成素萍

摘要：基于義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)，在分析滬教版教科書“碳及其化合物”內(nèi)容建構(gòu)方式的基礎(chǔ)上，整合不同版本教科書知識(shí)體系，遵循“三序結(jié)合”設(shè)計(jì)理念，通過設(shè)置情境、問題、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)等，幫助學(xué)生構(gòu)建“自然界中的碳循環(huán)”這一生動(dòng)活潑的模型。努力打造以“觀念建構(gòu)”和實(shí)驗(yàn)為中心、以“深度學(xué)習(xí)”為核心、以提高學(xué)生“核心素養(yǎng)”為目標(biāo)的單元復(fù)習(xí)課教學(xué)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);碳及其化合物;復(fù)習(xí)課;教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）05-0073-05中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.016

促進(jìn)學(xué)生的學(xué)科能力發(fā)展是學(xué)科教學(xué)的核心目標(biāo)之一[1]。學(xué)科素養(yǎng)是學(xué)生經(jīng)過學(xué)科學(xué)習(xí)逐漸形成的、面對(duì)陌生不確定的問題情境所表現(xiàn)出的關(guān)鍵能力和必備品格，對(duì)應(yīng)知識(shí)經(jīng)驗(yàn)的遷移創(chuàng)新能力表現(xiàn)水平[2]?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》在“附錄2教學(xué)與評(píng)價(jià)案例”中提出的“四個(gè)注重”：注重真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)、注重基于“學(xué)習(xí)任務(wù)”開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)、注重認(rèn)識(shí)思路的結(jié)構(gòu)化和顯性化、注重“教、學(xué)、評(píng)”一體化[3]。

本文就“碳及其化合物”復(fù)習(xí)課教學(xué)中教師的教學(xué)行為作微觀思考，分析在實(shí)際教學(xué)中落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的關(guān)鍵，欲起拋磚引玉之作用。

一、“素養(yǎng)為本”的教學(xué)設(shè)計(jì)思路

如圖1所示，“素養(yǎng)為本”的教學(xué)設(shè)計(jì)可以按照如下的思路展開：首先，依據(jù)義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）和普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版），整合不同版本教科書知識(shí)體系，對(duì)滬教版教科書內(nèi)容進(jìn)行適度增刪、調(diào)整和加工，合理選用和開發(fā)圖片、問題、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)活動(dòng)等情境作為支架，挖掘“碳及其化合物”內(nèi)容對(duì)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的價(jià)值;其次，圍繞素養(yǎng)發(fā)展價(jià)值設(shè)計(jì)5個(gè)環(huán)節(jié)確定學(xué)習(xí)任務(wù)和教學(xué)、評(píng)價(jià)目標(biāo)，并將知識(shí)和認(rèn)識(shí)思路結(jié)構(gòu)化，使之成為學(xué)生參與課程實(shí)施最現(xiàn)實(shí)的平臺(tái)，在這里，他們可以發(fā)出自己的聲音，傾訴自己的情感[4];第三，將真實(shí)情境、科學(xué)探究和模型建構(gòu)有機(jī)結(jié)合解決實(shí)際問題，注重運(yùn)用提問、點(diǎn)評(píng)等方式開展學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)，貫穿“教、學(xué)、評(píng)”一體化（圖1）。

1.基于課程標(biāo)準(zhǔn)和教科書的教學(xué)分析

義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）中設(shè)置了“了解自然界中的碳循環(huán)”和學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)“二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取和性質(zhì)”[5]，滬教版教科書[6]沒有設(shè)置“碳及其氧化物”這一章，而將其分散在不同的章節(jié)中，賦予其更深的價(jià)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(jié)構(gòu)，幫助學(xué)生了解物質(zhì)的性質(zhì)與組成、結(jié)構(gòu)之間的內(nèi)在聯(lián)系。第二章密切結(jié)合O2、CO2的組成、性質(zhì)，學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制備CO2的方法，總結(jié)實(shí)驗(yàn)室制備氣體的一般思路和方法。第四章以碳燃燒時(shí)，O2充足或不充足，認(rèn)識(shí)完全燃燒與不完全燃燒的異同為例，領(lǐng)會(huì)完全燃燒的意義。

2.挖掘教學(xué)內(nèi)容對(duì)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的價(jià)值

