創(chuàng)設(shè)情境 構(gòu)建模型 聚焦探究

梁東旺 楊歡

[摘 要]以《硫和氮的氧化物》教學設(shè)計為例，探索在真實情景中，以化合物的“價-類”二維圖為指導，以探究為中心的課堂教學。在化學教學過程中，教師應(yīng)從宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學精神與社會責任、實驗探究與創(chuàng)新意識五個維度發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。

[關(guān)鍵詞]硫的氧化物；創(chuàng)設(shè)情境；“價-類”二維圖；實驗探究；化學學科核心素養(yǎng)

[中圖分類號] G633.8[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-6058（2018）11-0061-03

一、教學設(shè)計背景

2016年9月，《中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)》發(fā)布?！皩W生發(fā)展核心素養(yǎng)”指學生應(yīng)具備的、能夠適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品質(zhì)和關(guān)鍵能力。《普通高中化學學科核心素養(yǎng)》提出了“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學精神與社會責任、實驗探究與創(chuàng)新意識”五個維度的化學學科核心素養(yǎng)。

化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展離不開情境學習，在進行教學設(shè)計時應(yīng)將教學目標、內(nèi)容、方法和學習任務(wù)融合在特定的情境中，讓學生在真實問題的解決過程中理解學習內(nèi)容，建構(gòu)知識、技能體系，發(fā)展學科核心素養(yǎng)。

化合物知識相對零散，利用“價-類”二維圖，一方面可以幫助學生構(gòu)建元素化合物的認知模型，在模型指導下學習元素化合物知識，有利于形成系統(tǒng)的知識體系；另一方面，在二維圖中，物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系更加直觀，有利于轉(zhuǎn)化關(guān)系的建立。

探究性實驗是提升學生科學探究能力的重要載體，但中學教師常有的一個切身感受，那就是探究性實驗存在“做實驗時很熱鬧，做完啥也不知道”的效率低下的問題。要解決這一問題，可以嘗試加強實驗前的討論與引導。實驗探究能力的培養(yǎng)不僅僅是學生動手能力的培養(yǎng)，更重要的是提升學生設(shè)計實驗解決問題的能力。因此，在學生剛開始接觸探究性實驗的訓練時，實驗前的引導必不可少，否則實驗就成了亂做，做完學生也得不到太大的收獲。

本文以《硫和氮的氧化物》（第一課時）為例，探討基于化學學科核心素養(yǎng)的化學教學設(shè)計。該課創(chuàng)設(shè)了柳州市治理酸雨的真實情景，在化合物“價-類”二維圖的指導下，以實驗探究為中心，進行了課程實踐。在課程中加強實驗探究前的引導，提高實驗探究的效率，同時滲透平衡思想和綠色化學思想，培養(yǎng)學生的社會責任感，全面發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)。

二、教材及學情分析

1.教材分析

《硫和氮的氧化物》是人教版化學必修1第四章第三節(jié)的內(nèi)容，第一課時的教學內(nèi)容主要是硫的重要氧化物SO2及其污染?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準》中與本節(jié)相關(guān)的內(nèi)容標準是：通過實驗了解硫及其重要化合物的主要性質(zhì)，認識其在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響?；顒雍吞骄拷ㄗh是：查閱資料并討論減少向大氣中排放二氧化硫的措施。本節(jié)內(nèi)容是在第二章《物質(zhì)的分類》《氧化還原反應(yīng)》的基礎(chǔ)上開展元素化合物知識的學習，在第三章《金屬化學性質(zhì)》的基礎(chǔ)上，進一步介紹化合物的相關(guān)知識和研究化合物性質(zhì)的方法，為元素族概念的形成、元素性質(zhì)的遞變規(guī)律、元素周期表的形成積累感性認識的材料。本節(jié)內(nèi)容與環(huán)境問題密切相關(guān)，具有很高的社會價值。SO2在生產(chǎn)和生活中有重要的用途，同時對環(huán)境造成的危害也十分巨大，這種兩面性是培養(yǎng)學生全面看待事物，正確認識化學的良好素材。

