指向學生化學核心素養(yǎng)發(fā)展的單元教學實踐

牛彩霞 白光耀

摘要：?以“二氧化碳性質”單元教學為例，從選定項目、確立學習目標、挖掘實際問題及發(fā)布學習任務、制定課時計劃等方面實施單元教學實踐。在分析海洋酸化的化學本質、海洋酸化帶來的危害、提供解決辦法等任務完成過程中，學生從資料中提取和整合有效信息，分析和解釋實際問題的能力得以提升，化學學科核心素養(yǎng)獲得一定的發(fā)展。

關鍵詞：?化學學科核心素養(yǎng);?單元教學;?二氧化碳

文章編號：?10056629（2021）07003306

中圖分類號：?G633.8

文獻標識碼：?B

單元教學設計起源于20世紀初，它是指形成單元主題并籌劃教學目標、教學過程的設計。單元教學需要教師基于學科核心素養(yǎng)，確定建立知識點之間的內在聯(lián)系，選用合適的主題，并設計若干課時完成進階式的教學任務[1]。

目前，指向學生化學核心素養(yǎng)的單元教學設計仍處于發(fā)展時期，尤其是在初中化學教學中實施單元教學設計仍需要更多的探索和實踐。因此，筆者從自身教學實踐出發(fā)，以“二氧化碳性質”的教學為例，實施單元教學設計實踐，闡明在初中階段實施促進學生化學學科核心素養(yǎng)發(fā)展的單元教學實踐路徑。

1?“二氧化碳性質”單元教學設計思路

1.1?確定項目，構建單元教學內容

發(fā)展學科核心素養(yǎng)，展開學習活動，都離不開單元教學內容。構建單元教學內容要從三方面出發(fā)：?一是關注化學問題，形成具備邏輯的知識結構;二是關注化學問題的認識思路和方法;三是明確單元教學中需要滲透的學科核心素養(yǎng)。

單元教學設計的整體性、系統(tǒng)性和進階性能促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。在以往的教學中，“二氧化碳性質”以幾個獨立的實驗進行展開，學生根據(jù)實驗現(xiàn)象總結出二氧化碳的性質。學生往往只關注學科知識本身，而不能順利地進行實際問題的分析和解決。因此，選定合適的項目進行單元教學，能夠幫助學生在形成知識的同時，也形成分析和解決實際問題的思路和方法，使核心素養(yǎng)得到落實。

“拯救酸化的海洋”這一案例具有豐富的教學價值（見圖1）。海洋酸化是CO2帶來的一個社會問題，造成這一現(xiàn)象的化學本質與CO2化學性質息息相關。當大氣中CO2含量升高時，CO2被海水吸收并與H2O反應生H2CO3，引起海水酸性增強。海水酸化帶來的危害之一是珊瑚礁的消失，珊瑚礁的主要成分是CaCO3，在酸化的海洋中，CO2參與反應，使CaCO3轉化成可溶于水的Ca（HCO3）2，引起珊瑚外殼溶解。為拯救酸化的海洋，主要從CO2減排和CO2利用兩個角度考慮，在CO2的實際應用中又涉及CO2的物理性質和化學性質。在探索海洋酸化和珊瑚礁消失的化學本質的過程中，學生結合閱讀材料，提取整合信息，設計探究實驗，分析和解決實際問題的能力得到提高。在合理利用CO2的環(huán)節(jié)，學生逐漸建立物質的性質、用途或現(xiàn)象之間的關系，形成物質觀和合理利用物質性質的觀念。通過該項目的學習，學生的元素守恒、控制變量等化學思想得到應用和發(fā)展，變化觀念、證據(jù)推理、科學探究、社會責任等化學學科核心素養(yǎng)得到充分落實。

1.2?確立單元教學目標

二氧化碳是“身邊的化學物質”主題下的典型代表物之一，在初中化學知識體系中占有重要位置。《義務教育化學課程標準（2011年版）》指出“身邊的化學物質主題的教學要注重從日常生活和生產中選取學生熟悉的素材，注重引導學生通過觀察和實驗探究活動，認識物質及其變化，體驗化學之美，認識學習化學的重要意義”。基于課標及核心素養(yǎng)，形成單元教學目標如下[2]：

（1）?能閱讀材料，提取核心問題，選定并拆解研究項目，形成“是什么（化學實質）、為什么（形成原理）、帶來什么影響（正面、負面）、如何解決（結合原理及影響確定方案）”的系統(tǒng)解決問題的思路。

（2）?能依據(jù)探究實驗的一般過程對海洋酸化的本質進行探究，利用資料信息設計方案，分析實驗結果并得出結論，掌握CO2相關性質。

（3）?能依據(jù)實驗現(xiàn)象、資料信息及元素守恒等化學思想推測完成陌生方程式的書寫，進一步利用CO2性質解釋生活現(xiàn)象。

（4）?能結合閱讀材料，體會CO2在實際生活中的應用，并根據(jù)應用推測體會CO2的性質，建立物質的性質、用途或現(xiàn)象之間的關系，形成物質觀和合理利用物質性質的觀念。

