素养导向·深度学习：九年级化学“碳和碳的氧化物”中考提优教学设计

素养导向·深度学习：九年级化学“碳和碳的氧化物”中考提优教学设计一、教学内容分析

本单元在《义务教育化学课程标准（2022年版）》中隶属于“物质的性质与应用”主题，是学生从宏观世界步入微观粒子与化学变化实质理解的关键桥梁。从知识图谱看，“碳的单质—二氧化碳—一氧化碳”构成了由组成结构到性质、再到用途与制法的完整认知逻辑链。其中，碳单质的多样性、二氧化碳的实验室制法与性质探究、一氧化碳的毒性与还原性，是贯穿始终的核心概念。本单元的学习不仅要求识记具体物质的性质，更要求学生理解“结构决定性质，性质决定用途”这一化学基本观念，并能运用对比、实验探究等科学方法解决实际问题。从素养渗透看，碳循环关联“科学态度与社会责任”，实验室制取气体的探究过程锤炼“科学探究与创新意识”，而基于反应原理选择装置则深化“证据推理与模型认知”能力。因此，本单元教学是落实化学核心素养的重要载体，其难点在于引导学生超越零散事实的记忆，构建起以“碳家族”为核心的知识网络与思维模型。

授课对象为九年级备战中考的学生。经过前期的学习，学生已初步掌握元素符号、化学式、化学方程式等化学用语，并具备基本的实验观察与简单探究能力。其已有基础包括：对碳单质（如金刚石、石墨）的生活化认知，对二氧化碳能使澄清石灰水变浑浊的初步了解。可能存在的认知障碍在于：其一，对同素异形体概念的理解停留在表象，难以从原子排列方式角度进行微观解释；其二，易混淆二氧化碳与一氧化碳的性质，特别是在还原性方面；其三，在气体实验室制取原理与装置的选择上，缺乏系统分析模型，常陷入机械记忆。基于此，教学需通过创设真实情境、设计对比实验、构建思维导图等手段，将抽象概念具体化，复杂系统模型化。课堂中将通过前置性问题诊断、小组讨论中的观点暴露、探究实验中的操作观察等多渠道动态评估学情，并准备“微视频讲解”、“概念辨析卡”、“分层任务单”等资源，为不同认知节奏的学生提供个性化支持。二、教学目标

知识目标：学生能系统阐述碳单质的主要物理性质及用途，并从结构角度解释其差异；能准确描述二氧化碳和一氧化碳的物理、化学性质，并基于性质分析其用途与危害；能独立书写相关的化学方程式，并掌握实验室制取二氧化碳的原理、装置与检验方法。

能力目标：学生能够通过对比实验探究二氧化碳与水反应的性质，初步学会控制变量设计简单方案；能根据反应物状态和条件，选择合适的发生与收集装置制取气体，并迁移应用于其他气体制备情境；能从物质分类和氧化还原视角，辨析碳的两种氧化物的异同。

情感态度与价值观目标：通过讨论温室效应与碳中和，学生能辩证看待化学技术对社会发展的双重影响，树立绿色化学观念和社会责任感；在小组合作探究中，养成严谨求实的科学态度和主动交流协作的意识。

科学思维目标：重点发展“宏观微观符号”三重表征思维，能运用模型解释同素异形现象；强化“结构决定性质”的学科思想，并以此为主线串联本单元知识；通过构建“气体制备”思维模型，提升归纳与迁移能力。

评价与元认知目标：引导学生利用教师提供的“实验探究评价量规”进行小组互评；在单元学习后，能自主绘制概念图梳理知识脉络，并反思自己在“对比归纳”和“模型构建”两种学习策略上的运用情况。三、教学重点与难点

教学重点：二氧化碳的化学性质（特别是与水、与碱的反应）及实验室制法。确立依据在于：从课程标准看，二氧化碳是初中阶段要求系统掌握的代表性化合物，其性质探究是培养学生科学探究能力的重要载体；从甘肃中考考点分析，二氧化碳的性质与实验制备是高频考点，常以实验探究题、工艺流程题等形式出现，分值比重高，且综合考查学生的知识应用与逻辑推理能力，是构建“无机物性质知识网络”的关键节点。

