大概念统摄下的单元教学设计——以“自制苏打气泡水”为例

张灵丽

（苏州市振华中学校 江苏 苏州 215000）

一、教学主题内容及教学现状分析

1.教学主题内容分析

碳酸氢钠位于沪教版九年级《化学》下册第七章“应用广泛的酸、碱、盐”第3节“几种重要的盐”的章节中。《义务教育课程标准（2022年版）》明确提出：了解小苏打在日常生活中的应用，能运用研究物质性质的一般思路和方法，初步预测酸碱盐的主要性质，设计实验方案，分析、解释实验现象，进行证据推理；制备并检验二氧化碳；能从定性和定量的视角，说明溶解度的含义；能根据需要配制一定质量分数的溶液；能基于真实问题，初步分析与评价物质的实际应用；对材料使用和资源回收等展开讨论，积极参与相关的实践活动。

2.教学现状分析

现今的教学多以单课时教学为主，课时内容相对独立，学生无法将单课时所学的内容关联，而素养导向教学提倡变关注“零碎知识点”为关注“大单元设计”［1］。常规的复习教学多以知识复述，习题训练为主。存在以下问题：（1）重细节，轻整合的碎片教学，容易导致学时压力大、进度紧张［2］。（2）重知识，轻方法的灌输教学，容易走入死记硬背的误区。（3）重训练，轻思维的机械教学，缺乏动态逻辑思维的培养。（4）重讲解，轻实验的纸上教学，缺乏实践经验和创新思维能力的培养。现以自制苏打气泡水为情境，对元素化合物为主题的单元复习教学，进行大概念统摄性的设计，系统诊断学生对物质的性质与变化、气体的制备和用途、溶解度和溶液的配制、金属的性质、材料的应用和垃圾的分类回收等知识的掌握程度，将上下两本教材中9章的知识融会贯通。本单元一共设计七个任务，分为2课时，课时1的主要任务是探究小苏打的性质，用小苏打和柠檬酸制备二氧化碳。课时2旨在让学生探究苏打气泡水中小苏打和柠檬酸的质量关系，配制一定质量分数的柠檬酸溶液，寻找苏打气泡水零卡路里的真相，饮料瓶材料的选择和回收，自制一瓶苏打气泡水。采用启发式、互动式、探究式、体验式教学，从具体知识的教学走向大单元的教学，学生从“被支配”走向“激活自我”。

二、教学思想和创新点

（1）问题情境化。真实情境的运用以其生动鲜明、与知识的发生应用紧密联系的特点［3］，有助于学生对学科知识的消化吸收。选用苏打气泡水为情境，真实的情境充分激发学生的好奇心和探究欲。将问题的解决融入真实的探究情境中，将学生置于真实的探究情境中，有助于学生理解学科知识，提高化学思维和实践能力，形成化学观念，体悟化学的学科价值和重要意义，领悟化学来自于生活，应用于生活的本质。

（2）实验创新化。用苏打气泡水的饮料瓶，自制一套固液反应的发生装置，利用生活中常用的小苏打和柠檬酸为原料，学生在家里随时随地制备二氧化碳。在气体发生装置简化版的基础上，添加调气阀和磁铁，灵活调节气流速率，控制反应的发生和停止，实现了实验的便捷化、生活化、创新化。加热小苏打，配制一定质量分数的柠檬酸溶液，柠檬酸和铁、铝反应等实验，充分发挥实验的“实证”功能，实现了证据推理与模型认知。

（3）知识系统化。以探究配料中各物质的用途引入，贯通沪教版上下两本教材9个章节的知识点，实现了知识的单元化、结构化、生活化、系统化、境脉化，提升学生融会贯通的能力和系统思维能力。

（4）技术信息化。教师的演示实验和学生分组实验，使用展示“互动宝”这一新款教学仪器，解决了中后排学生看不清实验，老师看不到学生操作实验的难题，实验的可视化、清晰化程度较高，演示实验、学生分组实验的师生互动功能大大增强，实验的功能价值得以提升。

