素养为本的初中化学单元复习的教学设计——以认识“人工合成淀粉”为例

王鑫彤

（常州市正衡中学 江苏 常州 213003）

现阶段，很多复习课的模式比较单一，通常采用“罗列知识——例题解析——拓展训练”这样的方式，学生在课堂上对这种模式的复习没有什么兴趣，因此学习效率非常低。核心素养具有学科育人的功能，主要体现在通过对学生核心素养的培养，可以使学生形成正确的价值观，并且具有在个人发展过程中所需要的品格和能力。化学课程要培养的核心素养，主要包括化学观念、科学思维、科学探究与实践、科学态度与责任。［1］对于化学这门学科来讲，课程的教育价值是通过核心素养来反映的，育人的基本要求是需要核心素养来体现的，也就是说化学核心素养具体地表现了中国学生通过化学课堂的培养应具备的能力和素质，所以以素养为本的化学课堂才是我们现在为之努力的目标和方向。因此，笔者围绕核心素养对初中化学复习课进行了探索和尝试。

一、素养为本的教学设计结构

素养为本的复习课教学设计的目标是提升学生知识迁移能力。对于复习课来讲，不是简单知识点的罗列，而是将零散的知识从各个方向联系整合起来，形成合理的认知结构。在此基础之上，学生通过自己对旧知识更为深刻的理解，巧妙地把知识迁移到新问题的解决中，无形中提升了学生知识迁移能力。所以，素养为本的复习课教学不仅是学生对知识的内化（形成认知结构）和外化（知识的应用）过程，更是学科能力的提升过程，通过复习教学帮助学生实现从知识习得向意义建构再向能力生成的跨越，即达到了培养学生核心素养的目的。［2］

笔者以“人工合成淀粉”为主题，围绕主题设计了三个环节，通过再识人工产物、探析人工合成途径和体悟人工合成应用引出问题，针对问题引导学生开展活动，通过活动引领学生产生新的认知，培养学生不同的核心素养，具体教学设计的结构如图1所示。

图1 “人工合成淀粉”素养为本的教学设计结构

二、素养为本的教学实录

环节一：再识人工合成的产物

【引入】同学们有了解过人工合成淀粉这项技术吗？我国淀粉人工合成技术在去年9月份有了突破性的进展。下面我们先来看一段视频。

【视频1】有关人工合成淀粉的新闻报道。

【问题1】通过这段视频，同学们思考一下，你们觉得这项技术有什么现实的意义呢？

【学生】（观看视频）保护环境，早日实现碳中和；解决粮食匮乏的问题。

【问题2】淀粉在我们人类生活中有什么作用？

【学生】补充能量，维持生命。

【问题3】淀粉在人体内如何提供能量？

【学生】（回忆思考）淀粉在人体内通过水解生成葡萄糖，然后葡萄糖通过呼吸作用释放能量。

【资料卡1】低血糖和糖尿病

【问题4】如何检验食物中含有淀粉呢？

【学生】（思考表达）向食物中加入碘水或碘酒，若呈现蓝色，则含有淀粉。

【问题5】富含淀粉的食物有哪些？

【学生】米饭、红薯和土豆等。

【问题6】食物中的淀粉是怎样产生的？

【学生】先通过光合作用生成葡萄糖，再由葡萄糖进一步反应形成淀粉。

设计意图：在真实情境的代入下，引起学生的注意，让学生对这节课的学习产生疑问，从而自然而然地过渡到今天的学习主题。也希望通过这样的引入，让学生对化学有一定区别于其他学科的认识，保持对化学特殊的兴趣，在对待新鲜事物的探究上，有足够多的好奇心和丰富的想象力；让学生认识到化学学科在人类文明和社会可持续发展上起到了非常重要的作用，以此来培养学生科学态度与责任这一核心素养。通过对淀粉的作用、转化、检验和来源等内容的重构，让学生意识到化学与我们的生活联系非常紧密，可以运用化学知识来解决生活的实际问题，在一系列问题被解决的同时，培养了学生化学观念这一核心素养。

环节二：探析人工合成的途径

【问题7】光合作用的能量转化形式是怎样的呢？

【学生】光能转化成化学能。

【资料卡2】二氧化碳人工合成淀粉借鉴了生物转化淀粉的过程，首先利用光伏发电，通过水电解产生氢气，再利用催化剂（氧化锌-氧化锆）将氢气、二氧化碳转化成甲醇。甲醇通过10多种酶经过一系列步骤最终转化为淀粉。已知：①锆的元素符号是Zr，在化合物中呈现+4价。②甲醇分子结构如图2所示：

