6.3碳循环与碳中和第2课时教学设计-2026-2027学年九年级化学仁爱科普版上册

课题3 碳循环与碳中和（第二课时） 仁爱科普版·初中化学·九年级上册 一、教材分析 本课时是课题3“碳循环与碳中和”的第二课时，承接第一课时对二氧化碳性质与用途的学习，将视角从单一物质拓展到碳元素在自然界中的循环过程。教材以“碳循环”为核心线索，串联光合作用、呼吸作用、化石燃料燃烧与海洋吸收等环节，引导学生从元素守恒的高度理解碳在生物群落与无机环境之间的迁移转化。本课时既是对二氧化碳相关知识的系统整合，又是引出“碳中和”时代命题的逻辑起点，在“碳及其化合物”单元中具有承上启下、联系社会的关键地位。 二、四维核心素养 化学观念：建立碳元素在自然界循环转化的元素观与变化观，认识含碳物质在不同圈层之间的迁移规律，形成“物质是循环的、变化是有条件的”基本观念。 科学思维：通过分析碳循环各环节的输入与输出关系，发展系统思维与模型认知能力，能从平衡视角解释人类活动对碳循环的扰动，并初步构建碳中和的分析框架。 科学探究与实践：围绕“追踪碳足迹”“设计校园低碳方案”等任务，开展资料分析、小组讨论与方案设计，提升获取信息、合作探究与解决真实问题的实践能力。 科学态度与责任：认识全球气候变暖与碳排放的关系，理解我国提出“双碳”目标的战略意义，树立绿色低碳、人与自然和谐共生的责任意识。 三、教学重难点 教学重点：理解自然界中碳循环的主要途径，掌握光合作用、呼吸作用、化石燃料燃烧与海洋吸收在碳循环中的作用；认识碳中和的基本内涵及其与碳循环平衡之间的关系。 教学难点：从元素守恒与系统平衡的视角分析人类活动对碳循环的扰动；将“减排、增汇、替代”等抽象的碳中和路径转化为可理解、可参与的具体行动方案。 四、新课导入 教师播放一段极地冰川消融与城市夏日高温的对比短视频，随后展示两张照片：一张是远古森林被埋入地下亿万年形成煤层，一张是今天工厂烟囱向天空排放滚滚白烟。教师提问：“同样是碳元素，亿万年前它以树木的形式静静生长，今天它却从烟囱中跑进了空气里。这中间究竟发生了什么？碳在地球上走了一条怎样的路？”由此引出本节课主题——沿着碳的足迹，走进自然界的碳循环。 五、上课过程设计意图 本课时以“追踪碳的足迹”为任务主线，按照“认识自然循环—发现循环失衡—探索平衡路径—设计行动方案”的认知逻辑展开。设计四个层层递进的任务：任务一引导学生还原自然界中碳的来龙去脉，建立碳循环的整体图景；任务二将视角拉回人类社会，用对比数据呈现工业革命以来碳排放的剧增与海洋、森林吸收能力的局限，让学生直观感受“失衡”；任务三从减碳、固碳、用碳三个维度梳理碳中和路径，把抽象政策转化为化学可理解的科学原理；任务四回归学生自身，以“校园碳中和方案设计”为驱动性任务，促使学生将所学迁移到真实情境。全程以问题链推进、以小组合作为主要学习方式，教师在关键处点拨升华，力求让学生在做中学、在议中悟。 六、教学过程 任务一：追踪碳的足迹——还原自然界的碳循环 【情境引入】教师展示一组自然风光图片：茂密的原始森林、广阔的海洋、草原上奔跑的牛羊、天空中飘浮的白云。教师说：“这些看似彼此无关的画面，其实都被同一种元素悄悄连接在了一起——碳。今天我们就来当一回碳元素的“侦探”，把它在地球上走过的路一步一步找出来。” 【活动1：画出碳的旅行地图】教师将学生分成若干小组，每组发放一套卡片，卡片上分别写着：绿色植物、太阳光、二氧化碳气体、动物呼吸、动植物遗体、煤与石油、空气中的氧气、土壤中的微生物、海洋表层水、海底沉积物。