三、教学目标

（1）通过探究小苏打的性质变化，学会研究物质、认识化学变化的思路方法。

（2）通过复习二氧化碳的性质与变化，学会运用简单的装置和方法制取气体。

（3）通过苏打气泡水中小苏打和柠檬酸的质量关系，复习化学反应中的定量关系。

（4）通过配制柠檬酸溶液，活学活用溶解度的概念，学会配制一定溶质质量分数的溶液。

（5）通过质疑苏打气泡水零糖、零卡路里，感知化学变化中的能量变化，培养学生质疑批判的科学精神。

（6）通过饮料瓶材料的选择及回收利用，感悟人与自然、社会的和谐、可持续发展等。

四、教学流程

教学流程见表1。

表1 教学流程（共2课时）

五、教学实录

1.任务一：探究小苏打的性质——寻找研究物质的性质和转化的思路方法

【情境任务】自制苏打气泡水

【教师布置任务】阅读苏打气泡水的标签，找出配料的成分，猜测各配料的用途。

【学生1】配料成分：赤藓糖醇、二氧化碳、柠檬酸、碳酸氢钠、三氯蔗糖、食用香精。

【学生2】二氧化碳和水反应产生碳酸，食用香精调香的，三氯蔗糖、赤藓糖醇可能是甜味剂。

【学生3】柠檬酸可能提供酸味的，碳酸氢钠的用途不清楚。

【教师点拨】化学研究的内容是物质的组成、结构、性质、变化、用途、制法，它们之间有怎样的关系？

【学生】组成结构决定性质变化，性质变化决定用途制法，用途制法反映性质变化，性质变化反映组成结构。

【教师】已知碳酸氢钠的化学式为NaHCO3，请写出碳酸氢铵、碱式碳酸铜、碳酸钙的化学式，它们组成上的共同点是什么？

【学生】碳酸氢铵、碳酸钙，碱式碳酸铜组成上都有碳酸根离子。

【教师提问】回忆碳酸氢铵、碱式碳酸铜、碳酸钙的化学性质，推测小苏打有什么化学性质？

【学生】碳酸氢铵和碱式碳酸铜受热分解，都会产生二氧化碳。

【学生分组实验1】加热碳酸氢钠。

【师生分析实验现象，得出结论】碳酸氢钠受热分解产生二氧化碳。

2.任务二：小苏打和柠檬酸制备二氧化碳——寻找气体发生装置的创新设计

【教师布置任务2】根据碱式碳酸铜和碳酸钙与酸反应的性质，猜测小苏打和柠檬酸能否反应，实验验证。

【学生分组实验2】小苏打和柠檬酸反应。

【教师布置任务3】用2 个塑料瓶，用柠檬酸和小苏打反应来制备一瓶二氧化碳，说出你的设计方案。

【学生】设计方案（见图1）。

图1 学生设计气体发生装置1

【学生讲解】捏挤盛有柠檬酸的塑料瓶，柠檬酸进入到小苏打的试剂瓶，反应发生。

【教师】若想控制气流的速率，如何改进呢？

【学生设计】在这套装置的输气端导管上添加一个调气阀。

【教师】调气阀能否控制发生装置的气压？

【学生】可以，若发现两个塑料瓶都硬邦邦、鼓鼓的，说明塑料瓶内气压很大，可以打开调气阀，放出气体，减小塑料瓶内气压。

【教师提供装置】添加调气阀的改进装置（见图2）。

图2 自制气体发生装置

【教师布置任务4】用这套装置收集一瓶二氧化碳。

【教师指导操作】移动磁铁，将瓶内的吸酸球拉到液面下，挤压装有柠檬酸的饮料瓶，打开调气阀，收满一瓶气体后，用磁铁将吸酸球拉到液面上。

【教师备注】吸酸球的外面是食品级塑料，磁铁被塑料包裹，磁铁和酸液没有直接接触（见图3）。

图3 磁铁吸酸球

【学生分组实验】排水法收集并检验二氧化碳。

【教师追问】移动磁铁控制反应发生和停止的原理是什么？

【学生小组实验、讨论】当调气阀关闭，瓶内气压增大，柠檬酸会持续不断的被压到盛有小苏打的瓶子中，若在瓶子外部移动磁铁，将瓶内的吸酸球移到液面上，柠檬酸不会进入盛有小苏打的瓶内，反应不能持续进行，慢慢停止。

