核心素養視域下的初中化學“教材單元”整體備課

蔡輝舞 洪茲田 王鋒

摘要：單元教學是激發課堂教學方式轉型的一個支點。素養為本的單元備課，從課程標準到素養目標的定位，從核心素養達成的起點、注意點和延伸點的分析，從單元教學策略的研究到單元課時具體活動設計的構想與呈現，不僅促進了單元核心知識的建構，而且有效落實了化學核心素養的培育和發展。以“碳和碳的氧化物”單元為例，例析核心素養視域下的初中化學教材單元整體備課的實施流程。

關鍵詞：教材單元;單元整體備課;核心素養;碳和碳的氧化物

文章編號：1008-0546（2022）06-0022-06

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.06.005

學科教育的本質是讓學生通過學科知識的學習培育學生未來發展所需的素養。學科核心素養是每名學生獲得成功生活、適應個人終生發展和社會發展所不可或缺的共同素養[1]。指向核心素養的教學備課以宏觀層面的大觀念統領化學知識、觀念與素養，以中觀層面規劃設計單元教學內容的整體實施，以微觀層面聚焦課時教學內容的教育功能與價值，精淮對接課堂教學轉型與學科素養提升[2]。實施單元教學是落實學科育人和素養落地的關鍵環節，是激發課堂教學方式轉型的一個支點。單元整體備課是以學科核心素養為導向，從單元整體內容出發，厘清教學素養目標，摸清學生素養提升點和延伸點，設計有利于學生深度體驗的若干學習活動，探討突破重難點內容的教學策略和方式，綜合構想教學設計各要素并進行整體規劃的備課過程。化學學科中的“單元”通常分為教材單元（即教材章節中的單元）和主題單元（比如參考課標主題、基于特定化學問題、基于專項能力等構建的單元）兩大類。基于教材單元的整體備課是當前新課教學中落實學科核心素養常用的備課方式。通過把單元內部各階段、各課時的教學置于整個教材單元系統中，揭示并幫助學生體會各部分教學內容的內在聯系，理解學科內容和學習過程中承載的核心素養目標。

一、“教材單元”整體備課的實施范式（圖1）[3]

二、“教材單元”整體備課的實施過程——以“碳和碳的氧化物”單元為例

1.單元內容梳理

在課程標準中，關于碳和碳的氧化物是分散提出的，但出于全書體系結構的設計，對于碳及碳的氧化物的學習，人教版九年級教材采取了集中編排和處理的方式。從教材內容的時代性、反映學科發展科技前沿的角度，集中介紹了豐富多彩的各種碳單質，進而認識物質存在的多樣性和用途的廣泛性。碳的氧化物（CO和CO2）是重要的元素化合物內容，與學生日常生活及工農業生產息息相關。以實驗探究作為學習的重要方式，引導學生進一步從化學視角掌握研究物質的方法。制取氣體的實驗技能是初中化學實驗的重點和難點，在實驗室制取O2的基礎上，探究CO2的實驗室制取的反應原理和實驗裝置的問題，建模制取氣體的研究思路。通過學習倡導“低碳行動”，增強對自然和社會的責任感。

（1）課程標準及實施建議（表1）

①本單元可供選擇的學習情境素材

溫室效應;金剛石、石墨和C60;石灰巖溶洞和鐘乳石;用石灰石或貝殼燒制生石灰;吸煙者的肺部病理照片、錄像或圖片……

②單元知識內容結構（圖2）

（2）單元教學核心素養目標解讀

①教學目標梳理（表2）

②單元學習目標

本單元大多采用演示實驗，通過觀察、記錄、歸納、比較等活動，幫助學生生動形象地認識物質及其變化的宏觀事實性知識。通過引導學生對事實性知識背后的化學學科方法和觀念的思考、分析、討論、綜合等活動，體會事實性知識背后的化學學科觀念，如“物質結構決定性質、性質決定用途”等，把握物質變化及其相互轉化的規律，形成學習研究物質的相關知識（比如組成、結構、性質、制法、存在及用途等）及其相互聯系的方法。學生實驗以碳單質、CO、CO2性質探究和CO2的實驗室制取與檢驗為探究活動載體，經歷“提出問題→設計實驗驗證→進行實驗探究→實驗結果分析一交流與反思”的探究過程，體驗科學研究的方法和途徑，養成科學態度與科學思維品質[4]。

