“素養為本”的單元復習課教學設計

成素萍

摘要：基于義務教育化學課程標準，在分析滬教版教科書“碳及其化合物”內容建構方式的基礎上，整合不同版本教科書知識體系，遵循“三序結合”設計理念，通過設置情境、問題、創新實驗設計活動等，幫助學生構建“自然界中的碳循環”這一生動活潑的模型。努力打造以“觀念建構”和實驗為中心、以“深度學習”為核心、以提高學生“核心素養”為目標的單元復習課教學。

關鍵詞：化學學科核心素養;碳及其化合物;復習課;教學設計

文章編號：1008-0546（2022）05-0073-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.016

促進學生的學科能力發展是學科教學的核心目標之一[1]。學科素養是學生經過學科學習逐漸形成的、面對陌生不確定的問題情境所表現出的關鍵能力和必備品格，對應知識經驗的遷移創新能力表現水平[2]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》在“附錄2教學與評價案例”中提出的“四個注重”：注重真實問題情境的創設、注重基于“學習任務”開展“素養為本”的教學、注重認識思路的結構化和顯性化、注重“教、學、評”一體化[3]。

本文就“碳及其化合物”復習課教學中教師的教學行為作微觀思考，分析在實際教學中落實化學學科核心素養培養的關鍵，欲起拋磚引玉之作用。

一、“素養為本”的教學設計思路

如圖1所示，“素養為本”的教學設計可以按照如下的思路展開：首先，依據義務教育化學課程標準（2011版）和普通高中化學課程標準（2017版），整合不同版本教科書知識體系，對滬教版教科書內容進行適度增刪、調整和加工，合理選用和開發圖片、問題、創新實驗設計活動等情境作為支架，挖掘“碳及其化合物”內容對發展學生化學學科核心素養的價值;其次，圍繞素養發展價值設計5個環節確定學習任務和教學、評價目標，并將知識和認識思路結構化，使之成為學生參與課程實施最現實的平臺，在這里，他們可以發出自己的聲音，傾訴自己的情感[4];第三，將真實情境、科學探究和模型建構有機結合解決實際問題，注重運用提問、點評等方式開展學習評價，貫穿“教、學、評”一體化（圖1）。

1.基于課程標準和教科書的教學分析

義務教育化學課程標準（2011版）中設置了“了解自然界中的碳循環”和學生實驗活動“二氧化碳的實驗室制取和性質”[5]，滬教版教科書[6]沒有設置“碳及其氧化物”這一章，而將其分散在不同的章節中，賦予其更深的價值取向！第一章介紹了金剛石在液氧中燃燒，金剛石、石墨的微觀結構，幫助學生了解物質的性質與組成、結構之間的內在聯系。第二章密切結合O2、CO2的組成、性質，學習實驗室制備CO2的方法，總結實驗室制備氣體的一般思路和方法。第四章以碳燃燒時，O2充足或不充足，認識完全燃燒與不完全燃燒的異同為例，領會完全燃燒的意義。

2.挖掘教學內容對學生學科核心素養發展的價值

挖掘教學內容的化學學科核心素養發展價值是教學設計的起點。因此，筆者基于學生知識的邏輯順序、學生的認知順序和心理發展順序為尺度的調整，聯系碳的單質、化石燃料的燃燒、創新實驗設計等，引導學生從來源、去向和滯留空間等方面幫助學生理解“碳及其化合物”的相互轉化，從學科知識、化學史料、實驗教學等方面挖掘出潛在的認知價值，努力通過教學內容的整合、教學活動的組織、教學情境的創設、教學實驗的改進、教學媒體的運用等，掌握學習碳及其化合物知識的模式的新視角和系統思維框架，建構學科知識邏輯順序與學生認知順序相互匹配，有利于學生自主探究的教學體系?！皢栴}線”和“活動線”是課堂教學的“明線”，“素養線”是“暗線”。體現化學學科核心素養目標的“暗線”需要以“明線”作為載體，是化學課堂教學的靈魂。本節課的問題線、活動線和素養線設置如圖2所示。

堅持在教學及評價目標中確立核心素養，在創設問題情境中滲透核心素養，在實驗探究中呈現核心素養，在問題解決中應用核心素養。使得學習目標更強調在獲得化學核心知識的基礎上，促進化學學科核心素養的發展;內容組織強調化學學科特有的學習活動——實驗驗證，讓學生完成挑戰性任務，積極參與，產生情感共鳴，實現學習方式的改變;評價目標更強調化學學科思想方法的理解與運用。

二、教學過程設計

1.制定教學與評價目標，注重“教、學、評”一體化設計

本研究以“教、學、評”一體化的理念指導復習課教學的設計過程。“教、學、評”一體化倡導在課堂教學中把教、學與評價相互融合，整體化地考慮教什么？怎么教？為什么而教？把學習目標達成度的測評鑲嵌在學習活動的設計和組織中，明確教學應達到的預期學習結果[7]。同時，不斷反復思考并調整學習目標、學習活動的方式和評價的方式，通過學生完成的表現性活動，判斷學生“學到了什么？能做什么？做得如何？”[7]。努力做到“教、學、評”一體化。本節課設置的教學與評價目標列于表1，并在此基礎上形成教學目標與評價目標、學習任務與評價任務一致性的教學思路。

