“境脈鏈接，模型建構(gòu)”促進(jìn)核心素養(yǎng)落地

王星喬

摘? ? 要：為促進(jìn)化學(xué)核心素養(yǎng)在課堂教學(xué)中真正落地，提出了“境脈鏈接、模型建構(gòu)”教學(xué)模式的內(nèi)涵，構(gòu)建了該教學(xué)模式的操作程序：制定教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)、創(chuàng)設(shè)問(wèn)題境脈、構(gòu)建認(rèn)識(shí)模型，并據(jù)此設(shè)計(jì)了“二氧化硫的性質(zhì)和作用”一課。課堂教學(xué)實(shí)踐表明，該教學(xué)模式提升了學(xué)生實(shí)際問(wèn)題解決能力，促進(jìn)了認(rèn)識(shí)思路、核心觀念的結(jié)構(gòu)化，有利于化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：境脈鏈接;模型建構(gòu);核心素養(yǎng);二氧化硫

2018年11月29～30日，第五屆全國(guó)基礎(chǔ)教育課程教學(xué)改革研討會(huì)在浙江寧波隆重舉行，本次研討會(huì)的主題是“推動(dòng)普通高中課程實(shí)施，落實(shí)學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)”。筆者有幸執(zhí)教了“二氧化硫的性質(zhì)和作用”這一研討課，受到了與會(huì)專家和老師的好評(píng)。

一、“境脈鏈接，模型建構(gòu)”教學(xué)模式內(nèi)涵

“境脈鏈接，模型建構(gòu)”教學(xué)模式以化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為指引，在研究課程標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)要求基礎(chǔ)上，選擇與教學(xué)主題密切相關(guān)的情境素材鏈接知識(shí)、方法、素養(yǎng)，精心設(shè)計(jì)任務(wù)鏈，驅(qū)動(dòng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)科學(xué)思維方式和方法解決實(shí)際任務(wù)，提煉、完善知識(shí)關(guān)聯(lián)模型、認(rèn)識(shí)思路模型，實(shí)現(xiàn)核心素養(yǎng)的提升。

二、“境脈鏈接，模型建構(gòu)”教學(xué)模式操作程序

（一）制定教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)

從2017版課程標(biāo)準(zhǔn)要求來(lái)看，注重引導(dǎo)學(xué)生利用“物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)”認(rèn)識(shí)角度預(yù)測(cè)二氧化硫的相關(guān)性質(zhì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，與此同時(shí)解決真實(shí)情境中的問(wèn)題[1]。本節(jié)課選擇環(huán)境問(wèn)題作為探討SO2性質(zhì)的切入口，以“講好寧波故事，共創(chuàng)美麗中國(guó)”為立意，以寧波鎮(zhèn)海煉化為情境素材，通過(guò)化學(xué)課堂把鎮(zhèn)海煉化故事帶給學(xué)生，切身感受化學(xué)與自然環(huán)境、生活環(huán)境的密切聯(lián)系，贊賞政府、企業(yè)為改善環(huán)境所作出的持續(xù)努力。綜上所述，確定了如下教學(xué)與評(píng)價(jià)目標(biāo)。

【教學(xué)目標(biāo)】

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)了解二氧化硫的物理性質(zhì)，掌握二氧化硫的化學(xué)性質(zhì)（酸性氧化物通性、還原性、漂白性），能用化學(xué)方程式描述酸雨形成過(guò)程及尾氣處理涉及的物質(zhì)變化，初步形成“性質(zhì)決定用途”的觀念;

（2）通過(guò)酸雨成因的探討，認(rèn)識(shí)到二氧化硫與其他含硫物質(zhì)間可以相互轉(zhuǎn)化，且需要一定的條件;

（3）通過(guò)二氧化硫相關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析推測(cè)二氧化硫的相關(guān)性質(zhì)，形成基于物質(zhì)類別和價(jià)態(tài)對(duì)物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測(cè)和檢驗(yàn)的認(rèn)識(shí)模型;

（4）能設(shè)計(jì)酸雨形成的模擬實(shí)驗(yàn)方案，與同學(xué)合作完成實(shí)驗(yàn)操作，客觀進(jìn)行記錄，對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象作出解釋;