图2 甲醇分子结构图

【问题8】同学们通过这段资料思考一下人工合成淀粉的能量转化形式又是怎么样的呢？

【学生】（分析资料）光能转化为电能转化为化学能。

【小结】人工合成淀粉能量转化形式与光合作用有所不同，所以人工合成淀粉的能量转化效率远高于光合作用，这就是人工合成淀粉的优点。

【问题9】尝试写出相关物质的化学式。

【学生】（阅读信息，书写化学式）水的化学式为H2O，氢气的化学式为H2，氧化锌的化学式为ZnO，氧化锆的化学式为ZrO2，二氧化碳的化学式为CO2，甲醇的化学式为CH4O，淀粉的化学式为（C6H10O5）n。

【问题10】淀粉的化学式有哪些定量的意义？

【学生】（小组讨论后，小组代表汇报结果。）

【问题11】请同学们从组成上选择标准，将上述物质进行分类。

【学生】（思考回忆）组成上：从元素组成的种类数目来看，可以分为单质和化合物；除了氢气之外，可以分为有机化合物和无机化合物，虽然二氧化碳含有碳元素，但属于无机物。

【追问1】由一种元素组成的物质一定是单质吗？

【学生】不是，氧气和臭氧组成在一起就是混合物，所以必须是由一种元素组成的纯净物才是单质。

【问题12】请同学们从构成上选择标准，将上述物质进行分类。

【学生】（思考回忆）构成上：可以分为由离子构成的物质和由分子构成的物质，由离子构成的物质有ZnO和ZrO2，由分子构成的物质有H2O、H2、CO2、CH4O和（C6H10O5）n。

【追问2】构成物质的微粒还有什么？

【学生】原子。

【资料卡2】

【问题13】请再次阅读材料，完成上述物质转化的流程图，如图3所示。

图3 人工合成淀粉流程图

【学生】完成流程图，同伴互评。

【问题14】将该反应微观过程补充完整。

【学生】（迁移应用）画出微观过程，说出思路，同伴评价。

【问题15】在反应过程中，有哪些微粒发生了改变，哪些没有发生改变？（追问：原子的种类没变，那每种原子的个数变了吗？原子的总质量有变化吗？）

【学生】分子种类、数目都发生改变，原子个数、种类和质量都不变，所以原子的总质量也不变。

【归纳】在这个反应中，各原子的总质量是不变的，那么这种原子所对应的元素质量也是不变的。如该反应中：m（C，CO2）=m（C，H2O）

设计意图：通过对光合作用和人工合成淀粉过程能量转化形式的对比，让学生知道人工合成淀粉的优势。通过甲醇等物质化学式的书写，帮助学生进一步认识物质的宏观组成和微观构成，准确辨析物质分类和变化的宏微观区别，并掌握分子、原子的联系与区别。通过交流讨论、小组合作等学习活动培养学生的协作能力；在模拟物质微观变化的过程中，使学生将抽象的微粒具体化，帮助学生树立正确的“微粒观”和“变化观”。通过对二氧化碳人工合成淀粉过程的分析，用已有的化学知识来解决实际问题，加深对化学式的意义、质量守恒定律、化学式和化学方程式的书写等知识的理解，培养学生从宏观、微观和符号相结合的视角探究物质及其变化规律的科学思维。

环节三：体悟人工合成的应用

【过渡】当然，人工合成淀粉技术不仅可以解决人类的粮食问题，而且也可以解决过量二氧化碳排放的问题。

【问题16】二氧化碳属于空气污染物吗？

【学生】（回忆思考）不属于。

【问题17】空气污染物包含哪些物质？

【学生】（思考表达）SO2、NOx、可吸入颗粒物和CO。

【过渡】虽然二氧化碳不是空气污染物，但是碳排放过高对人类生活会有很大的影响，比如说会导致全球变暖，所以我们国家一直倡导碳中和，碳中和到底是怎么一回事呢？下面我们来看一段视频。

【视频2】碳中和。

【问题18】若将这5.6亿吨的二氧化碳通过该流程全部转化为淀粉，将得到多少亿吨淀粉？（提示：合成过程中碳元素质量守恒，即m（C，CO2）=m（C，淀粉））

【学生】黑板展示计算的过程，其他小组评价纠正。

设计意图：通过对视频的分析，培养学生选择和提取有用信息的能力并利用获取的信息解决问题，提升学生在陌生情境下解决实际问题的能力。通过二氧化碳和淀粉之间的转化过程的分析，除了让学生理解和掌握元素守恒的计算方法之外，也希望学生能渐渐对化学这门学科在社会发展中的功能有一定的认识，当然是要在理解科学、技术、社会和环境之间联系的前提之下，培养责任担当意识。

