謝敏隨

摘要：從STSE教育理念出發(fā)，以“碳”的歷史發(fā)展為主線，以體驗(yàn)式探究活動(dòng)為載體，以信息化技術(shù)為媒介，讓學(xué)生在輕松愉悅的環(huán)境中感悟物質(zhì)的“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”之間的關(guān)系，充分體會(huì)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值，提升民族自豪感。關(guān)鍵詞：初中化學(xué);核心素養(yǎng);STSE教育;教學(xué)重構(gòu)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）10x-0034-04中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2011年版）》指出：“義務(wù)教育階段的化學(xué)教育要激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的好奇心，培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境的相互關(guān)系，形成化學(xué)的基本觀念，提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)”。[1]基于這一認(rèn)識(shí)，筆者在開設(shè)龍崗區(qū)公開課——“金剛石石墨C60（第一課時(shí)）”時(shí)，從學(xué)生熟悉的生活情境入手，以體驗(yàn)式探究活動(dòng)為載體，以碳單質(zhì)材料的發(fā)展為主線，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)和STSE教育理念做了一些探索。

一、教學(xué)主題內(nèi)容及現(xiàn)狀分析

本節(jié)課是人教版初中化學(xué)第六單元課題1“金剛石石墨C60（第一課時(shí)）”的內(nèi)容。教材緊密聯(lián)系生活實(shí)際，先圖文并茂介紹了金剛石和石墨的結(jié)構(gòu)、物理性質(zhì)和用途，隨后又介紹了木炭、活性炭等含有碳單質(zhì)的材料在生活中的廣泛應(yīng)用，安排了木炭吸附實(shí)驗(yàn)，啟發(fā)學(xué)生感悟物質(zhì)的性質(zhì)和用途之間的關(guān)系;最后介紹新型碳單質(zhì)材料C60的結(jié)構(gòu)及應(yīng)用前景，并利用資料卡片穿插前沿科技進(jìn)展，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到，隨著科技的不斷發(fā)展，會(huì)有更多碳單質(zhì)的新形態(tài)被發(fā)現(xiàn)和應(yīng)用。

教材內(nèi)容豐富，對(duì)知識(shí)點(diǎn)要求不高。但筆者認(rèn)為存在三個(gè)值得研究的問題：

1.教材先介紹金剛石和石墨兩種碳單質(zhì)，再介紹生活中木炭、活性炭這些含有碳的單質(zhì)，最后又介紹新型碳單質(zhì)材料，按照這樣的編排順序開展教學(xué)不夠連貫、順暢;

2.教材直接呈現(xiàn)出金剛石、石墨的結(jié)構(gòu)，再介紹它們的物理性質(zhì)和用途，只安排了木炭或活性炭的吸附實(shí)驗(yàn)，缺乏必要的證據(jù)讓學(xué)生多方位感悟物質(zhì)結(jié)構(gòu)、性質(zhì)和用途之間的關(guān)系;

3.新型碳材料在生活中的應(yīng)用已經(jīng)逐漸普及，但教材沒有及時(shí)更新，與時(shí)代脫軌。

目前，基于人教版教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行優(yōu)化的教學(xué)設(shè)計(jì)主要有：（1）增加實(shí)驗(yàn)探究?jī)?nèi)容豐富感性體驗(yàn)，如：將金剛石切割玻璃的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示;[2]（2）強(qiáng)化“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”這一觀念，如：圖片或模型展示金剛石和石墨的微觀結(jié)構(gòu)，[3]啟發(fā)學(xué)生思考兩種結(jié)構(gòu)有何不同;（3）鏈接前沿科技拓展視野，如：圖片或視頻展示新型碳單質(zhì)材料的發(fā)展和應(yīng)用。[4]筆者認(rèn)為，演示實(shí)驗(yàn)無法讓學(xué)生獲得更深刻體會(huì)，對(duì)于“性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)”這一思維的建立缺乏有效探索，在開闊學(xué)生眼界的同時(shí)還可以滲透德育精神和愛國(guó)情懷。

二、教學(xué)思想與創(chuàng)新設(shè)計(jì)

黨的十九大提出學(xué)校教育要落實(shí)“立德樹人”，要重視“學(xué)科素養(yǎng)”。圍繞這一核心目標(biāo)和STSE教育理念，筆者對(duì)本節(jié)課的教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行以下改進(jìn)：

