大概念統(tǒng)領(lǐng)的主題式情境復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計
——以“CO2的性質(zhì)和用途”復(fù)習(xí)為例

鄧瑩瑩 呂俊香 鄭 穎 謝 欣

（珠海市金鼎中學(xué) 廣東 珠海 519000）

在新課標(biāo)（2022版）的課程目標(biāo)中，新增了關(guān)于核心素養(yǎng)內(nèi)涵的解釋，其中明確提到“化學(xué)課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)，主要包括化學(xué)觀念、科學(xué)思維、科學(xué)探究與實(shí)踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任，是中國學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)在化學(xué)課程中的具體化，反映了義務(wù)教育化學(xué)課程的教育價值與育人功能”［1］。

“雙減”背景下，中考的備考壓力驟增，如何在復(fù)習(xí)課中實(shí)現(xiàn)高效的教學(xué)，同時又落實(shí)化學(xué)課程育人功能，成為擺在教師面前的一道難題。主題式情境作為復(fù)習(xí)課的教學(xué)策略之一，能較好地提高學(xué)生知識的整合能力、場景遷移能力和深度學(xué)習(xí)能力。因此，主題式情境教學(xué)愈來愈受到青睞。如唐靜紅等人以“暖寶寶”為主題情境，探究暖寶寶中的“物質(zhì)變化”和“能量變化”，統(tǒng)攝高中化學(xué)鐵及其化合物的專題復(fù)習(xí)。［2］吳建華以“工業(yè)脫硫路線的設(shè)計”為真實(shí)情境，結(jié)合問題鏈探究“反應(yīng)歷程”“反應(yīng)條件的選擇與優(yōu)化”“反應(yīng)限度”和“電解法工藝”，統(tǒng)攝高中化學(xué)反應(yīng)原理的復(fù)習(xí)。［3］

一、大概念統(tǒng)領(lǐng)分析與主題式情境的選擇

“碳中和”是社會性議題的大概念，也是統(tǒng)領(lǐng)該課的大概念，具有高度的概括性、拓展性、統(tǒng)攝性、遷移性和高階性。居亞芬重視素養(yǎng)文本，精選例題開展了一節(jié)以“碳中和”相關(guān)概念的高中化學(xué)復(fù)習(xí)課。［4］徐婉圍繞時事熱點(diǎn)“碳中和”設(shè)計了初中化學(xué)“碳和碳的化合物”復(fù)習(xí)課。［5］陳康茗基于學(xué)科理解的設(shè)計了“碳中和”初中化學(xué)復(fù)習(xí)課。［6］

主題式情境復(fù)習(xí)課對于情境的選擇很重要。教學(xué)情境選取需要滿足：全面性、全程性、發(fā)展性、真實(shí)性和可接受性。［7］為發(fā)揮化學(xué)學(xué)科的育人功能，還應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生關(guān)心社會議題，從化學(xué)的視角科學(xué)、客觀理解知識與社會的關(guān)系。相關(guān)文獻(xiàn)［4～6］缺乏一個完整的、沉浸式的主題情境，也很少從化學(xué)反應(yīng)的合理調(diào)控角度選編內(nèi)容。

為此，本文選取時事熱點(diǎn)北京冬奧會為載體，以“零碳冬奧”為核心，構(gòu)建了大概念統(tǒng)領(lǐng)的主題式情境復(fù)習(xí)課。促進(jìn)學(xué)生建立健全知識結(jié)構(gòu)，使學(xué)生的思維靈活化，進(jìn)行深度學(xué)習(xí)，并強(qiáng)化社會責(zé)任與學(xué)科應(yīng)用價值，落實(shí)立德樹人的學(xué)科育人價值（見圖1）。

