素養為本的初中化學單元復習的教學設計
——以認識“人工合成淀粉”為例

王鑫彤

（常州市正衡中學 江蘇 常州 213003）

現階段，很多復習課的模式比較單一，通常采用“羅列知識——例題解析——拓展訓練”這樣的方式，學生在課堂上對這種模式的復習沒有什么興趣，因此學習效率非常低。核心素養具有學科育人的功能，主要體現在通過對學生核心素養的培養，可以使學生形成正確的價值觀，并且具有在個人發展過程中所需要的品格和能力。化學課程要培養的核心素養，主要包括化學觀念、科學思維、科學探究與實踐、科學態度與責任。［1］對于化學這門學科來講，課程的教育價值是通過核心素養來反映的，育人的基本要求是需要核心素養來體現的，也就是說化學核心素養具體地表現了中國學生通過化學課堂的培養應具備的能力和素質，所以以素養為本的化學課堂才是我們現在為之努力的目標和方向。因此，筆者圍繞核心素養對初中化學復習課進行了探索和嘗試。

一、素養為本的教學設計結構

素養為本的復習課教學設計的目標是提升學生知識遷移能力。對于復習課來講，不是簡單知識點的羅列，而是將零散的知識從各個方向聯系整合起來，形成合理的認知結構。在此基礎之上，學生通過自己對舊知識更為深刻的理解，巧妙地把知識遷移到新問題的解決中，無形中提升了學生知識遷移能力。所以，素養為本的復習課教學不僅是學生對知識的內化（形成認知結構）和外化（知識的應用）過程，更是學科能力的提升過程，通過復習教學幫助學生實現從知識習得向意義建構再向能力生成的跨越，即達到了培養學生核心素養的目的。［2］

筆者以“人工合成淀粉”為主題，圍繞主題設計了三個環節，通過再識人工產物、探析人工合成途徑和體悟人工合成應用引出問題，針對問題引導學生開展活動，通過活動引領學生產生新的認知，培養學生不同的核心素養，具體教學設計的結構如圖1所示。

圖1 “人工合成淀粉”素養為本的教學設計結構

二、素養為本的教學實錄

環節一：再識人工合成的產物

【引入】同學們有了解過人工合成淀粉這項技術嗎？我國淀粉人工合成技術在去年9月份有了突破性的進展。下面我們先來看一段視頻。

【視頻1】有關人工合成淀粉的新聞報道。

【問題1】通過這段視頻，同學們思考一下，你們覺得這項技術有什么現實的意義呢？

【學生】（觀看視頻）保護環境，早日實現碳中和；解決糧食匱乏的問題。

【問題2】淀粉在我們人類生活中有什么作用？

【學生】補充能量，維持生命。

【問題3】淀粉在人體內如何提供能量？

【學生】（回憶思考）淀粉在人體內通過水解生成葡萄糖，然后葡萄糖通過呼吸作用釋放能量。

【資料卡1】低血糖和糖尿病

【問題4】如何檢驗食物中含有淀粉呢？

【學生】（思考表達）向食物中加入碘水或碘酒，若呈現藍色，則含有淀粉。

【問題5】富含淀粉的食物有哪些？

【學生】米飯、紅薯和土豆等。

【問題6】食物中的淀粉是怎樣產生的？

【學生】先通過光合作用生成葡萄糖，再由葡萄糖進一步反應形成淀粉。

設計意圖：在真實情境的代入下，引起學生的注意，讓學生對這節課的學習產生疑問，從而自然而然地過渡到今天的學習主題。也希望通過這樣的引入，讓學生對化學有一定區別于其他學科的認識，保持對化學特殊的興趣，在對待新鮮事物的探究上，有足夠多的好奇心和豐富的想象力；讓學生認識到化學學科在人類文明和社會可持續發展上起到了非常重要的作用，以此來培養學生科學態度與責任這一核心素養。通過對淀粉的作用、轉化、檢驗和來源等內容的重構，讓學生意識到化學與我們的生活聯系非常緊密，可以運用化學知識來解決生活的實際問題，在一系列問題被解決的同時，培養了學生化學觀念這一核心素養。

環節二：探析人工合成的途徑

【問題7】光合作用的能量轉化形式是怎樣的呢？

【學生】光能轉化成化學能。

【資料卡2】二氧化碳人工合成淀粉借鑒了生物轉化淀粉的過程，首先利用光伏發電，通過水電解產生氫氣，再利用催化劑（氧化鋅-氧化鋯）將氫氣、二氧化碳轉化成甲醇。甲醇通過10多種酶經過一系列步驟最終轉化為淀粉。已知：①鋯的元素符號是Zr，在化合物中呈現+4價。②甲醇分子結構如圖2所示：