教学难点：一氧化碳的还原性及其与二氧化碳性质的系统对比。预设依据源于学情：一氧化碳的还原性涉及氧化还原反应的初步思想，对学生而言较为抽象，需借助实验视频和微观动画突破；同时，学生极易混淆两者性质，尤其在可燃性、还原性、与水或碱反应等方面。常见失分点是在推断题中张冠李戴。突破方向在于设计对比学习任务，运用“结构性质用途”对照表，并借助一氧化碳还原氧化铜的实验现象进行强化认知。四、教学准备清单1.教师准备1.1媒体与教具：多媒体课件（含结构模型动画、实验视频、对比表格）；石墨、金刚石样品（或高清晰图片）；制备二氧化碳的仪器一套（锥形瓶、长颈漏斗、导管、集气瓶等）；二氧化碳性质实验用品（集满CO2的塑料瓶、紫色石蕊试液、澄清石灰水、阶梯蜡烛等）。1.2学习材料：分层学习任务单（A基础巩固型、B综合应用型、C探究挑战型）；“实验探究评价量规”卡片；课堂巩固练习分层卷。2.学生准备2.1知识准备：预习课本，初步了解碳单质种类及二氧化碳的物理性质；复习氧气的实验室制法，回顾发生装置和收集装置的选择依据。2.2小组分工：四人一组，明确记录员、操作员、发言员等角色。五、教学过程第一、导入环节1.情境创设与问题驱动：同学们，请看屏幕上的两幅图片：左边是璀璨夺目的钻石，右边是朴实无华的石墨铅笔芯。再思考一个现象：在北方寒冷的冬季，人们常使用煤炉取暖，但必须保持烟囱通畅，否则容易发生中毒事故。这两者看似无关，但都与我们今天的主角——“碳”家族密切相关。大家心里是不是有个问号：同是碳元素，为何外观和性质差异如此巨大？煤炉中毒的“元凶”又是谁？1.1建立联系与明确路径：碳的世界远比我们想象的丰富。本节课，我们将化身“碳元素侦探”，一起探索碳单质的奥秘，揭秘二氧化碳和一氧化碳这对“双胞胎”气体截然不同的个性。我们的探索路线是：先认识碳的单质王国，再重点攻克二氧化碳的制取与性质，最后对比辨析一氧化碳的特性。请大家调动起之前学过的物质结构、气体制取等知识，我们的侦探之旅马上开始！第二、新授环节任务一：探秘碳的单质王国——从宏观体验到微观探析教师活动：首先，展示金刚石、石墨、C60的实物或高清晰结构模型图片。抛出核心问题：“它们都由碳原子构成，为什么硬度、导电性等物理性质天差地别？请结合模型，和你的组员讨论一下。”巡视中，我会加入小组讨论，提示学生关注课件中原子排列方式的放大图，并追问：“这种结构上的差异，决定了它们什么样的用途？谁能举出生活中的例子？”接着，我会引入“同素异形体”这个概念，并强调：“这个概念的关键在于‘同素’——同种元素，‘异形’——不同单质。大家能对比之前学过的‘同位素’概念，说说它们的区别吗？”学生活动：观察实物或模型图片，进行小组讨论，尝试从原子排列方式的角度解释性质差异。列举金刚石用于切割、石墨用于润滑和电极等实例。在教师引导下，对比理解“同素异形体”与“同位素”两个概念的核心区别，并完成学习任务单上对应的填空与连线题。即时评价标准：1.讨论时，观点是否结合了模型证据（如“我看到石墨的模型是层状的，所以可能容易滑动”）。2.举例是否准确体现了“性质决定用途”（如“因为石墨软且黑，所以能做铅笔芯”）。3.概念辨析时，能否清晰指出“同素异形体”针对单质，“同位素”针对原子。形成知识、思维、方法清单：★同素异形体：由同种元素组成的不同单质。如金刚石、石墨、C60。理解的关键是抓住“元素相同”、“单质不同”、“结构不同导致性质不同”。（教学提示：可类比由相同乐高积木块搭建出的不同模型，帮助学生形象理解。）▲结构决定性质：这是贯穿化学学习的基本思想。金刚石的坚硬源于其立体网状结构，石墨的润滑源于其层状结构，C60的独特性能源于其足球状分子结构。