吳 尚

一、概述

情境教學(xué)是以“情感”為教育理論的出發(fā)點和教學(xué)實踐的切入點，以學(xué)生為主體，根據(jù)教學(xué)需要創(chuàng)設(shè)或營造相關(guān)的場景或氛圍，引起學(xué)生產(chǎn)生情感共鳴[1]。在教師的指導(dǎo)、幫助下，通過對學(xué)習(xí)資源的主動應(yīng)用，在自主探索和互動合作的過程中，不斷提出問題和解決問題，從而完成學(xué)習(xí)任務(wù)，并實現(xiàn)學(xué)科知識建構(gòu)與素養(yǎng)的發(fā)展[2]。本文以“碳和碳的氧化物”復(fù)習(xí)教學(xué)設(shè)計為例，以“消失的珊瑚礁”這一教學(xué)情境貫穿始終，不斷引導(dǎo)學(xué)生遵循知識情境發(fā)展的主線進行科學(xué)探究，逐步學(xué)習(xí)和認(rèn)識各部分內(nèi)容之間的聯(lián)系。

從《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》出發(fā)，本單元的內(nèi)容有三個特點。第一，本單元涉及了豐富多元的內(nèi)容，既為學(xué)生提供了學(xué)習(xí)、研究具體物質(zhì)的事實性知識和過程性方法，為學(xué)生掌握基本概念奠定了感性基礎(chǔ)，又為學(xué)生提供了豐富的了解化學(xué)與社會生活、生產(chǎn)緊密聯(lián)系的情境素材。第二，本單元涉及了種類繁多的物質(zhì)，它們屬于典型的元素化合物知識，具有生動、零散的特點，這些物質(zhì)通過暗含的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系體現(xiàn)出它們之間的關(guān)聯(lián)。第三，本單元涉及了多維度的化學(xué)學(xué)科觀念，包括體現(xiàn)對物質(zhì)認(rèn)識視角的“物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)影響用途”的結(jié)構(gòu)觀、轉(zhuǎn)化觀，體現(xiàn)基本技能和方法的分類觀、實驗觀，體現(xiàn)情意價值的化學(xué)與可持續(xù)發(fā)展觀、綠色化學(xué)觀等，其中的化學(xué)學(xué)科核心概念是“物質(zhì)”“結(jié)構(gòu)”“變化”[3]。

碳是構(gòu)成生命的基本元素，本節(jié)課以“碳”為核心，通過碳循環(huán)幫助學(xué)生認(rèn)識碳及其化合物的重要作用，幫助學(xué)生建立碳及其化合物的知識網(wǎng)絡(luò)。在知識建構(gòu)環(huán)節(jié)，筆者創(chuàng)設(shè)了“消失的珊瑚礁”這一真實的生活情境：以“珊瑚礁死亡”的相關(guān)新聞為切入點，引發(fā)學(xué)生對二氧化碳過量排放對環(huán)境的影響的關(guān)注；以“拯救珊瑚礁之我尋因”“拯救珊瑚礁之我行動”“拯救珊瑚礁之我暢想”為主要環(huán)節(jié)，引導(dǎo)學(xué)生梳理、分析、歸類以二氧化碳為中心的相關(guān)化學(xué)方程式，幫助學(xué)生明晰“碳”家族成員間的轉(zhuǎn)化關(guān)系[4]，建構(gòu)有序的知識結(jié)構(gòu)，認(rèn)識知識間的相互聯(lián)系和變化規(guī)律，建立循環(huán)觀念。在梳理二氧化碳吸收和轉(zhuǎn)化的過程中，筆者又設(shè)計了數(shù)字化實驗情境，探究澄清的石灰水與氫氧化鈣溶液吸收二氧化碳的效果，學(xué)生可以依據(jù)曲線和數(shù)字的變化情況進行分析，收集證據(jù)得出結(jié)論，結(jié)合溶解度數(shù)據(jù)對結(jié)論進行解釋，將不同內(nèi)容的知識進行縱橫關(guān)聯(lián)，為后續(xù)的學(xué)習(xí)提供保證。在實踐應(yīng)用環(huán)節(jié)，展示二氧化碳利用和轉(zhuǎn)化的新科技、新研究，拓寬學(xué)生視野，將課本內(nèi)的知識延伸至課外。在本單元的復(fù)習(xí)中，學(xué)生不僅能樹立物質(zhì)的守恒觀、轉(zhuǎn)化觀、分類觀等基本化學(xué)觀念，提升綜合實驗探究能力，還能在深度思考的過程中，逐步發(fā)展辯證思維、逆向思維、實證意識、實驗探究、證據(jù)推理等系列關(guān)鍵能力，而且也能認(rèn)識到化學(xué)學(xué)科知識的價值和意義。

