基于核心素養(yǎng)的初中化學(xué)大單元復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

一、課堂教學(xué)背景

新課標(biāo)指出，初中化學(xué)課程要培養(yǎng)的核心素養(yǎng)必須體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科本質(zhì)，通過(guò)化學(xué)學(xué)習(xí)幫助學(xué)生形成關(guān)鍵能力和健全人格，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用化學(xué)的眼光觀察世界、用化學(xué)的思維認(rèn)識(shí)世界、用化學(xué)的觀念改造世界。但在實(shí)際教學(xué)中，教師缺乏大單元教學(xué)設(shè)計(jì)的概念和方法，無(wú)法剖析各課時(shí)內(nèi)容之間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)。學(xué)生在課堂中得到的是碎片化的知識(shí)，很難靈活遷移應(yīng)用，學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)難以落地。

二、教學(xué)主題分析

“碳及其化合物”大單元復(fù)習(xí)課以“大氣成分的變化”為主線，內(nèi)容包括了解原始大氣、分析現(xiàn)在大氣和暢想未來(lái)大氣3個(gè)部分。教學(xué)目標(biāo)為：讓學(xué)生了解自然界中的碳循環(huán)體系，樹(shù)立人與自然和諧共生的科學(xué)自然觀；通過(guò)構(gòu)建以CO2為核心的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，讓學(xué)生形成元素守恒觀、物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀等化學(xué)觀念；通過(guò)在一次性手套中完成CO2性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作能力；探尋控制和利用CO2造福人類(lèi)的途徑，增強(qiáng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感和環(huán)保意識(shí)。

三、課堂教學(xué)實(shí)錄

任務(wù)一：基于元素守恒，探究原始大氣

教師播放地球大氣成分演化相關(guān)視頻，并讓學(xué)生思考：在原始的綠色植物出現(xiàn)前，大氣主要成分的演變是以CO、CO2、CH4和NH3為主的。在綠色植物出現(xiàn)以后，會(huì)發(fā)生什么變化？

學(xué)生：植物發(fā)生光合作用，將CO2轉(zhuǎn)化成O2。O2出現(xiàn)后，原始大氣里的CO被氧化成CO2，CH4被氧化成H2O和CO2。

教師：根據(jù)現(xiàn)在大氣成分，NH3被氧化的產(chǎn)物是什么？

學(xué)生：依據(jù)化學(xué)反應(yīng)前后元素守恒定律和現(xiàn)在大氣成分，NH3被氧化成N2和H2O。

教師：由于植物的光合作用持續(xù)進(jìn)行，空氣里的CO2在這一過(guò)程中被吸收了大部分，O2越來(lái)越多，CO、CH4和NH3被氧化，最終形成了現(xiàn)在大氣（如圖1）。

任務(wù)二：基于平衡思想，分析現(xiàn)在大氣

教師：大氣中的CO2含量在很長(zhǎng)的一段時(shí)間里保持相對(duì)穩(wěn)定，這是什么原因呢？

學(xué)生總結(jié)產(chǎn)生和吸收CO2的途徑。

教師：澄清石灰水可以用來(lái)檢驗(yàn)CO2的存在，如果大量CO2和石灰水反應(yīng)會(huì)有什么現(xiàn)象？（展示溶洞形成的視頻。）

學(xué)生1：溶洞形成的過(guò)程實(shí)質(zhì)上也消耗了CO2，CO2與難溶于水的CaCO3反應(yīng)，生成可溶于水的Ca（HCO3）2。

學(xué)生2：鐘乳石的形成是因?yàn)?，石灰?guī)r溶解生成的Ca（HCO3）2不穩(wěn)定，在加熱或壓強(qiáng)變化時(shí)又分解成CaCO3和CO2。

教師：海洋是CO2的另一個(gè)儲(chǔ)庫(kù)，而且比大氣CO2儲(chǔ)庫(kù)大得多。海洋為什么能吸收CO2？

學(xué)生：CO2能溶于水。

教師：在CO2溶于水的過(guò)程中發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)，老師準(zhǔn)備了干冰和藍(lán)色石蕊試紙，我們可否利用它們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，來(lái)驗(yàn)證CO2能與水發(fā)生反應(yīng)？可否利用干冰和澄清石灰水來(lái)模擬溶洞的形成？

