指向学生化学核心素养发展的单元教学实践

牛彩霞 白光耀

摘要： 以“二氧化碳性质”单元教学为例，从选定项目、确立学习目标、挖掘实际问题及发布学习任务、制定课时计划等方面实施单元教学实践。在分析海洋酸化的化学本质、海洋酸化带来的危害、提供解决办法等任务完成过程中，学生从资料中提取和整合有效信息，分析和解释实际问题的能力得以提升，化学学科核心素养获得一定的发展。

关键词： 化学学科核心素养; 单元教学; 二氧化碳

文章编号： 10056629（2021）07003306

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

单元教学设计起源于20世纪初，它是指形成单元主题并筹划教学目标、教学过程的设计。单元教学需要教师基于学科核心素养，确定建立知识点之间的内在联系，选用合适的主题，并设计若干课时完成进阶式的教学任务[1]。

目前，指向学生化学核心素养的单元教学设计仍处于发展时期，尤其是在初中化学教学中实施单元教学设计仍需要更多的探索和实践。因此，笔者从自身教学实践出发，以“二氧化碳性质”的教学为例，实施单元教学设计实践，阐明在初中阶段实施促进学生化学学科核心素养发展的单元教学实践路径。

1 “二氧化碳性质”单元教学设计思路

1.1 确定项目，构建单元教学内容

发展学科核心素养，展开学习活动，都离不开单元教学内容。构建单元教学内容要从三方面出发： 一是关注化学问题，形成具备逻辑的知识结构;二是关注化学问题的认识思路和方法;三是明确单元教学中需要渗透的学科核心素养。

单元教学设计的整体性、系统性和进阶性能促进学生核心素养的发展。在以往的教学中，“二氧化碳性质”以几个独立的实验进行展开，学生根据实验现象总结出二氧化碳的性质。学生往往只关注学科知识本身，而不能顺利地进行实际问题的分析和解决。因此，选定合适的项目进行单元教学，能够帮助学生在形成知识的同时，也形成分析和解决实际问题的思路和方法，使核心素养得到落实。

“拯救酸化的海洋”这一案例具有丰富的教学价值（见图1）。海洋酸化是CO2带来的一个社会问题，造成这一现象的化学本质与CO2化学性质息息相关。当大气中CO2含量升高时，CO2被海水吸收并与H2O反应生H2CO3，引起海水酸性增强。海水酸化带来的危害之一是珊瑚礁的消失，珊瑚礁的主要成分是CaCO3，在酸化的海洋中，CO2参与反应，使CaCO3转化成可溶于水的Ca（HCO3）2，引起珊瑚外壳溶解。为拯救酸化的海洋，主要从CO2减排和CO2利用两个角度考虑，在CO2的实际应用中又涉及CO2的物理性质和化学性质。在探索海洋酸化和珊瑚礁消失的化学本质的过程中，学生结合阅读材料，提取整合信息，设计探究实验，分析和解决实际问题的能力得到提高。在合理利用CO2的环节，学生逐渐建立物质的性质、用途或现象之间的关系，形成物质观和合理利用物质性质的观念。通过该项目的学习，学生的元素守恒、控制变量等化学思想得到应用和发展，变化观念、证据推理、科学探究、社会责任等化学学科核心素养得到充分落实。

1.2 确立单元教学目标

二氧化碳是“身边的化学物质”主题下的典型代表物之一，在初中化學知识体系中占有重要位置。《义务教育化学课程标准（2011年版）》指出“身边的化学物质主题的教学要注重从日常生活和生产中选取学生熟悉的素材，注重引导学生通过观察和实验探究活动，认识物质及其变化，体验化学之美，认识学习化学的重要意义”。基于课标及核心素养，形成单元教学目标如下[2]：

（1） 能阅读材料，提取核心问题，选定并拆解研究项目，形成“是什么（化学实质）、为什么（形成原理）、带来什么影响（正面、负面）、如何解决（结合原理及影响确定方案）”的系统解决问题的思路。

