基于深度學習的情境化教學設計

近兩年廣東省化學新中考題大多源自實際生活，著重考查了學生分析與解決實際問題的能力。化學學科深度學習指的是在教師深度引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，開展以化學實驗為主的多種探究活動。我們應從宏微結合、變化和守恒等視角，運用證據推理與模型認知的思維方式，解決綜合復雜問題，獲得結構化的化學核心知識，建立運用化學學科思想解決問題的思路，培養科學探究與創新意識、科學態度與社會責任，促進化學學科核心素養的提升。基于此，這就要求我們在教育教學過程中能夠基于深度學習進行情境化教學。

一、課標分析

CO2是初中化學課程中“物質的性質與應用”學習主題中的典型代表，是初中學生要全面系統認識并掌握的重要氣體。學生在學習了氧氣的基礎上，進一步學習CO2的性質，為后期學習C、CO2、CO和H2CO3等物質及其轉變打下了基礎，做好了鋪墊，所以本節內容起著承前啟后的紐帶作用，在教科書中有著舉足輕重的地位。從教育目的看，CO2對自然界的生命活動及整個地球和生態平衡起著重要作用。目前，由于CO2含量的增加造成溫室效應已引起了全球人類的關注，全面系統地研究CO2的性質更具有現實意義。

《義務教育化學課程標準（2022年版）》對這部分內容的要求是：

1.通過觀察、實驗，以及對事實進行歸納概括、分析等認識CO2的物理性質和化學性質。

2.能利用CO2的性質分析、解釋一些簡單的化學現象和事實；認識CO2性質與用途的關系。

3.通過CO2的學習學會研究物質性質的一般思路和方法。

4.學會控制變量和對比實驗的實驗設計方法，探究CO2與H2O的反應，并能基于宏觀現象視角認識碳酸能使紫色石蕊溶液變紅。

5.學會設計實驗和選擇實驗儀器、試劑檢驗一瓶汽水中的溶解氣體是CO2。

6.通過學習CO2能溶于H2O及CO2的轉化，知道化學反應對維持人類生活和生態平衡的意義，助力我國實現碳中和，體會我國對推動構建人類命運共同體的責任和擔當。

二、教學思想與創新點

真實、生動、直觀且富有啟迪性的學習情境，能夠激發學生的化學學習興趣，引發學生思考，幫助學生建構大概念和核心概念，促進學生核心素養的提升。

教師創設的“生活謎案、玩轉汽水和我為‘減少CO2，緩解溫室效應’支招”等具體活動情境，令學生好奇和感興趣，并自主參與到探究活動中去展開一系列深度學習，認識CO2的性質，并對CO2的應用進行分析、解釋和創意設計，獲取對知識的深層次理解，建立一套自己的思維框架，并有效遷移到其他問題情境中去，成為解決實際問題的“高手”。

教師堅持“落實化學核心素養”的新課標理念，基于深度學習下開展CO2主題情境化教學設計。

1.教師以“意大利的一個生活謎案”開篇，激發學生的學習興趣。

2.教師建構“研究物質性質的一般思路與方法”化學觀念，串起“CO2情境化探究之旅”主線，外顯化學學科思維，培養學生科學態度和價值觀，明確學習目標。

3.教師分析、模擬“死狗洞”中的氣體成分，設計探究實驗，解開“死狗洞”謎案，延伸生活中哪些地方的CO2比較多？有什么應對措施？引導學生開展模型與解釋、證據與推理等具有化學學科特質的高階思維活動，促進學生深度學習，發展科學思維能力。

