指向學科核心素養發展的“二氧化碳的制法”教學實踐

孫玉明 毛艷民 曾濤

摘要：在初中化學“二氧化碳的制法”教學設計和組織中，依據課程標準的學習要求與學生學習基礎，制定教學和評價目標，以課前前置學習、課中實驗探究、課后拓展延伸三個相互銜接環節展開，讓學生在多樣學習活動中自主探究、合作交

流并通過作品展示進行評價，使學生學科核心素養得到有效提高。

關鍵詞：教學設計組織;學科核心素養;二氧化碳制法

文章編號：1008-0546（2022）05-0047-06中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.011

學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學? 生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品? 格和關鍵能力。2017年版《普通高中化學課程標準》 凝練的化學學科核心素養包括：宏觀辨識與微觀探? 析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學? 探究與創新意識、科學態度與社會責任[1]。初中化學? 是高中的基礎，初中化學教學設計要符合高中化學課? 程目標的指向性：“以發展化學學科核心素養為主旨”“重視開展‘素養為本’的教學”[1]。

核心素養的培養不是一蹴而就，在不同學段教學中要注意挖掘教學內容中蘊含的化學思想觀念、學科思維方法，借助真實情境和多樣化素材，經過提煉轉化為學習任務、課堂問題和學生活動，落實到課堂教學各個環節中。本文以初中化學（人教版）“二氧化碳的制法”教學設計為例展開分析。

一、依據學科核心素養培養要求確定教學目標與評價目標

“二氧化碳的制法”[2]是初中化學繼氧氣制法后學習的第二種氣體制取方法。聯系教材第七單元氫氣制取方法，通過比較、歸納，幫助學生建立常見氣體（氧氣、二氧化碳、氫氣）實驗室制法的認知模型。初中學生在學習實驗室制取氧氣方法后，具備了制取和收集氣體的一些基礎知識，但實驗動手及分析能力較弱。“二氧化碳的制法”教學應當發揮承上啟下作用，為后續氫氣制法的學習、進一步領會常見氣體制備反應的原理與實驗裝置選擇、操作方法間的聯系奠定基礎，有效提高學生的實驗能力。為此，根據課程標準的學習要求與學生的學習基礎，運用可實施、可觀察和可檢測的行為動詞制定教學目標和評價目標[3]、指導教學過程的設計和組織。

1.教學目標

義務教育化學課程標準規定，學生要“初步學習二氧化碳的實驗室制取方法”，該目標設定寬泛，教師不易操作。高中化學課程標準將學業質量水平劃分為不同等級，學業質量水平1包含：選擇常見的實驗儀器、裝置和試劑，完成簡單物質制備實驗。參考高中課程標準學業質量水平設計方案，結合本節課的學習內容，確定學習目標和學習水平（見表1）。能依據制法的反應原理選擇裝置作為第1級的學業質量水平，以A表示;能完成制備實驗屬于中等學業質量水平，以B表示;能建立實驗室制取常見氣體的思維模型屬于高階目標，以C表示。

2.評價目標

為了保證教、學、評的一致性，評價目標設計以上述教學目標為依據。教學目標中的行為動詞在很大程度上決定了學業質量需要達到的水平。首先參照布魯姆教育目標分類理論和義務教育課程標準中“有關行為動詞的分類”，保證評價目標的行為動詞的認知要求與教學目標為同一認知水平詞匯。其次，要嚴格按照教學目標的描述設置考查學生學習水平的問題（見任務9課堂評價）。

二、圍繞學科核心素養培養設計、實施教學過程

為了幫助學生構建實驗室制取常見氣體的認知模型，要一體化規劃課前、課中和課后教學路徑（如圖1所示）。

1.課前小組學習

課前小組學習使學生在自由、開放的學習環境中，回顧相關知識、查閱資料，產生困惑和發現疑難。我們課前下發“導學案”，要求以教材為基礎，輔以課外資料，完成導學案中的任務1 和任務2。由于這兩個任務綜合性較強，我們通過設置任務驅動的問題鏈降低前置學習的難度。

任務1 歸納分析生成二氧化碳的反應

【導學案】問題鏈：你學過哪些方法可以制得二氧化碳？生成二氧化碳的反應有哪些？這些反應的反應物在組成上有什么共同特點？哪些反應適合在實驗室制取二氧化碳？為什么？

任務2 回顧制取氧氣的反應原理與裝置

【導學案】實驗室制取氧氣的發生裝置和收集裝置是如何確定的？你能推測實驗室制取二氧化碳應怎樣選擇裝置嗎？

2.課中實驗探究

任務3 創設情境：認識獲得CO2重要性

真實情景創設，能夠激發學生的學習熱情。我們安排學生觀看視頻：蔬菜大棚施放氣體肥料和工業煅燒石灰石，引導學生沿著農業生產、工業生產、再到實驗室制取的思維路徑，認識二氧化碳制取的重要性，體會制取方法的差異，體現科學精神和社會責任的素養要求。