2.教學流程

【引入】我國晉代煉丹術士葛洪在其所著的《抱樸子內篇》中描述金剛石：“扶南出金剛，生水底石上，如鐘乳狀，體似紫石英，可以刻玉，人沒水取之，雖鐵錘擊之亦不傷?！?/p>

【視頻】俄羅斯“套娃”——鉆中之鉆（圖3）。

其實，科學家感嘆的不僅僅是這一無色、透明晶體是無價之寶，歷經八億年，化學性質穩定;更感嘆大自然的鬼斧天工！

環節一、碳的單質

從微觀來看，碳原子最外層有4個電子，單個碳原子不穩定。從而與另外4個碳原子形成了高度有序且對稱的正四面體結構，形成碳的最完美晶體——金剛石（圖4）。當然，這需要大自然的特殊眷顧。因此，天然鉆石很少，這也是俄羅斯套娃價值連城的原因之一！除此之外，還有層狀結構的石墨（圖5）。兩者的區別是碳原子的排列方式不同。金剛石是世界上最堅硬的物質，但卻抵御不了化學變化，灼熱的金剛石可以在液氧中燃燒生成CO2。

1772年，拉瓦錫用透鏡聚光，以加熱空氣中的金剛石，發現金剛石能像石墨一樣燃燒起來，并完全變成氣體;他又用透鏡加熱真空中的金剛石，發現金剛石變成了石墨。他首先提出“碳”是一種元素，并列入元素周期表。

設計意圖：從葛洪對金剛石的描述，拉瓦錫的金剛石、石墨燃燒實驗;到俄羅斯“套娃”的發現作為起點，幫助學生認識人類對金剛石的研究從未停息。既向學生展示人類對碳元素的認知，又幫助學生形成觀念：物質的用途在很大程度上決定于物質的性質。達到了導入環節所應具備的3個功能——引起注意、激發動機和建立聯系，以培養學生的“宏觀辨識與微觀探析”“科學精神與社會責任”等化學學科素養。

環節二、化石燃料的燃燒

人類使用的燃料大多來自于煤、石油、天然氣等化石燃料。家庭用煤經歷了從“煤球”到“蜂窩煤”的轉變?！胺涓C煤”爐底部、中部、口部發生不同的化學反應，寫出涉及碳及其化合物間的轉化關系。

【師】除了金剛石、石墨外，碳還以另外一種重要的與氫原子結合的形式存在，形成有機物，其數目繁多，使得碳及其化合物成為化學世界里最龐大的家族。煤油、蠟燭燃燒后產生火焰和黑煙，從環保和釋放熱量最大化的角度，人們更希望含碳燃料充分燃燒生成CO2（圖6、7）。

【師】綠色植物的光合作用維持了全球 CO2和 O2? 的平衡，也維系了生態系統的平衡，是地球生物生存、繁榮、發展的要素之一。葡萄糖、砂糖、面粉是光合作用的產物，是人類和地球生物的主要食物來源。分別加熱葡萄糖、砂糖、面粉后得到炭黑（圖8），說明這些物質都含有什么元素？

【生】碳元素。

設計意圖：以煤的燃燒作為思維起點，從煤爐中不同部位的化學反應，幫助學生構建碳及其氧化物的轉化關系。由煤油、蠟燭的燃燒產生黑煙，加熱葡萄糖、砂糖或面粉后，得到炭黑的事實，揭示了化石燃料是地球的碳庫，碳元素是組成生命的基礎元素，主要以有機物的形式存在于生物界。從而，培養學生的“科學精神與社會責任”“變化觀念與平衡思想”等素養。

環節三、實驗室制取氣體的一般思路和方法

《義務教育化學課程標準（2011版）》和《普通高中化學課程標準（2017版）》都規定了學生必做實驗，以確保學生有基本的動手實驗活動機會。不同版本教科書設計的學生必做實驗都不盡相同，仍有較大的改進空間，有必要進行系統研究。因此，教師需要明確具體實驗承載的實驗問題解決思路，不但要結合化學課程標準、教科書和具體實驗本體進行系統分析，而且要站在實驗問題的起點，探索實驗問題的解決空間，刻畫問題解決的思維路徑，確立實驗問題解決的思維模型。發展學生的化學學科核心素養有著重要的作用[8]。

【師】CO2和 O2是我們學過的兩種身邊常見的物質，教科書中的裝置圖是我們研究常見氣體的制備、收集、檢驗、驗滿以及驗證化學反應中質量守恒的裝置。請學生們從反應物的選擇、發生裝置、收集裝置的選擇、氣體的檢驗和驗滿等方面總結實驗室制取氣體的一般思路和方法，完成填寫作業單（表2）。

設計意圖：挖掘實驗教學中潛在的提高實驗探究能力的內涵，從裝置簡單、操作方便、反應安全可靠、探究效果達標等方面分析，比較教科書中實驗室制取 CO2和O2裝置的5套制氣裝置，選擇出一種較為理想的實驗室制取CO2的發生裝置，歸納、總結實驗室制取氣體的一般思路和方法。以培養學生的“科學探究與創新意識”“證據推理與模型認知”等素養。

