基于碳中和目标的初中化学实践性教学

一、引言

2020年，中国提出“2030年前碳达峰、2060年前碳中和”的战略目标，对基础教育提出了新的要求。《义务教育化学课程标准（2022年版）》明确指出，化学课程应“引导学生认识化学与可持续发展的重要关系，增强生态文明意识”，并强调要“注重与科学、技术、社会、环境的联系”。二氧化碳作为温室效应的主要贡献者，其化学性质、在自然界的循环、人为排放的影响以及减排技术，构成了教学中一个极具时代价值和探究意义的综合主题。

二、课程标准与碳中和教育的深度契合

课程标准在多个模块中均涉及二氧化碳相关内容。这些要求与碳中和教育高度契合，为教学实施提供了理论依据。通过情境化教学和项目式学习，能够将碳中和理念自然融入课堂，提升学生的综合素养。

新课标为碳中和教育提供了理论依据和内容支撑。体现在以下三个层面：

1. 与内容要求对应：

主题二：“认识二氧化碳的主要性质”、“了解其用途及其与人类生活的关系”。

主题三：涉及“含碳物质的燃烧、呼吸作用、光合作用等能量转化过程。

主题五：明确要求“了解温室效应的成因和应对措施”、“认识化学在解决能源、环境、材料等问题中的作用”、“初步形成绿色低碳的生活方式”。

2. 核心素养的全面覆盖：

化学观念：通过碳循环形成“物质转化与能量守恒”观念。

科学思维：分析碳中和路径，培养“系统思维”与“辩证思维”。

科学探究与实践：设计实验检验含碳物质，开展项目式学习。

科学态度与责任：树立“绿色发展”理念，增强社会责任感。

3. 教学实施的明确指引：课程标准倡导“情境化教学”、“项目式学习（PBL）”和“跨学科实践”，与碳中和所具有的真实性、综合性、实践性特点高度一致。

三、二氧化碳的性质与用途教学构建与实例

本部分教学将性质与用途置于“碳中和”大背景下重新解读。

教学事例1：探究CO2溶解性——从碳酸饮料到海洋酸化

教师活动：展示一瓶摇动后开启的碳酸饮料，提问：“喷出的气体是什么？为什么加压能溶解更多CO2？”

学生活动：分组实验：向等量水和滴有紫色石蕊试液的水和中吹入CO2，观察现象。

深度链接：教师播放有关“海洋酸化”危害珊瑚礁和贝类的短视频，引导学生讨论：人类排放的CO2如何影响海洋生态？将化学性质与环境问题直接关联。

拓展任务：查阅资料，解释为什么说海洋是地球上最大的“碳汇”，以及其吸收能力的无限增长可能带来的问题。

教学事例2：CO2与碱反应——从实验验证到工业捕集

课堂演练：书写CO2与NaOH和Ca（OH）₂反应的化学方程式。

情境迁移：这个原理正是工业“碳捕集（CCS）”技术的化学基础之一。电厂烟气中的CO2就可以用碱性溶液（如氨水、一乙醇胺）来吸收，从而实现减排。

项目讨论：如图提供NaOH和Ca（OH）₂的价格、溶解度数据，让学生小组辩论：如果你是电厂工程师，从成本、效率、产物价值角度考虑，会更倾向于选择哪种吸收剂？培养学生基于证据的决策能力。

四、碳循环与碳中和的教学融入与活动设计

本部分通过多种活动将抽象概念具体化，鼓励孩子们课前查阅资料再展示和分享。

教学事例3：构建“碳循环”动态模型

活动形式：小组合作项目。

材料准备：大幅海报纸、不同颜色的便利贴（代表碳原子）、箭头标签、图片（工厂、汽车、树木、动物、海洋等）。

活动流程：

1. 每组绘制大气圈、生物圈、岩石圈、水圈四个部分的简图。

2. 用便利贴和箭头标出碳元素的流动路径：光合作用、呼吸作用、化石燃料燃烧、海水溶解、碳酸盐沉积等。

3. 用不同数量的便利贴表示工业革命前后碳流量的变化，直观展示人类活动如何打破了碳循环的平衡。

4. 各小组展示并讲解自己的模型，师生共同评议。

教学价值：将抽象的循环过程转化为具象的、可操作的模型，深化理解。

五、含碳物质的检验与转化实验探究进阶

实验是化学教学的灵魂，本单元实验设计应突出探究性和思维深度。

教学事例4：探究含碳物质——从厨房到实验室

情境导入：展示厨房物品图片（白醋、天然气、葡萄糖、大理石等），提问：“哪些物质含有碳元素？如何用实验证明？”

