在情境中建构知识体系
——以“碳和碳的氧化物”复习教学设计为例

吴 尚

一、概述

情境教学是以“情感”为教育理论的出发点和教学实践的切入点，以学生为主体，根据教学需要创设或营造相关的场景或氛围，引起学生产生情感共鸣[1]。在教师的指导、帮助下，通过对学习资源的主动应用，在自主探索和互动合作的过程中，不断提出问题和解决问题，从而完成学习任务，并实现学科知识建构与素养的发展[2]。本文以“碳和碳的氧化物”复习教学设计为例，以“消失的珊瑚礁”这一教学情境贯穿始终，不断引导学生遵循知识情境发展的主线进行科学探究，逐步学习和认识各部分内容之间的联系。

从《义务教育化学课程标准》出发，本单元的内容有三个特点。第一，本单元涉及了丰富多元的内容，既为学生提供了学习、研究具体物质的事实性知识和过程性方法，为学生掌握基本概念奠定了感性基础，又为学生提供了丰富的了解化学与社会生活、生产紧密联系的情境素材。第二，本单元涉及了种类繁多的物质，它们属于典型的元素化合物知识，具有生动、零散的特点，这些物质通过暗含的相互转化关系体现出它们之间的关联。第三，本单元涉及了多维度的化学学科观念，包括体现对物质认识视角的“物质结构决定性质、性质影响用途”的结构观、转化观，体现基本技能和方法的分类观、实验观，体现情意价值的化学与可持续发展观、绿色化学观等，其中的化学学科核心概念是“物质”“结构”“变化”[3]。

碳是构成生命的基本元素，本节课以“碳”为核心，通过碳循环帮助学生认识碳及其化合物的重要作用，帮助学生建立碳及其化合物的知识网络。在知识建构环节，笔者创设了“消失的珊瑚礁”这一真实的生活情境：以“珊瑚礁死亡”的相关新闻为切入点，引发学生对二氧化碳过量排放对环境的影响的关注；以“拯救珊瑚礁之我寻因”“拯救珊瑚礁之我行动”“拯救珊瑚礁之我畅想”为主要环节，引导学生梳理、分析、归类以二氧化碳为中心的相关化学方程式，帮助学生明晰“碳”家族成员间的转化关系[4]，建构有序的知识结构，认识知识间的相互联系和变化规律，建立循环观念。在梳理二氧化碳吸收和转化的过程中，笔者又设计了数字化实验情境，探究澄清的石灰水与氢氧化钙溶液吸收二氧化碳的效果，学生可以依据曲线和数字的变化情况进行分析，收集证据得出结论，结合溶解度数据对结论进行解释，将不同内容的知识进行纵横关联，为后续的学习提供保证。在实践应用环节，展示二氧化碳利用和转化的新科技、新研究，拓宽学生视野，将课本内的知识延伸至课外。在本单元的复习中，学生不仅能树立物质的守恒观、转化观、分类观等基本化学观念，提升综合实验探究能力，还能在深度思考的过程中，逐步发展辩证思维、逆向思维、实证意识、实验探究、证据推理等系列关键能力，而且也能认识到化学学科知识的价值和意义。

二、教学目标

根据教学内容的选取、课程标准的相关解读，设置本节课的教学目标。第一，了解二氧化碳的主要性质，认识二氧化碳对人类生活生产和环境的影响。第二，通过梳理二氧化碳产生和消耗的途径来绘制以二氧化碳为中心的思维导图，建构碳及其化合物之间的转化关系；通过适当关联溶解度、碱的化学性质、燃烧与灭火等内容，帮助学生进一步加深对物质性质与用途之间的关系的理解，建立起纵横交错的知识网络，强化物质的转化观、分类观及科学合理运用化学物质的思想。第三，通过数字化实验探究不同物质吸收二氧化碳的效果，增强学生的实验探究能力和证据意识，引导学生关注社会热点和环境问题，提升学生的社会责任感。

三、教学过程

（一）拯救珊瑚礁之我寻因

情境展示1：随着人类活动越来越频繁，我们的自然环境受到了越来越严重的影响。科学家通过研究发现，珊瑚礁正在面临大面积白化和死亡。

提问：珊瑚礁大面积死亡的原因是什么？

学生活动：阅读手中导学案上的资料，观看珊瑚礁消失的相关新闻。

学生1：海水酸化导致珊瑚礁等一些软体动物外壳溶解，海水升温导致珊瑚礁白化。

学生2：过量排放的二氧化碳一方面会与水反应生成碳酸，导致海水酸度增加；另一方面会造成温室效应加剧，导致海水升温。

情境展示2：大气中的二氧化碳长期稳定在0.03%左右，但从2015年3月开始，大气中的二氧化碳超过了0.04%。分析自然界、生产活动、家庭生活的哪些环节会产生二氧化碳，使空气中二氧化碳含量增加。