圖2 甲醇分子結構圖

【問題8】同學們通過這段資料思考一下人工合成淀粉的能量轉化形式又是怎么樣的呢？

【學生】（分析資料）光能轉化為電能轉化為化學能。

【小結】人工合成淀粉能量轉化形式與光合作用有所不同，所以人工合成淀粉的能量轉化效率遠高于光合作用，這就是人工合成淀粉的優點。

【問題9】嘗試寫出相關物質的化學式。

【學生】（閱讀信息，書寫化學式）水的化學式為H2O，氫氣的化學式為H2，氧化鋅的化學式為ZnO，氧化鋯的化學式為ZrO2，二氧化碳的化學式為CO2，甲醇的化學式為CH4O，淀粉的化學式為（C6H10O5）n。

【問題10】淀粉的化學式有哪些定量的意義？

【學生】（小組討論后，小組代表匯報結果。）

【問題11】請同學們從組成上選擇標準，將上述物質進行分類。

【學生】（思考回憶）組成上：從元素組成的種類數目來看，可以分為單質和化合物；除了氫氣之外，可以分為有機化合物和無機化合物，雖然二氧化碳含有碳元素，但屬于無機物。

【追問1】由一種元素組成的物質一定是單質嗎？

【學生】不是，氧氣和臭氧組成在一起就是混合物，所以必須是由一種元素組成的純凈物才是單質。

【問題12】請同學們從構成上選擇標準，將上述物質進行分類。

【學生】（思考回憶）構成上：可以分為由離子構成的物質和由分子構成的物質，由離子構成的物質有ZnO和ZrO2，由分子構成的物質有H2O、H2、CO2、CH4O和（C6H10O5）n。

【追問2】構成物質的微粒還有什么？

【學生】原子。

【資料卡2】

【問題13】請再次閱讀材料，完成上述物質轉化的流程圖，如圖3所示。

圖3 人工合成淀粉流程圖

【學生】完成流程圖，同伴互評。

【問題14】將該反應微觀過程補充完整。

【學生】（遷移應用）畫出微觀過程，說出思路，同伴評價。

【問題15】在反應過程中，有哪些微粒發生了改變，哪些沒有發生改變？（追問：原子的種類沒變，那每種原子的個數變了嗎？原子的總質量有變化嗎？）

【學生】分子種類、數目都發生改變，原子個數、種類和質量都不變，所以原子的總質量也不變。

【歸納】在這個反應中，各原子的總質量是不變的，那么這種原子所對應的元素質量也是不變的。如該反應中：m（C，CO2）=m（C，H2O）

設計意圖：通過對光合作用和人工合成淀粉過程能量轉化形式的對比，讓學生知道人工合成淀粉的優勢。通過甲醇等物質化學式的書寫，幫助學生進一步認識物質的宏觀組成和微觀構成，準確辨析物質分類和變化的宏微觀區別，并掌握分子、原子的聯系與區別。通過交流討論、小組合作等學習活動培養學生的協作能力；在模擬物質微觀變化的過程中，使學生將抽象的微粒具體化，幫助學生樹立正確的“微粒觀”和“變化觀”。通過對二氧化碳人工合成淀粉過程的分析，用已有的化學知識來解決實際問題，加深對化學式的意義、質量守恒定律、化學式和化學方程式的書寫等知識的理解，培養學生從宏觀、微觀和符號相結合的視角探究物質及其變化規律的科學思維。

環節三：體悟人工合成的應用

【過渡】當然，人工合成淀粉技術不僅可以解決人類的糧食問題，而且也可以解決過量二氧化碳排放的問題。

【問題16】二氧化碳屬于空氣污染物嗎？

【學生】（回憶思考）不屬于。

【問題17】空氣污染物包含哪些物質？

【學生】（思考表達）SO2、NOx、可吸入顆粒物和CO。

【過渡】雖然二氧化碳不是空氣污染物，但是碳排放過高對人類生活會有很大的影響，比如說會導致全球變暖，所以我們國家一直倡導碳中和，碳中和到底是怎么一回事呢？下面我們來看一段視頻。

【視頻2】碳中和。

【問題18】若將這5.6億噸的二氧化碳通過該流程全部轉化為淀粉，將得到多少億噸淀粉？（提示：合成過程中碳元素質量守恒，即m（C，CO2）=m（C，淀粉））

【學生】黑板展示計算的過程，其他小組評價糾正。

設計意圖：通過對視頻的分析，培養學生選擇和提取有用信息的能力并利用獲取的信息解決問題，提升學生在陌生情境下解決實際問題的能力。通過二氧化碳和淀粉之間的轉化過程的分析，除了讓學生理解和掌握元素守恒的計算方法之外，也希望學生能漸漸對化學這門學科在社會發展中的功能有一定的認識，當然是要在理解科學、技術、社會和環境之間聯系的前提之下，培養責任擔當意識。