（5）通過(guò)對(duì)鎮(zhèn)海煉化含硫煙氣處理相關(guān)問(wèn)題的探討，認(rèn)識(shí)到二氧化硫過(guò)量排放對(duì)環(huán)境造成的危害，能從化學(xué)的角度提出減少硫酸型酸雨的措施，具有“綠色化學(xué)”的觀念，贊賞政府、企業(yè)為改善環(huán)境所作出的持續(xù)努力。

【評(píng)價(jià)目標(biāo)】

（1）通過(guò)對(duì)二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫酸的可能路徑設(shè)計(jì)與交流點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生對(duì)物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化思路的認(rèn)識(shí)水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）;

（2）通過(guò)對(duì)二氧化硫轉(zhuǎn)化成硫酸的實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)與交流點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生探究物質(zhì)性質(zhì)的水平（經(jīng)驗(yàn)水平、概念原理水平）;

（3）通過(guò)對(duì)煉油廠二氧化硫尾氣處理方案、二氧化硫尾氣監(jiān)測(cè)方案的設(shè)計(jì)與交流點(diǎn)評(píng)，診斷并發(fā)展學(xué)生解決實(shí)際問(wèn)題的能力水平（孤立水平、系統(tǒng)水平）及其對(duì)化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識(shí)水平（學(xué)科視角、社會(huì)價(jià)值視角、學(xué)科和社會(huì)價(jià)值視角）。

（二）創(chuàng)設(shè)問(wèn)題境脈

“素養(yǎng)為本”的教學(xué)通過(guò)創(chuàng)設(shè)“問(wèn)題境脈”統(tǒng)領(lǐng)整個(gè)教學(xué)過(guò)程[2]。通過(guò)對(duì)有關(guān)科技文獻(xiàn)的檢索及鎮(zhèn)海煉化的實(shí)地考察，本節(jié)課以“煉油廠尾氣中二氧化硫的來(lái)源→危害→處理→監(jiān)測(cè)”作為教學(xué)主線，精心設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問(wèn)題，以此激發(fā)、推動(dòng)、維持、強(qiáng)化和調(diào)整學(xué)生的認(rèn)知活動(dòng)、情感活動(dòng)和實(shí)踐活動(dòng)等，具體設(shè)計(jì)如圖1所示。

（三）構(gòu)建認(rèn)識(shí)模型

從元素化合物學(xué)習(xí)角度來(lái)看，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)建立物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)的認(rèn)識(shí)角度，面對(duì)陌生物質(zhì)時(shí)能依據(jù)認(rèn)識(shí)角度預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并獲取事實(shí)證據(jù)，若事實(shí)與理論不符，則需修正認(rèn)識(shí)模型。

從環(huán)境主題學(xué)習(xí)角度來(lái)看，通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生應(yīng)能從化學(xué)的視角認(rèn)識(shí)和分析環(huán)境問(wèn)題，具體包括：環(huán)境問(wèn)題的危害是由物質(zhì)的什么性質(zhì)引起的;從物質(zhì)性質(zhì)和物質(zhì)變化視角分析、解釋環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生機(jī)理和形成過(guò)程;針對(duì)環(huán)境問(wèn)題的形成過(guò)程和條件，根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)和物質(zhì)變化，尋找對(duì)應(yīng)的解決辦法[3]，如圖2所示。

三、基于“境脈鏈接，模型建構(gòu)”教學(xué)模式教學(xué)實(shí)踐

（一）創(chuàng)設(shè)情境，引入課題——煉化廠尾氣中的二氧化硫來(lái)源

【引課】今天我將帶領(lǐng)同學(xué)們一起走進(jìn)全國(guó)規(guī)模最大的煉化企業(yè)——鎮(zhèn)海煉化。

【PPT】鎮(zhèn)海煉化相關(guān)歷史圖片及規(guī)模效益數(shù)據(jù)。

【教師】鎮(zhèn)海煉化前身是浙江煉油廠，現(xiàn)在每年煉油量達(dá)到2300萬(wàn)噸。石油煉制過(guò)程中煙氣的處理是一重要環(huán)節(jié)，煙氣中主要污染物是煙塵、NOx、H2S，今天這節(jié)課我們主要關(guān)注含硫物質(zhì)的處理。目前，鎮(zhèn)海煉化采用克勞斯法處理含硫煙氣并對(duì)硫磺回收利用。

【PPT】

克勞斯法基本原理[4] （圖3）

【設(shè)問(wèn)】分析流程中硫及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，體現(xiàn)了含硫物質(zhì)怎樣的性質(zhì)？