1.對(duì)課本內(nèi)容進(jìn)行重構(gòu)，體現(xiàn)學(xué)科特征

首先從熟悉的生活情境入手，讓學(xué)生感受“碳”（木炭、活性炭、焦炭、炭黑等）在生活中的廣泛應(yīng)用，這些“炭”都是含有碳單質(zhì)的材料，屬于混合物，由此啟發(fā)學(xué)生思考“是否存在只由碳元素組成的純凈物？”再引出金剛石和石墨，這樣的設(shè)計(jì)更能體現(xiàn)化學(xué)的分類思想，也能幫助學(xué)生區(qū)別“碳”和“炭”的不同。前面這些物質(zhì)都是天然存在的，對(duì)于新型碳單質(zhì)材料的引入，筆者啟發(fā)學(xué)生思考“能否將天然石墨轉(zhuǎn)變成金剛石？”帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入到21世紀(jì)人工合成時(shí)代，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)到化學(xué)學(xué)科的特征是不斷研究和創(chuàng)造新物質(zhì)，以滿足人類生產(chǎn)、生活的需要。

2.采用體驗(yàn)式探究式活動(dòng)，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)

筆者利用“快樂盲盒”讓學(xué)生大膽猜想生活中碳單質(zhì)材料的主要成分及其物理性質(zhì)，再通過實(shí)驗(yàn)探究讓學(xué)生充分感受活性炭的吸附性、金剛石的硬度、石墨的質(zhì)地和導(dǎo)電性。隨后通過小組合作探究拼裝出金剛石可能存在的微觀結(jié)構(gòu)，最后利用模型、動(dòng)圖和類比等方法幫助學(xué)生建立思維模型，從而構(gòu)建物質(zhì)“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”的關(guān)系。這樣的設(shè)計(jì)能打破傳統(tǒng)知識(shí)傳授型教學(xué)，更加符合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展規(guī)律。

3.巧用微課，構(gòu)建高效課堂

為了展示金剛石的璀璨和堅(jiān)硬，筆者精心制作微課向?qū)W生介紹金剛石的用途，利用高清視頻讓學(xué)生感受到化學(xué)之美;為了探究金剛石和石墨都由碳元素組成，筆者利用微課進(jìn)行課堂演示，啟發(fā)學(xué)生從宏觀的角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成;為了充分挖掘教材中的人文價(jià)值，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，筆者利用微課向?qū)W生介紹我國(guó)新型碳單質(zhì)材料的研究進(jìn)展及目前在國(guó)際上取得的最新成就，充分展示化學(xué)對(duì)人類美好未來做出的巨大貢獻(xiàn)，落實(shí)“立德樹人”的教育功能。

三、教學(xué)流程

本課的教學(xué)流程如圖1所示。

四、教學(xué)過程

[引入]教師左手舉起一大塊黑灰的木炭，右手舉起一顆璀璨的“大鉆戒”（道具）。

[提問]它們都是由什么元素組成的？

活動(dòng)一：感受“碳”的豐富多彩

1.混合物——含碳單質(zhì)的材料（木炭、活性炭、炭黑等）

[實(shí)物展示]學(xué)生展示課前收集的碳棒電池、不同型號(hào)鉛筆芯、冰箱除味劑、墨水、眉筆、碳粉墨盒等，并介紹這些材料的用途。

[討論]“碳”和“炭”的區(qū)別。

[點(diǎn)撥]我們常說的“炭”指的是具體的物質(zhì)，比如：木炭、活性炭、炭黑。這些物質(zhì)的主要成分為碳單質(zhì)，它們通常含有其他雜質(zhì)，屬于混合物。

[思考]有沒有由碳元素組成的純凈物？

2.純凈物——碳單質(zhì)（金剛石、石墨）

[圖片]金剛石和石墨。

[提問]老師舉起裝有石墨電極和“鉆石”的盒子，并提問盒子里有一共有幾種物質(zhì)？有幾種元素？由一種元素組成的物質(zhì)一定是單質(zhì)嗎？

[化學(xué)與STSE]播放視頻，介紹金剛石可作為鉆石和切割工具，也可應(yīng)用于地質(zhì)鉆探等。

設(shè)計(jì)意圖：該環(huán)節(jié)緊密聯(lián)系生活實(shí)際，采用自主學(xué)習(xí)的方法，課前讓學(xué)生尋找生活中的碳單質(zhì)材料，并在課堂上進(jìn)行展示、介紹其用途，同時(shí)利用圖片和視頻，讓學(xué)生感受“碳”的豐富及在生產(chǎn)實(shí)際中的廣泛應(yīng)用，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。將木炭、活性炭的介紹放在石墨和金剛石的前面，再利用問題串和真實(shí)情境啟發(fā)學(xué)生感受物質(zhì)世界的多樣性，這樣的設(shè)計(jì)更能體現(xiàn)化學(xué)分類思想和學(xué)科特點(diǎn)。