二、教學(xué)目標(biāo)

根據(jù)教學(xué)內(nèi)容的選取、課程標(biāo)準(zhǔn)的相關(guān)解讀，設(shè)置本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)。第一，了解二氧化碳的主要性質(zhì)，認(rèn)識二氧化碳對人類生活生產(chǎn)和環(huán)境的影響。第二，通過梳理二氧化碳產(chǎn)生和消耗的途徑來繪制以二氧化碳為中心的思維導(dǎo)圖，建構(gòu)碳及其化合物之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系；通過適當(dāng)關(guān)聯(lián)溶解度、堿的化學(xué)性質(zhì)、燃燒與滅火等內(nèi)容，幫助學(xué)生進一步加深對物質(zhì)性質(zhì)與用途之間的關(guān)系的理解，建立起縱橫交錯的知識網(wǎng)絡(luò)，強化物質(zhì)的轉(zhuǎn)化觀、分類觀及科學(xué)合理運用化學(xué)物質(zhì)的思想。第三，通過數(shù)字化實驗探究不同物質(zhì)吸收二氧化碳的效果，增強學(xué)生的實驗探究能力和證據(jù)意識，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會熱點和環(huán)境問題，提升學(xué)生的社會責(zé)任感。

三、教學(xué)過程

（一）拯救珊瑚礁之我尋因

情境展示1：隨著人類活動越來越頻繁，我們的自然環(huán)境受到了越來越嚴(yán)重的影響。科學(xué)家通過研究發(fā)現(xiàn)，珊瑚礁正在面臨大面積白化和死亡。

提問：珊瑚礁大面積死亡的原因是什么？

學(xué)生活動：閱讀手中導(dǎo)學(xué)案上的資料，觀看珊瑚礁消失的相關(guān)新聞。

學(xué)生1：海水酸化導(dǎo)致珊瑚礁等一些軟體動物外殼溶解，海水升溫導(dǎo)致珊瑚礁白化。

學(xué)生2：過量排放的二氧化碳一方面會與水反應(yīng)生成碳酸，導(dǎo)致海水酸度增加；另一方面會造成溫室效應(yīng)加劇，導(dǎo)致海水升溫。

情境展示2：大氣中的二氧化碳長期穩(wěn)定在0.03%左右，但從2015年3月開始，大氣中的二氧化碳超過了0.04%。分析自然界、生產(chǎn)活動、家庭生活的哪些環(huán)節(jié)會產(chǎn)生二氧化碳，使空氣中二氧化碳含量增加。

學(xué)生活動：填寫調(diào)查表并匯報。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)真實的生產(chǎn)環(huán)保情境，促進學(xué)生認(rèn)識化學(xué)與人類生活的密切聯(lián)系，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注社會熱點，提升責(zé)任感與使命感，培養(yǎng)理解與辨析能力。

提問：如何以二氧化碳為中心，形成產(chǎn)生二氧化碳的轉(zhuǎn)化關(guān)系？

學(xué)生活動：繪制產(chǎn)生二氧化碳的思維導(dǎo)圖。

提問：同學(xué)們在思維導(dǎo)圖中均展示了利用碳酸鈉和稀鹽酸反應(yīng)產(chǎn)生二氧化碳，為什么實驗室不利用它制二氧化碳？

學(xué)生3：碳酸鈉粉末與酸的接觸面積比較大，反應(yīng)速率太快，人們不易收集產(chǎn)生的二氧化碳，而碳酸鈣為塊狀，與酸反應(yīng)速率適中，比較適合制取二氧化碳。