假设与设计：学生分组讨论，提出检验碳元素的原理（灼烧后生成CO2，用澄清石灰水检验）。自主选择2-3种样品，设计实验方案。

实验实施：学生进行实验操作。例如，加热大理石粉末与盐酸反应，将气体通入石灰水；灼烧葡萄糖，观察现象并检验产物。

总结：研究物质组成的思路：将某物质通过化学变化转化成新物质，通过检验新物质的存在。利用质量守恒定律分析某物质的元素组成。

六、碳中和技术与未来展望的教学渗透

向学生展示最前沿的科技，激发他们对科学的热爱和未来职业的向往。

教学事例5：前沿科技讲座——“点碳成金”的奇迹

1. 人工合成淀粉：科学家在实验室将CO2和H2一步转化为淀粉，这对未来粮食安全和碳减排的具有战略意义。

2. CO2合成汽油：将CO2加氢转化为清洁的汽油燃料，实现碳的循环利用。

3. “人造树叶”：模仿光合作用，将CO2和H2O直接转化为燃料（如乙醇）。

教学形式：播放相关的科普视频，然后组织学生进行“新闻发布会”，由学生扮演科学家，其他同学和老师作为记者提问。在角色扮演中深化对技术的理解。

教学事例6：CCUS技术决策模拟活动

情境设定：某燃煤电厂年排放CO2100万吨，政府要求其进行减排改造。现有三个方案：

A.改用生物质能（成本极高）

B.直接封存CO2（需寻找合适地质结构）

C. 捕集CO2并用于生产化工产品（如碳酸钙、甲醇）。

角色分配：将学生分为四组：电厂业主、政府环保部门、附近居民、化工企业代表。

分组研讨：各组从自身立场出发，研究不同方案的利弊（成本、技术可行性、环境影响、经济效益）。

辩论与决策：召开“听证会”，各角色陈述观点、辩论，最终尝试达成一个最能平衡各方利益的最优方案。

活动目标：让学生认识到碳中和是一个复杂的系统工程，需要技术、经济、政策、社会共识协同推进。

七、教学评价与反思

多元化的评价是确保教学目标达成的关键。

1. 知识性评价：设计单元测试题，包含基础题和应用题（如分析碳循环示意图中的环节）。

2. 表现性评价：

实验操作评价表：评价学生在“检验含碳物质”实验中的操作规范、现象记录和结论分析。

项目成果评价量规（Rubric）：从内容科学性、方案可行性、表达清晰度、团队合作等方面对“家庭低碳方案”或“碳循环模型”进行打分。

3. 发展性评价：学习日志（反思日记）：学生记录学习中最印象深刻的知识点、最大的收获以及学习后的态度和行为转变。这是评价情感态度与价值观目标是否达成的有效方式。

4.教师教学反思：

需要不断更新自身知识库，关注科技前沿；需要精心设计活动，准备大量素材；需要从知识传授者转变为学习活动的组织者、引导者和合作者。教师课后应反思：哪些活动效果最好？学生遇到了哪些困难？如何进一步优化跨学科链接？

八、结语

将“碳中和”目标融入初中化学“二氧化碳”教学，是一次深刻的课程重构与理念升级。它将学科知识、科学技术、社会与环境、个人行为有机地融为一体。我们期望学生认识到二氧化不仅是化学物质，更是连接自然与人类、发展与保护、当下与未来的关键节点。化学课堂将成为培养未来碳中和践行者的摇篮，为中华民族的永续发展和构建人类命运共同体奠定坚实的基础。

参考文献

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