活動(dòng)二：感知“碳”的物理性質(zhì)和用途

[快樂盲盒]猜猜我是誰？盒子里面有“鉆石”、碳棒電池、2B鉛筆、簡(jiǎn)易凈水器、鎖芯潤(rùn)滑劑等，讓學(xué)生抽取并說出主要成分及其利用的物理性質(zhì)，答對(duì)即可獲得該獎(jiǎng)品。

[實(shí)驗(yàn)探究]學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究石墨、活性炭、金剛石的物理性質(zhì)：

1.用手觸摸鉛筆芯，再刮下少量粉末進(jìn)行觀察，并用鉛筆完成實(shí)驗(yàn)表格，感受石墨的質(zhì)地和滑膩感。

2.將石墨電極和鉛筆芯分別連接在電路上，觀察哪個(gè)燈泡更亮。

3.用玻璃刀頭上鑲著的金剛石切割玻璃（有痕跡即可），注意安全。

4.將一半紅墨水倒入裝有活性炭的注射器（底部塞有棉花）中，擠出液體對(duì)比顏色。

[匯報(bào)]學(xué)生匯報(bào)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。

[小結(jié)]物質(zhì)的性質(zhì)決定用途，用途反映性質(zhì)。

設(shè)計(jì)意圖：從熟悉的生活材料入手，營(yíng)造輕松、有趣的教學(xué)情境，調(diào)動(dòng)學(xué)生的積極性。通過物質(zhì)的用途大膽猜想它們有哪些性質(zhì)，再通過體驗(yàn)式探究活動(dòng)驗(yàn)證自己的猜想，使學(xué)生在愉悅的氛圍中獲取知識(shí)，發(fā)展思維，建立物質(zhì)的“性質(zhì)—用途”關(guān)系。

活動(dòng)三：感悟“碳”的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)

[過渡]璀璨的鉆石人人都想擁有，但在科學(xué)家的眼中，它們不過是一堆“碳”。

[播放視頻]在純氧中燃燒金剛石和石墨，產(chǎn)物都能使澄清石灰水變渾濁。

[思考]宏觀上金剛石和石墨都是由碳元素組成的碳單質(zhì)，微觀上它們都是由碳原子構(gòu)成的，為什么物理性質(zhì)會(huì)有如此大的差異？

[組裝模型]以金剛石為例，請(qǐng)同學(xué)們利用手中的碳原子模型，組裝出金剛石可能存在的微觀結(jié)構(gòu)。

[交流分享]金剛石是自然界中硬度最大的物質(zhì)，因此微觀上碳原子的排列應(yīng)該是立方體結(jié)構(gòu)，從數(shù)學(xué)角度分析，這樣的結(jié)構(gòu)比較穩(wěn)固。

[模型]展示金剛石的立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)模型。

[動(dòng)圖]演示立體網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的牢固和片層狀結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)。

[思考]片層狀的結(jié)構(gòu)決定石墨具備怎樣的物理性質(zhì)？

[點(diǎn)撥]微觀上石墨是以平面六邊形為骨架無限延長(zhǎng)形成片層狀結(jié)構(gòu)，層與層之間作用力較弱，就像兩張紙一樣會(huì)滑動(dòng)（教師演示兩張紙之間互相摩擦的動(dòng)作），因此，宏觀上石墨體現(xiàn)出來的物理性質(zhì)是細(xì)鱗片狀，有滑膩感。

[小結(jié)]物質(zhì)的結(jié)構(gòu)決性質(zhì)，性質(zhì)反映結(jié)構(gòu)。

[思考]能否將2B鉛筆芯轉(zhuǎn)變成璀璨的鉆石？這一過程屬于什么變化？

[點(diǎn)撥]由于碳原子的排列方式不同，金剛石和石墨的性質(zhì)有明顯差異。我們可以改變碳原子的排列方式，將石墨轉(zhuǎn)變成鉆石，該過程屬于化學(xué)變化。