★碳单质的常温稳定性：常温下化学性质稳定，源于碳原子最外层电子数为4，不易得失电子。高温下则可与氧气等物质反应。任务二：实验室里“造”二氧化碳——原理、装置与操作教师活动：“侦探们，我们要开始制备本次探查的关键‘证人’——二氧化碳了。还记得实验室制取气体的思路吗？第一步，确定反应原理。”我会引导学生回忆大理石（石灰石）与稀盐酸的反应，并板书化学方程式。“好，原理有了，第二步：根据反应物状态和条件，选择发生装置。”我会展示几套常见装置，提问：“为什么我们通常选择‘固液常温型’装置，而不选择加热高锰酸钾制氧气的那种？”引导学生从安全、简便、节能角度分析。第三步，根据气体性质选择收集方法。“二氧化碳能用水或排气法收集吗？用什么排气法？为什么？”这里要引导学生从密度和溶解性角度论证。最后，通过演示或播放规范操作视频，强调检查气密性、长颈漏斗液封、验满方法等关键操作要点。学生活动：回顾并书写制取原理的化学方程式。小组讨论，对比分析不同发生装置的适用条件，达成共识。推理二氧化碳的收集方法，并说明理由。观看演示，记录操作要点，并可能上台尝试连接装置或演示验满操作。即时评价标准：1.书写方程式是否规范（化学式、配平、条件、气体符号）。2.装置选择理由是否充分，能否用“反应物状态+反应条件”的模型进行解释。3.操作要点叙述是否完整、准确（如“长颈漏斗下端要伸入液面以下形成液封”）。形成知识、思维、方法清单：★实验室制CO2原理：CaCO₃+2HCl=CaCl₂+H₂O+CO₂↑（核心反应，必须掌握）。注意：为什么不用浓盐酸（易挥发使气体不纯）？不用硫酸（生成微溶CaSO4覆盖表面阻止反应）？▲气体制取装置选择模型：发生装置看“状态与条件”（固固加热、固液常温等）；收集装置看“密度与溶解性”（排水法、向上/下排空气法）。这是可迁移的核心能力。★验满方法：将燃着的木条放在集气瓶口，若木条熄灭，则已收集满。切勿与“检验”方法混淆（通入澄清石灰水）。任务三：揭秘二氧化碳的化学性质——实验探究与证据推理教师活动：这是本节课的重头戏。我将设计阶梯式探究：“我们已经收集了好几瓶二氧化碳，它到底有哪些化学性质呢？让我们通过实验来寻找证据。”首先演示“阶梯蜡烛”实验，“大家注意看，哪支蜡烛先熄灭？这说明了二氧化碳的哪些性质？”引导学生得出“密度比空气大”、“不支持燃烧”的结论。然后进行分组探究实验：向紫色石蕊试液中通入CO2。“咦，溶液变红了！是CO2使它变红吗？”引导学生提出猜想，并设计对比实验：将干燥的石蕊纸花和湿润的石蕊纸花分别放入干燥的CO2中。“看，只有湿润的变红！这告诉我们什么？”从而引出CO2与水的反应，生成碳酸（H2CO3）。最后，“碳酸这位朋友不太稳定，加热一下看看？”完成碳酸分解的实验，现象是红色溶液又变回紫色。整个过程中，我将不断追问“你看到了什么？”“由此可以推断出什么？”“如何设计实验证明你的猜想？”学生活动：观察演示实验，描述现象并得出结论。进行小组实验，记录石蕊试液颜色变化。在教师引导下，设计并理解对比实验的逻辑，形成“CO2不能使石蕊变色，是CO2与水反应生成的碳酸使其变色”的认知。观察加热后颜色复原，理解碳酸的不稳定性。完成学习任务单上的实验报告部分。即时评价标准：1.现象描述是否准确、完整（如“下层蜡烛先熄灭”）。2.结论推导是否基于观察到的现象，逻辑是否严密。3.在讨论对比实验设计时，是否体现出控制变量的思想。形成知识、思维、方法清单：★CO2的化学性质：1.不支持燃烧，也不燃烧（用于灭火）。2.与水反应：CO₂+H₂O=H₂CO₃（碳酸使紫色石蕊变红）。