大概念統(tǒng)領(lǐng)下的單元復(fù)習(xí)課探究

王曼玉

摘要：本文以大概念“物質(zhì)的多樣性”為統(tǒng)領(lǐng)，以“種茶-泡茶-用渣-除垢”為教學(xué)情境，展開滬教版初中化學(xué)第二章“身邊的常見物質(zhì)”復(fù)習(xí)教學(xué)。幫助學(xué)生在主題情境中深入理解和運(yùn)用知識，架通學(xué)科知識和學(xué)科素養(yǎng)之間的橋梁。

關(guān)鍵詞：大概念；單元復(fù)習(xí)；核心素養(yǎng)；化學(xué)物質(zhì)

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

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.014

初中化學(xué)復(fù)習(xí)課側(cè)重于“教、授”層面的知識講解，就“知”論“知”式的教法和學(xué)法，使得知識在生活中的應(yīng)用難以展開，無法體現(xiàn)化學(xué)來源于生活，服務(wù)于生活的立意。如何減少“靜態(tài)知識”的機(jī)械記憶，將知識活化并轉(zhuǎn)化成素養(yǎng)，解決真實(shí)問題，則迫切要求我們的課堂要從“學(xué)知識”轉(zhuǎn)向“用知識”。

大概念是指反映學(xué)科本質(zhì)，具有抽象性、概括性、統(tǒng)攝性和廣泛遷移價(jià)值的學(xué)科觀念、思想和方法等。聚焦大概念的內(nèi)容組織與教學(xué)，以其“少而精”及“像專家一樣思考”的內(nèi)在屬性，能夠讓教師從關(guān)注知識點(diǎn)的碎片化教學(xué)中突圍，幫助學(xué)生習(xí)得可遷移的課程核心素養(yǎng)。［1］因此理解大概念有助于達(dá)成高通路遷移，形成具體與抽象交錯(cuò)的復(fù)雜認(rèn)知結(jié)構(gòu)，不僅可以打通跨學(xué)段、跨學(xué)科的學(xué)習(xí)，而且能解決學(xué)校教育和真實(shí)世界相阻隔的問題。［2］以大概念為核心，將單元內(nèi)容重整、優(yōu)化，有利于將零散的知識結(jié)構(gòu)化，幫助學(xué)生在主題情境中深入理解和應(yīng)用知識，架構(gòu)學(xué)科知識和學(xué)科素養(yǎng)之間的橋梁。

一、教學(xué)設(shè)計(jì)思路

“身邊的化學(xué)物質(zhì)”為滬教版初中化學(xué)第二章的教學(xué)內(nèi)容，主要圍繞氧氣、二氧化碳、水等身邊常見的物質(zhì)，研究它們的性質(zhì)、用途、制法等，讓學(xué)生初步感受到化學(xué)是一門研究物質(zhì)的性質(zhì)和變化、組成和結(jié)構(gòu)、用途和制法的學(xué)科；通過對比二氧化碳和氧氣的實(shí)驗(yàn)室制法，幫助學(xué)生搭建實(shí)驗(yàn)室制備氣體的思路和方法模型；通過一系列的化學(xué)反應(yīng)，體會、認(rèn)識物質(zhì)在一定條件下可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化，并且存在重要意義。本章節(jié)突出的核心大概念為“物質(zhì)的多樣性”。依據(jù)課標(biāo)，“物質(zhì)的多樣性”這一核心大概念可以理解為：物質(zhì)的類別、物質(zhì)的性質(zhì)、物質(zhì)的用途均具有多樣性，具體如圖1所示。

本節(jié)課以茶為主情境，圍繞“種茶—泡茶—用渣—除垢”四個(gè)環(huán)節(jié)展開，挖掘適宜的問題，并以問題的解決為載體，實(shí)現(xiàn)從“學(xué)知識”到“用知識”的轉(zhuǎn)變，讓核心素養(yǎng)在課堂落地生根。具體教學(xué)設(shè)計(jì)如表1所示。

二、教學(xué)過程

【引入】播放視頻：常州博物館內(nèi)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(shù)不勝數(shù)，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(jìn)入茶的世界，探究茶的奧秘。

