大概念統攝下的單元教學設計
——以“自制蘇打氣泡水”為例

張靈麗

（蘇州市振華中學校 江蘇 蘇州 215000）

一、教學主題內容及教學現狀分析

1.教學主題內容分析

碳酸氫鈉位于滬教版九年級《化學》下冊第七章“應用廣泛的酸、堿、鹽”第3節“幾種重要的鹽”的章節中。《義務教育課程標準（2022年版）》明確提出：了解小蘇打在日常生活中的應用，能運用研究物質性質的一般思路和方法，初步預測酸堿鹽的主要性質，設計實驗方案，分析、解釋實驗現象，進行證據推理；制備并檢驗二氧化碳；能從定性和定量的視角，說明溶解度的含義；能根據需要配制一定質量分數的溶液；能基于真實問題，初步分析與評價物質的實際應用；對材料使用和資源回收等展開討論，積極參與相關的實踐活動。

2.教學現狀分析

現今的教學多以單課時教學為主，課時內容相對獨立，學生無法將單課時所學的內容關聯，而素養導向教學提倡變關注“零碎知識點”為關注“大單元設計”［1］。常規的復習教學多以知識復述，習題訓練為主。存在以下問題：（1）重細節，輕整合的碎片教學，容易導致學時壓力大、進度緊張［2］。（2）重知識，輕方法的灌輸教學，容易走入死記硬背的誤區。（3）重訓練，輕思維的機械教學，缺乏動態邏輯思維的培養。（4）重講解，輕實驗的紙上教學，缺乏實踐經驗和創新思維能力的培養。現以自制蘇打氣泡水為情境，對元素化合物為主題的單元復習教學，進行大概念統攝性的設計，系統診斷學生對物質的性質與變化、氣體的制備和用途、溶解度和溶液的配制、金屬的性質、材料的應用和垃圾的分類回收等知識的掌握程度，將上下兩本教材中9章的知識融會貫通。本單元一共設計七個任務，分為2課時，課時1的主要任務是探究小蘇打的性質，用小蘇打和檸檬酸制備二氧化碳。課時2旨在讓學生探究蘇打氣泡水中小蘇打和檸檬酸的質量關系，配制一定質量分數的檸檬酸溶液，尋找蘇打氣泡水零卡路里的真相，飲料瓶材料的選擇和回收，自制一瓶蘇打氣泡水。采用啟發式、互動式、探究式、體驗式教學，從具體知識的教學走向大單元的教學，學生從“被支配”走向“激活自我”。

二、教學思想和創新點

（1）問題情境化。真實情境的運用以其生動鮮明、與知識的發生應用緊密聯系的特點［3］，有助于學生對學科知識的消化吸收。選用蘇打氣泡水為情境，真實的情境充分激發學生的好奇心和探究欲。將問題的解決融入真實的探究情境中，將學生置于真實的探究情境中，有助于學生理解學科知識，提高化學思維和實踐能力，形成化學觀念，體悟化學的學科價值和重要意義，領悟化學來自于生活，應用于生活的本質。

（2）實驗創新化。用蘇打氣泡水的飲料瓶，自制一套固液反應的發生裝置，利用生活中常用的小蘇打和檸檬酸為原料，學生在家里隨時隨地制備二氧化碳。在氣體發生裝置簡化版的基礎上，添加調氣閥和磁鐵，靈活調節氣流速率，控制反應的發生和停止，實現了實驗的便捷化、生活化、創新化。加熱小蘇打，配制一定質量分數的檸檬酸溶液，檸檬酸和鐵、鋁反應等實驗，充分發揮實驗的“實證”功能，實現了證據推理與模型認知。

（3）知識系統化。以探究配料中各物質的用途引入，貫通滬教版上下兩本教材9個章節的知識點，實現了知識的單元化、結構化、生活化、系統化、境脈化，提升學生融會貫通的能力和系統思維能力。

（4）技術信息化。教師的演示實驗和學生分組實驗，使用展示“互動寶”這一新款教學儀器，解決了中后排學生看不清實驗，老師看不到學生操作實驗的難題，實驗的可視化、清晰化程度較高，演示實驗、學生分組實驗的師生互動功能大大增強，實驗的功能價值得以提升。