提問：能否利用塊狀碳酸鈣與稀硫酸反應(yīng)方法在實驗室制取二氧化碳？

學(xué)生4：不能，因為二者會產(chǎn)生微溶于水的硫酸鈣，它會覆蓋在塊狀碳酸鈣表面阻止二氧化碳進一步產(chǎn)生。

歸納總結(jié)：第一，二氧化碳的產(chǎn)生途徑；第二，實驗室制備氣體的一般原則是反應(yīng)物容易獲得，反應(yīng)條件容易達到，反應(yīng)容易控制，生成的氣體容易分離。

設(shè)計意圖：基于已有的知識與特有的生活經(jīng)驗，建構(gòu)以二氧化碳為中心的物質(zhì)轉(zhuǎn)化體系，樹立物質(zhì)的轉(zhuǎn)化觀；深化學(xué)生對氣體制備規(guī)律的認(rèn)識，培養(yǎng)其歸納與論證能力。

（二）拯救珊瑚礁之我行動

情境展示1：觀察大氣中二氧化碳濃度與地表溫度變化的關(guān)系圖，提取圖中的信息。

提問：如何認(rèn)識降低大氣中二氧化碳含量的途徑和方法？

學(xué)生5：正常大氣中二氧化碳濃度約為300 ppm，現(xiàn)在大氣中二氧化碳濃度已增加過多，若不采取措施進行調(diào)控，很容易帶來一系列不良影響。

提問：如何以二氧化碳為中心，形成消耗二氧化碳的轉(zhuǎn)化關(guān)系？

學(xué)生活動：繪制消耗二氧化碳的思維導(dǎo)圖。

提問：思維導(dǎo)圖中均展示了利用氫氧化鈉和氫氧化鈣吸收二氧化碳的方法，哪種物質(zhì)吸收二氧化碳的效果更好？

情境展示2：利用數(shù)字化實驗探究實驗室降低二氧化碳的方法。傳感器可以認(rèn)為是人類五官的延長，能檢測到單靠人類五官無法觀察到的現(xiàn)象，它的靈敏度非常高，能檢測到非常微弱的變化。數(shù)字化實驗就是利用傳感器采集數(shù)據(jù)，并轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號，以數(shù)值、圖形等形式輸出。

學(xué)生活動：觀察實驗現(xiàn)象并描述。

提問：根據(jù)教師提供的不同溫度下氫氧化鈣與氫氧化鈉的溶解度，思考為什么氫氧化鈉吸收二氧化碳的效果更好。

學(xué)生6：在相同條件下，氫氧化鈣微溶于水，而氫氧化鈉的溶解度更高，形成的飽和溶液濃度更高，故氫氧化鈉吸收二氧化碳的效果更好。

設(shè)計意圖：學(xué)以致用，根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的方案進行實踐操作，強化“性質(zhì)用途”觀念的建立，樹立科學(xué)的物質(zhì)觀、轉(zhuǎn)化觀以及合理使用物質(zhì)的思想，培養(yǎng)探究與推理能力。

（三）拯救珊瑚礁之我暢想

情境展示：低碳生活逐漸成為一種流行的生活方式。據(jù)統(tǒng)計，我國共有3.7 億個家庭，每個家庭節(jié)約1 度電，全國將減少2.9 億千克碳排放；每人每年減少糧食浪費0.5 千克，可節(jié)約24.1 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減排二氧化碳約61.2 萬噸……