挖掘教學(xué)內(nèi)容的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展價(jià)值是教學(xué)設(shè)計(jì)的起點(diǎn)。因此，筆者基于學(xué)生知識(shí)的邏輯順序、學(xué)生的認(rèn)知順序和心理發(fā)展順序?yàn)槌叨鹊恼{(diào)整，聯(lián)系碳的單質(zhì)、化石燃料的燃燒、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)等，引導(dǎo)學(xué)生從來源、去向和滯留空間等方面幫助學(xué)生理解“碳及其化合物”的相互轉(zhuǎn)化，從學(xué)科知識(shí)、化學(xué)史料、實(shí)驗(yàn)教學(xué)等方面挖掘出潛在的認(rèn)知價(jià)值，努力通過教學(xué)內(nèi)容的整合、教學(xué)活動(dòng)的組織、教學(xué)情境的創(chuàng)設(shè)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)、教學(xué)媒體的運(yùn)用等，掌握學(xué)習(xí)碳及其化合物知識(shí)的模式的新視角和系統(tǒng)思維框架，建構(gòu)學(xué)科知識(shí)邏輯順序與學(xué)生認(rèn)知順序相互匹配，有利于學(xué)生自主探究的教學(xué)體系?！皢栴}線”和“活動(dòng)線”是課堂教學(xué)的“明線”，“素養(yǎng)線”是“暗線”。體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)目標(biāo)的“暗線”需要以“明線”作為載體，是化學(xué)課堂教學(xué)的靈魂。本節(jié)課的問題線、活動(dòng)線和素養(yǎng)線設(shè)置如圖2所示。

堅(jiān)持在教學(xué)及評(píng)價(jià)目標(biāo)中確立核心素養(yǎng)，在創(chuàng)設(shè)問題情境中滲透核心素養(yǎng)，在實(shí)驗(yàn)探究中呈現(xiàn)核心素養(yǎng)，在問題解決中應(yīng)用核心素養(yǎng)。使得學(xué)習(xí)目標(biāo)更強(qiáng)調(diào)在獲得化學(xué)核心知識(shí)的基礎(chǔ)上，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展;內(nèi)容組織強(qiáng)調(diào)化學(xué)學(xué)科特有的學(xué)習(xí)活動(dòng)——實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，讓學(xué)生完成挑戰(zhàn)性任務(wù)，積極參與，產(chǎn)生情感共鳴，實(shí)現(xiàn)學(xué)習(xí)方式的改變;評(píng)價(jià)目標(biāo)更強(qiáng)調(diào)化學(xué)學(xué)科思想方法的理解與運(yùn)用。

二、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

1.制定教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)，注重“教、學(xué)、評(píng)”一體化設(shè)計(jì)

本研究以“教、學(xué)、評(píng)”一體化的理念指導(dǎo)復(fù)習(xí)課教學(xué)的設(shè)計(jì)過程?！敖?、學(xué)、評(píng)”一體化倡導(dǎo)在課堂教學(xué)中把教、學(xué)與評(píng)價(jià)相互融合，整體化地考慮教什么？怎么教？為什么而教？把學(xué)習(xí)目標(biāo)達(dá)成度的測(cè)評(píng)鑲嵌在學(xué)習(xí)活動(dòng)的設(shè)計(jì)和組織中，明確教學(xué)應(yīng)達(dá)到的預(yù)期學(xué)習(xí)結(jié)果[7]。同時(shí)，不斷反復(fù)思考并調(diào)整學(xué)習(xí)目標(biāo)、學(xué)習(xí)活動(dòng)的方式和評(píng)價(jià)的方式，通過學(xué)生完成的表現(xiàn)性活動(dòng)，判斷學(xué)生“學(xué)到了什么？能做什么？做得如何？”[7]。努力做到“教、學(xué)、評(píng)”一體化。本節(jié)課設(shè)置的教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)列于表1，并在此基礎(chǔ)上形成教學(xué)目標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)、學(xué)習(xí)任務(wù)與評(píng)價(jià)任務(wù)一致性的教學(xué)思路。

2.教學(xué)流程

【引入】我國(guó)晉代煉丹術(shù)士葛洪在其所著的《抱樸子內(nèi)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(shí)，科學(xué)家感嘆的不僅僅是這一無色、透明晶體是無價(jià)之寶，歷經(jīng)八億年，化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定;更感嘆大自然的鬼斧天工！

環(huán)節(jié)一、碳的單質(zhì)