圖1 基于大概念（碳中和）選擇的主題式情境

零碳冬奧口號的提出，是中國對世界的承諾，體現(xiàn)了大國擔(dān)當(dāng)，增強(qiáng)了民族自豪感，對本課起到統(tǒng)攝性作用。其中的“零碳”，也就是碳中和，高度概括了初中化學(xué)階段，以二氧化碳為核心的主要知識。“減排”，一方面可以從二氧化碳作為生成物的角度思考其主要的化學(xué)反應(yīng)，包括主要來源、工業(yè)制法、實(shí)驗(yàn)室制法等。另一方面，從二氧化碳作為反應(yīng)物的角度，將二氧化碳轉(zhuǎn)化為其他含碳化合物，有利于學(xué)生自主構(gòu)建碳及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)。此外，“節(jié)能”也是一種重要的舉措，使用清潔能源代替?zhèn)鹘y(tǒng)的化石能源，實(shí)現(xiàn)綠色、可持續(xù)發(fā)展觀。最后，通過模擬碳中和、碳失衡的實(shí)踐活動，像科學(xué)家一樣去思考，實(shí)現(xiàn)對二氧化碳的“可存可取”。層層深入，滲透化學(xué)反應(yīng)的合理調(diào)控及應(yīng)用價值，實(shí)現(xiàn)知、情、意、行的統(tǒng)一。

二、以“零碳冬奧”為主題式情境的課例

1.整體設(shè)計思路

CO2是初中化學(xué)中重點(diǎn)學(xué)習(xí)的氣體之一。學(xué)生在新授課時，對CO2的性質(zhì)和用途已有初步的認(rèn)識，但像CO2的產(chǎn)生途徑、CO2造成的環(huán)境問題（溫室效應(yīng)）、CO2的轉(zhuǎn)化與利用等相關(guān)的知識點(diǎn)較為零散地分布在教材中，學(xué)生難以形成系統(tǒng)性的認(rèn)識，也很難達(dá)成對知識的深度理解和靈活應(yīng)用。

而近年來，因溫室效應(yīng)加劇導(dǎo)致的環(huán)境問題日益突出，中國提出雙碳概念（“碳中和”“碳達(dá)峰”），對學(xué)生在具體的情境中全面分析、系統(tǒng)思考、靈活應(yīng)用CO2相關(guān)的知識提出了更高要求。

本節(jié)課以社會性議題大概念——“碳中和”為統(tǒng)領(lǐng)，以“零碳冬奧”為明線設(shè)計三個主要環(huán)節(jié)：①什么是零碳冬奧、②如何實(shí)現(xiàn)零碳冬奧、③如何助力零碳冬奧。以“化學(xué)反應(yīng)的合理調(diào)控及應(yīng)用價值”的學(xué)科重要概念為暗線選編內(nèi)容，從學(xué)生熟悉的反應(yīng)物（水、二氧化碳）入手，在不同的條件下的生成物（碳酸、淀粉）不同過渡，并在最后上升到前沿科技：人工合成糧食（淀粉）、燃料（甲醇）等例子，加深學(xué)生對同一反應(yīng)物，在不同條件下可以轉(zhuǎn)化成不同物質(zhì)的學(xué)科認(rèn)識，深化元素守恒觀和物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀。

通過組織學(xué)生“模擬碳中和”的實(shí)驗(yàn)活動，引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)的視角思考化學(xué)科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的相互關(guān)系，并升華到可持續(xù)發(fā)展的角度重新認(rèn)識和使用綠能的重要性（見圖2）。

圖2 主題式情境“零碳冬奧”的教學(xué)流程

2.教學(xué)流程

【情境激趣】看！這是什么？（展示干冰“煙霧繚繞”的舞臺效果。）

【集成實(shí)驗(yàn)】如圖3所示，實(shí)驗(yàn)中涉及到二氧化碳的哪些物理性質(zhì)？哪些化學(xué)性質(zhì)？

圖3 二氧化碳的性質(zhì)集成式實(shí)驗(yàn)

【歸納整理1】二氧化碳的性質(zhì)及用途。

設(shè)計意圖：利用干冰煙霧繚繞的效果激起學(xué)生學(xué)習(xí)興趣。通過實(shí)驗(yàn)集成化一次性完成多個實(shí)驗(yàn)，復(fù)習(xí)回顧C(jī)O2的性質(zhì)與用途，同時為后面CO2直冷技術(shù)、CO2的捕集做鋪墊。

環(huán)節(jié)一：什么是零碳冬奧？

【辯證引題】既然CO2這么有用，為什么北京冬奧會要踐行“零碳冬奧”呢？

【觀看視頻】零碳之約。

【問題1】零碳是指CO2的排放量為0嗎？“零碳”指的是什么？

【資料卡1】碳中和（見圖4）。

圖4 動態(tài)演示碳中和

【問題2】根據(jù)已學(xué)的知識，你知道有哪些二氧化碳產(chǎn)生的方法？

【知識構(gòu)建1】二氧化碳產(chǎn)生的方法（見圖5）。

圖5 二氧化碳產(chǎn)生的方法

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生辯證思考，客觀看待CO2的利與弊。結(jié)合時事熱點(diǎn)“零碳冬奧”，從“量”的角度深化學(xué)生對“碳中和”的認(rèn)識。同時，引導(dǎo)學(xué)生從已有經(jīng)驗(yàn)出發(fā)，從化學(xué)的視角，深度思考解決方案。