教师提出任务：“请各组利用手中的卡片，把碳元素从进入大气开始，可能经过的站点按顺序排列出来，并用箭头标出它可能的去向。先独立思考，再组内讨论，形成本组的碳旅行路线图。” 学生小组合作，将卡片在桌面上摆出多种排列方式。有的小组从绿色植物开始，认为植物吸收空气中的二氧化碳，在阳光照射下合成有机物；有的小组补充，动物吃植物，碳又进入动物体内；还有的小组注意到动植物死亡后，遗体被微生物分解，碳重新回到空气中。教师巡视各组，对遗漏海洋途径的小组提示：“地球上最大的水体是谁？它和碳有没有关系？”引导学生发现海洋也在吸收和释放二氧化碳。 【交流展示】教师邀请两到三组上台展示本组的碳旅行路线图，其他组进行补充。教师在黑板上逐步完善学生的表述，用箭头把森林、海洋、土壤、大气四个圈层连接起来，最终形成一幅完整的碳循环示意图。教师总结：“大家发现了吗？碳元素并不是待在一个地方不动的，它在植物、动物、土壤、海洋和空气之间不停地旅行。这个不停循环的过程，就叫碳循环。” 【活动2：对比两种碳旅行的方向】教师继续引导：“在刚才的路线图里，有两条方向相反的旅行路线特别重要。一条是绿色植物在阳光下进行的过程，它把空气中的碳固定到植物体内；另一条是所有生物活着的时候都在进行的过程，它把体内的碳重新释放到空气中。请各组讨论：这两条路线分别叫什么？它们对维持碳的平衡起到了什么作用？如果其中一条变慢了，会发生什么？” 学生围绕光合作用与呼吸作用展开讨论。教师点拨：光合作用像一台空气净化器，不断把大气中的二氧化碳搬进生物圈；呼吸作用则像一台释放机，把碳还给大气。在自然状态下，这一进一出基本相等，大气中的二氧化碳浓度因此保持相对稳定。教师追问：“除了生物的呼吸，地球上还有哪些地方会把碳释放到空气中？”引导学生想到火山喷发、岩石风化等地质过程。 【阶段小结】教师用一句话概括任务一：“自然界用了亿万年的时间，织就了一张精密的碳循环网络——植物吸收、生物呼出、海洋调节、土壤封存，四条路径相互配合，让地球的碳天平一直保持平稳。” 任务二：失衡的碳循环——人类活动如何扰动天平 【情境转折】教师语气一转：“然而，从两三百年前开始，这架平稳运转了亿万年的天平，突然开始晃动。是谁动了它？又是怎么动的？” 【活动3：对比两个时代的碳账单】教师向各组发放两张资料卡：第一张是工业革命前的世界图景，标注着当时人类主要使用柴草取暖、水力磨坊、马车出行；第二张是今天的生活图景，标注着城市密布的工厂、川流不息的汽车、火力发电站拔地而起、空调与冰箱走进千家万户。任务要求：“请各组对比两张资料卡，找出哪些人类活动正在把地下沉睡亿万年的碳快速搬到空气中，并尝试按搬碳速度从慢到快给这些活动排序。” 学生热烈讨论。有的组把烧煤发电排在最前面，认为电厂一天烧掉的煤数量惊人；有的组把汽车尾气排在前面，因为街上的汽车数以亿计；还有的组想到了森林被砍伐，指出树木原本是固定碳的仓库，仓库变小了，能吸收的碳就少了。教师在各组汇报后补充：“大家说的都有道理。科学家把这些活动归为两大类：一类是多排放，比如燃烧煤炭、石油和天然气；另一类是少吸收，比如砍伐森林、破坏湿地。一增一减之间，大气中的二氧化碳就越来越多。” 【活动4：数据里的天平倾斜】教师展示一组折线图：横轴代表年份，从工业革命前一直到今天；纵轴代表大气中二氧化碳的相对浓度。曲线在前一段几乎平平稳稳，越过某一点后开始急剧攀升。教师提问：“这条曲线从什么时候开始明显抬头？它和人类历史上的哪些事件时间吻合？这说明什么？” 