從微觀來看，碳原子最外層有4個(gè)電子，單個(gè)碳原子不穩(wěn)定。從而與另外4個(gè)碳原子形成了高度有序且對(duì)稱的正四面體結(jié)構(gòu)，形成碳的最完美晶體——金剛石（圖4）。當(dāng)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(jià)值連城的原因之一！除此之外，還有層狀結(jié)構(gòu)的石墨（圖5）。兩者的區(qū)別是碳原子的排列方式不同。金剛石是世界上最堅(jiān)硬的物質(zhì)，但卻抵御不了化學(xué)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(fā)現(xiàn)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(fā)現(xiàn)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(shè)計(jì)意圖：從葛洪對(duì)金剛石的描述，拉瓦錫的金剛石、石墨燃燒實(shí)驗(yàn);到俄羅斯“套娃”的發(fā)現(xiàn)作為起點(diǎn)，幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)人類對(duì)金剛石的研究從未停息。既向?qū)W生展示人類對(duì)碳元素的認(rèn)知，又幫助學(xué)生形成觀念：物質(zhì)的用途在很大程度上決定于物質(zhì)的性質(zhì)。達(dá)到了導(dǎo)入環(huán)節(jié)所應(yīng)具備的3個(gè)功能——引起注意、激發(fā)動(dòng)機(jī)和建立聯(lián)系，以培養(yǎng)學(xué)生的“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)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(jīng)歷了從“煤球”到“蜂窩煤”的轉(zhuǎn)變?！胺涓C煤”爐底部、中部、口部發(fā)生不同的化學(xué)反應(yīng)，寫出涉及碳及其化合物間的轉(zhuǎn)化關(guān)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(jié)合的形式存在，形成有機(jī)物，其數(shù)目繁多，使得碳及其化合物成為化學(xué)世界里最龐大的家族。煤油、蠟燭燃燒后產(chǎn)生火焰和黑煙，從環(huán)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(tài)系統(tǒng)的平衡，是地球生物生存、繁榮、發(fā)展的要素之一。葡萄糖、砂糖、面粉是光合作用的產(chǎn)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(zhì)都含有什么元素？

【生】碳元素。

設(shè)計(jì)意圖：以煤的燃燒作為思維起點(diǎn)，從煤爐中不同部位的化學(xué)反應(yīng)，幫助學(xué)生構(gòu)建碳及其氧化物的轉(zhuǎn)化關(guān)系。由煤油、蠟燭的燃燒產(chǎn)生黑煙，加熱葡萄糖、砂糖或面粉后，得到炭黑的事實(shí)，揭示了化石燃料是地球的碳庫，碳元素是組成生命的基礎(chǔ)元素，主要以有機(jī)物的形式存在于生物界。從而，培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”“變化觀念與平衡思想”等素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三、實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路和方法

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011版）》和《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017版）》都規(guī)定了學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)，以確保學(xué)生有基本的動(dòng)手實(shí)驗(yàn)活動(dòng)機(jī)會(huì)。不同版本教科書設(shè)計(jì)的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)都不盡相同，仍有較大的改進(jìn)空間，有必要進(jìn)行系統(tǒng)研究。因此，教師需要明確具體實(shí)驗(yàn)承載的實(shí)驗(yàn)問題解決思路，不但要結(jié)合化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)、教科書和具體實(shí)驗(yàn)本體進(jìn)行系統(tǒng)分析，而且要站在實(shí)驗(yàn)問題的起點(diǎn)，探索實(shí)驗(yàn)問題的解決空間，刻畫問題解決的思維路徑，確立實(shí)驗(yàn)問題解決的思維模型。發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)有著重要的作用[8]。

【師】CO2和 O2是我們學(xué)過的兩種身邊常見的物質(zhì)，教科書中的裝置圖是我們研究常見氣體的制備、收集、檢驗(yàn)、驗(yàn)滿以及驗(yàn)證化學(xué)反應(yīng)中質(zhì)量守恒的裝置。請(qǐng)學(xué)生們從反應(yīng)物的選擇、發(fā)生裝置、收集裝置的選擇、氣體的檢驗(yàn)和驗(yàn)滿等方面總結(jié)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路和方法，完成填寫作業(yè)單（表2）。

設(shè)計(jì)意圖：挖掘?qū)嶒?yàn)教學(xué)中潛在的提高實(shí)驗(yàn)探究能力的內(nèi)涵，從裝置簡(jiǎn)單、操作方便、反應(yīng)安全可靠、探究效果達(dá)標(biāo)等方面分析，比較教科書中實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)室制取CO2的發(fā)生裝置，歸納、總結(jié)實(shí)驗(yàn)室制取氣體的一般思路和方法。以培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”等素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)四、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

筆者通過創(chuàng)新對(duì)比裝置，以起到控制變量、訓(xùn)練思維、強(qiáng)化認(rèn)識(shí)的效果，對(duì)教科書的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行“二次開發(fā)”。利用自制手提式金屬T 型架，設(shè)計(jì)一體化實(shí)驗(yàn)體系，將CO2的相關(guān)實(shí)驗(yàn)加以組合，設(shè)計(jì)出集安全、簡(jiǎn)便、現(xiàn)象明顯于一體，變“靜態(tài)”的蠟燭為“動(dòng)態(tài)”，變“動(dòng)態(tài)”的 CO2為“靜態(tài)”的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)[9]：（1）將兩支長(zhǎng)、短不同的蠟燭分別固定在T 型金屬架的鋁片上部?jī)蓚?cè)，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?jī)蓚?cè);（2）點(diǎn)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(xù)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(rùn)濕，再點(diǎn)燃兩支蠟燭，手持T 型金屬架的長(zhǎng)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(xù)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(rùn)的石蕊試紙變紅;（6）再用吹風(fēng)機(jī)將濕潤(rùn)的紅色石蕊試紙吹干，觀察到石蕊試紙由紅色又變?yōu)樽仙?/p>

