基于學科理解的社會議題教學

陳康茗 王鋒

摘要：社會議題具有綜合情境和廣泛的社會參與度，是發展學生素養的良好載體。以“碳中和的實現”社會議題為背景進行深度學習，學生自主建構碳元素化合物轉化模型，并在思辨中感悟物質轉化認識模型，從化學學科視角和思路出發認識、解決實際問題，提升學生思維深度，促進化學學科理解的發展。

關鍵詞：社會議題;學科理解;初中化學;復習課

文章編號：1008-0546（2022）04-0008-06

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.04.002

《普通高中化學課程標準（2017年版）》中提及，要“引導學生進一步學習化學的基本原理和方法，形成化學學科的核心觀念;結合學生已有的經驗和將要經歷的社會生活實際，引導學生關注人類面臨的與化學有關的社會問題，培養學生的社會責任感、參與意識和決策能力”[1]。即培養學生在未來的復雜生活情境中，能從化學思維出發，運用化學知識和化學觀念，認識問題、思考問題、解決問題。社會議題，全民廣泛參與，與學生實際生活緊密聯系，在以學科視角解決社會議題的過程中，不僅便于知識的遷移，加深對知識的整體認識與理解，提高學生思辨能力、問題解決能力，增加社會責任感，更有助于培養學生的學科思維，提升學科理解。

然而，實際生活中人類面臨的社會議題必然不止局限于化學學科，涉及多學科、多視角，如何從復雜的問題中抽提出化學視角？這需要教師從學科理解的高度出發設計課堂教學。學科理解一詞首次出現是在《普通高中化學課程標準（2017年版）》中，是指教師對化學學科知識及其思維方式和方法的一種本原性、結構化的認識[1]。基于學科理解的教學能提供具有學科思維特質的化學認識視角和思路，發展學生的化學學科思維方式[2]，在遷移化學認識視角與思路過程中，能動地創新，實現核心素養的落地[3]。

基于學科理解的社會議題教學需要認識到議題中蘊含的化學知識及其之間的聯系，形成有機的知識框架，并抽提出理解其知識框架的角度和思路，形成認識模型，并根據模型要素和教學目標逐層分解情境，形成梯級學習任務，以問題為線索，引導學生置身情境解決議題，在問題解決過程中促進學科思維的發展。下面，本文以“碳中和的實現”為例闡述社會議題同初中化學課堂教學的融合。

一、議題背景與選擇

隨著全球變暖，極端天氣出現概率驟然提升，氣候危機正在悄然發生。2020年9月22日，在第七十五屆聯合國大會上，習近平表示中國將采取更加有力的政策和措施，二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值，努力爭取2060年前實現碳中和。碳中和的達成將會實現中國能源結構的革命，推動電力、交通等多產業的變革。碳中和這一目標的實現不僅需要全民攜手共同努力，更離不開碳捕捉、碳封存等化學技術的發展，體現化學在環境保護中的重要貢獻，彰顯化學學科價值。

圍繞二氧化碳這一核心物質的排放和吸收，碳的元素化合物知識囊括其中，是很好的碳元素化合物復習素材。借助二氧化碳的轉化，形成結構化的碳元素化合物知識體系，并在形成碳元素化合物模型的過程中感受元素觀、轉化觀，感受研究物質轉化的視角和思路，建構物質轉化的認識模型，在復雜的社會議題學習中感受化學學科價值（圖1），從化學視角認識問題，解決問題，發展學科思維。

二、議題學習目標

聚焦碳元素化合物轉化模型、物質轉化認識模型的建構，學科視角、學科思維的培養，將議題學習目標設定為：

（1）通過討論“碳中和”社會議題，認識化學在解決環境問題上的重要價值，感受學科魅力，增強學習興趣，提高社會責任感。

（2）通過尋找碳排放、碳吸收的途徑，建立碳元素化合物之間的聯系，建構碳元素化合物物質轉化模型。

（3）通過歸納總結碳元素化合物知識體系，領會“物質是由元素組成的”“化學反應前后物質的元素組成不變”兩觀念，并抽提形成物質轉化認識模型。借助碳捕捉、碳封存技術體驗化學研究的意義、化學反應的原理，發展學科思維。

（4）在議題活動中，通過閱讀圖表，培養信息獲取能力。

三、議題學習流程

遵循問題解決邏輯，將“碳中和”拆分為減少碳排放、增加碳吸收、個人措施三個模塊（表1），尋找其中蘊含的化學知識與原理，抽提出學科視角與思路，同建模活動有機整合，達成學習目標。