（5）?學會辯證地看待問題，分析和解決化學問題的能力得到提高，變化觀念、證據(jù)推理、科學探究、社會責任等化學學科核心素養(yǎng)得到充分落實[3]。

1.3?分析學習起點

在本單元教學之前，學生已具備一些零散的知識，如知道檢驗二氧化碳用澄清石灰水、二氧化碳不可燃且不支持燃燒、二氧化碳是光合作用的原料等。在氧氣的學習中，學生已初步了解研究物質的角度，如來源、性質、應用等。在以往的學習實踐中，學生已初步具備了基于實驗研究物質性質的能力，能夠對條件探究型實驗進行簡單設計，并根據(jù)實驗證據(jù)推得實驗結論。但是，對于較復雜實驗的探究仍然缺乏嚴謹?shù)幕谧兞靠刂频脑O計方案進行研究的能力[4]。

1.4?確立學習認識思路

基于此，設計了如圖2所示的單元教學流程，讓學生選定項目、拆分項目并解決問題，在此過程中，學生逐漸形成解決問題的一般方法和思路。通過對二氧化碳的學習，確立系統(tǒng)研究物質的角度，獲得解決環(huán)境問題的基本思路，形成保護環(huán)境的觀念和意識。同時，提高基于控制變量的設計實驗進行研究的能力。

2?單元教學設計案例實施過程

2.1?海洋酸化探秘（課時1）

[教師]教師播放海洋圖片，介紹我們的地球表面有2/3被海洋覆蓋，海洋對于我們的生活有很多貢獻。但是，面臨著很多問題，如海洋酸化，如何解決？

[學生]依據(jù)驅動性問題，選定研究項目為拯救酸化的海洋，并將研究項目進行拆解，確定子項目：?（1）海洋酸化探秘;（2）海洋酸化帶來的危害;（3）海洋酸化的解決措施。

[學生]閱讀資料，提取與海洋酸化相關信息：?海洋酸化是指由于海洋吸收大氣中過量的CO2，導致海水逐漸變酸。

[學生]提出問題：?什么是酸？

[教師]提供資料：

（1）?酸是一類化合物，常見的酸有硫酸、硝酸、醋酸等，它們能使紫色石蕊溶液變色。

（2）?實驗室中可用pH衡量酸的多與少。溶液中酸的量越多，溶液的pH越小。

[教師]發(fā)布任務：?設計實驗探究海水酸化的化學本質。

[學生]提出猜想：?海水酸化的化學本質是H2O和CO2發(fā)生化學反應生成了一種新物質——酸。

[學生]小組活動，設計方案證實猜想。

[教師]組織學生匯報設計成果，并優(yōu)化確定實驗內容，如表1所示。

[教師]點評幾種實驗方案的優(yōu)缺點。方案1和方案2將表1中的四項實驗內容分別進行了驗證，方案3和方案4，將四項實驗內容適當進行合并，節(jié)省實驗用品，減少實驗步驟，更易于操作。

[教師]肯定學生的實驗結論。進一步指出，經科學證實，H2O和CO2生成的酸為H2CO3。

[學生]完成化學方程式：

[教師]補充實驗：?用吹風機將變紅的石蕊試紙吹干，試紙又恢復為紫色。

[學生]再次體會H2CO3的存在及H2CO3的不穩(wěn)定性，寫出化學方程式：

[教師]總結上述研究過程，確定是CO2與H2O生成的H2CO3導致海水變酸，這是從定性角度進行研究。提問：?如何定量地描述海水變酸的程度呢？

[學生]閱讀資料，找出定量地描述海水變酸程度的方法：?測海水pH，其值越小，酸性越強。

[教師]演示實驗：?模擬海水酸化實驗（見圖3）。

[學生]匯報現(xiàn)象，無CO2通入時，水的pH不變，隨CO2的通入，體系的pH在下降。結合資料，得出結論：?CO2與H2O反應生成H2CO3，體系pH下降，這是海水酸化的化學本質。

[教師]提問：?溶于水的CO2是否都與H2O反應生成了H2CO3？

[學生]閱讀資料，分析數(shù)據(jù)，確定溶于水的CO2只有一部分參與反應，因為圖中顯示，海水中存在CO2。海水中CO2的濃度隨大氣中CO2的濃度增加而增加，也說明CO2在水中的溶解有一定限度。

[學生]在教師輔助下，畫出CO2被海水吸收后的物質轉化關系圖（見圖4），體會海水中存在的粒子有CO2、?H2CO3、?H2O等。

[教師]引導學生總結探究實驗的一般方法：?提出猜想（結合陌生信息、關注物質環(huán)境、利用元素守恒）→設計實驗內容（全面考慮物質、設計對照實驗、明確設計意圖）→實施實驗方案（可依據(jù)節(jié)約便捷等原則優(yōu)化）→觀察實驗現(xiàn)象（事實證據(jù)）→得出結論。