環(huán)節(jié)二：如何實(shí)現(xiàn)零碳冬奧？

【實(shí)驗(yàn)呼應(yīng)1】國家速滑館利用了二氧化碳直冷技術(shù)，將水變成冰。

【問題3】為什么可以實(shí)現(xiàn)低碳？

【學(xué)生活動1】圖說北京方案，解析零碳冬奧的化學(xué)原理（見圖6）。

圖6 圖說北京方案

設(shè)計意圖：“零碳”是一種理想狀態(tài)，現(xiàn)實(shí)生活中只能盡可能地實(shí)現(xiàn)低碳。圖說北京方案，學(xué)習(xí)借鑒北京的做法，解析其中的化學(xué)原理。體會化學(xué)源于生活，學(xué)會用化學(xué)的視角看冬奧，加強(qiáng)學(xué)生提取、分析、加工信息的能力。

【實(shí)驗(yàn)探究】實(shí)施方案：以呼吸作用為例，模擬碳中和、碳失衡（見圖7）。

圖7 以呼吸作用為例，模擬碳中和、碳失衡

【學(xué)生活動2】討論：a、b各是什么物質(zhì)？如何根據(jù)現(xiàn)象判斷“碳中和”還是“碳失衡”？

【學(xué)生活動3】選擇合適試劑，小組合作完成實(shí)驗(yàn)。

【問題4】在自然界如何維持碳平衡？

【資料卡2】海水、樹木吸收二氧化碳。

【問題5】仔細(xì)觀察上述化學(xué)反應(yīng)方程式，有什么發(fā)現(xiàn)？

【學(xué)生活動4】觀察歸納：反應(yīng)物相同，條件不同，產(chǎn)物不同。控制反應(yīng)條件可以調(diào)控化學(xué)反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)呼應(yīng)2】隨著二氧化碳排放量越來越多，碳平衡被打破，怎么辦？

【資料卡3】堿石灰的成分：氧化鈣、氫氧化鈉。

【知識構(gòu)建2】二氧化碳捕集的方法，在圖5 的基礎(chǔ)上完善。

【遷移應(yīng)用1】科學(xué)家的想法：利用新能源捕集。

【實(shí)驗(yàn)呼應(yīng)3】像科學(xué)家一樣思考。實(shí)驗(yàn)探究（見圖8）中，我們已經(jīng)捕集了二氧化碳，把它轉(zhuǎn)化為含碳化合物。怎么把二氧化碳釋放出來呢？

圖8 科學(xué)家的設(shè)想

【問題6】含碳化合物的成分可能是什么？請?zhí)岢瞿愕牟孪搿?/p>

【資料卡4】過量二氧化碳與氫氧化鈉反應(yīng)原理。

【問題7】可以用什么試劑把二氧化碳釋放出來？

【問題8】捕獲的二氧化碳是否被完全釋放？怎么驗(yàn)證？

【學(xué)生活動5】充分討論、深度思考。

【問題9】三種猜想都能用硝酸鋇溶液檢驗(yàn)嗎？

【資料卡5】氫氧化鋇和碳酸氫鈉能否反應(yīng)產(chǎn)生白色沉淀與濃度有關(guān)。（備用，本反應(yīng)涉及高中內(nèi)容，如無學(xué)生提問則不必講）

【知識構(gòu)建3】利用含碳化合物釋放二氧化碳的方法，再次在圖5 的基礎(chǔ)上完善，進(jìn)一步構(gòu)建以二氧化碳為核心的物質(zhì)轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)。

【小結(jié)2】我們也像科學(xué)家一樣，將呼吸作用產(chǎn)生的二氧化碳捕獲，以另一種形式儲存起來，而當(dāng)我們需要利用的時候，又可以通過化學(xué)反應(yīng)，將其重新釋放出來，可存可取。