4.“玩轉汽水”。“玩轉汽水”這一主題情境貫穿課堂始終，基于真實生活引發學生主動活動。“感知汽水”——感知汽水中溶解的氣體和了解汽水生產過程；“深究汽水”——探究CO2溶于水的過程中有沒有發生化學反應；“檢驗汽水”——跨學科實踐活動：用什么方法來檢驗汽水中的氣體；“自制汽水”——勞動實踐內化所學的知識并延伸知識：“酸可以與碳酸鹽反應產生CO2”。本節課幾大核心知識：（1）CO2能溶于H2O；（2）CO2能與H2O發生反應；（3）CO2能與澄清石灰水發生反應。教師借汽水這一主題化情境進行巧妙融合，不僅能實現情境教學的要求，還能實現深度學習的目標，因為深度學習是一種基于理解的學習，需要學習者將已有的知識遷移到新的情境中，這樣更能拉近現實生活與學生的距離，從而引導學生用化學的視角來審視、研究身邊的物質，讓學生真切地感悟到生活的化學、真實的化學、有用的化學，可以說是“一舉多得”。同時，教師要引導學生學習科學方法，發展學生的科學思維和創新意識，培養學生的科學態度與責任。

（1）“感知汽水”：學生輕搖并打開一瓶雪碧（碳酸飲料），看到氣泡冒出，通過實驗感知汽水形成的過程。

（2）“深究汽水”：CO2溶于H2O的過程有沒有發生化學變化？建構探究模型，能讓學生基于實驗事實進行證據推理并推測物質及其變化，在解決與化學相關的真實問題中形成質疑能力、批判能力和創新意識。

（3）“檢驗汽水”：檢驗汽水中溶解的氣體是不是CO2。學生小組合作討論怎樣把一瓶汽水中的氣體導出來，設計簡單的實驗探究方案，選擇試劑、實驗儀器和裝置來檢驗其成分。教師創設生動活潑的學習情境，幫助學生掌握CO2與石灰水反應的知識，實現了跨學科實踐活動，更好地解決了實際問題。

（4）自制汽水（實踐作業）。通過實踐，學生了解了汽水的主要成分，體會了成功的喜悅，加深了對CO2的溶解性以及CO2與H2O反應這一性質的認識與理解。

5.開展我為“減少CO2，緩解溫室效應”支招活動。學生學了CO2能溶于H2O及CO2轉化后，想想這對緩解溫室效應有沒有實質性的建議。教師要培養學生節能減排的意識，使他們形成為社會解決實際問題的科學態度和責任擔當。

三、教學實錄

（一）創設情境，激發興趣

創設情境：在意大利某峽谷有一個神奇的山洞，叫“死狗洞”，當人牽著狗進入山洞時，狗會暈倒甚至死亡，人卻安然無恙，為什么？兇手是誰？

問題：我們都是小小福爾摩斯，狗進入山洞后會暈倒甚至死亡，人卻安然無恙，為什么？兇手是誰？若狗主人蹲下去查看也會暈倒，為什么？

學生觀看視頻，議論紛紛，很感興趣但也很茫然，幾個大膽的學生說：“肯定是CO2，因為今天要學CO2。”