任務4 探究原理：確定反應原理

教學目標要求學生“能夠從已學的生成二氧化碳的化學反應中，選出適用于實驗室制備的原料”。通 過課前任務1的預習，以及課上小組發言和補充，學生能夠列出以下生成二氧化碳的反應：

（1）①C + O2 CO2;②C +2CuO 2Cu + CO2↑;③3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑;④CaCO3 CaO+CO2↑;⑤ 石蠟+ 氧氣二氧化碳+ 水;⑥動植物的呼吸;⑦酒精+ 氧氣點燃二氧化碳+ 水;⑧碳酸鈉+鹽酸?? 氯化鈉+ 二氧化碳+水（Na2CO3+ HCl? NaCl + H2O + CO2）;⑨石灰石+ 鹽酸 氯化鈣+ 二氧化碳+水（CaCO3+ HCl? CaCl2+ CO2↑ + H2O）。

（2）在教師的問題引領下，學生能夠發現反應物在組成上均含有碳元素，符合質量守恒定律中的元素守恒，體現核心素養中的變化觀念與守恒思想。

（3）關于這些反應能否用于實驗室制取二氧化碳？在教師引導和點撥下，學生討論結果如下：

①②③④⑤⑥⑦不能;⑧和⑨學生產生爭議。

就此，我們啟發學生通過觀察實驗事實做出判斷，在對比實驗基礎上，總結實驗室制取氣體反應原理應綜合考慮的因素。演示實驗的藥品如表2所 示，裝置如圖2 所示。實驗時注意需要同時按壓注射器活塞，使三組反應同時開始。圖2為反應進行1 分鐘時的狀態。學生要完成表2 的實驗分析和實驗結論。

以上設計通過引導討論、對比實驗、及時小結，學生實踐了確定實驗室制取氣體原理的流程，體驗化學學科研究的基本策略和方法，感受控制變量法這一學科思想，初步建立化學問題解決的思維框架，體現證據推理與模型認知的核心素養。

任務5 設計裝置：設計評價裝置

在任務5中，我們嘗試讓學生從“已知裝置”來推測“未知裝置”：學生通過前置性學習任務2，回顧實驗室制取氧氣的原理和裝置，對比、分析、類比遷移，設計二氧化碳的發生裝置和收集裝置，完成由反應原理到裝置選擇設計的跨越。學生展示的設計成果，部分裝置如圖3所示。

小組闡釋發生裝置與收集裝置設計的依據，評價各種裝置的特點，師生共同歸納出實驗室制取二氧化碳的發生和收集裝置的依據。

任務6 制取二氧化碳氣體

為了使實驗規范有序進行，我們先請學生回顧實驗室用過氧化氫制取氧氣的操作步驟，再討論實驗室制取二氧化碳的操作步驟，最后由學生選擇自己設計的最佳裝置來制取一瓶二氧化碳氣體，進行檢驗和驗滿。實驗過程中要及時發現操作問題，教師點撥引導、小組糾正，師生共同總結操作原理和注意事項。此環節力求提升實驗探究能力，讓學生享受探究的快樂，培養科學態度與社會責任素養。

任務7改進裝置

在完成簡單制取裝置的基礎上，我們希望學生學會獨立思考，在不斷改進簡單裝置的過程中完善設計。結合任務6中出現的一些問題，如：某小組用A裝置制取二氧化碳時，有液體溢出試管。我們趁勢向學生提出：你能用老師給你提供的儀器（如圖4所示）對你的裝置進一步改進嗎？學生經小組討論后，展示的部分改進裝置如圖5。

以上學生的改進裝置控制了液體藥品用量。在此基礎上，我們進一步展示了另一套裝置（如圖6所示），要求學生運用壓強知識總結這套裝置的特點，以完成全部裝置改進的探究。在這個任務中，學生探究興趣進一步提高，創新意識得到激發，嚴謹求實的科學態度逐步形成。

任務8 梳理制取氣體思路

在任務8 中，師生共同梳理和歸納實驗室制取氣體一般思路和方法，完成構建氣體制取的思維模型（如圖7所示）。至此，從原理、裝置到操作的每一步思維模型的建構，均基于清晰的思考、可靠的證據和縝密的邏輯[4]，“證據推理與模型認知”核心素養得到提升，實現了知識向素養的逐步轉化。

任務9 課堂評價

以上8個任務完成了本課的教學任務，任務9用來評估學習目標的達成度。教師投影呈現評價目標（除i，j 以外）對應的考查學生學習水平的問題，（1）～（8）題分別對應a～h評價目標。