環節四：課堂總結

【結語】今天這節課，我們圍繞人工合成淀粉復習了初中化學部分知識，通過對人工合成的產物、人工合成的途徑以及人工合成的應用這三個方面的學習，不僅對相關內容進行了重構，而且在學習的過程中，培養了學科素養，提升了學習化學的能力。（板書，見圖4。）

圖4 認識“人工合成淀粉”復習課板書

二、素養為本的教學的思考

1.情境真實，拓展視野

傳統教學產生惰性知識的一個重要原因是即便知識的組織方式是結構化的，但由于這些結構多是以學科邏輯鏈接在一起，缺乏情境脈絡的支持，因而在遇到問題時無法與問題情境對接，找到有針對性的解決策略，這種圖式則是僵化、無效的。［3］所以在復習課中需要將真實的情境作為教學的載體，才能使得復習過程更為高效。

本節課的情境是從我國的人工合成淀粉技術展開的。情境真實且貼近生活實際，科學先進且圍繞社會熱點。在真實情境的代入下，引起學生的注意，讓學生對這節課的學習產生興趣，從而自然而然地過渡到學習主題，順利引發了復習課的學習任務。

2.知識建構，細致全面

在課堂中，學生的思維不能被老師的思維所代替，所以在以素養為本的教學過程中知識的建構需要啟發學生的自主能動性。只有學生真正陶醉在課堂中，愿意通過老師的引導，最終找出所有問題的答案，這樣的課堂才更有意義。

本節課復習建構的知識細致全面，充分地調動了學生的學習積極性。在環節二中復習了第三章有關化學式的書寫、化學式的定量意義、物質的分類方式和化學反應的微觀本質等內容。通過問題鏈幫助學生逐步分析了人工合成淀粉技術的反應物質，由淺到深解析了該項技術的合成原理，契合了課程標準中重點要求幫助學生掌握認識物質的組成和結構的思路和方法這一新增要求。在環節三中復習了第九章空氣污染物以及第四章質量守恒定律中的相關內容。通過解決實際問題來復習專題知識點，讓復習課盡可能地活躍了起來。

3.設問連貫，提升素養

課堂教學邏輯往往是通過問題來推進，而問題的設計需要關注學生的高階認知，問題就是一節課前進的方向，而問題的水平也將決定學生思維的深度。［3］

本節課通過對引入視頻的提問，讓學生首先思考社會實際問題，然后通過對淀粉相關內容的復習，把社會實際問題與化學這門學科聯系起來，激發學生對物質世界的好奇心，形成物質及其變化等基本化學觀念，讓學生在學習中找到個人發展的方向，用科學嚴謹的態度對待所有遇到的問題，并對這個社會有自己的責任意識。在探究人工合成的途徑中共設置了八個問題，通過引導學生寫出物質，分析轉化，然后從微觀角度剖析反應，初步了解該項技術的反應原理。將高大上的科研知識細化成學生能掌握理解的幾個知識點，同時讓學生在復習的過程中進一步掌握了元素觀、微粒觀、變化觀中的定性定量、宏微結合等學科思想，培養學生從宏觀、微觀和符號相結合的視角探究物質及其變化規律的科學思維。

4.立意深刻，引發思考

在社會發展的進程中，擁有多種素養才是人生存和發展的根基，面對不同方面的需求，所需要的素養也各不相同，并不是所有的素養都一樣重要。世界各國共同倡導的核心素養，如創造性、批判性思維、問題解決和開發高質量產品的能力等都是面對21世紀復雜問題情境時做出理智的判斷、決策和行動等的“高級素養”。［4］所以在素養為本的復習課教學設計中需要體現化學學科的育人價值，在問題的解決中，讓學生感受到化學的力量，潛移默化地培養學生的核心素養。

本節課充分體現了化學學科的育人價值。通過了解人工合成淀粉這項技術讓學生感受到化學的學科價值在于有效利用化學反應解決發展問題。通過溫室效應、碳達峰和碳中和等熱點資訊引導學生形成保護環境、關注綠色發展的意識。通過技術的原理介紹，讓學生感嘆祖國科技力量的強大。這幾點都契合了課程標準中要求幫助學生樹立人與自然和諧共生的科學自然觀和綠色發展觀，以及為建設社會主義現代化強國，實現中華民族偉大復興而學習化學的志向和責任擔當。