（2） 能依据探究实验的一般过程对海洋酸化的本质进行探究，利用资料信息设计方案，分析实验结果并得出结论，掌握CO2相关性质。

（3） 能依据实验现象、资料信息及元素守恒等化学思想推测完成陌生方程式的书写，进一步利用CO2性质解释生活现象。

（4） 能结合阅读材料，体会CO2在实际生活中的应用，并根据应用推测体会CO2的性质，建立物质的性质、用途或现象之间的关系，形成物质观和合理利用物质性质的观念。

（5） 学会辩证地看待问题，分析和解决化学问题的能力得到提高，变化观念、证据推理、科学探究、社会责任等化学学科核心素养得到充分落实[3]。

1.3 分析学习起点

在本单元教学之前，学生已具备一些零散的知识，如知道检验二氧化碳用澄清石灰水、二氧化碳不可燃且不支持燃烧、二氧化碳是光合作用的原料等。在氧气的学习中，学生已初步了解研究物质的角度，如来源、性质、应用等。在以往的学习实践中，学生已初步具备了基于实验研究物质性质的能力，能够对条件探究型实验进行简单设计，并根据实验证据推得实验结论。但是，对于较复杂实验的探究仍然缺乏严谨的基于变量控制的设计方案进行研究的能力[4]。

1.4 确立学习认识思路

基于此，设计了如图2所示的单元教学流程，让学生选定项目、拆分项目并解决问题，在此过程中，学生逐渐形成解决问题的一般方法和思路。通过对二氧化碳的学习，确立系统研究物质的角度，获得解决环境问题的基本思路，形成保护环境的观念和意识。同时，提高基于控制变量的设计实验进行研究的能力。

2 单元教学设计案例实施过程

2.1 海洋酸化探秘（课时1）

[教师]教师播放海洋图片，介绍我们的地球表面有2/3被海洋覆盖，海洋对于我们的生活有很多贡献。但是，面临着很多问题，如海洋酸化，如何解决？

[学生]依据驱动性问题，选定研究项目为拯救酸化的海洋，并将研究项目进行拆解，确定子项目： （1）海洋酸化探秘;（2）海洋酸化带来的危害;（3）海洋酸化的解决措施。

[学生]阅读资料，提取与海洋酸化相关信息： 海洋酸化是指由于海洋吸收大气中过量的CO2，导致海水逐渐变酸。

[学生]提出问题： 什么是酸？

[教师]提供资料：

（1） 酸是一类化合物，常见的酸有硫酸、硝酸、醋酸等，它们能使紫色石蕊溶液变色。

（2） 实验室中可用pH衡量酸的多与少。溶液中酸的量越多，溶液的pH越小。

[教师]发布任务： 设计实验探究海水酸化的化学本质。

[学生]提出猜想： 海水酸化的化学本质是H2O和CO2发生化学反应生成了一种新物质——酸。

[学生]小组活动，设计方案证实猜想。

[教师]组织学生汇报设计成果，并优化确定实验内容，如表1所示。

[教师]点评几种实验方案的优缺点。方案1和方案2将表1中的四项实验内容分别进行了验证，方案3和方案4，将四项实验内容适当进行合并，节省实验用品，减少实验步骤，更易于操作。

[教师]肯定学生的实验结论。进一步指出，经科学证实，H2O和CO2生成的酸为H2CO3。

[学生]完成化学方程式：

[教师]补充实验： 用吹风机将变红的石蕊试纸吹干，试纸又恢复为紫色。

[学生]再次体会H2CO3的存在及H2CO3的不稳定性，写出化学方程式：

[教师]总结上述研究过程，确定是CO2与H2O生成的H2CO3导致海水变酸，这是从定性角度进行研究。提问： 如何定量地描述海水变酸的程度呢？

[学生]阅读资料，找出定量地描述海水变酸程度的方法： 测海水pH，其值越小，酸性越强。

[教师]演示实验： 模拟海水酸化实验（见图3）。

[学生]汇报现象，无CO2通入时，水的pH不变，随CO2的通入，体系的pH在下降。结合资料，得出结论： CO2与H2O反应生成H2CO3，体系pH下降，这是海水酸化的化学本质。

[教师]提问： 溶于水的CO2是否都与H2O反应生成了H2CO3？

[学生]阅读资料，分析数据，确定溶于水的CO2只有一部分参与反应，因为图中显示，海水中存在CO2。海水中CO2的浓度随大气中CO2的浓度增加而增加，也说明CO2在水中的溶解有一定限度。

[学生]在教师辅助下，画出CO2被海水吸收后的物质转化关系图（见图4），体会海水中存在的粒子有CO2、 H2CO3、 H2O等。

[教师]引导学生总结探究实验的一般方法： 提出猜想（结合陌生信息、关注物质环境、利用元素守恒）→设计实验内容（全面考慮物质、设计对照实验、明确设计意图）→实施实验方案（可依据节约便捷等原则优化）→观察实验现象（事实证据）→得出结论。