学生观察曲线，联系工业革命、蒸汽机的发明、汽车的普及、城市化的加速等历史事件，发现曲线抬头的时间点与人类大规模使用化石燃料高度重合。教师引导：“这不是巧合。当我们把地下的煤和石油挖出来、点着火，那些被植物固定了亿万年的碳，就在短短几十年内被重新释放到空气中。地球用了亿万年才把它们存起来，人类却在极短的时间内把它们花了出去。这就是碳循环失衡的根源。” 【活动5：失衡带来的连锁反应】教师提出连环问题链：“大气中的二氧化碳越来越多，第一个受到影响的是谁？海洋吸收了多余的二氧化碳，海水会发生什么变化？冰川融化、海平面上升，又会威胁到谁？请各组按因果链条的顺序，把这些后果串起来讲一讲。” 学生在组内梳理因果链：二氧化碳增多导致温室效应增强，进而引起全球气温升高、冰川融化、海平面上升，沿海城市受到威胁；同时，海洋吸收二氧化碳使海水酸性增强，海洋生物生存受影响，渔业与生态系统受损。教师在黑板上画出一条从碳排放到气候与生态的长链条，并特别指出：“这不是某一个国家、某一代人的事，它是全人类共同面对的挑战。” 【阶段小结】教师总结任务二：“人类在享受工业文明成果的同时，也在不知不觉间打破了自然界维持了亿万年的碳平衡。认识到这一点，不是为了自责，而是为了找到弥补的办法。” 任务三：碳中和的路径——从减碳、固碳到用碳 【概念建构】教师在黑板上写下碳中和三个大字，提问：“听到这三个字，你会联想到什么？中和在化学里意味着什么？请各组先尝试用自己的话给碳中和下个定义。” 学生纷纷发言。有的说排多少碳就吸收多少碳，有的说排放和吸收正好抵消，有的说净排放为零。教师肯定学生的思考，并给出规范表述：“碳中和，就是指人类活动排放的二氧化碳，通过各种方式被吸收和固定下来，使得净增加的二氧化碳趋近于零。换句话说，让倾斜的天平重新回到平衡。” 【活动6：为碳中和出主意】教师把任务交给各组：“假如你是一名碳平衡设计师，请为一个大型城市设计一套碳中和方案。方案必须覆盖三个方面：第一，怎么减少排放出去的碳；第二，怎么把已经排出去的碳再收回来；第三，怎么用更干净的能源替代会产生碳的能源。请各组在任务单上列出具体措施，并简要说明科学道理。” 各组围绕三个维度展开头脑风暴。在减碳方面，学生提出节约用电、绿色出行、减少一次性用品、提高建筑保温性能、垃圾分类与回收等措施；在固碳方面，学生提出植树造林、保护湿地与草原、恢复森林生态系统、利用海洋与植被的自然吸收能力等措施；在替代方面，学生想到太阳能、风能、水能、核能等清洁能源，以及新能源汽车替代燃油汽车。教师在各组汇报时及时追问为什么这样做能减少碳排放，促使学生回到化学与物理的原理上来。 【活动7：辨一辨哪些做法真的有效】教师列出若干做法，让学生判断哪些是真正有助于碳中和的实招，哪些只是看起来环保的花架子：例如大量进口石油但在本国燃烧、把工厂搬到别的国家就算减排、在城市里种满高大的行道树、把废塑料埋进地下、鼓励居民安装太阳能板。学生分组讨论并说明理由，教师借机澄清：碳中和看的是全球净排放，不是某一个地区的账面数字；真正的固碳必须把碳长期稳定地固定在植物或土壤中，而不是简单转移。 【活动8：我国的双碳承诺】教师简要介绍我国提出的二氧化碳排放力争于2030年前达到峰值、努力争取2060年前实现碳中和的目标，并提问：“作为一个发展中国家，我们为什么要给自己定下这样一个有挑战的目标？这背后体现了怎样的大国担当？”学生从全球气候治理、人类命运共同体、为子孙后代负责等角度发言。教师补充：“实现碳中和，不仅是环保问题，更是一场广泛而深刻的经济社会变革，它会倒逼我们的能源结构、产业结构、生活方式发生根本性改变。” 