基于核心素養的初中化學大單元復習課教學設計

一、課堂教學背景

新課標指出，初中化學課程要培養的核心素養必須體現化學學科本質，通過化學學習幫助學生形成關鍵能力和健全人格，讓學生學會用化學的眼光觀察世界、用化學的思維認識世界、用化學的觀念改造世界。但在實際教學中，教師缺乏大單元教學設計的概念和方法，無法剖析各課時內容之間的內在關聯。學生在課堂中得到的是碎片化的知識，很難靈活遷移應用，學科核心素養培養難以落地。

二、教學主題分析

“碳及其化合物”大單元復習課以“大氣成分的變化”為主線，內容包括了解原始大氣、分析現在大氣和暢想未來大氣3個部分。教學目標為：讓學生了解自然界中的碳循環體系，樹立人與自然和諧共生的科學自然觀；通過構建以CO2為核心的知識網絡，讓學生形成元素守恒觀、物質轉化觀等化學觀念；通過在一次性手套中完成CO2性質實驗，培養學生實驗操作能力；探尋控制和利用CO2造福人類的途徑，增強學生的社會責任感和環保意識。

三、課堂教學實錄

任務一：基于元素守恒，探究原始大氣

教師播放地球大氣成分演化相關視頻，并讓學生思考：在原始的綠色植物出現前，大氣主要成分的演變是以CO、CO2、CH4和NH3為主的。在綠色植物出現以后，會發生什么變化？

學生：植物發生光合作用，將CO2轉化成O2。O2出現后，原始大氣里的CO被氧化成CO2，CH4被氧化成H2O和CO2。

教師：根據現在大氣成分，NH3被氧化的產物是什么？

學生：依據化學反應前后元素守恒定律和現在大氣成分，NH3被氧化成N2和H2O。

教師：由于植物的光合作用持續進行，空氣里的CO2在這一過程中被吸收了大部分，O2越來越多，CO、CH4和NH3被氧化，最終形成了現在大氣（如圖1）。

任務二：基于平衡思想，分析現在大氣

教師：大氣中的CO2含量在很長的一段時間里保持相對穩定，這是什么原因呢？

學生總結產生和吸收CO2的途徑。

教師：澄清石灰水可以用來檢驗CO2的存在，如果大量CO2和石灰水反應會有什么現象？（展示溶洞形成的視頻。）

學生1：溶洞形成的過程實質上也消耗了CO2，CO2與難溶于水的CaCO3反應，生成可溶于水的Ca（HCO3）2。

學生2：鐘乳石的形成是因為，石灰巖溶解生成的Ca（HCO3）2不穩定，在加熱或壓強變化時又分解成CaCO3和CO2。

教師：海洋是CO2的另一個儲庫，而且比大氣CO2儲庫大得多。海洋為什么能吸收CO2？

學生：CO2能溶于水。

教師：在CO2溶于水的過程中發生了化學反應，老師準備了干冰和藍色石蕊試紙，我們可否利用它們設計實驗，來驗證CO2能與水發生反應？可否利用干冰和澄清石灰水來模擬溶洞的形成？

學生進行分組實驗，向一次性手套的中指中注入少量澄清石灰水，在拇指和食指中分別放入濕潤的藍色石蕊試紙和干燥的藍色石蕊試紙，再向無名指中放入干冰（如圖2）。

學生：濕潤的石蕊試紙為藍色，說明水不能使石蕊試紙變色；食指中干燥的石蕊試紙不變色，說明CO2不能使石蕊試紙變色；拇指中濕潤的藍色石蕊試紙變紅，說明CO2和水反應生成了酸性物質，有關的化學方程式是CO2+H2O=H2CO3。變成紅色的石蕊試紙后來又變成藍色，說明生成的酸性物質不穩定，有關的化學方程式是H2CO3=CO2↑+H2O。中指中澄清石灰水變渾濁，說明反應生成難溶性物質，有關的化學方程式是CO2+Ca（OH）2=CaCO3↓+H2O。中指中變渾濁的石灰水在加入干冰后又變澄清，說明難溶的物質轉變成了可溶性物質，有關的化學方程式是CO2+H2O+CaCO3=Ca（HCO3）2。