3.H₂CO₃不稳定，受热易分解：H₂CO₃=Δ=H₂O+CO₂↑。4.与澄清石灰水反应：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O（用于检验CO₂）。★科学探究方法：通过“提出问题猜想设计实验（特别是控制变量的对比实验）进行实验得出结论”的流程探究物质性质。▲现象与结论的关联：任何结论必须建立在可靠的实验证据之上，避免主观臆断。任务四：辨识“双胞胎”气体——CO与CO₂的对比辨析教师活动：“侦探任务进入关键阶段：我们要区分CO和CO₂这对‘双胞胎’。它们分子只差一个氧原子，但性格迥异。”我将呈现一个对比学习任务表，引导学生从物理性质、化学性质（可燃性、还原性、与水/碱反应、毒性）以及主要用途等方面进行梳理。对于一氧化碳的还原性，我将播放还原氧化铜的实验视频，暂停并提问：“大家观察到了什么现象？（黑色粉末变红，澄清石灰水变浑浊）你能写出反应的化学方程式吗？这个反应体现了CO的什么性质？它在工业上有何应用？”着重比较两者在“与水反应”和“与碱反应”上的不同，这是学生易错点。我会说：“记住，CO是个‘独行侠’，它既不跟水‘玩’，也不跟石灰水‘玩’，但它能‘偷走’氧化铜里的氧，自己变成CO₂。”学生活动：小组合作，利用教材和已有知识，填写对比表格。观看实验视频，记录现象，书写化学方程式，理解还原性概念及其工业应用（如炼铁）。通过对比，强化对两者差异的认识，特别是明确一氧化碳不与水、碱溶液反应。即时评价标准：1.对比表格填写是否准确、全面，特别是差异点。2.能否根据实验现象正确书写CO还原CuO的方程式。3.能否清晰解释“还原性”在反应中的具体体现（CO得到氧，被氧化；CuO失去氧，被还原）。形成知识、思维、方法清单：★CO与CO₂核心性质对比：这是中考高频考点，必须清晰。关键差异：CO有可燃性（蓝色火焰）、剧毒、有还原性；CO₂不支持燃烧、无毒、无还原性。两者都不支持燃烧，但CO能燃烧。▲还原反应：含氧化合物里的氧被夺去的反应。CO是重要的还原剂。★毒性：CO易与血红蛋白结合，使其失去携氧能力，造成中毒。强调预防措施（通风）。▲辩证看待物质：CO有毒但可作为燃料和还原剂，CO₂过多导致温室效应但也是光合作用原料，体现物质的“两面性”。任务五：构建单元思维导图——从知识结构化到素养内化教师活动：经过前面的探索，是时候将零散的“线索”串联成完整的“案情报告”了。我将引导学生以“碳和碳的氧化物”为中心主题，构建思维导图。提供主干提示：碳的单质、二氧化碳、一氧化碳。并鼓励学生从“存在结构性质制法用途联系”等多个维度进行分支拓展。“大家可以思考，CO和CO₂之间如何相互转化？这体现了什么化学思想？”巡视指导，选取有代表性的导图进行投影展示和点评。学生活动：个人或小组合作，在任务单上绘制思维导图。努力建立知识点之间的多重联系，例如将CO和CO₂的转化关系（通过燃烧、还原、与氧气反应等）体现在图中。在分享环节，聆听他人思路，补充完善自己的知识网络。即时评价标准：1.思维导图结构是否清晰，逻辑层次是否分明。2.是否体现了核心概念间的联系（如结构性质用途）。3.是否有自己独特的归纳或联系（如环境问题、转化关系）。形成知识、思维、方法清单：★知识结构化：学习化学不能死记硬背，必须将知识系统化、网络化。思维导图是有效的工具。▲转化观：物质之间可以相互转化，如C→CO→CO₂→CaCO₃→CO₂。掌握转化条件是灵活运用知识的关键。★化学学习价值观：学习化学是为了认识世界、创造物质、保护环境。通过本单元学习，应深化对“碳中和”“低碳生活”的理解，提升社会责任感。第三、当堂巩固训练

