基于教材二次開發提升核心素養的教學設計

宋鶴麗

摘要：以北京出版社義務教育教科書九年級化學上冊第八章第1節“碳的單質”為例，介紹了教師如何創造性使用教材，基于教材設計有效的學生活動和教師活動，注重化學實驗的設計和演示，旨在提高學生學習的有效性，提升學生的核心素養。

關鍵詞：碳的單質;化學實驗;核心素養;學習有效性

文章編號：1008-0546（2019）12-0059-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.018

新一輪的課程改革，顛覆了傳統教育觀念下教材的絕對化和權威化的地位。教材不再是學科知識的簡單載體，而是重要的課程資源，教師也不再是單一的教材使用者，而是課程資源的開發者，具有開發教材的權利和責任。新課程改革提倡以學生的發展為根本，化學教師在使用教材時應自覺主動地對教材進行創造性使用，使教材更好地適合教育教學的需要。

一、問題提出

2015年年底，我國頒布了《中國學生發展核心素養（征求意見稿）》，標志著核心素養成為指導當前教育教學的主要思想和理念。同時，高中各學科課程標準的修訂將核心素養作為教育教學目標。相關研究表明，化學學科的核心素養主要體現在以下幾方面：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、實驗探究與創新意識、科學態度與社會責任。實驗探究、問題解決是其中重要方面。

“碳的單質”教學內容是學生首次從單一的物質學習，過渡到以“碳”為核心的一類物質的學習。碳循環、碳單質等內容的選取，既是對前面幾章接觸到的含碳物質的匯總，又為接下來用分類方法學習金屬、酸、堿、鹽進行鋪墊。本節課從我國清華大學科學家發現超長碳納米管引入課題，學生通過觀看視頻和小組交流知道石墨烯、石墨、金剛石、C60等碳的單質的性質和用途，比較碳單質的原子結構和性質，體會結構決定性質、性質決定用途的思想，認識物質的多樣性。學生還通過實驗探究石墨的導電性，通過化學實驗“自制炭黑”了解徽墨制作的原理，認識碳單質的穩定性。課堂中教師還演示了碳還原氧化銅的實驗，提出碳的還原性，并分析該變化中碳元素的轉化方式，嘗試從元素化合價和物質分類的角度對化學變化進行分析和推理，為以后學習氧化還原反應做鋪墊。整節課的設計關注化學實驗教學，提高學生學習的有效性，提升學生化學學科核心素養。

二、學生前測分析

教材中用自然界中碳的循環引入碳元素的化合物，本節課依據碳循環的部分內容，結合學生認知，設計了以下的學生訪談問題：（1）知道什么是單質嗎？請舉例說明。本題96.55%的同學知道單質的定義，并能舉例說明。其中有兩位同學把一種元素組成寫成了一種物質組成，但是例子是對的。（2）你知道什么是化合物嗎？請舉例說明。本題82.75%的同學回答了化合物是多種元素組成的純凈物。3.45%的同學沒作答，10.35%的同學回答錯誤。（3）請你說出一些含碳元素的物質，并對這些物質進行分類。本題大多數同學能寫出二氧化碳、碳，還有的同學寫酒精、石油、天然氣、鉆石，還有一些同學錯誤地認為氫氧化鈣中含有碳元素。對物質進行分類的同學較少，有20.69%的同學對物質進行分類，二氧化碳是氧化物或化合物，酒精是有機物或純凈物。還有一位同學是從物質的狀態進行分類的。（4）同種元素可以組成不同的物質嗎？請舉例說明。17.24%的同學回答可以，并正確舉例，列舉的例子有：氧氣和臭氧、水和過氧化氫，高錳酸鉀和錳酸鉀。沒有同學列舉一氧化碳和二氧化碳。17.24%的同學回答不可以。還有65.52%的同學回答可以，但是沒有舉例。（5）自然界中的碳循環（見北京出版社義務教育教科書·化學·九年級上冊第142頁圖8-1），產生二氧化碳的途徑有①，消耗二氧化碳的途徑有②，煤炭、泥炭的主要成分是③。本題主要考查學生對大氣中二氧化碳的產生和吸收的基本知識，以及是否知道煤炭、泥炭的主要成分?？闸佗谟?0.69%的同學回答錯誤，79.31%的同學回答正確?？闸賹W生填寫的主要有：燃燒，呼吸，尾氣，分解?？闸诨卮鸬幕臼枪夂献饔??？闸圩钭屓艘馔猓?1.72%的同學不會回答或回答錯誤，有48.28%的同學回答正確（碳、碳元素的單質）。

通過學生的前測分析，我們發現學生基本掌握了單質的定義，也認識了一些含碳元素的物質，但是對于按照物質的類別來學習一類物質還比較陌生，本節課的教學難點就設置在如何建立分析物質性質的認知模型，幫助學生從單一的物質學習，過渡到以“碳”為核心的一類物質的學習。本節課的教學重點是以碳單質為例，認識物質的多樣性，并以金剛石、石墨、碳60為例滲透結構決定性質、性質決定用途的觀念。