2.學情分析

學生在學習本課之前，已經(jīng)學習了物質(zhì)的分類、氧化還原反應(yīng)等內(nèi)容，同時也學習了典型的金屬元素以及硅、氯兩種非金屬，對元素知識有一定的了解。另外，學生對化學實驗具有濃厚的興趣，樂于并有能力完成實驗，也已經(jīng)具備了一定的觀察現(xiàn)象并根據(jù)現(xiàn)象推測結(jié)論的能力，但在實驗設(shè)計能力方面還尚不足。學生已初步形成了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的學科觀念，“宏微結(jié)合、變化平衡、實驗探究、證據(jù)推理、社會責任”等化學學科核心素養(yǎng)在本節(jié)課中有待繼續(xù)滲透與發(fā)展。

三、教學設(shè)計與實施

1.情境的創(chuàng)設(shè)與驅(qū)動性問題的提出

化學知識來源于生活情境和實踐。我們從實際生活中提取問題，創(chuàng)設(shè)真實情境，可以培養(yǎng)學生從化學視角思考生活問題的能力。而在真實、生活化的情境中發(fā)現(xiàn)問題，可以使學生產(chǎn)生積極的學習心理和情緒情感，盡快進入學習者的角色。本節(jié)課是在柳州上的一節(jié)公開課，因此選擇了柳州治理酸雨的歷史作為情境脈絡(luò)。柳州在1985-1995年曾是“十雨九酸”的全國四大酸雨城市之一，經(jīng)治理解決了酸雨問題，城市環(huán)境得到了極大的改善。柳州的酸雨問題是如何產(chǎn)生的？柳州采取了什么措施來治理酸雨問題？哪些措施可以預防酸雨問題的再次出現(xiàn)？將這一系列問題作為問題線索，可驅(qū)動學生主動探究學習。酸雨的產(chǎn)生涉及硫元素的轉(zhuǎn)化以及自然界中硫元素平衡的問題；酸雨的治理需要探究SO2的性質(zhì)；酸雨的預防則是對學生所學內(nèi)容的檢驗。在這一過程中，滲透了“變化觀念與平衡思想”“實驗探究與創(chuàng)新意識”以及“科學精神與社會責任”等一系列化學學科核心素養(yǎng)。

2.以實驗設(shè)計與探究為中心的課堂

實驗是化學學科的靈魂，親身經(jīng)歷以探究為主的學習活動是學生學習化學的主要途徑。實驗探究對于發(fā)展學生的化學學科核心素養(yǎng)有著獨特的作用，是發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的重中之重。本節(jié)課以實驗設(shè)計為中心，讓學生通過探究的方式學習元素化合物的性質(zhì)，并在此過程中提升化學學科核心素養(yǎng)。

【教學環(huán)節(jié)一】

[創(chuàng)設(shè)情境]1985-1995年，柳州是全國四大酸雨城市之一，每年因酸雨造成的損失達幾十億元。柳州為何會成為四大酸雨城市之一，如今又是如何變回美麗的山水城市的？要回答這些問題，我們首先要知道酸雨的主要成分是什么？

學生大都能回答出是SO2的超標引發(fā)了酸雨。

【設(shè)計意圖】以學生的家鄉(xiāng)柳州為例創(chuàng)設(shè)情境，提升學生的參與感，激發(fā)學生的社會責任感。

【教學環(huán)節(jié)二】

[思考1]大氣中SO2的主要來源有哪些？

對此問題，學生大多回答“燒煤”，從而看出，學生對于自然界中的硫循環(huán)比較陌生，不清楚自然界中本來就有SO2存在，因此有必要在此展示自然界中硫循環(huán)的圖片（圖1），向?qū)W生介紹“硫平衡”這一概念。經(jīng)過學習，學生意識到酸雨的產(chǎn)生主要是人類活動使得大量存在于礦石中的硫元素以SO2的形式釋放到空氣中，破壞了自然界中的硫平衡。

[活動1]在“價-類”二維圖（圖2）

中表示出硫循環(huán)中出現(xiàn)的主要物質(zhì)。

【設(shè)計意圖】了解大氣中SO2的來源，了解人類活動對硫平衡的破壞，滲透“變化觀念與平衡思想”。用熟悉的“價-類”二維圖，幫助學生自主建構(gòu)含硫化合物的知識體系，發(fā)展元素觀和分類觀。