【教师追问】在反应的过程中，盛有小苏打的塑料瓶中的液体会倒吸进入柠檬酸的塑料瓶吗？

【学生】不会，因为盛有小苏打的塑料瓶的瓶塞上，连接的两根塑料导管都很短，可以防止液体倒吸（见图4）。

图4 发生装置的瓶塞和塑料导管

图5 学生计算小苏打的质量

图6 学生计算柠檬酸的质量

【教师补充】在瓶塞和导管接触处涂上胶水，可以起到较好的密封效果。这套装置还可以用作观赏鱼缸二氧化碳发生器，给鱼缸中的水草提供光合作用的原料二氧化碳，通过磁铁的移动控制吸酸球在液面上方或下方，既可以起到储气的作用，又可以持续不断的给鱼缸提供气体。

3. 任务三：寻找苏打气泡水中物质间的质量关系——诊断学生的数据处理能力

【教师布置任务5】制作一瓶苏打气泡水，请计算需要小苏打和柠檬酸的质量。已知：柠檬酸和小苏打反应化学方程式是，气泡水中的钠元素由小苏打提供，假设小苏打和柠檬酸恰好完全反应。（计算结果精确到0.01。）

【学生小组讨论，计算】

4.任务四：配制一定质量分数的柠檬酸溶液——活学活用溶解度和练习溶液的配制

【教师布置任务6】在任务二中，制备二氧化碳的柠檬酸溶液如何配制？请配制500 g 最大浓度的柠檬酸。

【学生查阅资料】查找柠檬酸的溶解度，20°C，柠檬酸的溶解度为59 g。

【学生分组讨论，计算】（见图7）

图7 学生计算柠檬酸的质量和水的体积

【学生分组实验】配制质量分数为37%的柠檬酸溶液500 g。

5.任务五：寻找苏打气泡水零卡路里的真相——探讨化学反应中的能量变化

【教师布置任务7】阅读营养成分表，如表2，讨论：为什么零糖？

表2 苏打气泡水的营养成分表

【教师提问】化学变化总伴随着能量的变化，有的放热，有的吸热，比如，我们的呼吸作用是放热的。我们每天吃的食物，有的能提供能量，有的不提供能量，哪些食物可以提供能量？

【学生】碳水化合物（糖类）、油脂、蛋白质可以提供能量。

【教师】气泡水里的碳水化合物每100 mL有3.8 g，能量为零。请计算，这一瓶气泡水有多少克碳水化合物？

【学生计算】约18 g 碳水化合物。

【教师反问】有碳水化合物，却不提供能量，猜想原因是什么？

【学生猜测】可能这类碳水化合物不能被人体吸收。

【教师】查阅资料，解释原因。

【学生1 查阅资料】赤藓糖醇，是四碳糖醇，分子式为C4H10O4［4］，可由葡萄糖发酵制得，为白色结晶粉末，具有爽口的甜味，不易吸收，它是天然零热量的甜味剂［5］。

【学生2 查阅资料】三氯蔗糖，分子式为C12H19Cl3O8［6］，是唯一以蔗糖为原料的功能性的甜味剂，可达到蔗糖的甜度约600 倍［7］。三氯蔗糖在人体内不参与代谢，不被人体吸收，热量值为零［8］。

