基于發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)

劉李治

【摘 要】學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，需要在真實(shí)性的問(wèn)題情境中，與學(xué)習(xí)環(huán)境的持續(xù)互動(dòng)與作用。積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培育和發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。文章以化學(xué)2“乙烯的制取及性質(zhì)”為例，就基于發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)進(jìn)行了探討。

【關(guān)鍵詞】化學(xué)；核心素養(yǎng)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-0568（2017）10-0067-02

一、問(wèn)題的提出

2014年3月教育部頒發(fā)的《關(guān)于全面深化課程改革落實(shí)立德樹人根本任務(wù)的意見》明確提出，基礎(chǔ)教育階段應(yīng)該幫助學(xué)生形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力?！昂诵乃仞B(yǎng)”被置于進(jìn)一步深化課程改革、落實(shí)立德樹人目標(biāo)的基礎(chǔ)地位?；A(chǔ)教育的學(xué)科教學(xué)，其終極目標(biāo)發(fā)展為促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成。高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)修訂組根據(jù)“中國(guó)學(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）”和高中化學(xué)課程特點(diǎn)，提出包含“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)識(shí)”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任”等5個(gè)要素的高中化學(xué)核心素養(yǎng)。學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)的形成，需要在真實(shí)性的問(wèn)題情境中，與學(xué)習(xí)環(huán)境的持續(xù)互動(dòng)與作用。基于發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的教學(xué)方式，必然要實(shí)現(xiàn)從以“教”為中心向以“學(xué)”為中心的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)以“知識(shí)教學(xué)為本”向以“觀念建構(gòu)為本”的轉(zhuǎn)變。

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的自然科學(xué)，其本質(zhì)特征是“在原子、分子的微觀水平上研究物質(zhì)及其變化”。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用實(shí)驗(yàn)、假說(shuō)、模型、分類等方法，通過(guò)動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、調(diào)查與資料獲取，運(yùn)用歸納、概括、推理論證等邏輯思維方法，通過(guò)小組交流、討論和反思等活動(dòng)形式開展物質(zhì)及其變化的研究，并從元素的宏觀視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的規(guī)律、從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)，能從化學(xué)的視角解決與化學(xué)有關(guān)的社會(huì)問(wèn)題，參與和化學(xué)有關(guān)的社會(huì)決策，秉持可持續(xù)發(fā)展和綠色化學(xué)理念，是幫助學(xué)生形成適應(yīng)個(gè)人終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的必由之路。因此，積極開展實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培育和發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的重要途徑。

二、設(shè)計(jì)的背景

乙烯是學(xué)生學(xué)習(xí)甲烷、烷烴之后的另一類重要的有機(jī)物，是烯烴的典型代表物。本節(jié)課的學(xué)習(xí)將為學(xué)生繼續(xù)學(xué)習(xí)乙炔、苯和選修5“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”相關(guān)內(nèi)容做鋪墊。本節(jié)課的重點(diǎn)是乙烯的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)、乙烯的化學(xué)性質(zhì)與加成反應(yīng)概念；學(xué)習(xí)的障礙點(diǎn)是乙烯分子結(jié)構(gòu)中碳碳雙鍵為什么有一根鍵容易斷裂，先前概念取代反應(yīng)對(duì)加成反應(yīng)概念的形成造成干擾。從教材的編寫意圖和學(xué)生已有認(rèn)知水平分析，對(duì)乙烯化學(xué)性質(zhì)開展實(shí)驗(yàn)探究教學(xué)，有利于學(xué)生基于實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象，借助模型認(rèn)知等途徑從微觀分析和符號(hào)表征，能凸顯教學(xué)重點(diǎn)、化解難點(diǎn)，更為重要的是在實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中學(xué)生真切地體悟和掌握了研究有機(jī)物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的一般思路與方法，形成了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念，發(fā)展了學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、教學(xué)目標(biāo)

1. 通過(guò)自主學(xué)習(xí)和問(wèn)題解決等方式了解乙烯的物理性質(zhì)和用途。

2. 通過(guò)模型搭建、問(wèn)題解決和實(shí)驗(yàn)探究等活動(dòng)，經(jīng)歷“宏觀—微觀—符號(hào)”三重表征的思維方式，理解乙烯的結(jié)構(gòu)和化學(xué)性質(zhì)，初步樹立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念。

3. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究活動(dòng)，體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究的一般過(guò)程和樂(lè)趣，認(rèn)識(shí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)不僅是獲取實(shí)驗(yàn)事實(shí)的途徑，而且是認(rèn)識(shí)事物本質(zhì)的重要方法。

