指向?qū)W科核心素養(yǎng)發(fā)展的“二氧化碳的制法”教學(xué)實(shí)踐

孫玉明 毛艷民 曾濤

摘要：在初中化學(xué)“二氧化碳的制法”教學(xué)設(shè)計(jì)和組織中，依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)要求與學(xué)生學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，制定教學(xué)和評(píng)價(jià)目標(biāo)，以課前前置學(xué)習(xí)、課中實(shí)驗(yàn)探究、課后拓展延伸三個(gè)相互銜接環(huán)節(jié)展開，讓學(xué)生在多樣學(xué)習(xí)活動(dòng)中自主探究、合作交

流并通過作品展示進(jìn)行評(píng)價(jià)，使學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)得到有效提高。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì)組織;學(xué)科核心素養(yǎng);二氧化碳制法

文章編號(hào)：1008-0546（2022）05-0047-06中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.05.011

學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)? 生通過學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品? 格和關(guān)鍵能力。2017年版《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》 凝練的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括：宏觀辨識(shí)與微觀探? 析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)? 探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任[1]。初中化學(xué)? 是高中的基礎(chǔ)，初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)要符合高中化學(xué)課? 程目標(biāo)的指向性：“以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨”“重視開展‘素養(yǎng)為本’的教學(xué)”[1]。

核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是一蹴而就，在不同學(xué)段教學(xué)中要注意挖掘教學(xué)內(nèi)容中蘊(yùn)含的化學(xué)思想觀念、學(xué)科思維方法，借助真實(shí)情境和多樣化素材，經(jīng)過提煉轉(zhuǎn)化為學(xué)習(xí)任務(wù)、課堂問題和學(xué)生活動(dòng)，落實(shí)到課堂教學(xué)各個(gè)環(huán)節(jié)中。本文以初中化學(xué)（人教版）“二氧化碳的制法”教學(xué)設(shè)計(jì)為例展開分析。

一、依據(jù)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)要求確定教學(xué)目標(biāo)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

“二氧化碳的制法”[2]是初中化學(xué)繼氧氣制法后學(xué)習(xí)的第二種氣體制取方法。聯(lián)系教材第七單元?dú)錃庵迫》椒ǎㄟ^比較、歸納，幫助學(xué)生建立常見氣體（氧氣、二氧化碳、氫氣）實(shí)驗(yàn)室制法的認(rèn)知模型。初中學(xué)生在學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制取氧氣方法后，具備了制取和收集氣體的一些基礎(chǔ)知識(shí)，但實(shí)驗(yàn)動(dòng)手及分析能力較弱。“二氧化碳的制法”教學(xué)應(yīng)當(dāng)發(fā)揮承上啟下作用，為后續(xù)氫氣制法的學(xué)習(xí)、進(jìn)一步領(lǐng)會(huì)常見氣體制備反應(yīng)的原理與實(shí)驗(yàn)裝置選擇、操作方法間的聯(lián)系奠定基礎(chǔ)，有效提高學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Α榇耍鶕?jù)課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)要求與學(xué)生的學(xué)習(xí)基礎(chǔ)，運(yùn)用可實(shí)施、可觀察和可檢測(cè)的行為動(dòng)詞制定教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)目標(biāo)[3]、指導(dǎo)教學(xué)過程的設(shè)計(jì)和組織。

1.教學(xué)目標(biāo)

義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，學(xué)生要“初步學(xué)習(xí)二氧化碳的實(shí)驗(yàn)室制取方法”，該目標(biāo)設(shè)定寬泛，教師不易操作。高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)將學(xué)業(yè)質(zhì)量水平劃分為不同等級(jí)，學(xué)業(yè)質(zhì)量水平1包含：選擇常見的實(shí)驗(yàn)儀器、裝置和試劑，完成簡(jiǎn)單物質(zhì)制備實(shí)驗(yàn)。參考高中課程標(biāo)準(zhǔn)學(xué)業(yè)質(zhì)量水平設(shè)計(jì)方案，結(jié)合本節(jié)課的學(xué)習(xí)內(nèi)容，確定學(xué)習(xí)目標(biāo)和學(xué)習(xí)水平（見表1）。能依據(jù)制法的反應(yīng)原理選擇裝置作為第1級(jí)的學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，以A表示;能完成制備實(shí)驗(yàn)屬于中等學(xué)業(yè)質(zhì)量水平，以B表示;能建立實(shí)驗(yàn)室制取常見氣體的思維模型屬于高階目標(biāo)，以C表示。