教師：對的！就是跟CO2有關，要解開此謎案，我們一起來探究下CO2的性質。

（二）認識物質，明確學習目標

教師：前面我們學習了氧氣，請同學們歸納出認識物質的思路和方法。

學生：物質的性質分為物理性質和化學性質，物理性質包括物質的顏色、氣味、狀態、密度、溶解性。

問題1：觀察空氣中的CO2和桌面集氣瓶中的CO2，完成表1。

學生興奮地說出了CO2的物理性質。

問題2：空氣中的CO2和桌面集氣瓶中的有CO2都是以氣態形式呈現，還有另一種狀態下的CO2嗎？同學們學習課本第119頁第2段文字。

學生自學并小組討論干冰的形成和應用。

問題3：CO2的密度怎樣呢？

（三）建立探究模型一，解開情境謎案

實驗探究：比較CO2與空氣的密度大小。教師強調操作步驟與安全注意事項，要求學生完成實驗，得出結論。

學生小組合作探究實驗：向高低燃著的蠟燭中傾倒CO2。觀察現象：下層蠟燭比上層蠟燭先熄滅。

問題1：蠟燭為什么會熄滅？應用了CO2的什么性質？

學生：CO2不燃燒也不支持燃燒，是CO2的化學性質。

問題2：為什么下層蠟燭先熄滅？

學生：CO2密度比空氣密度大。

教師提示1：根據剛才所學，我們能解開“死狗洞”謎案嗎？

學生頓悟了狗為什么倒下，而人沒有倒下的原因，興趣高漲。

教師提示2：下層CO2多了；狗為什么倒下？

學生根據所學發散思維dde3aff409458558bb92aa90e9e0699b3b0e1d9e0f59de98e45dd8d3bed627a3，狗倒下是因為沒有O2，O2可以供給呼吸，說明CO2不能供給呼吸。

問題3：CO2濃度對人有什么影響？小組討論：生活中哪些地方CO2比較多？有什么應對措施？

學生自學CO2濃度對人的影響；人多的地方CO2比較多，如：教室、車站、機場，這些地方應多注意通風，平時我們在教室里要多注意開窗通風。

問題4：人若要進入菜窖或干涸的深井，應該怎么做？

學生：因為CO2不燃燒也不支持燃燒，我們可以吊一根燃燒的蠟燭進菜窖或干涸的深井（燈火實驗），如蠟燭熄滅，CO2含量多，人不能進去，應通風一段時間。

問題5：CO2在H2O中的溶解性？

（四）建立探究模型二，玩轉“汽水”情境

1.感知“汽水”

教師：輕搖并打開一瓶雪碧（碳酸飲料），有氣泡冒出，猜想該氣體是什么。

學生觀察現象、整合生活常識（雪碧是碳酸飲料），猜想出氣體可能是CO2（根據質量守恒定律）。

實驗探究：CO2是否溶于H2O？教師強調操作步驟與注意事項，要求學生完成實驗，得出結論。

學生小組合作探究：實驗模擬汽水形成過程：向一個收集滿CO2氣體的塑料瓶中加入一定體積的H2O，立即蓋瓶蓋，振蕩。現象：塑料瓶癟了。學生討論分析得出CO2能溶于H2O。學生自學找相關資料：生產汽水碳酸型飲料的原料和過程。

2.深究“汽水”

實驗探究：CO2溶于H2O的過程中，有沒有發生化學變化？

查閱資料：石蕊是一種植物的色素，遇酸變成紅色；石蕊可以溶于水配制成紫色石蕊試劑。

I.往紫色石蕊干燥小花上噴醋酸，觀察到：________。

II.取少量紫色石蕊溶液于試管中，滴加溶解了CO2的水溶液，振蕩，發現什么現象？________。

問題：是什么物質使紫色石蕊溶液變成紅色？

猜想一：________________使紫色石蕊變紅。

猜想二：________________使紫色石蕊變紅。

猜想三：________________使紫色石蕊變紅。

III.設計實驗方案前，大家討論就可得出猜想_______是錯誤的。

設計實驗：學生根據提供的藥品和器材來設計方案，驗證哪個猜想是正確的，請小組討論后寫下方案并匯報。

儀器和藥品：紫色石蕊試劑、紫色石蕊小花、3瓶CO2氣體、H2O（噴壺）。

實驗探究方案：

結論：________。

小組合作探究：學生取少量上一個模擬汽水形成實驗中的溶液，滴加紫色石蕊試劑，發現溶液變紅。學生思考，提出猜想，是什么物質使石蕊變紅的？一是H2O，二是CO2，三是CO2和H2O反應產生的新物質。緊接著學生討論分析，提出實驗方案。學生提出的方案大多都會采用石蕊試劑，也有少部分學生認為不能采用石蕊試劑，展示方案時，課堂形成思維沖突，順利解決了石蕊試劑中因為含有水，所以采用石蕊試紙來完成實驗，同時得出猜想一是錯誤的。接下來，學生按照方案進行實驗，得出結論：CO2和H2O反應生成的酸使紫色石蕊變紅。