四、教學(xué)過(guò)程

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引發(fā)學(xué)習(xí)興趣

【創(chuàng)設(shè)情境】為什么青蘋果和熟香蕉放在一起會(huì)大大縮短青蘋果變熟的時(shí)間？

【拓展延伸】呈現(xiàn)相關(guān)資料和圖片，展現(xiàn)乙烯利（乙烯磷）在農(nóng)業(yè)上是優(yōu)質(zhì)高效的植物生長(zhǎng)調(diào)節(jié)劑；一定條件下，乙烯利可以釋放出乙烯，具有促進(jìn)果實(shí)成熟等功效。

【設(shè)計(jì)意圖】從生活走進(jìn)化學(xué)，讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)就在我們身邊，能真實(shí)地感悟到化學(xué)學(xué)科在人類生產(chǎn)、生活中的重要作用。

環(huán)節(jié)二：模型認(rèn)知，探究結(jié)構(gòu)特征

【自主學(xué)習(xí)】根據(jù)教師提供的素材，了解乙烯的物理性質(zhì)和用途及其化學(xué)式。

【模型搭建】探究乙烯的結(jié)構(gòu)特征，并寫出其電子式和結(jié)構(gòu)式。

【設(shè)計(jì)意圖】讓學(xué)生在自主學(xué)習(xí)中提高對(duì)有效信息的獲取和加工能力；通過(guò)模型搭建，讓學(xué)生在“做中學(xué)”，親身經(jīng)歷探究的過(guò)程，實(shí)現(xiàn)化學(xué)知識(shí)和思維的雙重建構(gòu)。

環(huán)節(jié)三：創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，探究化學(xué)性質(zhì)

1. 乙烯的制取實(shí)驗(yàn)

【創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)】用一支針筒吸入1mL40%的乙烯利溶液，注入另一支下端套有橡皮套，且內(nèi)裝有少量NaOH固體的針筒中（如圖1）。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)設(shè)計(jì)微型化的實(shí)驗(yàn)，引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)該實(shí)驗(yàn)不僅無(wú)需加熱，反應(yīng)速度快，產(chǎn)生的乙烯氣體純度高，而且安全度高，節(jié)約時(shí)間和成本，體會(huì)實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新帶來(lái)的樂(lè)趣和價(jià)值。

2. 乙烯的燃燒實(shí)驗(yàn)

【實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新】用針筒抽取少量產(chǎn)生的乙烯氣體，在針端直接點(diǎn)燃，學(xué)生觀察現(xiàn)象。

【設(shè)計(jì)意圖】安全性較好，無(wú)需驗(yàn)純，且實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象鮮明，比教材中燃燒石蠟油在催化劑、高溫條件下的分解產(chǎn)物（其產(chǎn)物主要是乙烯和其他烷烴的混合物）更有說(shuō)服力。

3. 乙烯與酸性高錳酸鉀和溴水反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)

【實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新】在一小培養(yǎng)皿（直徑為6cm）內(nèi)放置一紅色瓶蓋（加入少許飽和的NaOH溶液）和兩白色瓶蓋（分別滴加一滴酸性高錳酸鉀溶液和溴水），向紅色瓶蓋中加入少許乙烯利溶液，蓋上大表面皿（直徑為9cm）。當(dāng)兩白色瓶蓋中溶液褪色后，在旁邊再分別滴加一滴酸性高錳酸鉀溶液和溴水。

【觀察思考】根據(jù)學(xué)習(xí)甲烷性質(zhì)的經(jīng)驗(yàn)思考酸性高錳酸鉀褪色的原因是什么？

【比較說(shuō)明】溴水褪色的原因是發(fā)生取代反應(yīng)嗎？請(qǐng)說(shuō)明理由？

【證據(jù)推理】提供數(shù)據(jù)（如表1），從化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)判斷原因？引入加成反應(yīng)的概念。

【模型認(rèn)知】通過(guò)學(xué)生自己動(dòng)手搭建產(chǎn)物的模型，寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式；通過(guò)類比遷移寫出乙烯與H2、HCl、H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式。

【設(shè)計(jì)意圖】學(xué)生在培養(yǎng)皿中進(jìn)行微型化實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)象明顯且形成鮮明的對(duì)比，不僅讓學(xué)生獲得了直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，而且讓學(xué)生體會(huì)到了一種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思想。通過(guò)問(wèn)題導(dǎo)學(xué)，學(xué)生思維不斷深入，學(xué)會(huì)從不同視角認(rèn)識(shí)加成反應(yīng)，經(jīng)歷“宏觀—微觀—符號(hào)”三重表征的思維方式學(xué)習(xí)化學(xué)，初步樹立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念。