提問：請查找家庭低碳行動可以采取的方式，分析這些方式能夠降低大氣中二氧化碳含量的原因。

學(xué)生活動：填寫調(diào)查表并匯報。

知識拓展：展示將二氧化碳變廢為寶的新技術(shù)。第一，冰島碳循環(huán)國際公司可將二氧化碳轉(zhuǎn)化為合成氣，并最終轉(zhuǎn)化為甲醇燃料；第二，瑞士建立了空氣洗滌裝置，抽走大氣中的二氧化碳進行存儲，再利用管道將其輸送到大棚用于種植蔬菜等；第三，發(fā)明人工樹葉，既能吸收大氣中的二氧化碳，又能起到裝飾美觀的作用；第四，二氧化碳作為工業(yè)廢料，經(jīng)過提純后即可當(dāng)制冷劑使用，因此價格低廉，與常用的氟利昂之類的制冷劑有50 甚至100 倍的價格差距，且更加綠色、環(huán)保和安全，例如2022年北京冬奧會就采用了先進的二氧化碳跨臨界直冷制冰技術(shù)，為運動員們高水平發(fā)揮提供了強有力的科技支撐。

總結(jié)：在控制大氣中的二氧化碳含量上，不僅要減少二氧化碳的排放，還要增加二氧化碳的吸收、轉(zhuǎn)化與利用率。值得一提的是，我國作為發(fā)展中國家，明確提出力爭2030年前實現(xiàn)碳達峰、2060年前實現(xiàn)碳中和，為推動構(gòu)建人類命運共同體作出應(yīng)有貢獻。

設(shè)計意圖：了解發(fā)展新技術(shù)對解決環(huán)境問題的重要意義，促進學(xué)生建立綠色化學(xué)觀，培養(yǎng)創(chuàng)新與分析能力。

四、教學(xué)實踐反思

本節(jié)課以“消失的珊瑚礁”為主題，以建構(gòu)有序的知識結(jié)構(gòu)為過程，以對比歸納為方法，以“物質(zhì)轉(zhuǎn)化”為核心概念，從“轉(zhuǎn)化”的整體關(guān)系上引導(dǎo)學(xué)生把握物質(zhì)變化及其相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律[5]。為了達成目標(biāo)，本節(jié)課在設(shè)計過程中注重以情境為主線將知識串聯(lián)起來，將情境貫穿課堂教學(xué)全過程。

第一，聯(lián)系生活實際，創(chuàng)設(shè)“消失的珊瑚礁”真實情境，喚醒學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，引導(dǎo)學(xué)生將已有的知識遷移到新的情境和認(rèn)知中，梳理二氧化碳的相關(guān)知識，進一步加深對碳循環(huán)的認(rèn)識，建構(gòu)碳及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，從唯物辯證主義的視角建立物質(zhì)觀、轉(zhuǎn)化觀等化學(xué)基本觀念和平衡思想。第二，運用手持技術(shù)，創(chuàng)設(shè)探究“比較氫氧化鈉和氫氧化鈣吸收二氧化碳的效果”實驗情境，拓展學(xué)生的已知區(qū)。采用數(shù)字化傳感器技術(shù)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實驗事實得出結(jié)論，拓寬學(xué)生的視野。提供真實可靠的數(shù)據(jù)資料，引導(dǎo)學(xué)生解釋結(jié)論背后的本質(zhì)原因，強化學(xué)生基于證據(jù)進行分析推理的能力，幫助學(xué)生進一步理解性質(zhì)與用途的關(guān)聯(lián)，為學(xué)生建立起縱橫交錯的知識網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)打下基礎(chǔ)。第三，追蹤社會熱點，創(chuàng)設(shè)“二氧化碳捕集和利用”新型科學(xué)技術(shù)的情境，引導(dǎo)學(xué)生利用新知識討論解決二氧化碳過量排放帶來的負面影響的問題，形成解決問題的一般思維方式，為構(gòu)建學(xué)生的模型認(rèn)知奠定基礎(chǔ)。

本節(jié)課基于真實情境引發(fā)的實際問題開展實驗探究、交流討論、反思評價等活動，引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)的性質(zhì)與變化、應(yīng)用與制備等角度來研究物質(zhì)，感知價類二維圖，感受碳循環(huán)中碳及其化合物的相互轉(zhuǎn)化，感悟人與自然、社會的和諧、可持續(xù)發(fā)展[6]。