四、議題學習實施

1.情境引入[創設情境]播放視頻《氣候危機》《中國在行動》

[提供信息]碳中和是指企業、團體或個人測算在一定時間內直接或間接產生的溫室氣體排放總量，通過植樹造林、節能減排等形式，以抵消自身產生的二氧化碳排放量，實現二氧化碳"零排放"。

[教師提問]從碳中和的定義出發，如何實現碳中和？

[學生匯報]減少碳排放、增加碳吸收。

設計意圖：通過《氣候危機》視頻短片，培養學生保護環境的意識;通過《中國在行動》短片，讓學生感受到中國的大國擔當，培養國家自豪感;引導學生自主探討碳中和的達成路徑，激發學習興趣，提高社會問題參與度，培養社會責任感。

2.減少碳排放

[議題活動2.1]碳排放途徑

[提供信息]碳循環圖（圖2）

[教師提問]結合碳循環圖，實際生活中，有哪些途徑可能會釋放二氧化碳？

[學生匯報]動植物的呼吸作用、火山噴發、化石燃料的使用、工業生產釋放、碳酸分解。

[學生補充]溶解在海水中的二氧化碳釋放。

[教師追問]你是怎么把釋放二氧化碳的途徑找齊的？

[議題活動2.2]碳排放原理

[教師提問]結合碳排放途徑，試歸納哪些物質可以轉化為二氧化碳，并寫出轉化的方程式。

[學生匯報]根據物質燃燒的性質，我寫出了碳單質、一氧化碳、甲烷、乙醇燃燒的方程式;根據物質的還原性，我寫出了碳、一氧化碳還原氧化鐵、氧化銅的方程式;根據碳酸鹽、碳酸氫鹽可分解的性質，我寫出了高溫煅燒石灰石、碳酸氫鈣分解的方程式;根據碳酸易分解的性質，我寫出了碳酸分解的方程式（圖3）。

[教師評價與提升]根據對碳及其化合物性質的了解，同學們寫出了非常多方程式，怎么樣將所有轉化方式、物質全部找齊呢？化學反應前后元素的種類不變，元素組成物質。將碳元素組成的物質進行分類歸納，再根據物質性質歸類方程式，就可以將產生二氧化碳的方程式全部找齊，這是認識物質轉化關系的一般路徑（圖4、圖5）。

[教師提問]以上產生二氧化碳的反應對應生活中的哪些碳排放途徑？

[學生匯報]有機物的緩慢氧化反應代表動植物的呼吸作用，碳單質、一氧化碳、甲烷等有機物燃燒代表生活中化石燃料的燃燒，高溫煅燒石灰石代表火山噴發和水泥廠排放二氧化碳，碳、一氧化碳還原金屬氧化物代表鋼鐵廠等工廠排放二氧化碳，碳酸分解代表海水釋放二氧化碳。

[議題活動2.3]減少碳排放的措施

[提供信息]碳排放統計及預測圖、碳中和全景圖（圖6、圖7）

[教師提問]根據碳排放及預測圖、碳中和全景圖，減少碳排放的措施有哪些？

[學生匯報]減少化石能源的使用，大力發展太陽能、風能等清潔能源發電，大力發展氫能源等新能源汽車、利用氫氣作為還原劑進行工業生產......

[教師追問]你是怎么找到這些減少碳排放的途徑？

[學生總結]生活中使用化石能源主要是為了利用化石能源燃燒釋放的熱量進行發電或創造高溫環境或提供動力，可以使用太陽能、風能、核能等清潔能源進行能源替代;鋼鐵廠等工廠需要使用煤作為還原劑煉鋼，可以利用同樣具有還原劑的氫氣進行替代;......

[教師提升]可以從能量變化、反應物性質、生成物用途等角度認識化學反應的作用（圖8）。

設計意圖：社會議題跨學科，跨知識，綜合且復雜，學生很難直接將學科知識和議題實際相聯系。為了降低學習難度，便于知識遷移，設計先提供學生具有一定熟悉度的碳循環簡單情境，從碳循環出發，根據碳排放的途徑，歸納產生二氧化碳的物質和方程式，建構碳元素化合物轉化模型。同時，引導學生分析尋找方程式、物質的方法，外顯思路后，教師總結提升，形成從元素組成歸類物質，從物質性質、元素組成認識化學反應的學科視角和思路，初步發展學科思維。初步建構碳元素化合物轉化模型后，提供資料，將情境升級為生活綜合情境，引導學生將二氧化碳相關方程式同實際生產生活途徑相聯系，加深學生對于碳元素化合物轉化關系的認識，并借助資料引導學生從能量變化、反應物、生成物等角度評析化學反應，完成物質轉化認識模型的建構，在閱讀資料獲取信息的同時也培養學生的信息提取能力。