三、教學目標

（1）通過探究小蘇打的性質變化，學會研究物質、認識化學變化的思路方法。

（2）通過復習二氧化碳的性質與變化，學會運用簡單的裝置和方法制取氣體。

（3）通過蘇打氣泡水中小蘇打和檸檬酸的質量關系，復習化學反應中的定量關系。

（4）通過配制檸檬酸溶液，活學活用溶解度的概念，學會配制一定溶質質量分數的溶液。

（5）通過質疑蘇打氣泡水零糖、零卡路里，感知化學變化中的能量變化，培養學生質疑批判的科學精神。

（6）通過飲料瓶材料的選擇及回收利用，感悟人與自然、社會的和諧、可持續發展等。

四、教學流程

教學流程見表1。

表1 教學流程（共2課時）

五、教學實錄

1.任務一：探究小蘇打的性質——尋找研究物質的性質和轉化的思路方法

【情境任務】自制蘇打氣泡水

【教師布置任務】閱讀蘇打氣泡水的標簽，找出配料的成分，猜測各配料的用途。

【學生1】配料成分：赤蘚糖醇、二氧化碳、檸檬酸、碳酸氫鈉、三氯蔗糖、食用香精。

【學生2】二氧化碳和水反應產生碳酸，食用香精調香的，三氯蔗糖、赤蘚糖醇可能是甜味劑。

【學生3】檸檬酸可能提供酸味的，碳酸氫鈉的用途不清楚。

【教師點撥】化學研究的內容是物質的組成、結構、性質、變化、用途、制法，它們之間有怎樣的關系？

【學生】組成結構決定性質變化，性質變化決定用途制法，用途制法反映性質變化，性質變化反映組成結構。

【教師】已知碳酸氫鈉的化學式為NaHCO3，請寫出碳酸氫銨、堿式碳酸銅、碳酸鈣的化學式，它們組成上的共同點是什么？

【學生】碳酸氫銨、碳酸鈣，堿式碳酸銅組成上都有碳酸根離子。

【教師提問】回憶碳酸氫銨、堿式碳酸銅、碳酸鈣的化學性質，推測小蘇打有什么化學性質？

【學生】碳酸氫銨和堿式碳酸銅受熱分解，都會產生二氧化碳。

【學生分組實驗1】加熱碳酸氫鈉。

【師生分析實驗現象，得出結論】碳酸氫鈉受熱分解產生二氧化碳。

2.任務二：小蘇打和檸檬酸制備二氧化碳——尋找氣體發生裝置的創新設計

【教師布置任務2】根據堿式碳酸銅和碳酸鈣與酸反應的性質，猜測小蘇打和檸檬酸能否反應，實驗驗證。

【學生分組實驗2】小蘇打和檸檬酸反應。

【教師布置任務3】用2 個塑料瓶，用檸檬酸和小蘇打反應來制備一瓶二氧化碳，說出你的設計方案。

【學生】設計方案（見圖1）。

圖1 學生設計氣體發生裝置1

【學生講解】捏擠盛有檸檬酸的塑料瓶，檸檬酸進入到小蘇打的試劑瓶，反應發生。

【教師】若想控制氣流的速率，如何改進呢？

【學生設計】在這套裝置的輸氣端導管上添加一個調氣閥。

【教師】調氣閥能否控制發生裝置的氣壓？

【學生】可以，若發現兩個塑料瓶都硬邦邦、鼓鼓的，說明塑料瓶內氣壓很大，可以打開調氣閥，放出氣體，減小塑料瓶內氣壓。

【教師提供裝置】添加調氣閥的改進裝置（見圖2）。

圖2 自制氣體發生裝置

【教師布置任務4】用這套裝置收集一瓶二氧化碳。

【教師指導操作】移動磁鐵，將瓶內的吸酸球拉到液面下，擠壓裝有檸檬酸的飲料瓶，打開調氣閥，收滿一瓶氣體后，用磁鐵將吸酸球拉到液面上。

【教師備注】吸酸球的外面是食品級塑料，磁鐵被塑料包裹，磁鐵和酸液沒有直接接觸（見圖3）。

圖3 磁鐵吸酸球

【學生分組實驗】排水法收集并檢驗二氧化碳。

【教師追問】移動磁鐵控制反應發生和停止的原理是什么？

【學生小組實驗、討論】當調氣閥關閉，瓶內氣壓增大，檸檬酸會持續不斷的被壓到盛有小蘇打的瓶子中，若在瓶子外部移動磁鐵，將瓶內的吸酸球移到液面上，檸檬酸不會進入盛有小蘇打的瓶內，反應不能持續進行，慢慢停止。