【教學環(huán)節(jié)三】

想治理酸雨必須先了解SO2的性質(zhì)。

[探究1]（演示實驗）把塞有膠塞、盛有SO2氣體的試管倒立在水中，在水面下打開膠塞，觀察現(xiàn)象。

學生通過實驗現(xiàn)象總結(jié)出SO2的物理性質(zhì)。

[思考2]根據(jù)自然界中硫元素的轉(zhuǎn)化關(guān)系，結(jié)合硫元素的“價-類”二維圖，推測SO2的化學性質(zhì)，并設(shè)計實驗驗證。

學生在之前元素化合物知識的學習中已經(jīng)掌握了從物質(zhì)類別和化合價兩個角度預測物質(zhì)性質(zhì)的方法，經(jīng)討論能夠比較容易得出以下結(jié)論：SO2是酸性氧化物，故應(yīng)具有酸性氧化物的通性；中心元素是+4價，處于中間價態(tài)，故SO2應(yīng)具有氧化性和還原性。而本節(jié)課的重點則在于如何設(shè)計實驗驗證SO2的化學性質(zhì)。在推測出的SO2的三個性質(zhì)中，驗證酸性氧化物的通性是學生較熟悉的實驗，因此上課的重點在于引導學生選擇合適的試劑來驗證SO2的氧化性和還原性，并總結(jié)出驗證物質(zhì)氧化性和還原性的方法。以下是我引導學生進行實驗設(shè)計的一個片段。

師：剛才的幾位同學從物質(zhì)分類的角度預測了SO2的性質(zhì)并設(shè)計了相應(yīng)的實驗來證明，那么有沒有同學從另外的角度來推測它的性質(zhì)？

生1：SO2有氧化性和還原性。

師：你是怎么推測出來的？

生1：SO2中的S是+4價，可以升高到+6價，也可以降低到0價或-2價，所以既有還原性又有氧化性。

師：非常好。這是從化合價的角度來推測SO2的性質(zhì)。那你打算如何證明呢？

生1：讓SO2與O2氧氣反應(yīng)，可以證明SO2有還原性。

師：雖然這兩者可以反應(yīng)，但是兩種氣體反應(yīng)不太容易操作，另外SO2和O2反應(yīng)的條件比較苛刻，所以我們一般不用O2來驗證SO2的還原性。我們還可以選擇什么試劑呢？

師：要證明SO2的還原性，應(yīng)該讓它和哪一類物質(zhì)反應(yīng)？

生2：氧化劑。

師：常見的氧化劑有哪些？

生3：氧氣、硝酸、高錳酸鉀、氯化鐵。

師：非常好。除此之外，氯水、溴水、過氧化氫等也是常用的氧化劑。在這些氧化劑中，我們可以選擇哪些來驗證SO2的還原性呢？我們是不是應(yīng)該選現(xiàn)象明顯、操作方便的試劑呢？

生4：可以選酸性高錳酸鉀、氯水、溴水、氯化鐵這些有顏色的試劑來反應(yīng)。

師：如果選擇酸性高錳酸鉀，你認為可能的現(xiàn)象是什么呢？

生5：高錳酸鉀溶液褪色。

師：其他同學還有沒有補充？沒有的話我們接著來看看SO2的氧化性。仿照剛才的思路，你認為我們應(yīng)如何證明SO2的氧化性？

生6：加還原劑。

[探究2]（學生分組實驗）利用下列儀器和試劑（圖3），探究SO2的化學性質(zhì)。

除圖中試劑外，提供給學生的試劑還有紫色石蕊溶液、KMnO4溶液、Na2S溶液、H2O2溶液、品紅溶液、BaCl2溶液、稀H2SO4。

學生通過實驗驗證了之前的推測，同時也觀察到了沒有預測到的現(xiàn)象，即SO2能夠使品紅溶液褪色。能夠使品紅這一有機物褪色體現(xiàn)了SO2的漂白性。與Na2O2和Cl2這兩種具有漂白性的物質(zhì)相比，SO2的漂白原理跟它們一樣嗎？SO2的漂白性又有什么特征？

