基于深度学习的情境化教学设计

近两年广东省化学新中考题大多源自实际生活，着重考查了学生分析与解决实际问题的能力。化学学科深度学习指的是在教师深度引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，开展以化学实验为主的多种探究活动。我们应从宏微结合、变化和守恒等视角，运用证据推理与模型认知的思维方式，解决综合复杂问题，获得结构化的化学核心知识，建立运用化学学科思想解决问题的思路，培养科学探究与创新意识、科学态度与社会责任，促进化学学科核心素养的提升。基于此，这就要求我们在教育教学过程中能够基于深度学习进行情境化教学。

一、课标分析

CO2是初中化学课程中“物质的性质与应用”学习主题中的典型代表，是初中学生要全面系统认识并掌握的重要气体。学生在学习了氧气的基础上，进一步学习CO2的性质，为后期学习C、CO2、CO和H2CO3等物质及其转变打下了基础，做好了铺垫，所以本节内容起着承前启后的纽带作用，在教科书中有着举足轻重的地位。从教育目的看，CO2对自然界的生命活动及整个地球和生态平衡起着重要作用。目前，由于CO2含量的增加造成温室效应已引起了全球人类的关注，全面系统地研究CO2的性质更具有现实意义。

《义务教育化学课程标准（2022年版）》对这部分内容的要求是：

1.通过观察、实验，以及对事实进行归纳概括、分析等认识CO2的物理性质和化学性质。

2.能利用CO2的性质分析、解释一些简单的化学现象和事实；认识CO2性质与用途的关系。

3.通过CO2的学习学会研究物质性质的一般思路和方法。

4.学会控制变量和对比实验的实验设计方法，探究CO2与H2O的反应，并能基于宏观现象视角认识碳酸能使紫色石蕊溶液变红。

5.学会设计实验和选择实验仪器、试剂检验一瓶汽水中的溶解气体是CO2。

6.通过学习CO2能溶于H2O及CO2的转化，知道化学反应对维持人类生活和生态平衡的意义，助力我国实现碳中和，体会我国对推动构建人类命运共同体的责任和担当。

二、教学思想与创新点

真实、生动、直观且富有启迪性的学习情境，能够激发学生的化学学习兴趣，引发学生思考，帮助学生建构大概念和核心概念，促进学生核心素养的提升。

教师创设的“生活谜案、玩转汽水和我为‘减少CO2，缓解温室效应’支招”等具体活动情境，令学生好奇和感兴趣，并自主参与到探究活动中去展开一系列深度学习，认识CO2的性质，并对CO2的应用进行分析、解释和创意设计，获取对知识的深层次理解，建立一套自己的思维框架，并有效迁移到其他问题情境中去，成为解决实际问题的“高手”。

教师坚持“落实化学核心素养”的新课标理念，基于深度学习下开展CO2主题情境化教学设计。

1.教师以“意大利的一个生活谜案”开篇，激发学生的学习兴趣。

2.教师建构“研究物质性质的一般思路与方法”化学观念，串起“CO2情境化探究之旅”主线，外显化学学科思维，培养学生科学态度和价值观，明确学习目标。

3.教师分析、模拟“死狗洞”中的气体成分，设计探究实验，解开“死狗洞”谜案，延伸生活中哪些地方的CO2比较多？有什么应对措施？引导学生开展模型与解释、证据与推理等具有化学学科特质的高阶思维活动，促进学生深度学习，发展科学思维能力。

4.“玩转汽水”。“玩转汽水”这一主题情境贯穿课堂始终，基于真实生活引发学生主动活动。“感知汽水”——感知汽水中溶解的气体和了解汽水生产过程；“深究汽水”——探究CO2溶于水的过程中有没有发生化学反应；“检验汽水”——跨学科实践活动：用什么方法来检验汽水中的气体；“自制汽水”——劳动实践内化所学的知识并延伸知识：“酸可以与碳酸盐反应产生CO2”。本节课几大核心知识：（1）CO2能溶于H2O；（2）CO2能与H2O发生反应；（3）CO2能与澄清石灰水发生反应。教师借汽水这一主题化情境进行巧妙融合，不仅能实现情境教学的要求，还能实现深度学习的目标，因为深度学习是一种基于理解的学习，需要学习者将已有的知识迁移到新的情境中，这样更能拉近现实生活与学生的距离，从而引导学生用化学的视角来审视、研究身边的物质，让学生真切地感悟到生活的化学、真实的化学、有用的化学，可以说是“一举多得”。同时，教师要引导学生学习科学方法，发展学生的科学思维和创新意识，培养学生的科学态度与责任。

（1）“感知汽水”：学生轻摇并打开一瓶雪碧（碳酸饮料），看到气泡冒出，通过实验感知汽水形成的过程。

（2）“深究汽水”：CO2溶于H2O的过程有没有发生化学变化？建构探究模型，能让学生基于实验事实进行证据推理并推测物质及其变化，在解决与化学相关的真实问题中形成质疑能力、批判能力和创新意识。

