大概念統領下的單元復習課探究

王曼玉

摘要：本文以大概念“物質的多樣性”為統領，以“種茶-泡茶-用渣-除垢”為教學情境，展開滬教版初中化學第二章“身邊的常見物質”復習教學。幫助學生在主題情境中深入理解和運用知識，架通學科知識和學科素養之間的橋梁。

關鍵詞：大概念；單元復習；核心素養；化學物質

文章編號：1008-0546（2023）12-0064-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.014

初中化學復習課側重于“教、授”層面的知識講解，就“知”論“知”式的教法和學法，使得知識在生活中的應用難以展開，無法體現化學來源于生活，服務于生活的立意。如何減少“靜態知識”的機械記憶，將知識活化并轉化成素養，解決真實問題，則迫切要求我們的課堂要從“學知識”轉向“用知識”。

大概念是指反映學科本質，具有抽象性、概括性、統攝性和廣泛遷移價值的學科觀念、思想和方法等。聚焦大概念的內容組織與教學，以其“少而精”及“像專家一樣思考”的內在屬性，能夠讓教師從關注知識點的碎片化教學中突圍，幫助學生習得可遷移的課程核心素養。［1］因此理解大概念有助于達成高通路遷移，形成具體與抽象交錯的復雜認知結構，不僅可以打通跨學段、跨學科的學習，而且能解決學校教育和真實世界相阻隔的問題。［2］以大概念為核心，將單元內容重整、優化，有利于將零散的知識結構化，幫助學生在主題情境中深入理解和應用知識，架構學科知識和學科素養之間的橋梁。

一、教學設計思路

“身邊的化學物質”為滬教版初中化學第二章的教學內容，主要圍繞氧氣、二氧化碳、水等身邊常見的物質，研究它們的性質、用途、制法等，讓學生初步感受到化學是一門研究物質的性質和變化、組成和結構、用途和制法的學科；通過對比二氧化碳和氧氣的實驗室制法，幫助學生搭建實驗室制備氣體的思路和方法模型；通過一系列的化學反應，體會、認識物質在一定條件下可以進行轉化，并且存在重要意義。本章節突出的核心大概念為“物質的多樣性”。依據課標，“物質的多樣性”這一核心大概念可以理解為：物質的類別、物質的性質、物質的用途均具有多樣性，具體如圖1所示。

本節課以茶為主情境，圍繞“種茶—泡茶—用渣—除垢”四個環節展開，挖掘適宜的問題，并以問題的解決為載體，實現從“學知識”到“用知識”的轉變，讓核心素養在課堂落地生根。具體教學設計如表1所示。

二、教學過程

【引入】播放視頻：常州博物館內盞茶視頻。

【教師】茶是中國最常見的飲料，是許多人生活的必需品。常州的好茶更是數不勝數，如茅山青峰茶、金壇雀舌茶、陽湖新月茶。今天老師和大家一起來進入茶的世界，探究茶的奧秘。

設計意圖：地域文化總是更能引起學生情感上的共鳴。以學生熟悉的常州好茶作為情境，可以快速引導學生進入學習情境，展開學習活動。

環節一：種茶

【提問】從茶籽到茶樹，在茶生長的過程中發生的主要化學變化是什么？

【追問】光合作用的原料是什么？請結合資料卡寫出光合作用的符號表達式。

【追問】除了光合作用，是否還有其他方法消耗空氣中的二氧化碳？

【講解】固碳的方式有很多，但是光合作用是二氧化碳最主要的消耗途徑。下面我們通過數據感受茶樹的固碳能力。

【資料卡1】

①中國每年因茶樹可吸收固定的二氧化碳達1202.5萬噸。

②成人每天可以產生1kg左右的二氧化碳。

③常州約500萬人。

【提問】每年因種茶能吸收常州市民多少天僅通過呼吸作用產生的二氧化碳？

【講解】通過數據我們能感受到茶不僅是味蕾上的享受，還是我國實現碳中和目標的重要途徑，同時頂尖嫩芽還可制成茶葉，具有重要經濟價值。

設計意圖：以茶樹生長過程中發生的化學變化以及消耗空氣中二氧化碳的方法兩個問題為載體，體會自然界的氧循環和碳循環；構建二氧化碳的物質轉化圖，滲透培養學生的轉化觀，通過構建的轉化圖直觀地感受在一定條件下可以實現物質的轉化，同時感悟物質的多樣性。再以一道體驗式的計算，從數據的角度出發，感受茶樹的固碳能力，初步點到本節課的主題“碳中和的精致味道”，也讓學生確實感受到學習的內容貼近于生活，貼近國家的戰略發展方向。

環節二：泡茶

【資料卡2】古人云“天泉”“朝露”最宜泡茶，味濃色正，井水則口感不佳。

【提問】你覺得井水泡茶口感不佳的可能原因是什么？

【再問】在生活中可以如何解決這個問題？

【追問】如何檢測加熱后的水是否為軟水？

【講解】除了利用肥皂水進行定性檢驗之外，我們還可借助TDS水質檢測筆進行定量檢測。所謂TDS，是指水中溶解性固體總量，它是評價水的純凈度的重要參數。TDS越小，水越純凈。