2.評(píng)價(jià)目標(biāo)

為了保證教、學(xué)、評(píng)的一致性，評(píng)價(jià)目標(biāo)設(shè)計(jì)以上述教學(xué)目標(biāo)為依據(jù)。教學(xué)目標(biāo)中的行為動(dòng)詞在很大程度上決定了學(xué)業(yè)質(zhì)量需要達(dá)到的水平。首先參照布魯姆教育目標(biāo)分類理論和義務(wù)教育課程標(biāo)準(zhǔn)中“有關(guān)行為動(dòng)詞的分類”，保證評(píng)價(jià)目標(biāo)的行為動(dòng)詞的認(rèn)知要求與教學(xué)目標(biāo)為同一認(rèn)知水平詞匯。其次，要嚴(yán)格按照教學(xué)目標(biāo)的描述設(shè)置考查學(xué)生學(xué)習(xí)水平的問題（見任務(wù)9課堂評(píng)價(jià)）。

二、圍繞學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)設(shè)計(jì)、實(shí)施教學(xué)過程

為了幫助學(xué)生構(gòu)建實(shí)驗(yàn)室制取常見氣體的認(rèn)知模型，要一體化規(guī)劃課前、課中和課后教學(xué)路徑（如圖1所示）。

1.課前小組學(xué)習(xí)

課前小組學(xué)習(xí)使學(xué)生在自由、開放的學(xué)習(xí)環(huán)境中，回顧相關(guān)知識(shí)、查閱資料，產(chǎn)生困惑和發(fā)現(xiàn)疑難。我們課前下發(fā)“導(dǎo)學(xué)案”，要求以教材為基礎(chǔ)，輔以課外資料，完成導(dǎo)學(xué)案中的任務(wù)1 和任務(wù)2。由于這兩個(gè)任務(wù)綜合性較強(qiáng)，我們通過設(shè)置任務(wù)驅(qū)動(dòng)的問題鏈降低前置學(xué)習(xí)的難度。

任務(wù)1 歸納分析生成二氧化碳的反應(yīng)

【導(dǎo)學(xué)案】問題鏈：你學(xué)過哪些方法可以制得二氧化碳？生成二氧化碳的反應(yīng)有哪些？這些反應(yīng)的反應(yīng)物在組成上有什么共同特點(diǎn)？哪些反應(yīng)適合在實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳？為什么？

任務(wù)2 回顧制取氧氣的反應(yīng)原理與裝置

【導(dǎo)學(xué)案】實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的發(fā)生裝置和收集裝置是如何確定的？你能推測(cè)實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳應(yīng)怎樣選擇裝置嗎？

2.課中實(shí)驗(yàn)探究

任務(wù)3 創(chuàng)設(shè)情境：認(rèn)識(shí)獲得CO2重要性

真實(shí)情景創(chuàng)設(shè)，能夠激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。我們安排學(xué)生觀看視頻：蔬菜大棚施放氣體肥料和工業(yè)煅燒石灰石，引導(dǎo)學(xué)生沿著農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、工業(yè)生產(chǎn)、再到實(shí)驗(yàn)室制取的思維路徑，認(rèn)識(shí)二氧化碳制取的重要性，體會(huì)制取方法的差異，體現(xiàn)科學(xué)精神和社會(huì)責(zé)任的素養(yǎng)要求。

任務(wù)4 探究原理：確定反應(yīng)原理

教學(xué)目標(biāo)要求學(xué)生“能夠從已學(xué)的生成二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)中，選出適用于實(shí)驗(yàn)室制備的原料”。通 過課前任務(wù)1的預(yù)習(xí)，以及課上小組發(fā)言和補(bǔ)充，學(xué)生能夠列出以下生成二氧化碳的反應(yīng)：