環節四、創新實驗設計

筆者通過創新對比裝置，以起到控制變量、訓練思維、強化認識的效果，對教科書的實驗進行“二次開發”。利用自制手提式金屬T 型架，設計一體化實驗體系，將CO2的相關實驗加以組合，設計出集安全、簡便、現象明顯于一體，變“靜態”的蠟燭為“動態”，變“動態”的 CO2為“靜態”的創新實驗[9]：（1）將兩支長、短不同的蠟燭分別固定在T 型金屬架的鋁片上部兩側，再用透明膠帶將兩張干燥紫色石蕊試紙分別固定在其下部兩側;（2）點燃T型金屬架的鋁片上的2支蠟燭，伸入到空的250 mL燒杯中，蠟燭繼續燃燒;（3）將收滿250 mL集氣瓶的CO2傾倒入空的燒杯中;（4）將T 型金屬架下部的一張紫色石蕊試紙用水潤濕，再點燃兩支蠟燭，手持T 型金屬架的長柄，緩慢地將燃著的蠟燭從上到下伸入250 mL燒杯中，觀察到伸入到一定的位置后，低的蠟燭火焰先熄滅，再繼續伸入高的蠟燭火焰也熄滅;（5）將T型金屬架停放在燒杯中約1 分鐘，取出，再向燒杯中加入少量澄清石灰水，振蕩。觀察到澄清石灰水變渾濁、濕潤的石蕊試紙變紅;（6）再用吹風機將濕潤的紅色石蕊試紙吹干，觀察到石蕊試紙由紅色又變為紫色。

值得注意的是，CO2對有些物質卻有助燃性！鎂 帶可以在CO2中燃燒，因此鎂著火時不能用CO2滅火。

設計意圖：創新實驗設計，既向學生展示了實驗設計的優點，又復習了CO2的性質。為學生勾畫出以 CO2為中心的轉化關系圖奠定基礎。鎂條在CO2中的燃燒，說明利用 CO2作為滅火劑，需要區分物質的類別。將培養學生勇于探究的精神、提升科學思維能力、形成批判質疑態度、養成實事求是的科學態度、建立社會責任感落到實處。以達到培養學生的“科學探究與創新意識”等素養之目的。

環節五、自然界中的碳循環

【師】通過以上分析，我們是否可以追尋碳行走的足跡？

【資料卡片】地球上最大的兩個碳庫是巖石圈和化石燃料，這兩個庫中的碳活動緩慢，起著貯存庫的作用。還有大氣圈庫、水圈庫和生物庫三個碳庫，這三個庫中的碳在生物和無機環境之間迅速交換，容量小而活躍，實際上起著交換庫的作用（圖9）。

【師】循環是復雜的，同一循環中有小循環，有大循環;自然界中除碳循環外，還存在著氧循環、水循環等。因此，化學展示的是一個可以理解的物質世界，一定意義上，人類的世界就是碳的世界。你如何看待人與CO2的關系？

【生】無論是不是CO2引起溫室效應，我們要堅持“低碳”原則，減少CO2的排放。

設計意圖：以“證據推理”為科學思維方法，基于溯因、演繹、類比等邏輯推理形式，讓學生經歷發現問題、解釋證據、獲得結論的過程。通過加入一定的社會議題，使“科學精神與社會責任”“變化觀念與平衡思想”等素養得以體現。

三、教學反思

化學學科核心素養突出化學學科方法層面的培養，是化學教育教學需要達成的目標。這些目標的實現，離不開化學學科知識載體，化學學科方法引領，化學學科價值驅動。課堂教學只有統籌好三者的關系，才有可能實現學生化學學科核心素養的發展[10]。為了培育學生的核心素養，需要開展原生態的教學、有高階思維的深度教學，才能實現知識教學的豐富價值、使學生知識學習與素養培養實現同步發展[11]。

筆者依據“碳及其化合物”的化學核心知識結構? 及其挑戰性任務，確定單元復習主題。通過對問題的? 梳理、研究性學習的實施，運用化學最強武器——實? 驗驗證CO2的性質作為探究目標，利用內容、知識、方? 法、活動帶領學生主動認知物質及其變化的思想，引? 導學生學會用證據去推理、構建“自然界中的碳循環”這一生動活潑的模型。教師提供了恰當的情境和不? 同層次、不同階段的實際問題幫助學生組織、整合知? 識，利用已有的認知構建新的模型。真正實現了教學? 內容的綜合性、研究體系的條理性、教學情境的真實? 性、實驗過程的探究性、學生思考過程的創新性等目? 標。從而，打通知識到素養的通道，培養學生的關鍵? 能力、必備品格和正確價值觀[12]。

參考文獻

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[11]余文森.核心素養的教學意義及其培育[J].今日教育，2016（11）：11-14.

[12]胡久華.以深度學習促核心素養發展的化學教學[J].基礎教育課程.2019（2）：70-78.