大概念統領的主題式情境復習課教學設計
——以“CO2的性質和用途”復習為例

鄧瑩瑩 呂俊香 鄭 穎 謝 欣

（珠海市金鼎中學 廣東 珠海 519000）

在新課標（2022版）的課程目標中，新增了關于核心素養內涵的解釋，其中明確提到“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，是中國學生發展核心素養在化學課程中的具體化，反映了義務教育化學課程的教育價值與育人功能”［1］。

“雙減”背景下，中考的備考壓力驟增，如何在復習課中實現高效的教學，同時又落實化學課程育人功能，成為擺在教師面前的一道難題。主題式情境作為復習課的教學策略之一，能較好地提高學生知識的整合能力、場景遷移能力和深度學習能力。因此，主題式情境教學愈來愈受到青睞。如唐靜紅等人以“暖寶寶”為主題情境，探究暖寶寶中的“物質變化”和“能量變化”，統攝高中化學鐵及其化合物的專題復習。［2］吳建華以“工業脫硫路線的設計”為真實情境，結合問題鏈探究“反應歷程”“反應條件的選擇與優化”“反應限度”和“電解法工藝”，統攝高中化學反應原理的復習。［3］

一、大概念統領分析與主題式情境的選擇

“碳中和”是社會性議題的大概念，也是統領該課的大概念，具有高度的概括性、拓展性、統攝性、遷移性和高階性。居亞芬重視素養文本，精選例題開展了一節以“碳中和”相關概念的高中化學復習課。［4］徐婉圍繞時事熱點“碳中和”設計了初中化學“碳和碳的化合物”復習課。［5］陳康茗基于學科理解的設計了“碳中和”初中化學復習課。［6］

主題式情境復習課對于情境的選擇很重要。教學情境選取需要滿足：全面性、全程性、發展性、真實性和可接受性。［7］為發揮化學學科的育人功能，還應引導學生關心社會議題，從化學的視角科學、客觀理解知識與社會的關系。相關文獻［4～6］缺乏一個完整的、沉浸式的主題情境，也很少從化學反應的合理調控角度選編內容。

為此，本文選取時事熱點北京冬奧會為載體，以“零碳冬奧”為核心，構建了大概念統領的主題式情境復習課。促進學生建立健全知識結構，使學生的思維靈活化，進行深度學習，并強化社會責任與學科應用價值，落實立德樹人的學科育人價值（見圖1）。

圖1 基于大概念（碳中和）選擇的主題式情境

零碳冬奧口號的提出，是中國對世界的承諾，體現了大國擔當，增強了民族自豪感，對本課起到統攝性作用。其中的“零碳”，也就是碳中和，高度概括了初中化學階段，以二氧化碳為核心的主要知識。“減排”，一方面可以從二氧化碳作為生成物的角度思考其主要的化學反應，包括主要來源、工業制法、實驗室制法等。另一方面，從二氧化碳作為反應物的角度，將二氧化碳轉化為其他含碳化合物，有利于學生自主構建碳及其化合物的轉化關系知識網絡結構。此外，“節能”也是一種重要的舉措，使用清潔能源代替傳統的化石能源，實現綠色、可持續發展觀。最后，通過模擬碳中和、碳失衡的實踐活動，像科學家一樣去思考，實現對二氧化碳的“可存可取”。層層深入，滲透化學反應的合理調控及應用價值，實現知、情、意、行的統一。

二、以“零碳冬奧”為主題式情境的課例

1.整體設計思路

CO2是初中化學中重點學習的氣體之一。學生在新授課時，對CO2的性質和用途已有初步的認識，但像CO2的產生途徑、CO2造成的環境問題（溫室效應）、CO2的轉化與利用等相關的知識點較為零散地分布在教材中，學生難以形成系統性的認識，也很難達成對知識的深度理解和靈活應用。

而近年來，因溫室效應加劇導致的環境問題日益突出，中國提出雙碳概念（“碳中和”“碳達峰”），對學生在具體的情境中全面分析、系統思考、靈活應用CO2相關的知識提出了更高要求。

本節課以社會性議題大概念——“碳中和”為統領，以“零碳冬奧”為明線設計三個主要環節：①什么是零碳冬奧、②如何實現零碳冬奧、③如何助力零碳冬奧。以“化學反應的合理調控及應用價值”的學科重要概念為暗線選編內容，從學生熟悉的反應物（水、二氧化碳）入手，在不同的條件下的生成物（碳酸、淀粉）不同過渡，并在最后上升到前沿科技：人工合成糧食（淀粉）、燃料（甲醇）等例子，加深學生對同一反應物，在不同條件下可以轉化成不同物質的學科認識，深化元素守恒觀和物質轉化觀。

通過組織學生“模擬碳中和”的實驗活動，引導學生從化學的視角思考化學科學、技術、社會、環境的相互關系，并升華到可持續發展的角度重新認識和使用綠能的重要性（見圖2）。