（1）①C + O2 CO2;②C +2CuO 2Cu + CO2↑;③3C+2Fe2O34Fe+3CO2↑;④CaCO3 CaO+CO2↑;⑤ 石蠟+ 氧氣二氧化碳+ 水;⑥動(dòng)植物的呼吸;⑦酒精+ 氧氣點(diǎn)燃二氧化碳+ 水;⑧碳酸鈉+鹽酸?? 氯化鈉+ 二氧化碳+水（Na2CO3+ HCl? NaCl + H2O + CO2）;⑨石灰石+ 鹽酸 氯化鈣+ 二氧化碳+水（CaCO3+ HCl? CaCl2+ CO2↑ + H2O）。

（2）在教師的問題引領(lǐng)下，學(xué)生能夠發(fā)現(xiàn)反應(yīng)物在組成上均含有碳元素，符合質(zhì)量守恒定律中的元素守恒，體現(xiàn)核心素養(yǎng)中的變化觀念與守恒思想。

（3）關(guān)于這些反應(yīng)能否用于實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳？在教師引導(dǎo)和點(diǎn)撥下，學(xué)生討論結(jié)果如下：

①②③④⑤⑥⑦不能;⑧和⑨學(xué)生產(chǎn)生爭(zhēng)議。

就此，我們啟發(fā)學(xué)生通過觀察實(shí)驗(yàn)事實(shí)做出判斷，在對(duì)比實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，總結(jié)實(shí)驗(yàn)室制取氣體反應(yīng)原理應(yīng)綜合考慮的因素。演示實(shí)驗(yàn)的藥品如表2所 示，裝置如圖2 所示。實(shí)驗(yàn)時(shí)注意需要同時(shí)按壓注射器活塞，使三組反應(yīng)同時(shí)開始。圖2為反應(yīng)進(jìn)行1 分鐘時(shí)的狀態(tài)。學(xué)生要完成表2 的實(shí)驗(yàn)分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)論。

以上設(shè)計(jì)通過引導(dǎo)討論、對(duì)比實(shí)驗(yàn)、及時(shí)小結(jié)，學(xué)生實(shí)踐了確定實(shí)驗(yàn)室制取氣體原理的流程，體驗(yàn)化學(xué)學(xué)科研究的基本策略和方法，感受控制變量法這一學(xué)科思想，初步建立化學(xué)問題解決的思維框架，體現(xiàn)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

任務(wù)5 設(shè)計(jì)裝置：設(shè)計(jì)評(píng)價(jià)裝置

在任務(wù)5中，我們嘗試讓學(xué)生從“已知裝置”來推測(cè)“未知裝置”：學(xué)生通過前置性學(xué)習(xí)任務(wù)2，回顧實(shí)驗(yàn)室制取氧氣的原理和裝置，對(duì)比、分析、類比遷移，設(shè)計(jì)二氧化碳的發(fā)生裝置和收集裝置，完成由反應(yīng)原理到裝置選擇設(shè)計(jì)的跨越。學(xué)生展示的設(shè)計(jì)成果，部分裝置如圖3所示。

小組闡釋發(fā)生裝置與收集裝置設(shè)計(jì)的依據(jù)，評(píng)價(jià)各種裝置的特點(diǎn)，師生共同歸納出實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的發(fā)生和收集裝置的依據(jù)。

任務(wù)6 制取二氧化碳?xì)怏w

為了使實(shí)驗(yàn)規(guī)范有序進(jìn)行，我們先請(qǐng)學(xué)生回顧實(shí)驗(yàn)室用過氧化氫制取氧氣的操作步驟，再討論實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的操作步驟，最后由學(xué)生選擇自己設(shè)計(jì)的最佳裝置來制取一瓶二氧化碳?xì)怏w，進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)滿。實(shí)驗(yàn)過程中要及時(shí)發(fā)現(xiàn)操作問題，教師點(diǎn)撥引導(dǎo)、小組糾正，師生共同總結(jié)操作原理和注意事項(xiàng)。此環(huán)節(jié)力求提升實(shí)驗(yàn)探究能力，讓學(xué)生享受探究的快樂，培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