教師：以上實驗從宏觀上驗證了化學反應的發生，我們還可以通過數字化儀器從微觀定量測定CO2與水反應。溫度傳感器的示值能精確表示被測對象的溫度，pH傳感器能精確顯示溶液的酸堿度，pH值越小則說明溶液的酸性越強。

教師在燒杯中加入500mL蒸餾水，將溫度傳感器與pH傳感器伸入水中，加入適量干冰，讓學生觀察溫度和pH數值的變化。

學生：實驗發生5分鐘后，溫度降低到1.3℃，這說明干冰升華吸熱；pH值變為5.2，這說明反應生成的碳酸呈酸性，35秒時濃度最大。

教師：以上反應實質上是CO2在生物圈、水圈和巖石圈中的循環。你能總結大氣中CO2含量保持相對穩定在0.03%的原因嗎？

學生：自然界中產生和消耗的CO2近似相等，形成動態平衡，使其含量保持相對穩定。

教師展示大氣中CO2濃度變化圖并提問：你能獲得哪些信息？

學生：從1750—1800年這一時期開始，大氣中CO2含量不斷升高。這是因為這個時期發生了工業革命，CO2的生成量大于消耗量。

教師：哪些因素破壞了CO2轉化的動態平衡？

學生：導致大氣中CO2含量升高的主要原因是人為因素，主要表現為世界人口不斷增加、工業的發展導致化石燃料使用量大幅度增加等，CO2的生成量增加，而森林的破壞使CO2的消耗量減少，從而破壞了CO2轉化的動態平衡。

教師：大氣中CO2含量升高和水泥工業同樣密不可分。水泥生產過程中產生的CO2主要來源于石灰石分解和煤的燃燒。請測算高溫煅燒石灰石制取1噸CaO能產生多少噸CO2。

學生進行計算。

教師：通過計算生成的CO2的質量是不是超過了你的想象？該反應能產生大量CO2，是空氣中CO2的來源之一，這個反應也可以用于工業制取CO2。工業上制得的CO2可用于何處？

學生：滅火、制取汽水等的原料、干冰可用于人工降雨等。

教師：實驗室如何制取少量CO2？請選擇下列適當的藥品和儀器，設計制取CO2的發生裝置，并說出其特點。藥品有石灰石、Na2CO3、CaCO3、稀HCL、稀H2SO4；儀器有試管、注射器、長頸漏斗、雙孔塞、單孔塞、有孔隔板。

學生選擇藥品和儀器，設計CO2的常見發生裝置（如圖3）。

學生：裝置①簡單方便；裝置②選擇CaCO3粉末與稀H2SO4反應，避免反應一段時間后因生成微溶物覆蓋在表面阻止反應的繼續進行；裝置③中Na2CO3與稀HCL反應速度快，通過注射器可以控制產生氣體的速度；裝置④可以隨時添加液體藥品；裝置⑤可以控制反應的發生和停止。

教師：實驗室制取CO2常用什么方法收集？

學生：標準狀況下，CO2能溶于水、密度比空氣大，CO2的最佳收集方法為向上排空氣法。

任務三：基于情感教育，暢想未來大氣

教師：在人類生存和發展的過程中，CO2的生成量大于消耗量，從而導致大氣中CO2含量升高，這會對氣候有什么影響？

學生：溫室效應。

教師：溫室效應可能會造成什么不良后果？

學生：造成全球變暖，冰蓋融解，海平面上升，土地沙漠化。地球上病蟲害增加，史前致命病毒有可能重新出現。地球氣候反常，海洋風暴增加。

教師：我們如何控制CO2含量，使它保持動態平衡呢？

學生：一方面，減少向大氣中排放CO2，具體措施有減少化石燃料使用、開發使用綠色能源、養成低碳生活習慣等。另一方面，增加對CO2的吸收，具體措施有積極植樹造林等。

教師：本節課我們復習了碳及其化合物的性質，分析了大氣CO2含量穩定的原因，發現工業革命后CO2含量升高的原因，尋找了控制CO2含量上升的措施。在學習過程中涉及C、CO、CO2、H2CO3、CaCO3、石灰石、大理石等物質，你能將它們分類嗎？