設(shè)計(jì)意圖：地域文化總是更能引起學(xué)生情感上的共鳴。以學(xué)生熟悉的常州好茶作為情境，可以快速引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)入學(xué)習(xí)情境，展開學(xué)習(xí)活動。

環(huán)節(jié)一：種茶

【提問】從茶籽到茶樹，在茶生長的過程中發(fā)生的主要化學(xué)變化是什么？

【追問】光合作用的原料是什么？請結(jié)合資料卡寫出光合作用的符號表達(dá)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(shù)據(jù)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(dá)1202.5萬噸。

②成人每天可以產(chǎn)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(chǎn)生的二氧化碳？

【講解】通過數(shù)據(jù)我們能感受到茶不僅是味蕾上的享受，還是我國實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)的重要途徑，同時(shí)頂尖嫩芽還可制成茶葉，具有重要經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

設(shè)計(jì)意圖：以茶樹生長過程中發(fā)生的化學(xué)變化以及消耗空氣中二氧化碳的方法兩個(gè)問題為載體，體會自然界的氧循環(huán)和碳循環(huán)；構(gòu)建二氧化碳的物質(zhì)轉(zhuǎn)化圖，滲透培養(yǎng)學(xué)生的轉(zhuǎn)化觀，通過構(gòu)建的轉(zhuǎn)化圖直觀地感受在一定條件下可以實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，同時(shí)感悟物質(zhì)的多樣性。再以一道體驗(yàn)式的計(jì)算，從數(shù)據(jù)的角度出發(fā)，感受茶樹的固碳能力，初步點(diǎn)到本節(jié)課的主題“碳中和的精致味道”，也讓學(xué)生確實(shí)感受到學(xué)習(xí)的內(nèi)容貼近于生活，貼近國家的戰(zhàn)略發(fā)展方向。

環(huán)節(jié)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(gè)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(jìn)行定性檢驗(yàn)之外，我們還可借助TDS水質(zhì)檢測筆進(jìn)行定量檢測。所謂TDS，是指水中溶解性固體總量，它是評價(jià)水的純凈度的重要參數(shù)。TDS越小，水越純凈。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)1】測量加熱前后井水的TDS。

【提問】結(jié)合實(shí)驗(yàn)，你有何收獲？

【再問】煮沸可以在一定程度上減少可溶性雜質(zhì)，使水軟化，但仍有殘留的雜質(zhì)。有何方法獲得雜質(zhì)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(yǎng)物質(zhì)的釋放。

【提問】煮水過程中起泡，產(chǎn)生的氣體是什么？

【再問】你這樣理解的依據(jù)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(shè)備有電磁爐、電水壺、天燃?xì)庠?，它們?L水從20℃加熱至100℃所排放的二氧化碳當(dāng)量（單位：gCO2e）分別約為99.61、100.78、33.38。

【提問】結(jié)合資料，從碳中和的角度出發(fā)，判斷哪種設(shè)備更適宜？原因是什么？

設(shè)計(jì)意圖：運(yùn)用水的相關(guān)性質(zhì)，分析、解釋一些生活中的現(xiàn)象，培養(yǎng)和提升學(xué)生在真實(shí)情境下問題解決的能力。在硬水軟化的實(shí)驗(yàn)中，借助測量 TDS 的數(shù)字化傳感器，感受定量角度也是研究物質(zhì)的重要方法。最后通過選擇適宜的加熱方式，培養(yǎng)學(xué)生的信息獲取、整合、輸出等學(xué)科關(guān)鍵能力，同時(shí)滲透“科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)三：用渣

【資料卡5】據(jù)報(bào)道，2021年上半年我國茶葉產(chǎn)量為306萬噸，茶葉消費(fèi)的副產(chǎn)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(shí)現(xiàn)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(shí)有明顯茶香，且燃燒時(shí)間更長久。請同學(xué)們嘗試寫出茶炭燃燒的化學(xué)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(jìn)一步消耗二氧化碳助力碳中和。

【提問】茶炭內(nèi)部為疏松多孔的結(jié)構(gòu)，類似于我們已經(jīng)學(xué)習(xí)過的哪種物質(zhì)？

【追問】你覺得茶炭還有何性質(zhì)和用途？

設(shè)計(jì)意圖：通過對茶渣變渣為寶的處理方式，在滲透環(huán)保意識的過程中滲透物質(zhì)的構(gòu)性觀，能從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)出發(fā)推測物質(zhì)的性質(zhì)和用途。

