基于教材二次开发提升核心素养的教学设计

宋鹤丽

摘要：以北京出版社义务教育教科书九年级化学上册第八章第1节“碳的单质”为例，介绍了教师如何创造性使用教材，基于教材设计有效的学生活动和教师活动，注重化学实验的设计和演示，旨在提高学生学习的有效性，提升学生的核心素养。

关键词：碳的单质;化学实验;核心素养;学习有效性

文章编号：1008-0546（2019）12-0059-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.018

新一轮的课程改革，颠覆了传统教育观念下教材的绝对化和权威化的地位。教材不再是学科知识的简单载体，而是重要的课程资源，教师也不再是单一的教材使用者，而是课程资源的开发者，具有开发教材的权利和责任。新课程改革提倡以学生的发展为根本，化学教师在使用教材时应自觉主动地对教材进行创造性使用，使教材更好地适合教育教学的需要。

一、问题提出

2015年年底，我国颁布了《中国学生发展核心素养（征求意见稿）》，标志着核心素养成为指导当前教育教学的主要思想和理念。同时，高中各学科课程标准的修订将核心素养作为教育教学目标。相关研究表明，化学学科的核心素养主要体现在以下几方面：宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、实验探究与创新意识、科学态度与社会责任。实验探究、问题解决是其中重要方面。

“碳的单质”教学内容是学生首次从单一的物质学习，过渡到以“碳”为核心的一类物质的学习。碳循环、碳单质等内容的选取，既是对前面几章接触到的含碳物质的汇总，又为接下来用分类方法学习金属、酸、碱、盐进行铺垫。本节课从我国清华大学科学家发现超长碳纳米管引入课题，学生通过观看视频和小组交流知道石墨烯、石墨、金刚石、C60等碳的单质的性质和用途，比较碳单质的原子结构和性质，体会结构决定性质、性质决定用途的思想，认识物质的多样性。学生还通过实验探究石墨的导电性，通过化学实验“自制炭黑”了解徽墨制作的原理，认识碳单质的稳定性。课堂中教师还演示了碳还原氧化铜的实验，提出碳的还原性，并分析该变化中碳元素的转化方式，尝试从元素化合价和物质分类的角度对化学变化进行分析和推理，为以后学习氧化还原反应做铺垫。整节课的设计关注化学实验教学，提高学生学习的有效性，提升学生化学学科核心素养。

二、学生前测分析

教材中用自然界中碳的循环引入碳元素的化合物，本节课依据碳循环的部分内容，结合学生认知，设计了以下的学生访谈问题：（1）知道什么是单质吗？请举例说明。本题96.55%的同学知道单质的定义，并能举例说明。其中有两位同学把一种元素组成写成了一种物质组成，但是例子是对的。（2）你知道什么是化合物吗？请举例说明。本题82.75%的同学回答了化合物是多种元素组成的纯净物。3.45%的同学没作答，10.35%的同学回答错误。（3）请你说出一些含碳元素的物质，并对这些物质进行分类。本题大多数同学能写出二氧化碳、碳，还有的同学写酒精、石油、天然气、钻石，还有一些同学错误地认为氢氧化钙中含有碳元素。对物质进行分类的同学较少，有20.69%的同学对物质进行分类，二氧化碳是氧化物或化合物，酒精是有机物或纯净物。还有一位同学是从物质的状态进行分类的。（4）同种元素可以组成不同的物质吗？请举例说明。17.24%的同学回答可以，并正确举例，列举的例子有：氧气和臭氧、水和过氧化氢，高锰酸钾和锰酸钾。没有同学列举一氧化碳和二氧化碳。17.24%的同学回答不可以。还有65.52%的同学回答可以，但是没有举例。（5）自然界中的碳循环（见北京出版社义务教育教科书·化学·九年级上册第142页图8-1），产生二氧化碳的途径有①，消耗二氧化碳的途径有②，煤炭、泥炭的主要成分是③。本题主要考查学生对大气中二氧化碳的产生和吸收的基本知识，以及是否知道煤炭、泥炭的主要成分。空①②有20.69%的同学回答错误，79.31%的同学回答正确。空①学生填写的主要有：燃烧，呼吸，尾气，分解。空②回答的基本是光合作用。空③最让人意外，有51.72%的同学不会回答或回答错误，有48.28%的同学回答正确（碳、碳元素的单质）。

通过学生的前测分析，我们发现学生基本掌握了单质的定义，也认识了一些含碳元素的物质，但是对于按照物质的类别来学习一类物质还比较陌生，本节课的教学难点就设置在如何建立分析物质性质的认知模型，帮助学生从单一的物质学习，过渡到以“碳”为核心的一类物质的学习。本节课的教学重点是以碳单质为例，认识物质的多样性，并以金刚石、石墨、碳60为例渗透结构决定性质、性质决定用途的观念。