教師：CO2和H2O反應生成了什么酸呢？

學生：CO2的化學性質（寫化學方程式）CO2+H2O＝H2CO3，結論：碳酸使紫色石蕊溶液變成紅色。

教師提示：加熱變紅的石蕊小花，觀察現象，強調實驗安全。

學生：加熱紅色石蕊小花，小花又變回到紫色，小組合作討論交流：小花變回紫色，說明沒有碳酸了，碳酸不穩定分解了，H2CO3＝CO2↑+H2O，進一步學會了：碳酸使紫色石蕊變成紅色。

3.檢驗“汽水”

教師展示一小瓶雪碧，問學生有什么方法檢驗汽水中溶解的氣體是不是CO2。

有些學生搖一搖雪碧，打開蓋子，把一根燃著的木條放在瓶口，木條熄滅，則產生的氣體是CO2。有學生想到直接把澄清石灰水倒入汽水中……思維百花齊放，最終選出最合理的檢驗方法：把汽水通過帶單孔膠塞的導氣管導入到澄清石灰水中。

4.自制汽水（實踐作業）

通過上面的學習，學生已經了解了汽水的主要成分，并自制了一瓶汽水（原料：純凈水250mL、糖、鹽、小蘇打1.5g、檸檬汁）。配制步驟：將白砂糖、鹽和檸檬汁加入礦泉水瓶中進行振蕩；再將小蘇打加入礦泉水瓶中，迅速蓋好瓶蓋。振蕩，靜置。

通過實踐，學生加深了對CO2的溶解性以及CO2與H2O反應這一性質的認識與理解。

（五）拓展應用作業——我為“減少CO2，緩解溫室效應”支招

拓展應用作業：學了CO2能溶于H2O及CO2轉化，大家對緩解溫室效應有沒有實質性的建議？

一些學生建議用水吸收CO2；一些學生反駁：“因CO2在標準大氣壓下，一體積的水只能溶解一體積的CO2，用水吸收CO2需要很多水。”還有一些學生說：“地球表面有71%的面積被水覆蓋，有大量的水可以溶解CO2。”另一些學生說：“我們剛學了CO2溶于水的過程中還會跟水發生反應，這樣就會使海水酸化，海水酸化又會產生一系列的環境問題。”大家說出各種奇思妙想，爭當低碳行動踐行者。

四、教學效果與反思

整節課把抽象的化學知識在生活情境中具體化，教師以“死狗洞”和“汽水”為載體，設計連貫銜接的問題，由學生圍繞這些問題展開一系列小組深度學習，得出CO2的性質、運用及CO2的檢驗方法。情境增強了學生的學習興趣，特別是“玩轉汽水”，有效銜接的深度學習解開了汽水中的奧秘，使學生的思維產生了碰撞，天性得到了釋放，體驗了自己獲得知識的過程，建立了一套自己的思維框架，并有效遷移到其他問題情境中，成為解決實際問題的“高手”，同時提升了他們分工與合作、辯護與探究的能力。

化學知識來自生活，呈現于真實情境中。我體會到了選取生活真實情境的重要性和要求。選取情境不能隨意，更不能胡編亂造。情境的功能是要承擔起課堂立意的載體，既是學生的興趣點，又是學生深度學習的出發點，也是走進核心素養的落腳點。

通過這樣的情境化教學實踐，學生不僅可以深入理解CO2的性質，還可以鍛煉探究式、建構式、小組討論式等多樣化的深度學習，培養批判性思維和解決問題的能力，同時增強了對環境保護和氣候變化等議題的認識和關注。這種整合了深度學習和情境化教學的教學實踐，可以提升學生的學習興趣和參與度，提升他們的綜合素養和能力。

（作者單位：1.廣東省開平市世界譚氏中學；2.廣東省開平市中心醫院）

編輯：李琴芳