任務(wù)7改進(jìn)裝置

在完成簡(jiǎn)單制取裝置的基礎(chǔ)上，我們希望學(xué)生學(xué)會(huì)獨(dú)立思考，在不斷改進(jìn)簡(jiǎn)單裝置的過程中完善設(shè)計(jì)。結(jié)合任務(wù)6中出現(xiàn)的一些問題，如：某小組用A裝置制取二氧化碳時(shí)，有液體溢出試管。我們趁勢(shì)向?qū)W生提出：你能用老師給你提供的儀器（如圖4所示）對(duì)你的裝置進(jìn)一步改進(jìn)嗎？學(xué)生經(jīng)小組討論后，展示的部分改進(jìn)裝置如圖5。

以上學(xué)生的改進(jìn)裝置控制了液體藥品用量。在此基礎(chǔ)上，我們進(jìn)一步展示了另一套裝置（如圖6所示），要求學(xué)生運(yùn)用壓強(qiáng)知識(shí)總結(jié)這套裝置的特點(diǎn)，以完成全部裝置改進(jìn)的探究。在這個(gè)任務(wù)中，學(xué)生探究興趣進(jìn)一步提高，創(chuàng)新意識(shí)得到激發(fā)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度逐步形成。

任務(wù)8 梳理制取氣體思路

在任務(wù)8 中，師生共同梳理和歸納實(shí)驗(yàn)室制取氣體一般思路和方法，完成構(gòu)建氣體制取的思維模型（如圖7所示）。至此，從原理、裝置到操作的每一步思維模型的建構(gòu)，均基于清晰的思考、可靠的證據(jù)和縝密的邏輯[4]，“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)得到提升，實(shí)現(xiàn)了知識(shí)向素養(yǎng)的逐步轉(zhuǎn)化。

任務(wù)9 課堂評(píng)價(jià)

以上8個(gè)任務(wù)完成了本課的教學(xué)任務(wù)，任務(wù)9用來評(píng)估學(xué)習(xí)目標(biāo)的達(dá)成度。教師投影呈現(xiàn)評(píng)價(jià)目標(biāo)（除i，j 以外）對(duì)應(yīng)的考查學(xué)生學(xué)習(xí)水平的問題，（1）～（8）題分別對(duì)應(yīng)a～h評(píng)價(jià)目標(biāo)。

（1）下列物質(zhì)中，實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳最優(yōu)選的反應(yīng)物是（? ）。

①碳酸鈉粉末和稀硫酸;②石灰石和稀鹽酸;

③大理石和稀硫酸;④大理石和濃鹽酸

（2）下列反應(yīng)都能生成二氧化碳，宜用于實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的是（? ）。

①碳在氧氣中燃燒;②木炭還原氧化銅;③高溫煅燒石灰石;④大理石和稀鹽酸

（3）寫出用石灰石和稀鹽酸制取二氧化碳的化學(xué)方程式。

（4）實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳不選用稀硫酸、濃鹽酸的理由是。

選擇如圖8所示裝置，完成（5）～（8）題。

（5）實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳，你選擇的發(fā)生裝置是，其理由是。

（6）實(shí)驗(yàn)室制備二氧化碳，你選擇的收集裝置是，其理由是;驗(yàn)滿的方法是，導(dǎo)管應(yīng)伸至集氣瓶部（上/中/下），目的是。

（7）用大理石與稀鹽酸制取二氧化碳，選擇裝置F或G較裝置B的優(yōu)點(diǎn)為。

（8）實(shí)驗(yàn)室常用氯化銨固體和堿石灰固體共熱制備一種易溶于水且密度比空氣小的氣體（氨氣NH3），選出適合的氣體發(fā)生和收集裝置是。

學(xué)生思考回答。發(fā)現(xiàn)： A級(jí)評(píng)價(jià)目標(biāo)達(dá)成率約為75%，B級(jí)達(dá)成率約為70%。

3.課后的拓展延伸

課后布置三個(gè)作業(yè)，一為畫出實(shí)驗(yàn)室制取二氧化碳的思維導(dǎo)圖（對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)j）;二為家庭小實(shí)驗(yàn);三為小組作業(yè)，畫出實(shí)驗(yàn)室制取一般氣體的思維模型（對(duì)應(yīng)評(píng)價(jià)目標(biāo)j）。

任務(wù)10 布置家庭小實(shí)驗(yàn)