【學生實驗1】測量加熱前后井水的TDS。

【提問】結合實驗，你有何收獲？

【再問】煮沸可以在一定程度上減少可溶性雜質，使水軟化，但仍有殘留的雜質。有何方法獲得雜質更少的水？

【資料卡3】煮水以起泡未散為宜，弱酸性的水更有利于茶中營養物質的釋放。

【提問】煮水過程中起泡，產生的氣體是什么？

【再問】你這樣理解的依據是什么？

【提問】為何起泡未散為宜？

【資料卡4】目前我們家庭生活中常見的燒水設備有電磁爐、電水壺、天燃氣灶，它們將1L水從20℃加熱至100℃所排放的二氧化碳當量（單位：gCO2e）分別約為99.61、100.78、33.38。

【提問】結合資料，從碳中和的角度出發，判斷哪種設備更適宜？原因是什么？

設計意圖：運用水的相關性質，分析、解釋一些生活中的現象，培養和提升學生在真實情境下問題解決的能力。在硬水軟化的實驗中，借助測量 TDS 的數字化傳感器，感受定量角度也是研究物質的重要方法。最后通過選擇適宜的加熱方式，培養學生的信息獲取、整合、輸出等學科關鍵能力，同時滲透“科學態度和社會責任”的核心素養。

環節三：用渣

【資料卡5】據報道，2021年上半年我國茶葉產量為306萬噸，茶葉消費的副產物茶渣也十分巨大。

【提問】在生活中，茶渣一般是如何處理的？可能會引起什么問題？

【再問】能否變渣為寶，實現茶渣的一些妙用？

【資料卡6】茶渣在生活中的用途：造紙、花肥、制成茶渣生物炭。

【提問】茶炭燃燒時有明顯茶香，且燃燒時間更長久。請同學們嘗試寫出茶炭燃燒的化學方程式。

【講解】合理利用茶炭可減少每年因木炭市場需要而引起的樹木砍伐。少砍伐的樹木可通過光合作用進一步消耗二氧化碳助力碳中和。

【提問】茶炭內部為疏松多孔的結構，類似于我們已經學習過的哪種物質？

【追問】你覺得茶炭還有何性質和用途？

設計意圖：通過對茶渣變渣為寶的處理方式，在滲透環保意識的過程中滲透物質的構性觀，能從物質的結構出發推測物質的性質和用途。

環節四：除垢

【展示】長期使用的茶壺。

【提問】你發現了什么問題？

【追問】有何方法清除茶垢？

【資料卡7】氣泡除垢法及除垢劑的主要成分是過碳酸鈉。

【提問】你覺得這款茶垢清潔劑產生的可能是什么氣體？

【追問】你猜測的依據是什么？

【提問】你能否設計一套發生和收集裝置，制取一定量的氣體，以便后續進行檢驗？

【提問】你設計這款發生裝置的依據是什么？

【追問】能介紹一下你設計的這款發生裝置的特點嗎？

【提問】選擇這樣的收集裝置的原因是什么？

【提問】若現在我們已經制取到了一定量的氣體，且產生的氣體中有氧氣，如何檢驗？

【追問】利用的是氧氣什么性質？

【提問】若產生的氣體中有二氧化碳，如何檢驗？

【演示實驗】過碳酸鈉加水。

【提問】該反應釋放氣體非常地緩慢，有何方法解決這個問題？

【學生實驗2】

實驗目的：檢驗除垢劑遇水產生的氣體成分。

實驗儀器：試管、酒精燈、燒杯、單孔塞、導管。

實驗用品：棉花、小木條。

實驗藥品：除垢劑、水、澄清石灰水。

實驗現象：木條復燃、澄清石灰水無明顯現象。

實驗結論：產生的氣體中有氧氣。

【資料卡8】過碳酸鈉溶于水會形成碳酸鈉和過氧化氫兩種物質。

【提問】結合資料你能寫出產生氧氣的化學方程式嗎？

【提問】茶垢中常含有碳酸鈣等物質，你覺得還可以利用什么物質除去茶垢？

【講解】家庭中稀鹽酸并不常見，且酸性較強、具有一定腐蝕性，常利用性質相似的檸檬酸代替。

【提問】若從減少二氧化碳排放的角度出發，你覺得哪種方式更合適？

設計意圖：初步構建實驗室制備氣體的模型，逐步走向基于模型認知的應用模型，旨在培養學生的高階思維能力。在探索除垢劑遇水產生氣體的成分實驗過程中，強化對科學探究的一般過程的理解。最后通過兩種除垢劑原理的比較，選擇合適的除垢劑，再次回歸到碳中和的主題上，將情境一貫到底。