训练采用分层设计，学生可根据自身情况选择完成。基础层（必做）：1.判断正误并改错：①金刚石和石墨都是由碳元素组成的，所以性质相同。②CO2能灭火是因为它能燃烧。2.写出实验室制取CO2的化学方程式，并简述其收集方法及原因。综合层（推荐大多数学生完成）：3.（情境题）为鉴别两瓶无色气体分别是空气和二氧化碳，请设计两种不同的实验方案，并写出预期的现象和结论。4.根据“C→CO→CO₂→CaCO₃”的转化关系，写出每一步转化的一个化学方程式。挑战层（学有余力选做）：5.（微型项目）请为农村使用煤炉的居民设计一份“安全取暖与预防煤气中毒”的科普宣传要点，需运用本课所学化学知识进行解释。反馈机制：基础题和综合题通过投影展示答案，学生自批或互批，教师针对共性错误（如第1题第②小题）进行精讲；挑战题则邀请学生分享设计方案，师生共同从科学性、实用性角度进行点评。第四、课堂小结

引导学生回顾：“今天我们扮演‘碳元素侦探’，最大的收获是什么？请用一句话总结。”鼓励学生从知识、方法或观念层面分享。我进行提炼升华：“希望大家不仅记住了碳家族成员的特性，更能掌握‘结构决定性质’这把金钥匙，以及‘对比归纳’、‘实验探究’、‘模型构建’这些强大的思维工具。它们能帮助我们打开更多物质世界的大门。”作业布置：必做作业：1.整理完善课堂思维导图。2.完成练习册中本单元基础达标部分。选做作业（二选一）：1.查阅资料，了解“碳中和”的具体途径，并说明其中涉及了哪些与碳氧化物相关的化学原理。2.设计一个家庭小实验，证明空气中含有二氧化碳（写出方案、所需物品及安全注意事项）。预告下节课我们将进行单元整合与中考真题演练。六、作业设计基础性作业（全体必做）：1.概念梳理：绘制表格，系统对比二氧化碳和一氧化碳在物理性质、化学性质（至少四点）及主要用途上的异同。2.方程式巩固：准确书写本节课涉及的5个核心化学方程式（碳在氧气中充分/不充分燃烧、实验室制CO2、CO2使澄清石灰水变浑浊、CO还原氧化铜）。3.基础应用：完成练习册中关于物质鉴别、性质应用的选择题和填空题。拓展性作业（大多数学生可完成）：4.情境分析：阅读一篇关于“地下车库一氧化碳监测系统”的科普短文，分析其工作原理，并解释为什么需要安装此类系统。5.实验设计：已知某气体可能含有CO、CO2中的一种或两种，请设计一套实验装置进行验证，画出装置草图并简述每一步骤的现象与结论。探究性/创造性作业（学有余力学生选做）：6.微型调研报告：“从化学视角看‘低碳生活’”。调研家庭或社区中可减少二氧化碳排放的具体措施，并从化学反应原理的角度分析其减排依据，形成一份300字左右的小报告。7.跨学科项目构思：尝试用物理中的“密度”知识和化学中的“气体性质”知识，解释“二氧化碳灭火器”的工作原理，并构思一个简单的演示实验模型。七、本节知识清单及拓展★1.同素异形体：由同种元素组成的不同单质。关键理解“同种元素”、“不同单质”、“结构不同”。实例：金刚石（立体网状，硬度大）、石墨（层状，质软导电）、C60（足球状分子）。教学提示：强调结构差异是性质差异的根本原因。★2.