3.增加碳吸收

[議題活動3.1]碳吸收原理

[教師提問]二氧化碳可以轉化為哪些物質？寫出反應方程式。

[學生匯報]根據二氧化碳的性質可以寫出二氧化碳能發生的反應（圖9），歸納為轉化的物質（圖10）。

[議題活動3.2]碳吸收措施

[教師提問]]從上述反應出發，如何吸收二氧化碳？

[提供資料]見圖11。

[學生匯報]可以多植樹造林，利用海水、氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳，和碳在高溫下反應轉化為一氧化碳作為燃料使用。

[學生補充]不建議使用海水吸收二氧化碳，會造成海水酸化、珊瑚死亡等環境問題;利用氫氧化鈉溶液吸收二氧化碳可行性不大，成本過高無法大規模推廣;轉化為一氧化碳能耗過大，且一氧化碳有毒可能污染環境。

[教師總結]在實際生產生活中，化學反應的大規模利用需要考慮成本、環境影響、能耗等因素。

[議題活動3.3]碳封存

[教師提問]結合化學反應的原理，試思考，還有哪些途徑可能吸收二氧化碳？

[學生回答]化學反應前后元素種類不變，二氧化碳在一定條件下可能通過其他方式轉化為有機物、碳酸鹽。

[提供資料]二氧化碳轉化為液態烴燃料、碳封存介紹視頻（圖12）

[教師提升]從元素角度認識物質，認識化學反應，認識物質轉化，同學們已經具備成為化學家的基本思維。依據化學反應原理，加上一些創新，一些努力，一些實踐，未來，化學廣闊研究天地待大家翱翔。

設計意圖：從碳吸收原理入手，學生歸納二氧化碳能發生的反應方程式及轉化為的物質，鞏固從反應物性質認識化學反應的一般思路，完善碳元素化合物轉化模型。再將上述反應同實際生活中的碳吸收途徑相聯系，提出具有一定思維難度的問題，供學生以小組為單位充分辨析討論，從反應物、生成物的視角深度認識物質轉化，加深對物質轉化認識模型的理解。最后，提出開放性問題，刨除已學知識，還有哪些途徑可能吸收二氧化碳？引導學生利用物質轉化認識模型，從元素角度預測化學反應的發生，發揮創造力，提出二氧化碳可能轉化為有機物、碳酸鹽，突破思維限制，發展創新思維，學科思維也得到進一步提升，達成對學生科學素養的綜合培養。

4.行動措施

[議題活動4]我們在行動

[提供資料]《中國行動成效》視頻短片

[教師提問]國家出臺一系列措施，已初具成效，作為國家一份子的我們，可以做些什么助力碳中和的實現？

[學生匯報]低碳出行、隨手關燈、節約用電、植樹造林、不用一次性餐具等。

[教師追問]為什么這些措施有助于實現碳中和？

[學生補充]減少能源消耗可以降低對化石能源燃燒產能的依賴;增加森林面積，減少對木材的無意義消耗可以促進光合作用吸收二氧化碳。努力學習科學文化知識，發揮科學家精神，為新科技新技術的創造添磚加瓦。

設計意圖：借助《中國行動成效》視頻進行愛國主義教育，首尾呼應，進一步提升學生國家自豪感。通過討論促進碳中和實現的個人行動措施，培養學生節約資源的意識，督促學生從行動出發，養成低碳的生活方式，切實提高學生對碳中和這一社會議題的參與度。

五、議題教學反思

社會議題，真實、復雜且綜合，是發展學生學科核心素養，培養問題解決能力的優良載體。在設計教學任務時需注意，教師應從學科理解出發，關注社會議題中和化學相關的問題本質，挖掘其蘊含的化學原理、認識思路、思維模式，據此設計活動任務，引導學生結構化地學習知識，領會化學學科知識方法、思路和思維方式，建構認識模型，養成化學學科思維模式，發展化學學科核心素養。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018：76-77.

[2]張笑言，鄭長龍.基于學科理解的學習任務設計策略[J].化學教育（中英文），2021，42（9）：41-4.