③核心素養目標細化——以“課題2 CO2制取的研究”為例（表3）

2.核心素養階段性目標達成特點分析

（1）素養提升的起點

通過對第二單元“我們周圍的空氣”和第四單元“自然界的水”的學習，學生已經能初步從化學視角了解研究物質的方法。“金剛石、石墨和C60”的教學是培育學生化學學科核心素養的良好載體。雖然教材中對該知識要求并不高，但教學中可充分挖掘隱藏在知識背后的素養價值功能。通過精心設計一系列教學活動，實現由傳統的知識解析模式向素養立意的教學導向的轉型。在真實情境中，通過問題引領，促進學生思維的發展和素養目標的達成。

碳的氧化物（CO和CO2）是重要的元素化合物內容，與學生日常生活及工農業生產息息相關。學生對CO2的認識多來源于生活經驗和前面章節、小學科學、初中生物課程中的學習，主要是宏觀方面及經驗認識。初中化學很多反應都與碳和碳的氧化物有關。通過本單元課題3“二氧化碳和一氧化碳”的學習，對后續學生進一步學習“燃料利用和開發”“金屬冶煉”“堿和非金屬氧化物反應”等內容打下基礎。同時，建構從元素角度和物質類別角度對物質相互轉化的初步認識和應用，在學科方法上，“CO2與水反應”的探究為“中和反應”“NaOH溶液與CO2反應”提供了思維借鑒和方向。

O2的制取為氣體的制備提供了實驗室制取氣體的樣式和范例，學生已經能從反應原理、實驗裝置及實驗步驟等方面，對實驗室制取氣體有一定的知識積累和感性認識，對實驗室制取氣體的一般思路有了初步的體驗。通過學習，學生已經知道有多種途徑可獲取到CO2氣體，這是反應原理探究的前提，對可生成CO2的反應原理的選擇與評價，與實驗原理的確定、裝置的選擇、氣體的制取這幾個過程是分不開的，通過探究，引導學生在不斷的體驗中，提升解決問題的能力，建構制取氣體的思路，為后續的實驗室制取H2提供思維模型。

（2）素養提升的障礙點

CO2制取的研究應當分步進行，從較容易的制備藥品的探究到制取裝置的探究。首先采用探究的方式尋找實驗室制取CO2的理想藥品，從復習實驗室制取O2的方法中，分析制取O2所用的反應物狀態、反應條件以及生成物的性質，引導學生有目的地從所給的儀器中選取適當的儀器進行裝配（可以是示意圖或實物）。針對學生的設計，展開小組內或小組間交流，評價每套裝置的優缺點，在體驗中完成對實驗室制取CO2裝置的研究，提升學生思考的深刻性和問題呈現的豐富性，達成思維的螺旋上升。

本單元研究的對象是物質，對于CO2和CO的學習，應根據物質研究的方法，充分發揮化學實驗的重要作用，以實驗為載體，基于實驗現象獲取證據，而且應密切聯系生活實際，激發學生學習興趣，感受化學學科價值。教學過程中應注意貫穿“性質決定用途”的化學學科思維，引導學生分析元素組成相同的CO2和CO，化學性質差異的本質原因，促進“宏觀一微觀—符號”三重表征的統一。

本單元教學中應注意引導學生走出一些認識誤區。如CO2對生活和環境的影響，學生對空氣中的CO2含量易產生片面認識，有的同學會認為越少越好;CO2通人紫色石蕊試液，溶液變紅，學生會誤認為是CO2使紫色石蕊溶液變紅;CO2實驗室制取中學生極易將“檢驗”和“驗滿”混淆;由一種元素組成的物質誤認為一定是純凈物等。教學中，應促進學生學習方式的轉變，基于對證據的分析推理，注重思維和學科方法的引導，在探究中、體驗中，去證實、去解決。