環(huán)節(jié)四：除垢

【展示】長期使用的茶壺。

【提問】你發(fā)現(xiàn)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(chǎn)生的可能是什么氣體？

【追問】你猜測的依據(jù)是什么？

【提問】你能否設(shè)計(jì)一套發(fā)生和收集裝置，制取一定量的氣體，以便后續(xù)進(jìn)行檢驗(yàn)？

【提問】你設(shè)計(jì)這款發(fā)生裝置的依據(jù)是什么？

【追問】能介紹一下你設(shè)計(jì)的這款發(fā)生裝置的特點(diǎn)嗎？

【提問】選擇這樣的收集裝置的原因是什么？

【提問】若現(xiàn)在我們已經(jīng)制取到了一定量的氣體，且產(chǎn)生的氣體中有氧氣，如何檢驗(yàn)？

【追問】利用的是氧氣什么性質(zhì)？

【提問】若產(chǎn)生的氣體中有二氧化碳，如何檢驗(yàn)？

【演示實(shí)驗(yàn)】過碳酸鈉加水。

【提問】該反應(yīng)釋放氣體非常地緩慢，有何方法解決這個(gè)問題？

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)2】

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模簷z驗(yàn)除垢劑遇水產(chǎn)生的氣體成分。

實(shí)驗(yàn)儀器：試管、酒精燈、燒杯、單孔塞、導(dǎo)管。

實(shí)驗(yàn)用品：棉花、小木條。

實(shí)驗(yàn)藥品：除垢劑、水、澄清石灰水。

實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：木條復(fù)燃、澄清石灰水無明顯現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：產(chǎn)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(zhì)。

【提問】結(jié)合資料你能寫出產(chǎn)生氧氣的化學(xué)方程式嗎？

【提問】茶垢中常含有碳酸鈣等物質(zhì)，你覺得還可以利用什么物質(zhì)除去茶垢？

【講解】家庭中稀鹽酸并不常見，且酸性較強(qiáng)、具有一定腐蝕性，常利用性質(zhì)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(fā)，你覺得哪種方式更合適？

設(shè)計(jì)意圖：初步構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室制備氣體的模型，逐步走向基于模型認(rèn)知的應(yīng)用模型，旨在培養(yǎng)學(xué)生的高階思維能力。在探索除垢劑遇水產(chǎn)生氣體的成分實(shí)驗(yàn)過程中，強(qiáng)化對科學(xué)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(jié)】今天我們從種茶、泡茶、用渣、除垢四個(gè)環(huán)節(jié)出發(fā)，復(fù)習(xí)了部分身邊常見物質(zhì)的性質(zhì)，歸納了實(shí)驗(yàn)室制備氣體的一般思路和方法，體會到化學(xué)是一門研究物質(zhì)的性質(zhì)和變化、組成和結(jié)構(gòu)、用途和制法的學(xué)科，同時(shí)也深刻地感受到茶在實(shí)現(xiàn)碳中和目標(biāo)中的重要價(jià)值。希望今后同學(xué)們能學(xué)以致用，以用促學(xué)，為碳中和貢獻(xiàn)自己的一份力量。

設(shè)計(jì)意圖：將本節(jié)課的核心知識進(jìn)行總結(jié)深化，幫助學(xué)生形成清晰的知識脈絡(luò)體系，同時(shí)對主旨進(jìn)行升華，貫徹學(xué)以致用的思想。

三、教學(xué)板書設(shè)計(jì)

板書是課堂教學(xué)的組成部分，是教師對于學(xué)科知識理解的重要呈現(xiàn)方式，也是幫助學(xué)生建構(gòu)知識體系的重要手段。本節(jié)課的板書設(shè)計(jì)如圖2所示。