三、创新设计

1.课题引入

播放新闻“北京研制出世界最长碳纳米管”（图1），并介绍碳纳米管的由来（图2）。

学生通过了解我国科学家制造出世界最长碳纳米管，感受民族自豪感。认识碳纳米管、石墨烯、石墨的微觀结构，体会物质的多样性，感受化学的美丽。

2.认识碳单质发现的历史

教师展示碳单质发现历史的图片（图3），并讲述：这些都是碳元素组成的单质，让学生感受到物质的多样性。并提出问题：你在生活中见过这些碳单质吗？学生回答：见过钻石、铅笔芯，进入下一环节：认识碳单质的性质和用途。

3.认识金刚石、石墨、碳60等的性质和用途

通过观看教学视频了解碳单质的性质和用途，以及它们的晶体结构。让学生认识到结构决定性质，性质决定用途。学生还通过自己动手实验验证了石墨的导电性（图4）。

教师讲述活性炭、木炭、炭黑、焦炭含有石墨和杂质，主要成分也是碳，并展示图片，教师提出问题：这些物质在生活中有哪些用途呢？学生熟悉活性炭、木炭的用途（燃料、水的净化等），但是对于炭黑和焦炭的用途不太熟悉，所以教师设置了一个环节：观看徽墨制作的视频（视频来源《书香中国话传承》），并让学生“自制炭黑，在宣纸上写字”（图5），充分感受炭黑的用途，感受我国传统文化的魅力。教师总结，常温下，碳化学性质稳定，利用碳的稳定性和颜色，炭黑可用于制墨绘画。

为了讲述焦炭的用途，教师演示实验“木炭还原氧化铜”，在实验前，让学生根据反应前后元素种类不变，分析可能的产物是什么？提出猜想：分析c+CuO=？①CO，Cu②CO2，Cu③CO，CO2，cu，然后通过实验验证猜想。本实验不容易成功，本人采取了一种方法使实验的成功率提升：将木炭研成粉末，与氧化铜粉末按照质量比1：10的比例混合，并用棉花蘸满粉末（棉花整个变黑了），加热前在棉花上滴几滴酒精，反应现象会很明显（图6）。

本节课中，我们还分析了反应前后的化合价变化，以及物质种类的变化，如：

碳元素从碳的单质转化为碳的化合物，化合价也随之发生了改变。让学生从更多角度认识化学变化，如物质类别的角度，化合价角度，元素守恒的角度等，建立分析物质性质的认知模型，这是本节课的难点，在本章后续学习中要继续强化。

四、教学反思

1.关注学生核心素养以及学科素养的培养

创设生活中的实际情境，整节课是紧密联系碳单质的发现历史和应用来展开的，与生活科技紧密联系。通过新闻《北京研制出最长碳纳米管》的引入，吸引学生眼球，知道碳单质在生产生活、航空航天有着重要用途，甚至可以制造登上月球的天梯，还能制出扯不断的绳子，打不透的防弹衣，感受化学材料的巨大魅力，从而进入碳单质的学习。教师从碳纳米管出发，还介绍了碳单质的发现历史，学生知道了碳60的发现开启了碳纳米材料的研究，感受科学的发展历史，感受科学与生活的紧密联系。通过石墨导电性、自制炭黑等学生实验活动，培养学生的小组合作、观察与描述实验现象、分析现象得出结论等能力。通过碳的完全燃烧放出热量，到利用热量做饭取暖以及取暖可能会煤气中毒等环节的设计，关注学生由化学走向生活，从生活走向化学的意识提升。通过观看徽墨制作的视频，了解徽墨是由桐油不完全燃烧生成的炭黑制成，关注学生传统文化的熏陶。同时，关注学生对化学反应的深入认识，从元素守恒的思想分析反应，从物质转化的角度分析反应，从化合价变化的角度去分析化学反应——多角度地认识化学变化。

2.关注实验在化学教学中的重要作用

本节课充分关注实验在化学教学中的重要作用，为了更好地让学生理解性质决定用途的理念，设计了石墨的导电性实验。为了感受碳单质的稳定性，设计了自制炭黑，并用炭黑在宣纸上写字的实验活动。演示实验碳还原氧化铜，感受碳的还原性，并应用于炼铁。利用化学实验，将化学知识中的理论知识与操作实践相结合，促进学生更好地掌握化学知识点，从而提高学生对化学知识的学习效率和课堂教学效率，提高课堂学习的有效性。

3.充分体现物质的多样性

整节课中，涉及到很多含碳物质，比如金刚石、石墨、碳60、碳纳米管、石墨烯、木炭、煤炭、炭黑、活性炭，还有在前测中涉及到的泥炭等，充分体现了物质的多样性。本节课还有需要改进的地方，关于石墨烯的发现和用途在本节课中没有提到，为了弥补这個不足，教师布置了化学作业：制作化学手抄报《石墨烯的发现和应用》（图7）。