（3）素養提升的延伸點

①建模學習方法

a.無明顯現象反應的實驗探究

有氣體生成、有沉淀出現、有顏色改變、有能量變化等，這些是化學反應中通常伴隨的現象。但如果對于CO2+H2O==H2CO3等沒有明顯現象的反應，該如何判斷反應是否發生？教學中應創設實驗教學情境，讓看不到的現象“可視化”，以此來激發學生探究“事實真相”的欲望。通過獲取相關實驗證據（如實驗現象或數據），從微觀層面探析可能發生的反應，利用“證據推理”的思維對物質間是否發生反應進行判斷。建立“證據（事實）一結論”的邏輯關系，提升學生的分析、推理、論證等思維品質和理性思維。教學中對學生思維的引導為后續HCl+NaOH ==NaCl+H2O;2NaOH+CO2-Na2CO3+H2O提供了實驗設計方向，做好了鋪墊和延續。

b.利用控制變量法設計多個因素影響的對比實驗

紫色石蕊試液遇到CO2變紅可能為a.水;b.CO2;c.CO2與水作用生成酸性物質等原因所致。對于多因素變量的影響，如何引導學生自主設計實驗來驗證猜想？可運用控制變量的對比方法進行設計實驗，為第七單元“燃料條件的探究”和第八單元“金屬銹蝕條件探究”提供了可借鑒的方法。

c.氣體的制備思路

在第二單元制取O2的基礎上，本單元通過對CO2制取的研究，總結出實驗室制取氣體的一般思路和方法，為后續H2的實驗室制取和其他氣體（如氨氣）的制備提供了方法，提升了知識的遷移拓展和應用能力。

d.研究物質的方法

化學的研究對象是物質，實驗是化學學科的重要方法，通過實驗，基于證據，在真實的問題情境中，圍繞物質的“結構一性質一用途”的邏輯關系為線索開展教學，促進“宏觀辨識與微觀探析”素養真正在課堂落地。

②核心知識的拓展與延伸

鎂條可在CO2氣體中燃燒，生成黑色的炭粉和白色的固體氧化物。利用該反應提醒使用CO2用于滅火時需注意的問題。人們對燃燒的認識是不斷發展的，根據上述反應事實，引發學生對后續初中化學所學的物質燃燒條件提出了新的認識。以CO2為核心物質構建出碳和碳的化合物間的轉化關系網絡圖（圖3），凸顯“變化觀念與平衡思想”素養，著眼于物質觀的建立與發展。同時，也為后續從化合價、物質分類（或“價一類”二維）、化學反應類型、化學反應中的能量、有機物等多角度、全方位、多層次（圖4）對“碳家族”內容的梳理和整合[3]。

③可持續發展觀

本單元與生產生活緊密相連，通過學習引導學生逐漸地形成科學的價值觀，增強學好化學造福人類的社會責任感。通過多姿多彩的碳單質的學習，感受具有優異性能的各種新型碳單質材料，體會化學學科在社會發展中的重要價值，激發學科自豪感。創設CO：對生活環境的影響、合理使用化學物質等真實情境，激發學生積極參與社會決策的責任和使命，培養學生看待物質應辯證、一分為二的觀念。幫助學生樹立保護環境、愛護資源、合理使用物質的可持續反應觀念，形成低碳環保、簡約適度、綠色出行的生活方式。本單元的學習也為后續學習燃料的合理利用與開發，提供了必要的知識儲備和素養基石。

3.研究單元素養目標達成策略

（1）STSE教學策略

STSE（“科學”“技術”“社會”“環境”英文單詞首字母大寫縮寫）強調科學、技術、社會、環境四者之間的相互關系[6]。《義務教育化學課程標準（2011年版）》提出：引導學生從化學視角正確認識科學、技術、社會和生活等領域問題，體會化學對社會發展的巨大貢獻;了解人類健康與化學制品息息相關，在環境污染治理方面懂得運用化學知識、原理和方法;對化學資源應合理、適度地開發和利用，特別是面對與化學相關的社會問題，能從對自然和社會的責任感出發，理智、科學地做出決策[7]。

本單元STSE教學策略的應用尤為突出，應盡可能創設真實的情境，讓學生接觸與科學技術有關的社會生活實際，把化學、科學、技術有機地結合起來，在社會生活的實踐中主動地學習化學知識，感受“化學來源于生活，應用于生活”的學科理念，贊賞化學在改善人類生活和社會發展所做出的貢獻，發展綜合應用所學知識、方法、原理分析并解決生產生活實際問題的能力。例如，CO2對生活和環境的影響，用發展的眼光看碳單質及其氧化物用途的教學等，應用STSE的教學策略有助于促進“科學態度與社會責任”素養發展。