三、創新設計

1.課題引入

播放新聞“北京研制出世界最長碳納米管”（圖1），并介紹碳納米管的由來（圖2）。

學生通過了解我國科學家制造出世界最長碳納米管，感受民族自豪感。認識碳納米管、石墨烯、石墨的微觀結構，體會物質的多樣性，感受化學的美麗。

2.認識碳單質發現的歷史

教師展示碳單質發現歷史的圖片（圖3），并講述：這些都是碳元素組成的單質，讓學生感受到物質的多樣性。并提出問題：你在生活中見過這些碳單質嗎？學生回答：見過鉆石、鉛筆芯，進入下一環節：認識碳單質的性質和用途。

3.認識金剛石、石墨、碳60等的性質和用途

通過觀看教學視頻了解碳單質的性質和用途，以及它們的晶體結構。讓學生認識到結構決定性質，性質決定用途。學生還通過自己動手實驗驗證了石墨的導電性（圖4）。

教師講述活性炭、木炭、炭黑、焦炭含有石墨和雜質，主要成分也是碳，并展示圖片，教師提出問題：這些物質在生活中有哪些用途呢？學生熟悉活性炭、木炭的用途（燃料、水的凈化等），但是對于炭黑和焦炭的用途不太熟悉，所以教師設置了一個環節：觀看徽墨制作的視頻（視頻來源《書香中國話傳承》），并讓學生“自制炭黑，在宣紙上寫字”（圖5），充分感受炭黑的用途，感受我國傳統文化的魅力。教師總結，常溫下，碳化學性質穩定，利用碳的穩定性和顏色，炭黑可用于制墨繪畫。

為了講述焦炭的用途，教師演示實驗“木炭還原氧化銅”，在實驗前，讓學生根據反應前后元素種類不變，分析可能的產物是什么？提出猜想：分析c+CuO=？①CO，Cu②CO2，Cu③CO，CO2，cu，然后通過實驗驗證猜想。本實驗不容易成功，本人采取了一種方法使實驗的成功率提升：將木炭研成粉末，與氧化銅粉末按照質量比1：10的比例混合，并用棉花蘸滿粉末（棉花整個變黑了），加熱前在棉花上滴幾滴酒精，反應現象會很明顯（圖6）。

本節課中，我們還分析了反應前后的化合價變化，以及物質種類的變化，如：

碳元素從碳的單質轉化為碳的化合物，化合價也隨之發生了改變。讓學生從更多角度認識化學變化，如物質類別的角度，化合價角度，元素守恒的角度等，建立分析物質性質的認知模型，這是本節課的難點，在本章后續學習中要繼續強化。

四、教學反思

1.關注學生核心素養以及學科素養的培養

創設生活中的實際情境，整節課是緊密聯系碳單質的發現歷史和應用來展開的，與生活科技緊密聯系。通過新聞《北京研制出最長碳納米管》的引入，吸引學生眼球，知道碳單質在生產生活、航空航天有著重要用途，甚至可以制造登上月球的天梯，還能制出扯不斷的繩子，打不透的防彈衣，感受化學材料的巨大魅力，從而進入碳單質的學習。教師從碳納米管出發，還介紹了碳單質的發現歷史，學生知道了碳60的發現開啟了碳納米材料的研究，感受科學的發展歷史，感受科學與生活的緊密聯系。通過石墨導電性、自制炭黑等學生實驗活動，培養學生的小組合作、觀察與描述實驗現象、分析現象得出結論等能力。通過碳的完全燃燒放出熱量，到利用熱量做飯取暖以及取暖可能會煤氣中毒等環節的設計，關注學生由化學走向生活，從生活走向化學的意識提升。通過觀看徽墨制作的視頻，了解徽墨是由桐油不完全燃燒生成的炭黑制成，關注學生傳統文化的熏陶。同時，關注學生對化學反應的深入認識，從元素守恒的思想分析反應，從物質轉化的角度分析反應，從化合價變化的角度去分析化學反應——多角度地認識化學變化。

2.關注實驗在化學教學中的重要作用

本節課充分關注實驗在化學教學中的重要作用，為了更好地讓學生理解性質決定用途的理念，設計了石墨的導電性實驗。為了感受碳單質的穩定性，設計了自制炭黑，并用炭黑在宣紙上寫字的實驗活動。演示實驗碳還原氧化銅，感受碳的還原性，并應用于煉鐵。利用化學實驗，將化學知識中的理論知識與操作實踐相結合，促進學生更好地掌握化學知識點，從而提高學生對化學知識的學習效率和課堂教學效率，提高課堂學習的有效性。

3.充分體現物質的多樣性

整節課中，涉及到很多含碳物質，比如金剛石、石墨、碳60、碳納米管、石墨烯、木炭、煤炭、炭黑、活性炭，還有在前測中涉及到的泥炭等，充分體現了物質的多樣性。本節課還有需要改進的地方，關于石墨烯的發現和用途在本節課中沒有提到，為了彌補這個不足，教師布置了化學作業：制作化學手抄報《石墨烯的發現和應用》（圖7）。