【教師追問】在反應的過程中，盛有小蘇打的塑料瓶中的液體會倒吸進入檸檬酸的塑料瓶嗎？

【學生】不會，因為盛有小蘇打的塑料瓶的瓶塞上，連接的兩根塑料導管都很短，可以防止液體倒吸（見圖4）。

圖4 發生裝置的瓶塞和塑料導管

圖5 學生計算小蘇打的質量

圖6 學生計算檸檬酸的質量

【教師補充】在瓶塞和導管接觸處涂上膠水，可以起到較好的密封效果。這套裝置還可以用作觀賞魚缸二氧化碳發生器，給魚缸中的水草提供光合作用的原料二氧化碳，通過磁鐵的移動控制吸酸球在液面上方或下方，既可以起到儲氣的作用，又可以持續不斷的給魚缸提供氣體。

3. 任務三：尋找蘇打氣泡水中物質間的質量關系——診斷學生的數據處理能力

【教師布置任務5】制作一瓶蘇打氣泡水，請計算需要小蘇打和檸檬酸的質量。已知：檸檬酸和小蘇打反應化學方程式是，氣泡水中的鈉元素由小蘇打提供，假設小蘇打和檸檬酸恰好完全反應。（計算結果精確到0.01。）

【學生小組討論，計算】

4.任務四：配制一定質量分數的檸檬酸溶液——活學活用溶解度和練習溶液的配制

【教師布置任務6】在任務二中，制備二氧化碳的檸檬酸溶液如何配制？請配制500 g 最大濃度的檸檬酸。

【學生查閱資料】查找檸檬酸的溶解度，20°C，檸檬酸的溶解度為59 g。

【學生分組討論，計算】（見圖7）

圖7 學生計算檸檬酸的質量和水的體積

【學生分組實驗】配制質量分數為37%的檸檬酸溶液500 g。

5.任務五：尋找蘇打氣泡水零卡路里的真相——探討化學反應中的能量變化

【教師布置任務7】閱讀營養成分表，如表2，討論：為什么零糖？

表2 蘇打氣泡水的營養成分表

【教師提問】化學變化總伴隨著能量的變化，有的放熱，有的吸熱，比如，我們的呼吸作用是放熱的。我們每天吃的食物，有的能提供能量，有的不提供能量，哪些食物可以提供能量？

【學生】碳水化合物（糖類）、油脂、蛋白質可以提供能量。

【教師】氣泡水里的碳水化合物每100 mL有3.8 g，能量為零。請計算，這一瓶氣泡水有多少克碳水化合物？

【學生計算】約18 g 碳水化合物。

【教師反問】有碳水化合物，卻不提供能量，猜想原因是什么？

【學生猜測】可能這類碳水化合物不能被人體吸收。

【教師】查閱資料，解釋原因。

【學生1 查閱資料】赤蘚糖醇，是四碳糖醇，分子式為C4H10O4［4］，可由葡萄糖發酵制得，為白色結晶粉末，具有爽口的甜味，不易吸收，它是天然零熱量的甜味劑［5］。

【學生2 查閱資料】三氯蔗糖，分子式為C12H19Cl3O8［6］，是唯一以蔗糖為原料的功能性的甜味劑，可達到蔗糖的甜度約600 倍［7］。三氯蔗糖在人體內不參與代謝，不被人體吸收，熱量值為零［8］。