（3）“检验汽水”：检验汽水中溶解的气体是不是CO2。学生小组合作讨论怎样把一瓶汽水中的气体导出来，设计简单的实验探究方案，选择试剂、实验仪器和装置来检验其成分。教师创设生动活泼的学习情境，帮助学生掌握CO2与石灰水反应的知识，实现了跨学科实践活动，更好地解决了实际问题。

（4）自制汽水（实践作业）。通过实践，学生了解了汽水的主要成分，体会了成功的喜悦，加深了对CO2的溶解性以及CO2与H2O反应这一性质的认识与理解。

5.开展我为“减少CO2，缓解温室效应”支招活动。学生学了CO2能溶于H2O及CO2转化后，想想这对缓解温室效应有没有实质性的建议。教师要培养学生节能减排的意识，使他们形成为社会解决实际问题的科学态度和责任担当。

三、教学实录

（一）创设情境，激发兴趣

创设情境：在意大利某峡谷有一个神奇的山洞，叫“死狗洞”，当人牵着狗进入山洞时，狗会晕倒甚至死亡，人却安然无恙，为什么？凶手是谁？

问题：我们都是小小福尔摩斯，狗进入山洞后会晕倒甚至死亡，人却安然无恙，为什么？凶手是谁？若狗主人蹲下去查看也会晕倒，为什么？

学生观看视频，议论纷纷，很感兴趣但也很茫然，几个大胆的学生说：“肯定是CO2，因为今天要学CO2。”

教师：对的！就是跟CO2有关，要解开此谜案，我们一起来探究下CO2的性质。

（二）认识物质，明确学习目标

教师：前面我们学习了氧气，请同学们归纳出认识物质的思路和方法。

学生：物质的性质分为物理性质和化学性质，物理性质包括物质的颜色、气味、状态、密度、溶解性。

问题1：观察空气中的CO2和桌面集气瓶中的CO2，完成表1。

学生兴奋地说出了CO2的物理性质。

问题2：空气中的CO2和桌面集气瓶中的有CO2都是以气态形式呈现，还有另一种状态下的CO2吗？同学们学习课本第119页第2段文字。

学生自学并小组讨论干冰的形成和应用。

问题3：CO2的密度怎样呢？

（三）建立探究模型一，解开情境谜案

实验探究：比较CO2与空气的密度大小。教师强调操作步骤与安全注意事项，要求学生完成实验，得出结论。

学生小组合作探究实验：向高低燃着的蜡烛中倾倒CO2。观察现象：下层蜡烛比上层蜡烛先熄灭。

问题1：蜡烛为什么会熄灭？应用了CO2的什么性质？

学生：CO2不燃烧也不支持燃烧，是CO2的化学性质。

问题2：为什么下层蜡烛先熄灭？

学生：CO2密度比空气密度大。

教师提示1：根据刚才所学，我们能解开“死狗洞”谜案吗？

学生顿悟了狗为什么倒下，而人没有倒下的原因，兴趣高涨。

教师提示2：下层CO2多了；狗为什么倒下？

学生根据所学发散思维dde3aff409458558bb92aa90e9e0699b3b0e1d9e0f59de98e45dd8d3bed627a3，狗倒下是因为没有O2，O2可以供给呼吸，说明CO2不能供给呼吸。

问题3：CO2浓度对人有什么影响？小组讨论：生活中哪些地方CO2比较多？有什么应对措施？

学生自学CO2浓度对人的影响；人多的地方CO2比较多，如：教室、车站、机场，这些地方应多注意通风，平时我们在教室里要多注意开窗通风。

问题4：人若要进入菜窖或干涸的深井，应该怎么做？

学生：因为CO2不燃烧也不支持燃烧，我们可以吊一根燃烧的蜡烛进菜窖或干涸的深井（灯火实验），如蜡烛熄灭，CO2含量多，人不能进去，应通风一段时间。

问题5：CO2在H2O中的溶解性？

（四）建立探究模型二，玩转“汽水”情境

1.感知“汽水”

教师：轻摇并打开一瓶雪碧（碳酸饮料），有气泡冒出，猜想该气体是什么。

学生观察现象、整合生活常识（雪碧是碳酸饮料），猜想出气体可能是CO2（根据质量守恒定律）。

实验探究：CO2是否溶于H2O？教师强调操作步骤与注意事项，要求学生完成实验，得出结论。

学生小组合作探究：实验模拟汽水形成过程：向一个收集满CO2气体的塑料瓶中加入一定体积的H2O，立即盖瓶盖，振荡。现象：塑料瓶瘪了。学生讨论分析得出CO2能溶于H2O。学生自学找相关资料：生产汽水碳酸型饮料的原料和过程。

2.深究“汽水”