[探究3]（演示實驗）在“探究1”使用過的試管中滴加2滴品紅溶液，用氣球套住試管口，振蕩，然后加熱試管，觀察現(xiàn)象，并分析SO2的漂白特點。

在完成性質(zhì)教學后，進行小結(jié)。

[思考3]我們可以從哪幾個角度出發(fā)，研究物質(zhì)的化學性質(zhì)？（圖4）

【設(shè)計意圖】培養(yǎng)學生根據(jù)實驗?zāi)康脑O(shè)計實驗的能力，讓學生進一步熟悉科學研究的基本方法：提出猜測—實驗驗證—得出結(jié)論。其中重點滲透了“實驗探究”“證據(jù)推理與模型認識”的核心素養(yǎng)。學生實驗是微型實驗，從源頭上減少污染，滲透綠色化學思想，同時進一步鞏固和完善研究物質(zhì)性質(zhì)的維度：物質(zhì)類別、化合價、特性，構(gòu)建學習元素化合物知識的認知模型。

【教學環(huán)節(jié)四】

[思考4]實現(xiàn)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化有哪些途徑？（圖5）

[活動2]以小組為單位，根據(jù)SO2的來源和性質(zhì)，以及以上轉(zhuǎn)化途徑，提出治理硫酸型酸雨的方法。

學生討論后提出：將SO2轉(zhuǎn)化為其他含硫化合物。如工業(yè)上最常用的鈣基固硫法，就是先利用非氧化還原反應(yīng)，將SO2轉(zhuǎn)化為CaSO3，再進一步氧化為CaSO4。

另外，結(jié)合自然界中的硫循環(huán)，得出還可以利用植物吸收SO2，或從源頭上減少SO2的產(chǎn)生。

[思考5]如何利用S單質(zhì)制取H2SO4？

根據(jù)物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化方法，在反應(yīng)過程中S元素的化合價從0價變到了+6價，因此要借助氧化劑來實現(xiàn)這一過程。（圖6）

制硫酸是SO2最重要的工業(yè)用途之一。在生活中，SO2也有廣泛的用途。

[思考6]常有人用SO2處理以下物質(zhì)：草帽、干果、葡萄酒、米粉、銀耳、豆芽等（展示相關(guān)圖片），你覺得是否合適呢？

【設(shè)計意圖】從物質(zhì)轉(zhuǎn)化的途徑方面給予學生學習元素化合物知識的方法性指導，建立轉(zhuǎn)化觀。以酸雨的治理和工業(yè)制硫酸為例，培養(yǎng)學生利用轉(zhuǎn)化觀解決化學問題的能力。從治理酸雨的兩條途徑：從源頭上減少產(chǎn)生以及產(chǎn)生后治理，滲透綠色化學思想：從源頭上減少有害物質(zhì)的產(chǎn)生，培養(yǎng)學生的社會責任感，引導學生學會全面看待化學物質(zhì)的影響：造成危害的不是化學物質(zhì)本身，而是人類使用化學物質(zhì)的方式；對于任何化學品，都應(yīng)控制使用量，合理使用。

【教學環(huán)節(jié)五】

[活動3]請大家課后查閱資料，了解柳州在治理酸雨時所采取的措施。想一想，它們用到了哪些化學原理？如果想避免酸雨問題再次出現(xiàn)，我們應(yīng)怎么做？

【設(shè)計意圖】作為課堂內(nèi)容的延伸，可讓課堂內(nèi)容從真實情景中來，回到真實情景中去，培養(yǎng)學生的科學精神與社會責任。

四、結(jié)語

有關(guān)《硫和氮的氧化物》（第一課時）的教學設(shè)計有多種形式。本節(jié)課嘗試結(jié)合本地歷史，創(chuàng)設(shè)真實情景，激發(fā)學生的學習興趣。在元素化合物的“價-類”二維圖指導下對二氧化硫的性質(zhì)展開實驗探究，在開展實驗前加強對學生的引導，培養(yǎng)學生的探究能力，使學生學會以實驗探究的方式進行研究，并努力在課堂中滲透化學學科核心素養(yǎng)。在課程實施中，應(yīng)重點觀察學生交流討論和動手實驗的情況，以評價學生對知識及技能的掌握程度，由此對教學效果進行評價，幫助教師對課程進行反思和改進，提升教學效果。

（責任編輯 羅 艷）