【總結】今天我們從種茶、泡茶、用渣、除垢四個環節出發，復習了部分身邊常見物質的性質，歸納了實驗室制備氣體的一般思路和方法，體會到化學是一門研究物質的性質和變化、組成和結構、用途和制法的學科，同時也深刻地感受到茶在實現碳中和目標中的重要價值。希望今后同學們能學以致用，以用促學，為碳中和貢獻自己的一份力量。

設計意圖：將本節課的核心知識進行總結深化，幫助學生形成清晰的知識脈絡體系，同時對主旨進行升華，貫徹學以致用的思想。

三、教學板書設計

板書是課堂教學的組成部分，是教師對于學科知識理解的重要呈現方式，也是幫助學生建構知識體系的重要手段。本節課的板書設計如圖2所示。

四、教學總結與反思

1.發展高階思維，促進素養落地

高階思維形成于將知識輸出轉化為問題解決方案，從而倒逼大腦對知識或信息進行深度加工的過程。［3］因此，學生的學習模式應當是學知、用知、增慧這樣一個逐步深入的過程，且用知是發展高階思維的關鍵所在。若僅停留在學的層面上，未歷經用知、反思、內化等環節，則無法形成素養。因此，整節課以問題的解決為載體，引導學生將知識轉化為問題的解決方案輸出，激活知識，強化思維；同時將許多封閉性問題轉化成開放性問題，給予學生開放性思考空間，并能緊跟學生的思維，及時給予點撥，推動學生向前進階。

2.精選適宜情境，喚起情感共鳴

情境搭建是情境授課的重點，搭建的情境類型與品質直接決定著情境授課的過程與效果。［4］地域文化貼近學生的生活，是不可替代的課程資源。［5］以地域文化為情境進行教學有以下幾點好處：一是有利于文化的傳承，了解自己的家鄉，熱愛自己的家鄉，能激發學生的文化自豪感，同時厚植愛國主義情懷，讓教育更有人情味；二是有利于拉近學生和學習的距離，在熟悉的情境中展開知識的應用和遷移，可以達到快速進入有效學習的狀態，讓教學減少距離感。

3.反復推敲實驗，減少操作障礙

本節課的學生實驗1和學生實驗2在課前均進行了大量的測試和改進。

關于實驗1：測量加熱前后井水的TDS

問題發現：滬教版課本49頁利用肥皂水檢驗軟水和硬水時，是采用氯化鈣溶液作為硬水進行實驗的，所以最開始該實驗中使用的“井水”為氯化鈣溶液模擬，在進行實驗測試的過程中發現了兩個問題：①多次實驗發現氯化鈣溶液加熱后的TDS數值明顯變大，和理論的硬水軟化相違背；②學生取水量較大，加熱至沸及冷卻至室溫耗時過長，課堂進度難以把控。

基于問題①的改進措施：由于井水中的鈣鎂離子多以碳酸氫鈣和碳酸氫鎂的形式存在，所以將原本的氯化鈣溶液換為碳酸氫鈣溶液。

基于問題②的改進措施：該實驗目的是滲透定量的研究思想，不宜耗時過長，所以教師提前在小試管內裝好“井水”，嚴格控制加熱的液體量。為了讓加熱后的液體盡快冷卻，需要倒入其他容器降溫，若倒入燒杯則液體量過少無法浸沒探頭，所以改用倒入多孔隔板內冷卻，口徑小，液柱高。

關于實驗2：探究茶垢清潔劑產生的氣體

問題發現：茶垢清潔劑內多添加活性發泡劑等物質，在加熱的過程中常產生大量泡沫，對利用帶火星小木條檢驗是否含有氧氣時存在較大干擾，且泡沫完全溢出后，由于試管內此時水蒸氣含量較大，帶火星木條也無法復燃，實驗多以失敗告終。

改進措施：受高錳酸鉀制氧氣時在管口塞棉花的啟發，該實驗也在管口塞一團棉花，目的在于避免泡沫外溢，同時吸收一定量的水蒸氣。鑒于棉花是一種易燃物質，為防止學生實驗時引燃棉花，所以在試管上畫上一條黑線，明確告知棉花務必塞到黑線以下。具體如圖3所示。

參考文獻

［1］鄭長龍.大概念的內涵解析及大概念教學設計與實施策略［J］.化學教育（中英文），2022，43（13）：6-12.

［2］劉徽“. 大概念”視角下的單元整體教學構型：兼論素養導向的課堂變革［J］.教育研究，2020（6）：64-77.

［3］王紅，黎燕，張倩.發展高階思維要培養學生輸出轉化能力［J］.人民教育，2022（Z3）：95-97.

［4］陳龍兵.新課程背景下初中物理情境教學的思考［J］.中學課程輔導（教師通訊），2020（20）：32-33.

［5］杜秀錦.地域文化融入生物學教學的實踐探索［J］.現代教學，2022（19）：61-62.