四、教學(xué)總結(jié)與反思

1.發(fā)展高階思維，促進(jìn)素養(yǎng)落地

高階思維形成于將知識輸出轉(zhuǎn)化為問題解決方案，從而倒逼大腦對知識或信息進(jìn)行深度加工的過程。［3］因此，學(xué)生的學(xué)習(xí)模式應(yīng)當(dāng)是學(xué)知、用知、增慧這樣一個(gè)逐步深入的過程，且用知是發(fā)展高階思維的關(guān)鍵所在。若僅停留在學(xué)的層面上，未歷經(jīng)用知、反思、內(nèi)化等環(huán)節(jié)，則無法形成素養(yǎng)。因此，整節(jié)課以問題的解決為載體，引導(dǎo)學(xué)生將知識轉(zhuǎn)化為問題的解決方案輸出，激活知識，強(qiáng)化思維；同時(shí)將許多封閉性問題轉(zhuǎn)化成開放性問題，給予學(xué)生開放性思考空間，并能緊跟學(xué)生的思維，及時(shí)給予點(diǎn)撥，推動學(xué)生向前進(jìn)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(diǎn)，搭建的情境類型與品質(zhì)直接決定著情境授課的過程與效果。［4］地域文化貼近學(xué)生的生活，是不可替代的課程資源。［5］以地域文化為情境進(jìn)行教學(xué)有以下幾點(diǎn)好處：一是有利于文化的傳承，了解自己的家鄉(xiāng)，熱愛自己的家鄉(xiāng)，能激發(fā)學(xué)生的文化自豪感，同時(shí)厚植愛國主義情懷，讓教育更有人情味；二是有利于拉近學(xué)生和學(xué)習(xí)的距離，在熟悉的情境中展開知識的應(yīng)用和遷移，可以達(dá)到快速進(jìn)入有效學(xué)習(xí)的狀態(tài)，讓教學(xué)減少距離感。

3.反復(fù)推敲實(shí)驗(yàn)，減少操作障礙

本節(jié)課的學(xué)生實(shí)驗(yàn)1和學(xué)生實(shí)驗(yàn)2在課前均進(jìn)行了大量的測試和改進(jìn)。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)1：測量加熱前后井水的TDS

問題發(fā)現(xiàn)：滬教版課本49頁利用肥皂水檢驗(yàn)軟水和硬水時(shí)，是采用氯化鈣溶液作為硬水進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的，所以最開始該實(shí)驗(yàn)中使用的“井水”為氯化鈣溶液模擬，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)測試的過程中發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)問題：①多次實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)氯化鈣溶液加熱后的TDS數(shù)值明顯變大，和理論的硬水軟化相違背；②學(xué)生取水量較大，加熱至沸及冷卻至室溫耗時(shí)過長，課堂進(jìn)度難以把控。

基于問題①的改進(jìn)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(jìn)措施：該實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖菨B透定量的研究思想，不宜耗時(shí)過長，所以教師提前在小試管內(nèi)裝好“井水”，嚴(yán)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(nèi)冷卻，口徑小，液柱高。

關(guān)于實(shí)驗(yàn)2：探究茶垢清潔劑產(chǎn)生的氣體

問題發(fā)現(xiàn)：茶垢清潔劑內(nèi)多添加活性發(fā)泡劑等物質(zhì)，在加熱的過程中常產(chǎn)生大量泡沫，對利用帶火星小木條檢驗(yàn)是否含有氧氣時(shí)存在較大干擾，且泡沫完全溢出后，由于試管內(nèi)此時(shí)水蒸氣含量較大，帶火星木條也無法復(fù)燃，實(shí)驗(yàn)多以失敗告終。

改進(jìn)措施：受高錳酸鉀制氧氣時(shí)在管口塞棉花的啟發(fā)，該實(shí)驗(yàn)也在管口塞一團(tuán)棉花，目的在于避免泡沫外溢，同時(shí)吸收一定量的水蒸氣。鑒于棉花是一種易燃物質(zhì)，為防止學(xué)生實(shí)驗(yàn)時(shí)引燃棉花，所以在試管上畫上一條黑線，明確告知棉花務(wù)必塞到黑線以下。具體如圖3所示。

參考文獻(xiàn)

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［3］王紅，黎燕，張倩.發(fā)展高階思維要培養(yǎng)學(xué)生輸出轉(zhuǎn)化能力［J］.人民教育，2022（Z3）：95-97.

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