环节四：课堂总结

【结语】今天这节课，我们围绕人工合成淀粉复习了初中化学部分知识，通过对人工合成的产物、人工合成的途径以及人工合成的应用这三个方面的学习，不仅对相关内容进行了重构，而且在学习的过程中，培养了学科素养，提升了学习化学的能力。（板书，见图4。）

图4 认识“人工合成淀粉”复习课板书

二、素养为本的教学的思考

1.情境真实，拓展视野

传统教学产生惰性知识的一个重要原因是即便知识的组织方式是结构化的，但由于这些结构多是以学科逻辑链接在一起，缺乏情境脉络的支持，因而在遇到问题时无法与问题情境对接，找到有针对性的解决策略，这种图式则是僵化、无效的。［3］所以在复习课中需要将真实的情境作为教学的载体，才能使得复习过程更为高效。

本节课的情境是从我国的人工合成淀粉技术展开的。情境真实且贴近生活实际，科学先进且围绕社会热点。在真实情境的代入下，引起学生的注意，让学生对这节课的学习产生兴趣，从而自然而然地过渡到学习主题，顺利引发了复习课的学习任务。

2.知识建构，细致全面

在课堂中，学生的思维不能被老师的思维所代替，所以在以素养为本的教学过程中知识的建构需要启发学生的自主能动性。只有学生真正陶醉在课堂中，愿意通过老师的引导，最终找出所有问题的答案，这样的课堂才更有意义。

本节课复习建构的知识细致全面，充分地调动了学生的学习积极性。在环节二中复习了第三章有关化学式的书写、化学式的定量意义、物质的分类方式和化学反应的微观本质等内容。通过问题链帮助学生逐步分析了人工合成淀粉技术的反应物质，由浅到深解析了该项技术的合成原理，契合了课程标准中重点要求帮助学生掌握认识物质的组成和结构的思路和方法这一新增要求。在环节三中复习了第九章空气污染物以及第四章质量守恒定律中的相关内容。通过解决实际问题来复习专题知识点，让复习课尽可能地活跃了起来。

3.设问连贯，提升素养

课堂教学逻辑往往是通过问题来推进，而问题的设计需要关注学生的高阶认知，问题就是一节课前进的方向，而问题的水平也将决定学生思维的深度。［3］

本节课通过对引入视频的提问，让学生首先思考社会实际问题，然后通过对淀粉相关内容的复习，把社会实际问题与化学这门学科联系起来，激发学生对物质世界的好奇心，形成物质及其变化等基本化学观念，让学生在学习中找到个人发展的方向，用科学严谨的态度对待所有遇到的问题，并对这个社会有自己的责任意识。在探究人工合成的途径中共设置了八个问题，通过引导学生写出物质，分析转化，然后从微观角度剖析反应，初步了解该项技术的反应原理。将高大上的科研知识细化成学生能掌握理解的几个知识点，同时让学生在复习的过程中进一步掌握了元素观、微粒观、变化观中的定性定量、宏微结合等学科思想，培养学生从宏观、微观和符号相结合的视角探究物质及其变化规律的科学思维。

4.立意深刻，引发思考

在社会发展的进程中，拥有多种素养才是人生存和发展的根基，面对不同方面的需求，所需要的素养也各不相同，并不是所有的素养都一样重要。世界各国共同倡导的核心素养，如创造性、批判性思维、问题解决和开发高质量产品的能力等都是面对21世纪复杂问题情境时做出理智的判断、决策和行动等的“高级素养”。［4］所以在素养为本的复习课教学设计中需要体现化学学科的育人价值，在问题的解决中，让学生感受到化学的力量，潜移默化地培养学生的核心素养。

本节课充分体现了化学学科的育人价值。通过了解人工合成淀粉这项技术让学生感受到化学的学科价值在于有效利用化学反应解决发展问题。通过温室效应、碳达峰和碳中和等热点资讯引导学生形成保护环境、关注绿色发展的意识。通过技术的原理介绍，让学生感叹祖国科技力量的强大。这几点都契合了课程标准中要求帮助学生树立人与自然和谐共生的科学自然观和绿色发展观，以及为建设社会主义现代化强国，实现中华民族伟大复兴而学习化学的志向和责任担当。