設(shè)計意圖：從實(shí)驗(yàn)的角度，強(qiáng)化學(xué)生對“碳中和”的認(rèn)識，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。“碳中和”“碳失衡”的實(shí)驗(yàn)，從模擬到原理剖析，再到反思總結(jié)，設(shè)置合理難度梯度，滿足同一課堂中，不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。一環(huán)扣一環(huán)的問題鏈，由淺入深促進(jìn)學(xué)生深度思考含碳化合物存在多種可能性，培養(yǎng)提升學(xué)生的探究思維。自主構(gòu)建，選擇合適的試劑，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，小組合作，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識。像科學(xué)家一樣思考，體會化學(xué)學(xué)科的社會價值，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與責(zé)任。環(huán)節(jié)三：如何助力零碳冬奧？

利用化學(xué)知識揭開零碳冬奧的面紗，不論是直冷助推、氫力支持，還是綠電增援，都是從利用CO2的性質(zhì)來實(shí)現(xiàn)碳中和的目標(biāo)。

【遷移應(yīng)用2】解決能源危機(jī)、糧食危機(jī)。

【學(xué)生活動6】可以將二氧化碳轉(zhuǎn)換成燃料（甲醇乙醇等）。可以將二氧化碳轉(zhuǎn)換成淀粉。

【課堂總結(jié)】邊總結(jié)邊建構(gòu)。利用含碳化合物釋放二氧化碳的方法，再次在圖5 的基礎(chǔ)上完善，進(jìn)一步構(gòu)建以二氧化碳為核心的物質(zhì)轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)。

圖9 以二氧化碳為核心的物質(zhì)轉(zhuǎn)化網(wǎng)絡(luò)

【課堂升華】利用CO2的性質(zhì)、合理調(diào)控化學(xué)反應(yīng)，我們可以將CO2轉(zhuǎn)化為所需的物質(zhì)，并實(shí)現(xiàn)CO2存取自由！化為我用，齊向未來！

設(shè)計意圖：設(shè)置學(xué)生搶答環(huán)節(jié)，活躍課堂氣氛。回顧知識，圍繞核心反應(yīng)進(jìn)行分析，感受化學(xué)科學(xué)對社會發(fā)展和人類文明進(jìn)步的重要價值。緊扣時事熱點(diǎn)，呼應(yīng)前面的各個課堂環(huán)節(jié)，使學(xué)生沉浸在更加統(tǒng)一、真實(shí)的情境中。引導(dǎo)學(xué)生從化學(xué)的視角思考化學(xué)科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境的相互關(guān)系。

三、大概念統(tǒng)領(lǐng)的主題式情境復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計的思考

1.基于主題式情境，設(shè)計學(xué)習(xí)環(huán)節(jié)

基于主題式情境的復(fù)習(xí)課，平常要注重積累情境素材，如前沿科技、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)、時事熱點(diǎn)等。從豐富的素材庫里選擇適合學(xué)情、貼近學(xué)生生活、符合學(xué)科育人價值以及能促進(jìn)學(xué)生像科學(xué)家一樣進(jìn)行深度思考的情境。其次，圍繞主題式情境設(shè)計課堂環(huán)節(jié)，貫穿始終，推動學(xué)生由淺入深地進(jìn)行學(xué)習(xí)、思考。再次，優(yōu)化情境內(nèi)容的組織形式，明暗線結(jié)合，選編例題和內(nèi)容，使課堂情境整體感更強(qiáng)。最后，主題式情境是課堂學(xué)習(xí)的重要載體，但落實(shí)核心素養(yǎng)，提升能力才是復(fù)習(xí)課的關(guān)鍵。因此，在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計時，既要選取合適的主題，又要關(guān)注情境的整體性和關(guān)聯(lián)性，還要設(shè)計核心問題、具體問題，指向關(guān)聯(lián)的化學(xué)學(xué)科知識。“零碳冬奧”與“二氧化碳的性質(zhì)和用途”的關(guān)聯(lián)設(shè)計如圖11所示。

圖10 “零碳冬奧”與“二氧化碳的性質(zhì)和用途”的關(guān)聯(lián)設(shè)計

2.通過大概念統(tǒng)領(lǐng)，構(gòu)建知識體系

設(shè)計落實(shí)核心素養(yǎng)的化學(xué)復(fù)習(xí)課，需要學(xué)習(xí)主題和學(xué)習(xí)內(nèi)容更加結(jié)構(gòu)化。新課標(biāo)指出：“圍繞大概念構(gòu)建學(xué)習(xí)主題的內(nèi)容結(jié)構(gòu)，將課程目標(biāo)具體化為各學(xué)習(xí)主題的內(nèi)容要求。［1］”這里的大概念可以是化學(xué)學(xué)科的大概念，也可以是社會性議題的大概念。但要注意的是，必須選取具有高度概括性、統(tǒng)攝性的。