【提出問(wèn)題】比較加成反應(yīng)和取代反應(yīng)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明乙烯與溴水發(fā)生加成反應(yīng)？

【比較實(shí)驗(yàn)】依據(jù)兩種反應(yīng)類型的特點(diǎn)，引導(dǎo)學(xué)生瞄準(zhǔn)生成物HBr，確定實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的思路，并進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)：A組用HNO3酸化的AgNO3溶液檢驗(yàn)Br-；B組用pH試紙測(cè)反應(yīng)前后溶液的pH。

【認(rèn)知沖突】①在A組學(xué)生觀察到產(chǎn)生大量淺黃色沉淀的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生思考一定是生成物HBr導(dǎo)致的嗎？還可能是什么原因？②如果是反應(yīng)不完全的溴水導(dǎo)致的，請(qǐng)你設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證？ 學(xué)生通過(guò)淀粉-KI試紙檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)沒(méi)有變藍(lán)。③B組學(xué)生發(fā)現(xiàn)pH試紙變紅，酸性明顯增強(qiáng)。④綜合A、B兩組實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，你又該如何做出合理解釋呢？

【文獻(xiàn)查閱】烯烴可以與氯或溴的稀溶液水溶液發(fā)生加成反應(yīng)得到β-鹵代醇。

【設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)】引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步思考如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明是否受溶劑水的影響？

【設(shè)計(jì)意圖】在比較的基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)探究思路，能聚焦學(xué)生的思維，做到有的放矢，提高了課堂的學(xué)習(xí)效率。通過(guò)分組實(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情境，引發(fā)學(xué)生的認(rèn)知沖突，再通過(guò)一系列問(wèn)題驅(qū)動(dòng)學(xué)生的認(rèn)識(shí)不斷發(fā)展和深化，思維能力得到了有效的鍛煉。通過(guò)文獻(xiàn)法培養(yǎng)學(xué)生獲取信息和加工信息的素養(yǎng)，初步認(rèn)識(shí)到有機(jī)化學(xué)反應(yīng)的復(fù)雜性特點(diǎn)。最后通過(guò)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)使學(xué)生的認(rèn)識(shí)能力進(jìn)一步升華。

環(huán)節(jié)四：對(duì)比歸納，學(xué)以致用提升

【對(duì)比歸納】對(duì)比總結(jié)乙烷和乙烯的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)，如表2所示。

【課堂小結(jié)】歸納總結(jié)研究有機(jī)物化學(xué)性質(zhì)的一般思路，進(jìn)一步形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反應(yīng)結(jié)構(gòu)的基本觀念。

【學(xué)以致用】水果采摘后會(huì)有大量的乙烯產(chǎn)生，乙烯量的增加會(huì)加快水果的成熟和腐爛，為延長(zhǎng)保存期，請(qǐng)利用本節(jié)課所學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單易行的保鮮方案。

【設(shè)計(jì)意圖】通過(guò)乙烷和乙烯的結(jié)構(gòu)、化學(xué)性質(zhì)的對(duì)比和課堂小結(jié)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步樹立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念，最后通過(guò)問(wèn)題解決從化學(xué)回歸生活，培養(yǎng)了學(xué)生從化學(xué)的視角解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

五、教學(xué)反思

周光召先生在《科學(xué)教育的原則和大概念》的序言中指出：科學(xué)教育不應(yīng)該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實(shí)，而是應(yīng)當(dāng)慎重選擇一些科學(xué)觀念，用恰當(dāng)、生動(dòng)的方法，幫助孩子建立一個(gè)完整的對(duì)世界的理解。本節(jié)課充分利用了微型化的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)，反應(yīng)速度快，節(jié)約了時(shí)間和成本，安全可靠；突破了教材實(shí)驗(yàn)只適合于教師演示，不便于學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)的弊端；凸顯了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的功能不僅是激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和獲取陳述性知識(shí)，而且是為了獲取程序性知識(shí)、認(rèn)識(shí)化學(xué)本質(zhì)、訓(xùn)練科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。在化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的過(guò)程中，學(xué)生不僅了解了有機(jī)化學(xué)反應(yīng)具有復(fù)雜性的特點(diǎn)，而且認(rèn)識(shí)到了“實(shí)驗(yàn)是化學(xué)的最高法庭”，形成了物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的基本觀念。本節(jié)課的教學(xué)組織與實(shí)施過(guò)程較好地融合了知識(shí)的認(rèn)知價(jià)值、遷移價(jià)值和情義價(jià)值，可以說(shuō)是基于發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一次有效嘗試。

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（編輯：楊 迪）