【阶段小结】教师概括任务三：“实现碳中和，关键就三个字——减、固、替。减，是少排放；固，是多吸收；替，是换干净的能源。三管齐下，天平才能重新回到平衡。” 任务四：我们的低碳行动——校园碳中和方案设计 【驱动性任务发布】教师说：“刚才我们为大城市设计了碳中和方案，现在把目光收回我们自己的校园。请各组以打造零碳校园为主题，设计一份可操作的低碳行动方案。方案需要包含：校园里碳排放主要来自哪里、我们可以从哪几个环节入手改造、预期能带来什么效果。” 【活动9：校园碳排放体检】教师引导学生从一天的校园生活入手：早晨进校时保安室亮着的灯、教室里的多媒体投影、食堂里蒸饭炒菜的灶台、操场上打开的水龙头、放学前值日生忘记关掉的风扇、周末空荡荡的教学楼里依然亮着的空调……让学生像碳侦探一样，把校园里看不见的碳排放一项项找出来。学生纷纷举手补充，教师把大家提到的项目写在黑板一侧。 【活动10：设计行动方案】各组围绕能源、建筑、交通、绿化、生活五个维度展开设计。有的组提出在操场顶棚安装太阳能板，为教室提供部分电力；有的组提议在教学楼和食堂之间设置步行优先区，鼓励师生短途不乘车；有的组建议把校园内闲置角落改造成碳汇小花园，种植本土乔木；还有的组设计了光盘行动和双面打印的节约方案。教师要求每组不仅要写出做什么，还要写出为什么这样做能减碳。 【方案展示与互评】各组依次上台展示本组的校园碳中和方案。其他组担任评审团，从科学依据是否充分、措施是否可行、是否兼顾了不同年级学生的参与三个角度提问和建议。被展示的小组现场答辩。教师在点评时强调：“好的低碳方案不是越多越好，而是要抓住校园里碳排放最大头的环节，优先做性价比最高的事。” 【活动11：个人低碳承诺】教师说：“改变校园，要从改变我们自己开始。请每位同学在学习单上写下一句属于自己的低碳承诺——它必须是一件你明天就能做到、并且坚持下去的小事。”学生认真书写，有的写出门随手关灯，有的写以后尽量步行或骑自行车上学，有的写吃饭不浪费粮食。教师邀请几位同学分享，并把所有承诺收集起来，张贴在教室后面的低碳墙上。 【课堂总结】教师带领学生回顾整节课：“今天我们追着碳元素走了一整圈——从植物的叶片出发，穿过生物的呼吸，经过海洋与土壤，又被人类的工业活动快速释放到大气中；我们又一起想办法，让倾斜的碳天平重新恢复平衡。碳循环告诉我们一个朴素的道理：地球上的每一种元素都不是取之不尽、用之不竭的，它有自己的节奏。尊重这个节奏，与自然和谐相处，才是真正的可持续发展。” 教师最后寄语：“今天你们在课堂上画出的每一张碳循环图、写下的每一条低碳承诺，未来都可能变成改变世界的行动。因为碳中和的宏大目标，最终是由无数个普通人的微小选择汇聚而成的。希望若干年后，当你们回望今天这节课，还记得自己曾经为这颗蓝色星球做出过怎样的承诺。” 七、板书设计 （主板书居中，两侧辅板书对称，结构如下） 课题3 碳循环与碳中和（第二课时） 一、自然界的碳循环 　　光合作用（植物吸收）⇄ 呼吸作用（生物释放） 　　海洋吸收 ＋ 土壤封存 ＋ 地质调节 　　→ 碳元素在四圈层之间循环，维持相对平衡 二、人类活动的扰动 　　多排放：燃烧化石燃料（煤、石油、天然气） 　　少吸收：砍伐森林、破坏湿地 　　→ 大气二氧化碳增多 → 温室效应增强 → 气候与生态问题 三、碳中和的路径 　　减：节约能源、绿色出行、减少浪费 　　固：植树造林、保护湿地、恢复生态 　　替：太阳能、风能、水能、新能源汽车 四、我们的行动 　　校园碳中和方案 ＋ 个人低碳承诺 学科网（北京）股份有限公司 $