學生：石灰石、大理石屬于混合物；C屬于單質，CO、CO2、H2CO3、CaCO3屬于化合物，其中CO和CO2屬于氧化物。

教師：今天我們重點探討了CO2在自然界中的循環，這一循環實質上蘊含了碳及其化合物的相互轉化關系，請你畫出其中的轉化關系。

學生小組合作構建碳及其化合物間相互轉化關系思維導圖（如圖4）。

教師：利用這種關系我們可以控制CO2的產生，也可以利用CO2來為人類造福。請查閱資料，了解CO2綜合利用的轉化方法和途徑。

四、課堂教學反思

1.創設問題情境，引發認知沖突，學會辯證方法論

在化學課堂上常常會有一些“異常狀況”發生，“異常狀況”作為一種富有挑戰性的“問題情境”，最能激發學生的創新欲望和創造性思維。

學生開展模擬溶洞形成的實驗時，將干冰放入澄清石灰水中，觀察到澄清石灰水先變渾濁，一會兒又變澄清了。這一“異常狀況”引發思維碰撞，激發學生分析其產生的原因。學生通過小組合作、實驗探究，對比、分析不同量干冰與澄清石灰水反應現象的不同，總結出控制反應物的質量比，會對生成物產生影響。適當呈現認知沖突的素材與設問使情境更真、設問更實，更能有效發展學生批判性和創造性等高階思維，更能引導學生質疑和批判。

2.改進探究實驗，提升創新精神，發展思維創新力

教科書中的CO2性質實驗，都是利用多種儀器分散進行的，不僅操作煩瑣，也加大了藥品的消耗量。鑒于此，筆者引導學生利用一次性手套設計探究CO2性質的分組實驗，用干冰作為CO2的來源，加深了學生對干冰性質的認識，又省去了制取CO2的發生裝置，使實驗更簡潔。實驗裝置選用生活中常見的一次性手套等，器材易得；用紫色石蕊試紙替代紫色石蕊紙花，準備工作量大大降低。整個實驗都在一次性手套中完成，藥品用量較少，節約了藥品，能夠增強學生的節能環保意識，還方便學生自主設計方案并完成實驗，發展了學生的創新思維能力。

3.構建知識網絡，建立認知模型，形成物質轉化觀

筆者指導學生以CO2為中心，借助線條、圖形、顏色等多種傳達信息的方式，將碳及其化合物的知識結構化、網絡化地呈現，繪制出知識網絡和碳循環模型，讓學生更好地掌握知識，從而最大限度地提高復習效率，培養學生發散性思維。在幫助學生構建知識網絡和碳循環模型的過程中，學生的思維實現可視化，他們從一個知識點聯想到其他多個相關聯的知識點，更容易發現化學變化及其規律。本課還讓學生運用證據推理和模型化思維解決化學問題，使其形成元素守恒觀、物質轉化觀等化學學科核心觀念。

4.滲透低碳理念，增強環保意識，樹立綠色發展觀

學生通過分析空氣中CO2含量升高的原因及其給氣候帶來的影響，培養了可持續發展意識和綠色化學觀念；通過討論每一個能產生和吸收CO2的化學方程式背后的低碳行動，尋找降低CO2含量的方法和措施，梳理得出降低大氣中CO2含量的思路是減少排放、增加吸收；通過制訂低碳行動方案，把學習成果與社會發展聯系起來，感受到自己的所學、所思、所想對人和自然和諧共處、可持續發展的價值，增強自身環保意識，樹立綠色發展觀。