设计意图： 通过对阅读材料中信息的提取整合以及探究过程，了解海洋酸化的化学本质;充分利用对比思想和证伪原则对海洋酸化的化学本质进行定性描述;再借助信息和模拟实验，对海洋酸化的化学本质进行定量描述。让学生充分体会由定性到定量的化学思想方法在实际问题解决中的应用。变化观念、证据推理、科学探究的化学核心素养得到进一步发展。

2.2 海洋酸化带来的危害及解决措施（课时2）

2.2.1 海洋酸化带来的危害

[学生]阅读资料，提取海洋酸化带来的影响： 珊瑚和软体动物等长有坚硬外壳（主要成分是碳酸钙）的生物，因为外壳溶解而难以生存。

[教师]演示实验： 模拟珊瑚外壳溶解实验（见图5）。

[学生]观察到： 随着CO2的不断通入，澄清石灰水先变浑浊，后又变澄清，深刻体会在海洋酸化情况下，珊瑚外壳会溶解。同时提出问题： 溶解后生成了什么物质？

[教师]提供资料：

珊瑚外壳溶解时发生了化合反应。

[学生]结合资料，利用元素守恒思想及已有基础知识，完成化学方程式：

设计意图： 根据阅读资料获取海洋酸化带来危害的信息，结合模拟实验和已有知识基础，探寻珊瑚消失的化学本质。学生根据元素守恒思想及相关信息，能够正确写出化学方程式，用正确的化学术语解释化学问题的能力得到提升。

2.2.2 海洋酸化的解决措施

[学生]小组讨论，提出海洋酸化的解决措施有两个方向： 一是源头上减少碳排放;二是增加对二氧化碳的吸收。

[教师]发布任务1： 如何从源头上减少碳排放？

[学生]含碳元素的燃料燃烧可产生CO2，因此使用清洁能源、出行多使用公共交通工具、减少私家车使用、减少含碳燃料的使用、减少一次性塑料袋的使用等均可减少CO2的排放。

[教师]发布任务2： 如何增加对二氧化碳的吸收？

[学生]利用二氧化碳不同性质（如与水反应、与碱反应等）进行吸收，吸收后还可以“变废为宝”，加以利用。

[教师]发布任务3： 阅读CO2在实际生活中的应用或影响，指出分别体现了CO2的哪些性质并提出相应的吸收方式。

[学生]小组讨论，阅读材料，体会CO2性质与应用之间的联系，寻找相应的吸收方式。

[教师]组织学生汇报交流（见图6）。

设计意图： 学生通过阅读CO2在实际生产生活中的应用或影响，提炼CO2的相关性质，提出合理的扬长避短方法，逐渐形成“应用体现性质，性质决定应用”的物质观念。在化学性质③和化学性质②中，利用同一性质，既可以产生不利影响，也可以服务于人类的生产生活。学生通过这样的总结和对比，学会辩证地认识物质，形成扬长避短、合理利用物质的观念。

3 单元教学设计案例反思

基于课程标准，整合阅读资料，选取“拯救酸化的海洋”为项目进行初三化学CO2的性质探究。在探究海洋酸化本质过程中，学生兴趣浓厚，参与度极高。通过方案设计、讨论、修正、实施，最终分析实验现象认识海洋酸化的本质，并能用化学用语（化学方程式）进行精准表达。学生结合资料获取CO2在实际生活中的应用，准确建立应用（影响）、性质之间的关联，充分体会到事物的两面性。整个任务完成过程中，学生获取信息、解决实际问题的能力得到提高，系统研究问题的思路和方法得以形成。课后以“我为二氧化碳作代言”进行单元教学效果的检验，85%的学生能够从二氧化碳的来源、应用（影响）等方面进行介绍，并关注到二氧化碳性质和应用（影响）之间的关系，并从正反两方面认识二氧化碳，单元教学目标基本完成。

参考文献：

[1]喻俊， 叶佩佩. 促进学生核心素养发展的单元教学设计实践探索[J]. 化学教学， 2020， （5）： 51～55.

[2][3]杨玉琴， 倪娟. 学科核心素养视域下的教学目标： 科学研制与准确表达[J]. 化学教学， 2019， （3）： 3～7.

[4]杨玉琴. 核心素养视域下的单元教学设计： 內涵解析及基本框架[J]. 化学教学， 2020， （5）： 3～8， 15.