（1）下列物質中，實驗室制取二氧化碳最優選的反應物是（? ）。

①碳酸鈉粉末和稀硫酸;②石灰石和稀鹽酸;

③大理石和稀硫酸;④大理石和濃鹽酸

（2）下列反應都能生成二氧化碳，宜用于實驗室制取二氧化碳的是（? ）。

①碳在氧氣中燃燒;②木炭還原氧化銅;③高溫煅燒石灰石;④大理石和稀鹽酸

（3）寫出用石灰石和稀鹽酸制取二氧化碳的化學方程式。

（4）實驗室制備二氧化碳不選用稀硫酸、濃鹽酸的理由是。

選擇如圖8所示裝置，完成（5）～（8）題。

（5）實驗室制備二氧化碳，你選擇的發生裝置是，其理由是。

（6）實驗室制備二氧化碳，你選擇的收集裝置是，其理由是;驗滿的方法是，導管應伸至集氣瓶部（上/中/下），目的是。

（7）用大理石與稀鹽酸制取二氧化碳，選擇裝置F或G較裝置B的優點為。

（8）實驗室常用氯化銨固體和堿石灰固體共熱制備一種易溶于水且密度比空氣小的氣體（氨氣NH3），選出適合的氣體發生和收集裝置是。

學生思考回答。發現： A級評價目標達成率約為75%，B級達成率約為70%。

3.課后的拓展延伸

課后布置三個作業，一為畫出實驗室制取二氧化碳的思維導圖（對應評價目標j）;二為家庭小實驗;三為小組作業，畫出實驗室制取一般氣體的思維模型（對應評價目標j）。

任務10 布置家庭小實驗

家庭小實驗能激發探究興趣，延伸實驗探究。運用氣體制取思維模型，提高綜合實驗能力，有效發展學生的科學探究與創新意識、科學態度與社會責任等核心素養。

我們要求學生在課后選用生活中的物品（如使用塑料瓶、輸液管等塑料制品、設計制備裝置，用雞蛋殼、水垢、大理石代替碳酸鈣，用食醋代替鹽酸）進行家庭實驗。學生學習熱情高，有許多出色的實驗設計成果（見圖9）。

三、教學的反思評價

本節課以二氧化碳的制法為主線，通過課前前置學習、課中實驗探究、課后拓展延伸，共設計了10個學習任務、多個學習活動，從二氧化碳的農業和工業制法，到實驗室制法與“生活制法”，力圖實現從社會、學科和生活三個層面幫助學生認識化學與社會生產、生活的緊密聯系，感受化學學科價值和魅力，培養學生的科學態度和社會責任感。

本節課的設計和組織，努力踐行學科核心素養培養的要求以及教、學、評一體化的教學觀念，引導學生通過探究學習、自主理解、內化吸收和遷移應用等學習，努力提高課堂教學質量和效益。

從教學效果看，課程充分調動了不同層次學生學習的主動性和積極性，學生參與課堂教學的廣度、頻度和深度明顯提高。在師生合作、生生合作中享受實驗探究帶來的樂趣和成就感。通過自主探究、合作交流和展示評價等多樣化的學習，各項學習任務均達到了預期目標。特別是學生自主合作學習能力得到有效提高，科學探究能力和學科思維能力得到有效發展。對課后家庭小實驗，大部分學生表現出較高的探究熱情，能順利完成并參加展示交流，設計的裝置充分彰顯出學生的實踐能力及創新意識。

但是，實際教學中也出現了一些問題。一是實驗過程中學生出現的問題很多，例如：液體溢出試管;石灰水始終不變渾濁;集氣瓶口燃著的小木條不熄滅等。教師最好在實驗前與學生做出分析，提出改進措施，以便實驗順利進行。二是本教學任務能否完成，在很大程度上依賴于前置小組學習，但有些小組完成的情況不好，影響了評價目標達成率，建議前置小組學習在教師監督下于化學自習課完成。三是雖然評價目標中要求“初步構建一般氣體的制備思維模型”，但考慮到要求較高，沒有進行課堂評價，而是留作課后小組作業，讓學生在復習的基礎上畫出一般氣體制取的思維模型。四是從評價看，只進行了知識維度的評價，沒有進行化學核心素養的評價。建議未來進一步開展實驗研究，探討基于二氧化碳制取的教學設計以提高學生的化學核心素養。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發中心.義務教育教科書化學九年級上冊[M].北京：人民教育出版社，2012：113-116.

[3]王升利.教學目標細化與評價設計在化學學科中的應用[J].教育參考，2018（6）：93-98.

[4]詹發云，江麗蕓.模型建構視角下的化學實驗教學設計——以二氧化碳的實驗室制備為例[J].教學月刊·中學版，2020（3）：63-65.