（2）實驗探究策略

實驗作為化學學科認識物質的重要手段，對于學生各種核心素養的提升至關重要。實驗不僅是激發學習興趣和動力的重要源泉，而且可以幫助學生化抽象為具體、輕松理解教學重難點內容，特別是在啟迪思維、內化方法、樹立科學態度觀和價值觀方面更是離不開實驗。在教學中，可從以下幾個方面發揮實驗的功能價值：

①促進深度思維

實驗探究作為科學實踐活動的重要手段，對五大核心素養的培育也是有著舉足輕重的地位。實驗探究活動的開展離不開具體的學科知識作為支撐。例如，“實驗室制取CO2原理和實驗裝置的探究”“CO2通人紫色石蕊試液變紅原因的探究”等，將學科必備知識學習、科學探究能力形成與學科核心素養培育融為一體并發揮協同發展的效應。

②形成研究物質的方法

借助典型的化學事實引導學生認識物質及其變化規律。例如，在碳單質和CO2性質的學習中，借助實驗觀察等研究手段獲取物質的相關物理或化學性質。對碳單質、CO、CO2的性質及其變化提出假設，基于實驗探究，收集實驗過程中的各種證據（如現象、數據等），進一步通過分析、推理、歸納、解釋等思維框架，確定形成科學結論所需要的證據和尋找證據的途徑。

（3）情境體驗策略

無論是建構主義理論，還是情境認知學習理論，都追求將學生置于真實情境中，通過個體與社會交互作用，逐步建構最終形成認知。指向核心素養的單元教學設計，將教學起點定位在以真實情境的創設中，通過精心設計的若干個探究活動，實現對真實問題的解決、遷移和應用，是激發課堂教學方式轉型和落實核心素養的應然追求[2]。本單元的知識與生產生活緊密聯系，更應突顯情境體驗策略的重要應用。設計基于真實情境的問題，使學生在經歷一系列任務活動和情境體驗中，內化學科知識、習得思想方法、提升學科素養。例如，在碳單質的學習中，播放“空調房里吃木炭烤魚引發CO中毒的新聞”視頻，設計問題驅動，引發學生一系列的思考、活動和啟發。通過上述生活實例，使學生感受身邊真實的化學。通過分析推理、比較論證，體會化學的人文價值。引導學生辯證看待不同條件下物質轉化的方向和結果的不同，體會“量變引起質變”的哲學觀點。幫助學生認識到人們可有意識地控制化學反應條件，使化學更好地服務和造福人類，激發學生更高層次的價值追求。這些學習活動的設計與實施，自然而然承載著“變化觀念”“科學態度與社會責任”素養的培育。

4.設計重點教學活動過程——以“課題2 CO2制取的研究”為例（表4）

三、“教材單元”整體備課實施小結

以核心素養指引下進行單元的整體備課設計，促進了課堂教學的素養轉型和師生的教學相長。作為教師，運用核心素養重新審視和重組教材，改變教學立場和角色轉變，提升了專業素質。作為學生，在知識載體中構建核心觀念，形成關鍵能力和學科品質，促進了深度學習和進階發展，基于真實情境的問題解決，有利于核心素養在課堂落地扎根。

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2020年修訂）[s].北京：人民教育出版社，2020：3.

[2]孫重陽，魏愛民.大觀念、大主題、大過程——指向化學核心素養的單元教學設計與實踐[J].中學化學教學參考，2018（11）：6-9.

[3] 洪茲田，王鋒.基于核心素養的“教材單元”整體備課——以“第一單元走進化學世界”為例[J].課程教學研究，2021（3）：68-74.

[4]徐淀芳.中學化學單元教學設計指南[M].北京：人民教育出版社，2018：31.

[5] 北京教育課程研究院基礎教育教學研究中心.學科能力標準與教學指南初中化學[M].北京：北京師范大學出版社.2015：48.

[6]孫夕禮.上好課：問題與對策·初中化學[M].長春：東北師范大學出版社，2009：224.

[7] 中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2011年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2012.

[8] 王鋒.教與學一體化設計案例——二氧化碳制取的研究[J].中小學教學研究，2012（9）：45-47.