學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，向一次性手套的中指中注入少量澄清石灰水，在拇指和食指中分別放入濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙和干燥的藍(lán)色石蕊試紙，再向無(wú)名指中放入干冰（如圖2）。

學(xué)生：濕潤(rùn)的石蕊試紙為藍(lán)色，說(shuō)明水不能使石蕊試紙變色；食指中干燥的石蕊試紙不變色，說(shuō)明CO2不能使石蕊試紙變色；拇指中濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙變紅，說(shuō)明CO2和水反應(yīng)生成了酸性物質(zhì)，有關(guān)的化學(xué)方程式是CO2+H2O=H2CO3。變成紅色的石蕊試紙后來(lái)又變成藍(lán)色，說(shuō)明生成的酸性物質(zhì)不穩(wěn)定，有關(guān)的化學(xué)方程式是H2CO3=CO2↑+H2O。中指中澄清石灰水變渾濁，說(shuō)明反應(yīng)生成難溶性物質(zhì)，有關(guān)的化學(xué)方程式是CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O。中指中變渾濁的石灰水在加入干冰后又變澄清，說(shuō)明難溶的物質(zhì)轉(zhuǎn)變成了可溶性物質(zhì)，有關(guān)的化學(xué)方程式是CO2+H2O+CaCO3=Ca（HCO3）2。

教師：以上實(shí)驗(yàn)從宏觀上驗(yàn)證了化學(xué)反應(yīng)的發(fā)生，我們還可以通過(guò)數(shù)字化儀器從微觀定量測(cè)定CO2與水反應(yīng)。溫度傳感器的示值能精確表示被測(cè)對(duì)象的溫度，pH傳感器能精確顯示溶液的酸堿度，pH值越小則說(shuō)明溶液的酸性越強(qiáng)。

教師在燒杯中加入500mL蒸餾水，將溫度傳感器與pH傳感器伸入水中，加入適量干冰，讓學(xué)生觀察溫度和pH數(shù)值的變化。

學(xué)生：實(shí)驗(yàn)發(fā)生5分鐘后，溫度降低到1.3℃，這說(shuō)明干冰升華吸熱；pH值變?yōu)?.2，這說(shuō)明反應(yīng)生成的碳酸呈酸性，35秒時(shí)濃度最大。

教師：以上反應(yīng)實(shí)質(zhì)上是CO2在生物圈、水圈和巖石圈中的循環(huán)。你能總結(jié)大氣中CO2含量保持相對(duì)穩(wěn)定在0.03%的原因嗎？

學(xué)生：自然界中產(chǎn)生和消耗的CO2近似相等，形成動(dòng)態(tài)平衡，使其含量保持相對(duì)穩(wěn)定。

教師展示大氣中CO2濃度變化圖并提問(wèn)：你能獲得哪些信息？

學(xué)生：從1750—1800年這一時(shí)期開(kāi)始，大氣中CO2含量不斷升高。這是因?yàn)檫@個(gè)時(shí)期發(fā)生了工業(yè)革命，CO2的生成量大于消耗量。

教師：哪些因素破壞了CO2轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡？

學(xué)生：導(dǎo)致大氣中CO2含量升高的主要原因是人為因素，主要表現(xiàn)為世界人口不斷增加、工業(yè)的發(fā)展導(dǎo)致化石燃料使用量大幅度增加等，CO2的生成量增加，而森林的破壞使CO2的消耗量減少，從而破壞了CO2轉(zhuǎn)化的動(dòng)態(tài)平衡。

教師：大氣中CO2含量升高和水泥工業(yè)同樣密不可分。水泥生產(chǎn)過(guò)程中產(chǎn)生的CO2主要來(lái)源于石灰石分解和煤的燃燒。請(qǐng)測(cè)算高溫煅燒石灰石制取1噸CaO能產(chǎn)生多少?lài)岰O2。

學(xué)生進(jìn)行計(jì)算。

教師：通過(guò)計(jì)算生成的CO2的質(zhì)量是不是超過(guò)了你的想象？該反應(yīng)能產(chǎn)生大量CO2，是空氣中CO2的來(lái)源之一，這個(gè)反應(yīng)也可以用于工業(yè)制取CO2。工業(yè)上制得的CO2可用于何處？