[化學(xué)與STSE]出示資料卡片，介紹人造金剛石的發(fā)展。

設(shè)計(jì)意圖：利用鉆石和石墨燃燒的視頻產(chǎn)生強(qiáng)烈的視覺效果吸引學(xué)生眼球，引導(dǎo)學(xué)生從宏觀角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)的組成（都由碳元素組成），再通過學(xué)生自己動(dòng)手組裝模型，并利用動(dòng)圖演示和兩張紙的摩擦模擬片層狀結(jié)構(gòu)的滑動(dòng)，啟發(fā)學(xué)生從微觀角度認(rèn)識(shí)物質(zhì)宏觀現(xiàn)象的差異（碳原子排列方式不同），初步建立“宏觀辨識(shí)和微觀探析”的思維模型，建立“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)”的化學(xué)思想。

活動(dòng)四：感嘆“碳”的神奇

[過渡]21世紀(jì)，人類已經(jīng)進(jìn)入到人工合成時(shí)代，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)并合成出許多新型碳單質(zhì)材料。

[模型]展示C60的結(jié)構(gòu)模型。

[思考]C60的是一種灰黑色固體粉末，其微觀結(jié)構(gòu)有何特征？如何用化學(xué)式表示？

[點(diǎn)撥]金剛石、石墨由碳原子構(gòu)成，C60是由分子構(gòu)成的碳單質(zhì)，一個(gè)分子中一共有60個(gè)碳原子，形似足球，也叫足球烯。

[化學(xué)與STSE]出示資料卡片，介紹C60中空籠狀結(jié)構(gòu)，它能解決氫氣運(yùn)輸和儲(chǔ)存的問題。

[模型]展示碳納米管、石墨烯的結(jié)構(gòu)模型。

[思考]碳納米管和石墨烯為什么導(dǎo)電性能非常優(yōu)異？

[點(diǎn)撥]教師舉起碳納米管和石墨烯的結(jié)構(gòu)，用手指在上面來回滑動(dòng)，模擬光、熱、電可以在上面快速穿梭，幾乎沒有阻礙。因此，碳納米管和石墨烯具備優(yōu)異的導(dǎo)電性、導(dǎo)熱性和透光性，未來有望替代傳統(tǒng)芯片制造出超級(jí)計(jì)算機(jī)。

[化學(xué)與STSE]播放視頻：介紹我國(guó)新型碳單質(zhì)材料的最新研究進(jìn)展：目前只有我國(guó)可以制造出70cm長(zhǎng)度的碳納米管分子;中國(guó)利用石墨烯制備出全球首款可彎曲智能手機(jī)等。

設(shè)計(jì)意圖：利用問題驅(qū)動(dòng)提升學(xué)生思維品質(zhì)，結(jié)合形象直觀的微觀模型結(jié)構(gòu)幫助學(xué)生建立物質(zhì)“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”三者之間關(guān)系的化學(xué)思維模型;通過鏈接前沿科技信息滲透STSE教育理念，讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)學(xué)科對(duì)社會(huì)發(fā)展做出的貢獻(xiàn)，同時(shí)激發(fā)學(xué)生的民族自豪感，使學(xué)生在收獲知識(shí)的同時(shí)，獲得思維和情感的升華，體現(xiàn)初中化學(xué)“立德樹人”的教育功能，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)落地。

五、教學(xué)反思

本節(jié)課緊密聯(lián)系生產(chǎn)、生活和科技發(fā)展等化學(xué)問題，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的良好載體。筆者結(jié)合STSE教育理念，從學(xué)生熟悉的生活情境入手，借助快樂盲盒等活動(dòng)營(yíng)造輕松愉悅的課堂氛圍，采用問題驅(qū)動(dòng)的方式搭建學(xué)生的思維階梯，通過豐富的實(shí)驗(yàn)探究和模型拼裝等體驗(yàn)活動(dòng)讓學(xué)生自己動(dòng)手實(shí)踐，從中感悟物質(zhì)“結(jié)構(gòu)—性質(zhì)—用途”三者之間關(guān)系，通過微課激發(fā)學(xué)生的愛國(guó)情懷和學(xué)科自豪感，讓學(xué)生由衷贊賞化學(xué)對(duì)社會(huì)發(fā)展的重要性，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)落地。

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