“二氧化碳的性質(zhì)和用途”復(fù)習(xí)課設(shè)計以社會性議題“碳中和”為大概念，統(tǒng)領(lǐng)全篇。本課涉及二氧化碳的性質(zhì)和用途、二氧化碳的利與弊、二氧化碳的轉(zhuǎn)化關(guān)系、二氧化碳的自然循環(huán)與失衡等，知識點(diǎn)零散。而將碳中和融入到零碳冬奧的情境后，可有效地將細(xì)碎的知識點(diǎn)串聯(lián)成網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)建碳及其氧化物的知識體系。

3.利用實(shí)驗(yàn)?zāi)M探究，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，必然離不開精心設(shè)計的探究活動。選取恰當(dāng)?shù)目茖W(xué)探究實(shí)驗(yàn)，鼓勵學(xué)生像科學(xué)家一樣思考。而組織學(xué)生活動，不應(yīng)注重表面的熱鬧，而更應(yīng)注重學(xué)生思維層面的調(diào)動。若實(shí)驗(yàn)中不可避免地涉及超出學(xué)生現(xiàn)階段認(rèn)知水平的部分，不應(yīng)該避而不講，反而可提供資料卡片，培養(yǎng)學(xué)生合理推測和遷移應(yīng)用的能力。

“二氧化碳的性質(zhì)和用途”復(fù)習(xí)課設(shè)計了集成式的實(shí)驗(yàn)，用來導(dǎo)入、復(fù)習(xí)回顧和多感官體悟二氧化碳直冷技術(shù)。還以呼吸作用為例，設(shè)計模擬碳中和、碳失衡。讓學(xué)生根據(jù)所給信息選擇試劑，模擬CO2“產(chǎn)生、捕捉、釋放并證明是否釋放完全”的實(shí)驗(yàn)，將CO2轉(zhuǎn)化關(guān)系網(wǎng)絡(luò)蘊(yùn)含在其中，將學(xué)生思維過程外顯。同時，通過模擬、抽象、推理建立“碳中和”“碳失衡”的動態(tài)思維模型，加深對自然界碳循環(huán)和人工干預(yù)的理解。簡單的實(shí)驗(yàn)，促進(jìn)學(xué)生元素守恒觀、轉(zhuǎn)化觀的提升，體驗(yàn)用化學(xué)思維模擬真實(shí)情境，并解決問題。

4.關(guān)心熱門試題情境，落實(shí)立德樹人

以碳中和為真實(shí)情境的命題在2021年高考中多次出現(xiàn)，且社會關(guān)注度極高。作為熱門的試題情境，其設(shè)問點(diǎn)對于核心素養(yǎng)的考查必然要多方面立體呈現(xiàn)。如進(jìn)階性，即設(shè)置不同難度的題目，加強(qiáng)區(qū)分度。而對于社會性科學(xué)議題的探討則非常適合考查包括“辨識記憶、概括關(guān)聯(lián)、分析解釋、推論預(yù)測、簡單設(shè)計、綜合問題解決等多種任務(wù)類型”的試題，形式多樣，開放度大。

“二氧化碳的性質(zhì)和用途”復(fù)習(xí)課設(shè)計注重落實(shí)立德樹人的學(xué)科育人價值，強(qiáng)化社會責(zé)任與學(xué)科應(yīng)用，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會用化學(xué)視角關(guān)注、參與社會性議題。課堂環(huán)節(jié)層層深入，但始終基于零碳冬奧的實(shí)現(xiàn)。首先是回歸基礎(chǔ)的學(xué)科知識，在零碳冬奧的主題式情境中體悟“什么是碳中和”“如何實(shí)現(xiàn)碳中和”，利用化學(xué)知識解決實(shí)際問題，增強(qiáng)民族自豪感。在集成式實(shí)驗(yàn)和模擬實(shí)驗(yàn)中，觀察、實(shí)踐、分析、推導(dǎo)，構(gòu)建二氧化碳的性質(zhì)、用途、轉(zhuǎn)化的知識網(wǎng)絡(luò)體系。