碳单质的化学稳定性：常温下化学性质稳定（因碳原子最外层电子数为4，不易得失电子）。高温下能与氧气等物质反应。用途与此相关，如墨画保存、石墨电极。★3.实验室制取二氧化碳：原理：CaCO₃（大理石/石灰石）+2HCl（稀）=CaCl₂+H₂O+CO₂↑。装置：固液常温型发生装置（与过氧化氢制氧气类似）。收集：向上排空气法（因密度比空气大且能溶于水）。验满：燃着的木条置于瓶口熄灭。★4.二氧化碳的物理性质：无色无味气体，密度比空气大，能溶于水（1体积水约溶1体积），固体俗称“干冰”，升华吸热。★5.二氧化碳的化学性质（核心）：(1)不燃烧，不支持燃烧（灭火）。(2)与水反应：CO₂+H₂O=H₂CO₃（碳酸使紫色石蕊变红，该反应可逆）。(3)与澄清石灰水反应：CO₂+Ca(OH)₂=CaCO₃↓+H₂O（用于检验CO₂，石灰水变浑浊）。(4)与氢氧化钠等碱溶液反应（无明显现象，但发生反应，用于吸收CO₂）。▲6.碳酸的不稳定性：H₂CO₃=Δ=H₂O+CO₂↑。解释石蕊试液通CO2变红，加热后红色褪去的现象。★7.一氧化碳的物理性质：无色无味气体，密度略小于空气，难溶于水。★8.一氧化碳的化学性质（核心）：(1)可燃性：2CO+O₂=点燃=2CO₂（蓝色火焰，放热，可作燃料）。(2)毒性：易与血红蛋白结合，使其失去携氧能力。(3)还原性：CO+CuO=Δ=Cu+CO₂（黑色变红，石灰水变浑浊），用于冶金工业。★9.CO与CO₂的鉴别：方法多样：通入澄清石灰水（变浑浊的是CO₂）；通入紫色石蕊试液（变红的是CO₂）；点燃（能燃烧的是CO）；通过灼热的氧化铜（能使黑色粉末变红的是CO）。需根据题目情境选择。▲10.氧化反应与还原反应（初步）：物质与氧发生的反应是氧化反应；含氧化合物里的氧被夺去的反应是还原反应。在CO还原CuO的反应中，CO被氧化（得到氧），CuO被还原（失去氧），CO是还原剂，CuO是氧化剂。★11.二氧化碳对生活和环境的影响：用途：灭火、制冷剂、人工降雨、气体肥料、化工原料等。温室效应：大气中CO2等气体含量过高导致全球气候变暖。对策：减少化石燃料使用，开发新能源，大力植树造林。▲12.一氧化碳的污染与防治：主要来源：含碳燃料的不完全燃烧。中毒防治：通风，安装报警器。尾气处理：点燃或收集。八、教学反思

（一）目标达成度评估本节课预设的知识与能力目标基本达成。从课堂提问和巩固练习反馈看，绝大多数学生能准确说出碳单质的主要性质差异、二氧化碳的核心性质与制法，并能从分子构成角度初步解释CO与CO₂性质的不同。思维导图展示环节，学生呈现的网络结构清晰，表明知识结构化初步形成。然而，在“证据推理”层面，部分学生在解释石蕊变红原因时，仍会直接表述为“CO2使石蕊变红”，虽经对比实验引导后能修正，但反映出其依据现象进行严谨逻辑推理的习惯尚未完全养成，这是后续教学中需持续强化的点。

（二）核心环节有效性分析“任务三：揭秘二氧化碳的化学性质”作为重点探究环节，通过演示与分组实验结合、层层设问的方式，有效调动了学生参与。尤其是“干燥纸花与湿润纸花”的对比实验，直观地突破了认知难点，学生反响热烈，纷纷感叹“原来是这样！”。但反思发现，在分组