6.任务六：盛放苏打气泡水饮料瓶的选择——探究材料的应用和回收

【教师布置任务8】请将铝制易拉罐、铁制易拉罐剪片（磁铁区分），分别称量0.5 g，分别放入上节课配制的柠檬酸溶液、苏打气泡水中，观察现象？

【学生分组实验】剪铝制易拉罐、铁制易拉罐，称量，用磁铁区分，分别放在浓稀柠檬酸溶液、苏打气泡水中。

【学生】放入浓柠檬、稀柠檬酸、苏打气泡水中的铁制易拉罐上有气泡产生，溶液逐渐变成浅绿色。铝制易拉罐上看不到明显气泡。（见图8）

图8 浓、稀柠檬酸、苏打气泡水和铁制、铝制易拉罐的反应

【教师追问】铝制易拉罐上没有明显现象，能否说明没有反应呢？如何检验反应的发生与否？

【小组讨论】铝片表面有致密的氧化膜，所以没有明显现象，将铝片取出，洗涤，干燥、称量，如果质量还是0.5 g，说明没有反应。

【教师提醒】铝片表面有致密氧化膜，反应需要一定的时间，请同学们课下将铝片取出称量质量，明天课上汇报结果。

【学生补充】第五天后，稀柠檬酸和铝制易拉罐的烧杯里出现较多白色絮状沉淀，取出铝片，洗涤、干燥、称量，发现质量减轻（见图9）。

图9 铝片上出现絮状沉淀

【教师提示】请找到苏打气泡水塑料瓶上的物品回收标志，并找到PET 三个英文字母，PET 塑料属于什么材料？

【学生】有机合成材料。

【教师】塑料瓶用完后如何处理？

【学生】回收再利用，塑料瓶属于可回收垃圾。

7.任务七：盛放苏打气泡水饮料瓶的选择——探究材料的应用和回收

【教师布置任务】自制一瓶苏打气泡水。

【学生分组实验】配制苏打气泡水，交换品尝。

【教师总结提升】我们以自制苏打气泡水为情境任务，通过2节课的学习诊断，复习了物质的性质变化，气体的制备及用途，溶解度、一定质量分数的溶液的配制，化学材料的选择和垃圾的回收利用以及化学变化中能量的变化，体现了化学来源于生活，应用于生活的思想。学习化学不是要死记硬背，而是要形成化学思维。

六、教学效果与反思

本单元从落实新课标，发展学生核心素养的理念要求下，有以下4个方面的思考。

（1）立意求“高”。好课在于“立意”。本单元以自制苏打气泡水为情境，让学生感受到真实的、生活中的化学。从学生熟悉的碳酸氢铵、碱式碳酸铜、碳酸钙的组成结构、性质变化入手，采用归纳和演绎的探究方法，猜想并验证碳酸氢钠的性质和变化，用废弃的饮料瓶自制气体发生装置制备气体，通过阅读苏打气泡水的成分表，质疑零糖、零卡路里，复习化学变化中的能量变化。一瓶苏打气泡水从里到外（配料和塑料瓶），从头到尾贯穿课堂。

（2）探究求“实”。通过问题驱动、实验探究的方式，实现了目标具体化、问题情境化、实验探究化，增强了课堂活力和动力。有师生合作实验，学生分组实验，教师演示实验等，充分发挥实验的“实证”功能。激发学生的好奇心，催化学生持续探究化学的热情和动力。

（3）可视求“清”。通过展示“互动宝”这一教学仪器，学生可以清晰地观看老师演示实验的动态过程，老师也可以任意抽看一组或同时抽看四组学生操作的动态过程，即时指导，师生实验的互动效率大大提升（见图10）。

（4）育人求“真”。义务教育阶段，学生不仅仅要有知识的构建，更有品格能力的提升、个性的塑造养成，教师及时鼓励和赞扬学生，肯定其想法和做法，有利于提升学生的内驱力和自信心。如：引导学生创新设计气体发生装置、对零卡路里的质疑等，展现了化学课程的育人价值和育人功能。

本单元教学将真实情境转化为驱动问题，将问题转化为学习任务，设计学习单元，从关注学习结果的教学走向学习过程体验与结果并重的教学，学生全程在“做中学”“用中学”“玩中学”，有利于实现全程育人的教学目标。