养的发展[10]。为了培育学生的核心素养，需要开展原生态的教学、有高阶思维的深度教学，才能实现知识教学的丰富价值、使学生知识学习与素养培养实现同步发展[11]。

笔者依据“碳及其化合物”的化学核心知识结构  及其挑战性任务，确定单元复习主题。通过对问题的  梳理、研究性学习的实施，运用化学最强武器——实  验验证CO2的性质作为探究目标，利用内容、知识、方  法、活动带领学生主动认知物质及其变化的思想，引  导学生学会用证据去推理、构建“自然界中的碳循环”这一生动活泼的模型。教师提供了恰当的情境和不  同层次、不同阶段的实际问题帮助学生组织、整合知  识，利用已有的认知构建新的模型。真正实现了教学  内容的综合性、研究体系的条理性、教学情境的真实  性、实验过程的探究性、学生思考过程的创新性等目  标。从而，打通知识到素养的通道，培养学生的关键  能力、必备品格和正确价值观[12]。

参考文献

[1]王磊，周冬冬等.学科能力发展评学教系统的建设与应用模式研究[J].中国电化教育，2019（1）：28-34.

[2]王磊.学科能力构成及其表现研究[J].教育研究，2016（9）：83-92，125.

[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017版）[S].北京：人民教育出版社，2018：96-97.

[4]俞红珍.让学生成为教材“二次开发”的参与者[J].课程·教材·教法，2009（9）：15-16.

[5]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准[S].北京：北京师范大学出版社，2012：25-26.

[6]王祖浩，王磊.全日制义务教育课程标准实验教科书·化学（九年级）（上）[M].上海：上海教育出版社，2012：11-16，52-59，94-102.

[7]王云生.“教、學、评”一体化的内涵与实施的探索[J].化学教学，2019（5）：8-10，16.

[8]胡久华，李琦等.促进问题解决思路建构的学生必做实验课教学[J].基础教育课程，2019（7）：63-68.

[9]胡巢生.“二氧化碳的实验室制取和性质”实验活动设计[J].化学教学，2017（12）：29-32.

[10]王伟，王后雄.学科核心素养视域下的化学学科本质理解：意义与视角[J].化学教学，2019（11）：3-8.

[11]余文森.核心素养的教学意义及其培育[J].今日教育，2016（11）：11-14.

[12]胡久华.以深度学习促核心素养发展的化学教学[J].基础教育课程.2019（2）：70-78.