家庭小實(shí)驗(yàn)?zāi)芗ぐl(fā)探究興趣，延伸實(shí)驗(yàn)探究。運(yùn)用氣體制取思維模型，提高綜合實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ行Оl(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等核心素養(yǎng)。

我們要求學(xué)生在課后選用生活中的物品（如使用塑料瓶、輸液管等塑料制品、設(shè)計(jì)制備裝置，用雞蛋殼、水垢、大理石代替碳酸鈣，用食醋代替鹽酸）進(jìn)行家庭實(shí)驗(yàn)。學(xué)生學(xué)習(xí)熱情高，有許多出色的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成果（見圖9）。

三、教學(xué)的反思評(píng)價(jià)

本節(jié)課以二氧化碳的制法為主線，通過課前前置學(xué)習(xí)、課中實(shí)驗(yàn)探究、課后拓展延伸，共設(shè)計(jì)了10個(gè)學(xué)習(xí)任務(wù)、多個(gè)學(xué)習(xí)活動(dòng)，從二氧化碳的農(nóng)業(yè)和工業(yè)制法，到實(shí)驗(yàn)室制法與“生活制法”，力圖實(shí)現(xiàn)從社會(huì)、學(xué)科和生活三個(gè)層面幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)與社會(huì)生產(chǎn)、生活的緊密聯(lián)系，感受化學(xué)學(xué)科價(jià)值和魅力，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。

本節(jié)課的設(shè)計(jì)和組織，努力踐行學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)的要求以及教、學(xué)、評(píng)一體化的教學(xué)觀念，引導(dǎo)學(xué)生通過探究學(xué)習(xí)、自主理解、內(nèi)化吸收和遷移應(yīng)用等學(xué)習(xí)，努力提高課堂教學(xué)質(zhì)量和效益。

從教學(xué)效果看，課程充分調(diào)動(dòng)了不同層次學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和積極性，學(xué)生參與課堂教學(xué)的廣度、頻度和深度明顯提高。在師生合作、生生合作中享受實(shí)驗(yàn)探究帶來的樂趣和成就感。通過自主探究、合作交流和展示評(píng)價(jià)等多樣化的學(xué)習(xí)，各項(xiàng)學(xué)習(xí)任務(wù)均達(dá)到了預(yù)期目標(biāo)。特別是學(xué)生自主合作學(xué)習(xí)能力得到有效提高，科學(xué)探究能力和學(xué)科思維能力得到有效發(fā)展。對(duì)課后家庭小實(shí)驗(yàn)，大部分學(xué)生表現(xiàn)出較高的探究熱情，能順利完成并參加展示交流，設(shè)計(jì)的裝置充分彰顯出學(xué)生的實(shí)踐能力及創(chuàng)新意識(shí)。

但是，實(shí)際教學(xué)中也出現(xiàn)了一些問題。一是實(shí)驗(yàn)過程中學(xué)生出現(xiàn)的問題很多，例如：液體溢出試管;石灰水始終不變渾濁;集氣瓶口燃著的小木條不熄滅等。教師最好在實(shí)驗(yàn)前與學(xué)生做出分析，提出改進(jìn)措施，以便實(shí)驗(yàn)順利進(jìn)行。二是本教學(xué)任務(wù)能否完成，在很大程度上依賴于前置小組學(xué)習(xí)，但有些小組完成的情況不好，影響了評(píng)價(jià)目標(biāo)達(dá)成率，建議前置小組學(xué)習(xí)在教師監(jiān)督下于化學(xué)自習(xí)課完成。三是雖然評(píng)價(jià)目標(biāo)中要求“初步構(gòu)建一般氣體的制備思維模型”，但考慮到要求較高，沒有進(jìn)行課堂評(píng)價(jià)，而是留作課后小組作業(yè)，讓學(xué)生在復(fù)習(xí)的基礎(chǔ)上畫出一般氣體制取的思維模型。四是從評(píng)價(jià)看，只進(jìn)行了知識(shí)維度的評(píng)價(jià)，沒有進(jìn)行化學(xué)核心素養(yǎng)的評(píng)價(jià)。建議未來進(jìn)一步開展實(shí)驗(yàn)研究，探討基于二氧化碳制取的教學(xué)設(shè)計(jì)以提高學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

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