設計意圖：?通過對閱讀材料中信息的提取整合以及探究過程，了解海洋酸化的化學本質;充分利用對比思想和證偽原則對海洋酸化的化學本質進行定性描述;再借助信息和模擬實驗，對海洋酸化的化學本質進行定量描述。讓學生充分體會由定性到定量的化學思想方法在實際問題解決中的應用。變化觀念、證據(jù)推理、科學探究的化學核心素養(yǎng)得到進一步發(fā)展。

2.2?海洋酸化帶來的危害及解決措施（課時2）

2.2.1?海洋酸化帶來的危害

[學生]閱讀資料，提取海洋酸化帶來的影響：?珊瑚和軟體動物等長有堅硬外殼（主要成分是碳酸鈣）的生物，因為外殼溶解而難以生存。

[教師]演示實驗：?模擬珊瑚外殼溶解實驗（見圖5）。

[學生]觀察到：?隨著CO2的不斷通入，澄清石灰水先變渾濁，后又變澄清，深刻體會在海洋酸化情況下，珊瑚外殼會溶解。同時提出問題：?溶解后生成了什么物質？

[教師]提供資料：

珊瑚外殼溶解時發(fā)生了化合反應。

[學生]結合資料，利用元素守恒思想及已有基礎知識，完成化學方程式：

設計意圖：?根據(jù)閱讀資料獲取海洋酸化帶來危害的信息，結合模擬實驗和已有知識基礎，探尋珊瑚消失的化學本質。學生根據(jù)元素守恒思想及相關信息，能夠正確寫出化學方程式，用正確的化學術語解釋化學問題的能力得到提升。

2.2.2?海洋酸化的解決措施

[學生]小組討論，提出海洋酸化的解決措施有兩個方向：?一是源頭上減少碳排放;二是增加對二氧化碳的吸收。

[教師]發(fā)布任務1：?如何從源頭上減少碳排放？

[學生]含碳元素的燃料燃燒可產生CO2，因此使用清潔能源、出行多使用公共交通工具、減少私家車使用、減少含碳燃料的使用、減少一次性塑料袋的使用等均可減少CO2的排放。

[教師]發(fā)布任務2：?如何增加對二氧化碳的吸收？

[學生]利用二氧化碳不同性質（如與水反應、與堿反應等）進行吸收，吸收后還可以“變廢為寶”，加以利用。

[教師]發(fā)布任務3：?閱讀CO2在實際生活中的應用或影響，指出分別體現(xiàn)了CO2的哪些性質并提出相應的吸收方式。

[學生]小組討論，閱讀材料，體會CO2性質與應用之間的聯(lián)系，尋找相應的吸收方式。

[教師]組織學生匯報交流（見圖6）。

設計意圖：?學生通過閱讀CO2在實際生產生活中的應用或影響，提煉CO2的相關性質，提出合理的揚長避短方法，逐漸形成“應用體現(xiàn)性質，性質決定應用”的物質觀念。在化學性質③和化學性質②中，利用同一性質，既可以產生不利影響，也可以服務于人類的生產生活。學生通過這樣的總結和對比，學會辯證地認識物質，形成揚長避短、合理利用物質的觀念。

3?單元教學設計案例反思

基于課程標準，整合閱讀資料，選取“拯救酸化的海洋”為項目進行初三化學CO2的性質探究。在探究海洋酸化本質過程中，學生興趣濃厚，參與度極高。通過方案設計、討論、修正、實施，最終分析實驗現(xiàn)象認識海洋酸化的本質，并能用化學用語（化學方程式）進行精準表達。學生結合資料獲取CO2在實際生活中的應用，準確建立應用（影響）、性質之間的關聯(lián)，充分體會到事物的兩面性。整個任務完成過程中，學生獲取信息、解決實際問題的能力得到提高，系統(tǒng)研究問題的思路和方法得以形成。課后以“我為二氧化碳作代言”進行單元教學效果的檢驗，85%的學生能夠從二氧化碳的來源、應用（影響）等方面進行介紹，并關注到二氧化碳性質和應用（影響）之間的關系，并從正反兩方面認識二氧化碳，單元教學目標基本完成。

參考文獻：

[1]喻俊，?葉佩佩.?促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展的單元教學設計實踐探索[J].?化學教學，?2020，?（5）：?51～55.

[2][3]楊玉琴，?倪娟.?學科核心素養(yǎng)視域下的教學目標：?科學研制與準確表達[J].?化學教學，?2019，?（3）：?3～7.

[4]楊玉琴.?核心素養(yǎng)視域下的單元教學設計：?內涵解析及基本框架[J].?化學教學，?2020，?（5）：?3～8，?15.