圖2 主題式情境“零碳冬奧”的教學流程

2.教學流程

【情境激趣】看！這是什么？（展示干冰“煙霧繚繞”的舞臺效果。）

【集成實驗】如圖3所示，實驗中涉及到二氧化碳的哪些物理性質？哪些化學性質？

圖3 二氧化碳的性質集成式實驗

【歸納整理1】二氧化碳的性質及用途。

設計意圖：利用干冰煙霧繚繞的效果激起學生學習興趣。通過實驗集成化一次性完成多個實驗，復習回顧CO2的性質與用途，同時為后面CO2直冷技術、CO2的捕集做鋪墊。

環節一：什么是零碳冬奧？

【辯證引題】既然CO2這么有用，為什么北京冬奧會要踐行“零碳冬奧”呢？

【觀看視頻】零碳之約。

【問題1】零碳是指CO2的排放量為0嗎？“零碳”指的是什么？

【資料卡1】碳中和（見圖4）。

圖4 動態演示碳中和

【問題2】根據已學的知識，你知道有哪些二氧化碳產生的方法？

【知識構建1】二氧化碳產生的方法（見圖5）。

圖5 二氧化碳產生的方法

設計意圖：引導學生辯證思考，客觀看待CO2的利與弊。結合時事熱點“零碳冬奧”，從“量”的角度深化學生對“碳中和”的認識。同時，引導學生從已有經驗出發，從化學的視角，深度思考解決方案。

環節二：如何實現零碳冬奧？

【實驗呼應1】國家速滑館利用了二氧化碳直冷技術，將水變成冰。

【問題3】為什么可以實現低碳？

【學生活動1】圖說北京方案，解析零碳冬奧的化學原理（見圖6）。

圖6 圖說北京方案

設計意圖：“零碳”是一種理想狀態，現實生活中只能盡可能地實現低碳。圖說北京方案，學習借鑒北京的做法，解析其中的化學原理。體會化學源于生活，學會用化學的視角看冬奧，加強學生提取、分析、加工信息的能力。

【實驗探究】實施方案：以呼吸作用為例，模擬碳中和、碳失衡（見圖7）。

圖7 以呼吸作用為例，模擬碳中和、碳失衡

【學生活動2】討論：a、b各是什么物質？如何根據現象判斷“碳中和”還是“碳失衡”？

【學生活動3】選擇合適試劑，小組合作完成實驗。

【問題4】在自然界如何維持碳平衡？

【資料卡2】海水、樹木吸收二氧化碳。

【問題5】仔細觀察上述化學反應方程式，有什么發現？

【學生活動4】觀察歸納：反應物相同，條件不同，產物不同。控制反應條件可以調控化學反應。

【實驗呼應2】隨著二氧化碳排放量越來越多，碳平衡被打破，怎么辦？

【資料卡3】堿石灰的成分：氧化鈣、氫氧化鈉。

【知識構建2】二氧化碳捕集的方法，在圖5 的基礎上完善。

【遷移應用1】科學家的想法：利用新能源捕集。

【實驗呼應3】像科學家一樣思考。實驗探究（見圖8）中，我們已經捕集了二氧化碳，把它轉化為含碳化合物。怎么把二氧化碳釋放出來呢？

圖8 科學家的設想

【問題6】含碳化合物的成分可能是什么？請提出你的猜想。

【資料卡4】過量二氧化碳與氫氧化鈉反應原理。

【問題7】可以用什么試劑把二氧化碳釋放出來？

【問題8】捕獲的二氧化碳是否被完全釋放？怎么驗證？

【學生活動5】充分討論、深度思考。

【問題9】三種猜想都能用硝酸鋇溶液檢驗嗎？

【資料卡5】氫氧化鋇和碳酸氫鈉能否反應產生白色沉淀與濃度有關。（備用，本反應涉及高中內容，如無學生提問則不必講）

【知識構建3】利用含碳化合物釋放二氧化碳的方法，再次在圖5 的基礎上完善，進一步構建以二氧化碳為核心的物質轉化網絡。

【小結2】我們也像科學家一樣，將呼吸作用產生的二氧化碳捕獲，以另一種形式儲存起來，而當我們需要利用的時候，又可以通過化學反應，將其重新釋放出來，可存可取。

設計意圖：從實驗的角度，強化學生對“碳中和”的認識，發展學生化學學科核心素養。“碳中和”“碳失衡”的實驗，從模擬到原理剖析，再到反思總結，設置合理難度梯度，滿足同一課堂中，不同學生的學習需求。一環扣一環的問題鏈，由淺入深促進學生深度思考含碳化合物存在多種可能性，培養提升學生的探究思維。自主構建，選擇合適的試劑，設計實驗方案，小組合作，培養科學探究與創新意識。像科學家一樣思考，體會化學學科的社會價值，培養科學態度與責任。環節三：如何助力零碳冬奧？