學(xué)生：滅火、制取汽水等的原料、干冰可用于人工降雨等。

教師：實(shí)驗(yàn)室如何制取少量CO2？請(qǐng)選擇下列適當(dāng)?shù)乃幤泛蛢x器，設(shè)計(jì)制取CO2的發(fā)生裝置，并說(shuō)出其特點(diǎn)。藥品有石灰石、Na2CO3、CaCO3、稀HCL、稀H2SO4；儀器有試管、注射器、長(zhǎng)頸漏斗、雙孔塞、單孔塞、有孔隔板。

學(xué)生選擇藥品和儀器，設(shè)計(jì)CO2的常見(jiàn)發(fā)生裝置（如圖3）。

學(xué)生：裝置①簡(jiǎn)單方便；裝置②選擇CaCO3粉末與稀H2SO4反應(yīng)，避免反應(yīng)一段時(shí)間后因生成微溶物覆蓋在表面阻止反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行；裝置③中Na2CO3與稀HCL反應(yīng)速度快，通過(guò)注射器可以控制產(chǎn)生氣體的速度；裝置④可以隨時(shí)添加液體藥品；裝置⑤可以控制反應(yīng)的發(fā)生和停止。

教師：實(shí)驗(yàn)室制取CO2常用什么方法收集？

學(xué)生：標(biāo)準(zhǔn)狀況下，CO2能溶于水、密度比空氣大，CO2的最佳收集方法為向上排空氣法。

任務(wù)三：基于情感教育，暢想未來(lái)大氣

教師：在人類(lèi)生存和發(fā)展的過(guò)程中，CO2的生成量大于消耗量，從而導(dǎo)致大氣中CO2含量升高，這會(huì)對(duì)氣候有什么影響？

學(xué)生：溫室效應(yīng)。

教師：溫室效應(yīng)可能會(huì)造成什么不良后果？

學(xué)生：造成全球變暖，冰蓋融解，海平面上升，土地沙漠化。地球上病蟲(chóng)害增加，史前致命病毒有可能重新出現(xiàn)。地球氣候反常，海洋風(fēng)暴增加。

教師：我們?nèi)绾慰刂艭O2含量，使它保持動(dòng)態(tài)平衡呢？

學(xué)生：一方面，減少向大氣中排放CO2，具體措施有減少化石燃料使用、開(kāi)發(fā)使用綠色能源、養(yǎng)成低碳生活習(xí)慣等。另一方面，增加對(duì)CO2的吸收，具體措施有積極植樹(shù)造林等。

教師：本節(jié)課我們復(fù)習(xí)了碳及其化合物的性質(zhì)，分析了大氣CO2含量穩(wěn)定的原因，發(fā)現(xiàn)工業(yè)革命后CO2含量升高的原因，尋找了控制CO2含量上升的措施。在學(xué)習(xí)過(guò)程中涉及C、CO、CO2、H2CO3、CaCO3、石灰石、大理石等物質(zhì)，你能將它們分類(lèi)嗎？

學(xué)生：石灰石、大理石屬于混合物；C屬于單質(zhì)，CO、CO2、H2CO3、CaCO3屬于化合物，其中CO和CO2屬于氧化物。

教師：今天我們重點(diǎn)探討了CO2在自然界中的循環(huán)，這一循環(huán)實(shí)質(zhì)上蘊(yùn)含了碳及其化合物的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，請(qǐng)你畫(huà)出其中的轉(zhuǎn)化關(guān)系。

學(xué)生小組合作構(gòu)建碳及其化合物間相互轉(zhuǎn)化關(guān)系思維導(dǎo)圖（如圖4）。

教師：利用這種關(guān)系我們可以控制CO2的產(chǎn)生，也可以利用CO2來(lái)為人類(lèi)造福。請(qǐng)查閱資料，了解CO2綜合利用的轉(zhuǎn)化方法和途徑。

四、課堂教學(xué)反思

1.創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)認(rèn)知沖突，學(xué)會(huì)辯證方法論

在化學(xué)課堂上常常會(huì)有一些“異常狀況”發(fā)生，“異常狀況”作為一種富有挑戰(zhàn)性的“問(wèn)題情境”，最能激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新欲望和創(chuàng)造性思維。