实验探究：CO2溶于H2O的过程中，有没有发生化学变化？

查阅资料：石蕊是一种植物的色素，遇酸变成红色；石蕊可以溶于水配制成紫色石蕊试剂。

I.往紫色石蕊干燥小花上喷醋酸，观察到：________。

II.取少量紫色石蕊溶液于试管中，滴加溶解了CO2的水溶液，振荡，发现什么现象？________。

问题：是什么物质使紫色石蕊溶液变成红色？

猜想一：________________使紫色石蕊变红。

猜想二：________________使紫色石蕊变红。

猜想三：________________使紫色石蕊变红。

III.设计实验方案前，大家讨论就可得出猜想_______是错误的。

设计实验：学生根据提供的药品和器材来设计方案，验证哪个猜想是正确的，请小组讨论后写下方案并汇报。

仪器和药品：紫色石蕊试剂、紫色石蕊小花、3瓶CO2气体、H2O（喷壶）。

实验探究方案：

结论：________。

小组合作探究：学生取少量上一个模拟汽水形成实验中的溶液，滴加紫色石蕊试剂，发现溶液变红。学生思考，提出猜想，是什么物质使石蕊变红的？一是H2O，二是CO2，三是CO2和H2O反应产生的新物质。紧接着学生讨论分析，提出实验方案。学生提出的方案大多都会采用石蕊试剂，也有少部分学生认为不能采用石蕊试剂，展示方案时，课堂形成思维冲突，顺利解决了石蕊试剂中因为含有水，所以采用石蕊试纸来完成实验，同时得出猜想一是错误的。接下来，学生按照方案进行实验，得出结论：CO2和H2O反应生成的酸使紫色石蕊变红。

教师：CO2和H2O反应生成了什么酸呢？

学生：CO2的化学性质（写化学方程式）CO2+H2O＝H2CO3，结论：碳酸使紫色石蕊溶液变成红色。

教师提示：加热变红的石蕊小花，观察现象，强调实验安全。

学生：加热红色石蕊小花，小花又变回到紫色，小组合作讨论交流：小花变回紫色，说明没有碳酸了，碳酸不稳定分解了，H2CO3＝CO2↑+H2O，进一步学会了：碳酸使紫色石蕊变成红色。

3.检验“汽水”

教师展示一小瓶雪碧，问学生有什么方法检验汽水中溶解的气体是不是CO2。

有些学生摇一摇雪碧，打开盖子，把一根燃着的木条放在瓶口，木条熄灭，则产生的气体是CO2。有学生想到直接把澄清石灰水倒入汽水中……思维百花齐放，最终选出最合理的检验方法：把汽水通过带单孔胶塞的导气管导入到澄清石灰水中。

4.自制汽水（实践作业）

通过上面的学习，学生已经了解了汽水的主要成分，并自制了一瓶汽水（原料：纯净水250mL、糖、盐、小苏打1.5g、柠檬汁）。配制步骤：将白砂糖、盐和柠檬汁加入矿泉水瓶中进行振荡；再将小苏打加入矿泉水瓶中，迅速盖好瓶盖。振荡，静置。

通过实践，学生加深了对CO2的溶解性以及CO2与H2O反应这一性质的认识与理解。

（五）拓展应用作业——我为“减少CO2，缓解温室效应”支招

拓展应用作业：学了CO2能溶于H2O及CO2转化，大家对缓解温室效应有没有实质性的建议？

一些学生建议用水吸收CO2；一些学生反驳：“因CO2在标准大气压下，一体积的水只能溶解一体积的CO2，用水吸收CO2需要很多水。”还有一些学生说：“地球表面有71%的面积被水覆盖，有大量的水可以溶解CO2。”另一些学生说：“我们刚学了CO2溶于水的过程中还会跟水发生反应，这样就会使海水酸化，海水酸化又会产生一系列的环境问题。”大家说出各种奇思妙想，争当低碳行动践行者。

四、教学效果与反思

整节课把抽象的化学知识在生活情境中具体化，教师以“死狗洞”和“汽水”为载体，设计连贯衔接的问题，由学生围绕这些问题展开一系列小组深度学习，得出CO2的性质、运用及CO2的检验方法。情境增强了学生的学习兴趣，特别是“玩转汽水”，有效衔接的深度学习解开了汽水中的奥秘，使学生的思维产生了碰撞，天性得到了释放，体验了自己获得知识的过程，建立了一套自己的思维框架，并有效迁移到其他问题情境中，成为解决实际问题的“高手”，同时提升了他们分工与合作、辩护与探究的能力。

化学知识来自生活，呈现于真实情境中。我体会到了选取生活真实情境的重要性和要求。选取情境不能随意，更不能胡编乱造。情境的功能是要承担起课堂立意的载体，既是学生的兴趣点，又是学生深度学习的出发点，也是走进核心素养的落脚点。

通过这样的情境化教学实践，学生不仅可以深入理解CO2的性质，还可以锻炼探究式、建构式、小组讨论式等多样化的深度学习，培养批判性思维和解决问题的能力，同时增强了对环境保护和气候变化等议题的认识和关注。这种整合了深度学习和情境化教学的教学实践，可以提升学生的学习兴趣和参与度，提升他们的综合素养和能力。

（作者单位：1.广东省开平市世界谭氏中学；2.广东省开平市中心医院）

编辑：李琴芳