利用化學知識揭開零碳冬奧的面紗，不論是直冷助推、氫力支持，還是綠電增援，都是從利用CO2的性質來實現碳中和的目標。

【遷移應用2】解決能源危機、糧食危機。

【學生活動6】可以將二氧化碳轉換成燃料（甲醇乙醇等）。可以將二氧化碳轉換成淀粉。

【課堂總結】邊總結邊建構。利用含碳化合物釋放二氧化碳的方法，再次在圖5 的基礎上完善，進一步構建以二氧化碳為核心的物質轉化網絡。

圖9 以二氧化碳為核心的物質轉化網絡

【課堂升華】利用CO2的性質、合理調控化學反應，我們可以將CO2轉化為所需的物質，并實現CO2存取自由！化為我用，齊向未來！

設計意圖：設置學生搶答環節，活躍課堂氣氛。回顧知識，圍繞核心反應進行分析，感受化學科學對社會發展和人類文明進步的重要價值。緊扣時事熱點，呼應前面的各個課堂環節，使學生沉浸在更加統一、真實的情境中。引導學生從化學的視角思考化學科學、技術、社會、環境的相互關系。

三、大概念統領的主題式情境復習課教學設計的思考

1.基于主題式情境，設計學習環節

基于主題式情境的復習課，平常要注重積累情境素材，如前沿科技、創新實驗、時事熱點等。從豐富的素材庫里選擇適合學情、貼近學生生活、符合學科育人價值以及能促進學生像科學家一樣進行深度思考的情境。其次，圍繞主題式情境設計課堂環節，貫穿始終，推動學生由淺入深地進行學習、思考。再次，優化情境內容的組織形式，明暗線結合，選編例題和內容，使課堂情境整體感更強。最后，主題式情境是課堂學習的重要載體，但落實核心素養，提升能力才是復習課的關鍵。因此，在進行教學設計時，既要選取合適的主題，又要關注情境的整體性和關聯性，還要設計核心問題、具體問題，指向關聯的化學學科知識。“零碳冬奧”與“二氧化碳的性質和用途”的關聯設計如圖11所示。

圖10 “零碳冬奧”與“二氧化碳的性質和用途”的關聯設計

2.通過大概念統領，構建知識體系

設計落實核心素養的化學復習課，需要學習主題和學習內容更加結構化。新課標指出：“圍繞大概念構建學習主題的內容結構，將課程目標具體化為各學習主題的內容要求。［1］”這里的大概念可以是化學學科的大概念，也可以是社會性議題的大概念。但要注意的是，必須選取具有高度概括性、統攝性的。

“二氧化碳的性質和用途”復習課設計以社會性議題“碳中和”為大概念，統領全篇。本課涉及二氧化碳的性質和用途、二氧化碳的利與弊、二氧化碳的轉化關系、二氧化碳的自然循環與失衡等，知識點零散。而將碳中和融入到零碳冬奧的情境后，可有效地將細碎的知識點串聯成網絡，構建碳及其氧化物的知識體系。

3.利用實驗模擬探究，促進深度學習

化學是一門以實驗為基礎的學科，促進學生核心素養的發展，必然離不開精心設計的探究活動。選取恰當的科學探究實驗，鼓勵學生像科學家一樣思考。而組織學生活動，不應注重表面的熱鬧，而更應注重學生思維層面的調動。若實驗中不可避免地涉及超出學生現階段認知水平的部分，不應該避而不講，反而可提供資料卡片，培養學生合理推測和遷移應用的能力。

“二氧化碳的性質和用途”復習課設計了集成式的實驗，用來導入、復習回顧和多感官體悟二氧化碳直冷技術。還以呼吸作用為例，設計模擬碳中和、碳失衡。讓學生根據所給信息選擇試劑，模擬CO2“產生、捕捉、釋放并證明是否釋放完全”的實驗，將CO2轉化關系網絡蘊含在其中，將學生思維過程外顯。同時，通過模擬、抽象、推理建立“碳中和”“碳失衡”的動態思維模型，加深對自然界碳循環和人工干預的理解。簡單的實驗，促進學生元素守恒觀、轉化觀的提升，體驗用化學思維模擬真實情境，并解決問題。

4.關心熱門試題情境，落實立德樹人

以碳中和為真實情境的命題在2021年高考中多次出現，且社會關注度極高。作為熱門的試題情境，其設問點對于核心素養的考查必然要多方面立體呈現。如進階性，即設置不同難度的題目，加強區分度。而對于社會性科學議題的探討則非常適合考查包括“辨識記憶、概括關聯、分析解釋、推論預測、簡單設計、綜合問題解決等多種任務類型”的試題，形式多樣，開放度大。

“二氧化碳的性質和用途”復習課設計注重落實立德樹人的學科育人價值，強化社會責任與學科應用，引導學生學會用化學視角關注、參與社會性議題。課堂環節層層深入，但始終基于零碳冬奧的實現。首先是回歸基礎的學科知識，在零碳冬奧的主題式情境中體悟“什么是碳中和”“如何實現碳中和”，利用化學知識解決實際問題，增強民族自豪感。在集成式實驗和模擬實驗中，觀察、實踐、分析、推導，構建二氧化碳的性質、用途、轉化的知識網絡體系。