值得注意的是，CO2對(duì)有些物質(zhì)卻有助燃性！鎂 帶可以在CO2中燃燒，因此鎂著火時(shí)不能用CO2滅火。

設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，既向?qū)W生展示了實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)，又復(fù)習(xí)了CO2的性質(zhì)。為學(xué)生勾畫出以 CO2為中心的轉(zhuǎn)化關(guān)系圖奠定基礎(chǔ)。鎂條在CO2中的燃燒，說明利用 CO2作為滅火劑，需要區(qū)分物質(zhì)的類別。將培養(yǎng)學(xué)生勇于探究的精神、提升科學(xué)思維能力、形成批判質(zhì)疑態(tài)度、養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度、建立社會(huì)責(zé)任感落到實(shí)處。以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生的“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”等素養(yǎng)之目的。

環(huán)節(jié)五、自然界中的碳循環(huán)

【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(gè)碳庫是巖石圈和化石燃料，這兩個(gè)庫中的碳活動(dòng)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(gè)碳庫，這三個(gè)庫中的碳在生物和無機(jī)環(huán)境之間迅速交換，容量小而活躍，實(shí)際上起著交換庫的作用（圖9）。

【師】循環(huán)是復(fù)雜的，同一循環(huán)中有小循環(huán)，有大循環(huán);自然界中除碳循環(huán)外，還存在著氧循環(huán)、水循環(huán)等。因此，化學(xué)展示的是一個(gè)可以理解的物質(zhì)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(guān)系？

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

設(shè)計(jì)意圖：以“證據(jù)推理”為科學(xué)思維方法，基于溯因、演繹、類比等邏輯推理形式，讓學(xué)生經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)問題、解釋證據(jù)、獲得結(jié)論的過程。通過加入一定的社會(huì)議題，使“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”“變化觀念與平衡思想”等素養(yǎng)得以體現(xiàn)。

三、教學(xué)反思

化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)突出化學(xué)學(xué)科方法層面的培養(yǎng)，是化學(xué)教育教學(xué)需要達(dá)成的目標(biāo)。這些目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)，離不開化學(xué)學(xué)科知識(shí)載體，化學(xué)學(xué)科方法引領(lǐng)，化學(xué)學(xué)科價(jià)值驅(qū)動(dòng)。課堂教學(xué)只有統(tǒng)籌好三者的關(guān)系，才有可能實(shí)現(xiàn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展[10]。為了培育學(xué)生的核心素養(yǎng)，需要開展原生態(tài)的教學(xué)、有高階思維的深度教學(xué)，才能實(shí)現(xiàn)知識(shí)教學(xué)的豐富價(jià)值、使學(xué)生知識(shí)學(xué)習(xí)與素養(yǎng)培養(yǎng)實(shí)現(xiàn)同步發(fā)展[11]。

筆者依據(jù)“碳及其化合物”的化學(xué)核心知識(shí)結(jié)構(gòu)? 及其挑戰(zhàn)性任務(wù)，確定單元復(fù)習(xí)主題。通過對(duì)問題的? 梳理、研究性學(xué)習(xí)的實(shí)施，運(yùn)用化學(xué)最強(qiáng)武器——實(shí)? 驗(yàn)驗(yàn)證CO2的性質(zhì)作為探究目標(biāo)，利用內(nèi)容、知識(shí)、方? 法、活動(dòng)帶領(lǐng)學(xué)生主動(dòng)認(rèn)知物質(zhì)及其變化的思想，引? 導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)用證據(jù)去推理、構(gòu)建“自然界中的碳循環(huán)”這一生動(dòng)活潑的模型。教師提供了恰當(dāng)?shù)那榫澈筒? 同層次、不同階段的實(shí)際問題幫助學(xué)生組織、整合知? 識(shí)，利用已有的認(rèn)知構(gòu)建新的模型。真正實(shí)現(xiàn)了教學(xué)? 內(nèi)容的綜合性、研究體系的條理性、教學(xué)情境的真實(shí)? 性、實(shí)驗(yàn)過程的探究性、學(xué)生思考過程的創(chuàng)新性等目? 標(biāo)。從而，打通知識(shí)到素養(yǎng)的通道，培養(yǎng)學(xué)生的關(guān)鍵? 能力、必備品格和正確價(jià)值觀[12]。

參考文獻(xiàn)

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