學(xué)生開(kāi)展模擬溶洞形成的實(shí)驗(yàn)時(shí)，將干冰放入澄清石灰水中，觀察到澄清石灰水先變渾濁，一會(huì)兒又變澄清了。這一“異常狀況”引發(fā)思維碰撞，激發(fā)學(xué)生分析其產(chǎn)生的原因。學(xué)生通過(guò)小組合作、實(shí)驗(yàn)探究，對(duì)比、分析不同量干冰與澄清石灰水反應(yīng)現(xiàn)象的不同，總結(jié)出控制反應(yīng)物的質(zhì)量比，會(huì)對(duì)生成物產(chǎn)生影響。適當(dāng)呈現(xiàn)認(rèn)知沖突的素材與設(shè)問(wèn)使情境更真、設(shè)問(wèn)更實(shí)，更能有效發(fā)展學(xué)生批判性和創(chuàng)造性等高階思維，更能引導(dǎo)學(xué)生質(zhì)疑和批判。

2.改進(jìn)探究實(shí)驗(yàn)，提升創(chuàng)新精神，發(fā)展思維創(chuàng)新力

教科書(shū)中的CO2性質(zhì)實(shí)驗(yàn)，都是利用多種儀器分散進(jìn)行的，不僅操作煩瑣，也加大了藥品的消耗量。鑒于此，筆者引導(dǎo)學(xué)生利用一次性手套設(shè)計(jì)探究CO2性質(zhì)的分組實(shí)驗(yàn)，用干冰作為CO2的來(lái)源，加深了學(xué)生對(duì)干冰性質(zhì)的認(rèn)識(shí)，又省去了制取CO2的發(fā)生裝置，使實(shí)驗(yàn)更簡(jiǎn)潔。實(shí)驗(yàn)裝置選用生活中常見(jiàn)的一次性手套等，器材易得；用紫色石蕊試紙?zhí)娲仙锛埢?，?zhǔn)備工作量大大降低。整個(gè)實(shí)驗(yàn)都在一次性手套中完成，藥品用量較少，節(jié)約了藥品，能夠增強(qiáng)學(xué)生的節(jié)能環(huán)保意識(shí)，還方便學(xué)生自主設(shè)計(jì)方案并完成實(shí)驗(yàn)，發(fā)展了學(xué)生的創(chuàng)新思維能力。

3.構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，建立認(rèn)知模型，形成物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀

筆者指導(dǎo)學(xué)生以CO2為中心，借助線條、圖形、顏色等多種傳達(dá)信息的方式，將碳及其化合物的知識(shí)結(jié)構(gòu)化、網(wǎng)絡(luò)化地呈現(xiàn)，繪制出知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和碳循環(huán)模型，讓學(xué)生更好地掌握知識(shí)，從而最大限度地提高復(fù)習(xí)效率，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維。在幫助學(xué)生構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)和碳循環(huán)模型的過(guò)程中，學(xué)生的思維實(shí)現(xiàn)可視化，他們從一個(gè)知識(shí)點(diǎn)聯(lián)想到其他多個(gè)相關(guān)聯(lián)的知識(shí)點(diǎn)，更容易發(fā)現(xiàn)化學(xué)變化及其規(guī)律。本課還讓學(xué)生運(yùn)用證據(jù)推理和模型化思維解決化學(xué)問(wèn)題，使其形成元素守恒觀、物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀等化學(xué)學(xué)科核心觀念。

4.滲透低碳理念，增強(qiáng)環(huán)保意識(shí)，樹(shù)立綠色發(fā)展觀

學(xué)生通過(guò)分析空氣中CO2含量升高的原因及其給氣候帶來(lái)的影響，培養(yǎng)了可持續(xù)發(fā)展意識(shí)和綠色化學(xué)觀念；通過(guò)討論每一個(gè)能產(chǎn)生和吸收CO2的化學(xué)方程式背后的低碳行動(dòng)，尋找降低CO2含量的方法和措施，梳理得出降低大氣中CO2含量的思路是減少排放、增加吸收；通過(guò)制訂低碳行動(dòng)方案，把學(xué)習(xí)成果與社會(huì)發(fā)展聯(lián)系起來(lái)，感受到自己的所學(xué)、所思、所想對(duì)人和自然和諧共處、可持續(xù)發(fā)展的價(jià)值，增強(qiáng)自身環(huán)保意識(shí)，樹(shù)立綠色發(fā)展觀。