学生活动：填写调查表并汇报。

设计意图：创设真实的生产环保情境，促进学生认识化学与人类生活的密切联系，引导学生关注社会热点，提升责任感与使命感，培养理解与辨析能力。

提问：如何以二氧化碳为中心，形成产生二氧化碳的转化关系？

学生活动：绘制产生二氧化碳的思维导图。

提问：同学们在思维导图中均展示了利用碳酸钠和稀盐酸反应产生二氧化碳，为什么实验室不利用它制二氧化碳？

学生3：碳酸钠粉末与酸的接触面积比较大，反应速率太快，人们不易收集产生的二氧化碳，而碳酸钙为块状，与酸反应速率适中，比较适合制取二氧化碳。

提问：能否利用块状碳酸钙与稀硫酸反应方法在实验室制取二氧化碳？

学生4：不能，因为二者会产生微溶于水的硫酸钙，它会覆盖在块状碳酸钙表面阻止二氧化碳进一步产生。

归纳总结：第一，二氧化碳的产生途径；第二，实验室制备气体的一般原则是反应物容易获得，反应条件容易达到，反应容易控制，生成的气体容易分离。

设计意图：基于已有的知识与特有的生活经验，建构以二氧化碳为中心的物质转化体系，树立物质的转化观；深化学生对气体制备规律的认识，培养其归纳与论证能力。

（二）拯救珊瑚礁之我行动

情境展示1：观察大气中二氧化碳浓度与地表温度变化的关系图，提取图中的信息。

提问：如何认识降低大气中二氧化碳含量的途径和方法？

学生5：正常大气中二氧化碳浓度约为300 ppm，现在大气中二氧化碳浓度已增加过多，若不采取措施进行调控，很容易带来一系列不良影响。

提问：如何以二氧化碳为中心，形成消耗二氧化碳的转化关系？

学生活动：绘制消耗二氧化碳的思维导图。

提问：思维导图中均展示了利用氢氧化钠和氢氧化钙吸收二氧化碳的方法，哪种物质吸收二氧化碳的效果更好？

情境展示2：利用数字化实验探究实验室降低二氧化碳的方法。传感器可以认为是人类五官的延长，能检测到单靠人类五官无法观察到的现象，它的灵敏度非常高，能检测到非常微弱的变化。数字化实验就是利用传感器采集数据，并转化为数字信号，以数值、图形等形式输出。

学生活动：观察实验现象并描述。

提问：根据教师提供的不同温度下氢氧化钙与氢氧化钠的溶解度，思考为什么氢氧化钠吸收二氧化碳的效果更好。

学生6：在相同条件下，氢氧化钙微溶于水，而氢氧化钠的溶解度更高，形成的饱和溶液浓度更高，故氢氧化钠吸收二氧化碳的效果更好。

设计意图：学以致用，根据物质的性质选择合适的方案进行实践操作，强化“性质用途”观念的建立，树立科学的物质观、转化观以及合理使用物质的思想，培养探究与推理能力。

（三）拯救珊瑚礁之我畅想

情境展示：低碳生活逐渐成为一种流行的生活方式。据统计，我国共有3.7 亿个家庭，每个家庭节约1 度电，全国将减少2.9 亿千克碳排放；每人每年减少粮食浪费0.5 千克，可节约24.1 万吨标准煤，减排二氧化碳约61.2 万吨……

提问：请查找家庭低碳行动可以采取的方式，分析这些方式能够降低大气中二氧化碳含量的原因。

学生活动：填写调查表并汇报。

知识拓展：展示将二氧化碳变废为宝的新技术。第一，冰岛碳循环国际公司可将二氧化碳转化为合成气，并最终转化为甲醇燃料；第二，瑞士建立了空气洗涤装置，抽走大气中的二氧化碳进行存储，再利用管道将其输送到大棚用于种植蔬菜等；第三，发明人工树叶，既能吸收大气中的二氧化碳，又能起到装饰美观的作用；第四，二氧化碳作为工业废料，经过提纯后即可当制冷剂使用，因此价格低廉，与常用的氟利昂之类的制冷剂有50 甚至100 倍的价格差距，且更加绿色、环保和安全，例如2022年北京冬奥会就采用了先进的二氧化碳跨临界直冷制冰技术，为运动员们高水平发挥提供了强有力的科技支撑。

总结：在控制大气中的二氧化碳含量上，不仅要减少二氧化碳的排放，还要增加二氧化碳的吸收、转化与利用率。值得一提的是，我国作为发展中国家，明确提出力争2030年前实现碳达峰、2060年前实现碳中和，为推动构建人类命运共同体作出应有贡献。

设计意图：了解发展新技术对解决环境问题的重要意义，促进学生建立绿色化学观，培养创新与分析能力。

四、教学实践反思

本节课以“消失的珊瑚礁”为主题，以建构有序的知识结构为过程，以对比归纳为方法，以“物质转化”为核心概念，从“转化”的整体关系上引导学生把握物质变化及其相互转化的规律[5]。为了达成目标，本节课在设计过程中注重以情境为主线将知识串联起来，将情境贯穿课堂教学全过程。

第一，联系生活实际，创设“消失的珊瑚礁”真实情境，唤醒学生的最近发展区，引导学生将已有的知识迁移到新的情境和认知中，梳理二氧化碳的相关知识，进一步加深对碳循环的认识，建构碳及其化合物的转化关系，从唯物辩证主义的视角建立物质观、转化观等化学基本观念和平衡思想。第二，运用手持技术，创设探究“比较氢氧化钠和氢氧化钙吸收二氧化碳的效果”实验情境，拓展学生的已知区。采用数字化传感器技术，引导学生根据实验事实得出结论，拓宽学生的视野。提供真实可靠的数据资料，引导学生解释结论背后的本质原因，强化学生基于证据进行分析推理的能力，帮助学生进一步理解性质与用途的关联，为学生建立起纵横交错的知识网络结构打下基础。第三，追踪社会热点，创设“二氧化碳捕集和利用”新型科学技术的情境，引导学生利用新知识讨论解决二氧化碳过量排放带来的负面影响的问题，形成解决问题的一般思维方式，为构建学生的模型认知奠定基础。

本节课基于真实情境引发的实际问题开展实验探究、交流讨论、反思评价等活动，引导学生从物质的性质与变化、应用与制备等角度来研究物质，感知价类二维图，感受碳循环中碳及其化合物的相互转化，感悟人与自然、社会的和谐、可持续发展[6]。