6.任務六：盛放蘇打氣泡水飲料瓶的選擇——探究材料的應用和回收

【教師布置任務8】請將鋁制易拉罐、鐵制易拉罐剪片（磁鐵區分），分別稱量0.5 g，分別放入上節課配制的檸檬酸溶液、蘇打氣泡水中，觀察現象？

【學生分組實驗】剪鋁制易拉罐、鐵制易拉罐，稱量，用磁鐵區分，分別放在濃稀檸檬酸溶液、蘇打氣泡水中。

【學生】放入濃檸檬、稀檸檬酸、蘇打氣泡水中的鐵制易拉罐上有氣泡產生，溶液逐漸變成淺綠色。鋁制易拉罐上看不到明顯氣泡。（見圖8）

圖8 濃、稀檸檬酸、蘇打氣泡水和鐵制、鋁制易拉罐的反應

【教師追問】鋁制易拉罐上沒有明顯現象，能否說明沒有反應呢？如何檢驗反應的發生與否？

【小組討論】鋁片表面有致密的氧化膜，所以沒有明顯現象，將鋁片取出，洗滌，干燥、稱量，如果質量還是0.5 g，說明沒有反應。

【教師提醒】鋁片表面有致密氧化膜，反應需要一定的時間，請同學們課下將鋁片取出稱量質量，明天課上匯報結果。

【學生補充】第五天后，稀檸檬酸和鋁制易拉罐的燒杯里出現較多白色絮狀沉淀，取出鋁片，洗滌、干燥、稱量，發現質量減輕（見圖9）。

圖9 鋁片上出現絮狀沉淀

【教師提示】請找到蘇打氣泡水塑料瓶上的物品回收標志，并找到PET 三個英文字母，PET 塑料屬于什么材料？

【學生】有機合成材料。

【教師】塑料瓶用完后如何處理？

【學生】回收再利用，塑料瓶屬于可回收垃圾。

7.任務七：盛放蘇打氣泡水飲料瓶的選擇——探究材料的應用和回收

【教師布置任務】自制一瓶蘇打氣泡水。

【學生分組實驗】配制蘇打氣泡水，交換品嘗。

【教師總結提升】我們以自制蘇打氣泡水為情境任務，通過2節課的學習診斷，復習了物質的性質變化，氣體的制備及用途，溶解度、一定質量分數的溶液的配制，化學材料的選擇和垃圾的回收利用以及化學變化中能量的變化，體現了化學來源于生活，應用于生活的思想。學習化學不是要死記硬背，而是要形成化學思維。

六、教學效果與反思

本單元從落實新課標，發展學生核心素養的理念要求下，有以下4個方面的思考。

（1）立意求“高”。好課在于“立意”。本單元以自制蘇打氣泡水為情境，讓學生感受到真實的、生活中的化學。從學生熟悉的碳酸氫銨、堿式碳酸銅、碳酸鈣的組成結構、性質變化入手，采用歸納和演繹的探究方法，猜想并驗證碳酸氫鈉的性質和變化，用廢棄的飲料瓶自制氣體發生裝置制備氣體，通過閱讀蘇打氣泡水的成分表，質疑零糖、零卡路里，復習化學變化中的能量變化。一瓶蘇打氣泡水從里到外（配料和塑料瓶），從頭到尾貫穿課堂。

（2）探究求“實”。通過問題驅動、實驗探究的方式，實現了目標具體化、問題情境化、實驗探究化，增強了課堂活力和動力。有師生合作實驗，學生分組實驗，教師演示實驗等，充分發揮實驗的“實證”功能。激發學生的好奇心，催化學生持續探究化學的熱情和動力。

（3）可視求“清”。通過展示“互動寶”這一教學儀器，學生可以清晰地觀看老師演示實驗的動態過程，老師也可以任意抽看一組或同時抽看四組學生操作的動態過程，即時指導，師生實驗的互動效率大大提升（見圖10）。

（4）育人求“真”。義務教育階段，學生不僅僅要有知識的構建，更有品格能力的提升、個性的塑造養成，教師及時鼓勵和贊揚學生，肯定其想法和做法，有利于提升學生的內驅力和自信心。如：引導學生創新設計氣體發生裝置、對零卡路里的質疑等，展現了化學課程的育人價值和育人功能。

本單元教學將真實情境轉化為驅動問題，將問題轉化為學習任務，設計學習單元，從關注學習結果的教學走向學習過程體驗與結果并重的教學，學生全程在“做中學”“用中學”“玩中學”，有利于實現全程育人的教學目標。