【學(xué)生】硫化氫可被氧氣氧化為二氧化硫，體現(xiàn)了還原性;二氧化硫與硫化氫歸中生成了硫磺，體現(xiàn)了二氧化硫的氧化性。

【教師】如果兩者恰好反應(yīng)轉(zhuǎn)化成硫，那當(dāng)然是最完美了，可事實(shí)并非這樣，看文獻(xiàn)資料。

【PPT】文獻(xiàn)資料[4]：“從克勞斯裝置排出的尾氣中還含有0.8%～1.8%的SO2（體積分?jǐn)?shù)）。傳統(tǒng)克勞斯工藝的尾氣中硫化物的排放量已不能滿足現(xiàn)行環(huán)保標(biāo)準(zhǔn)的要求?！?/p>

（二）引導(dǎo)探究，突破難點(diǎn)——探究二氧化硫?qū)Νh(huán)境的影響

【設(shè)問(wèn)】含有二氧化硫的未達(dá)標(biāo)廢氣為何不能直接排放？

【學(xué)生】……

【教師】二氧化硫是大氣中主要污染性氣體，有刺激性氣味，有毒，特別是對(duì)人的呼吸道有刺激作用;另一方面，空氣中二氧化硫造成硫酸型酸雨，對(duì)社會(huì)環(huán)境帶來(lái)多方面的危害。

【任務(wù)一】探究尾氣中的二氧化硫?qū)Νh(huán)境的影響

【活動(dòng)】大氣中的二氧化硫是如何轉(zhuǎn)化成硫酸的？請(qǐng)寫(xiě)出可能的轉(zhuǎn)化路徑并說(shuō)明依據(jù)。（用化學(xué)方程式或物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系表示）

【學(xué)生】討論并呈現(xiàn)結(jié)果。

【教師】從化合價(jià)和物質(zhì)類別兩個(gè)角度評(píng)價(jià)學(xué)生的匯報(bào)，初步構(gòu)建二維坐標(biāo)圖。

【討論】如何利用實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)有條件探究：二氧化硫→亞硫酸→硫酸這條轉(zhuǎn)化路徑？請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

【學(xué)生】將二氧化硫通入水中獲得二氧化硫水溶液;取適量溶液滴入紫色石蕊，若溶液顯紅色，說(shuō)明有亞硫酸生成。

【追問(wèn)】溶液顯紅色就一定能說(shuō)明是亞硫酸？如何證明是亞硫酸？

【學(xué)生】加氯化鋇若無(wú)沉淀生成則證明是亞硫酸，如果是硫酸的話加氯化鋇會(huì)生成白色沉淀。

【追問(wèn)】如何證明亞硫酸可以被氧化為硫酸？

【學(xué)生】往加入氯化鋇的二氧化硫水溶液中鼓入空氣，若有白色沉淀，則說(shuō)明亞硫酸可以被氧化為硫酸。

【活動(dòng)】酸雨形成模擬實(shí)驗(yàn)。

器材：100mL輸液袋（充有二氧化硫）、20mL注射器、10mL試劑瓶若干。

試劑：蒸餾水、石蕊、 BaCl2溶液、稀鹽酸。

【學(xué)生】匯報(bào)觀察到的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與結(jié)論：往充有二氧化硫的輸液袋中用注射器注入20mL蒸餾水，輕輕振搖輸液袋，輸液袋明顯變癟，說(shuō)明二氧化硫易溶于水;取2～3mL二氧化硫水溶液，滴加3滴紫色石蕊試液，振蕩，紫色石蕊變紅，說(shuō)明二氧化硫與水發(fā)生了反應(yīng)，有酸性物質(zhì)生成;取2～3mL二氧化硫水溶液，滴加1滴管 BaCl2溶液，開(kāi)始無(wú)明顯現(xiàn)象，露置空氣大約10s，溶液變渾濁。

【結(jié)論】二氧化硫與水反應(yīng)生成亞硫酸，亞硫酸確實(shí)可以被氧氣氧化為硫酸。

【教師】亞硫酸有還原性，SO2和亞硫酸中心元素相同，價(jià)態(tài)相同，也具有還原性。二氧化硫也可被氧氣氧化為SO3，只不過(guò)在氣相中這一速率較慢，需要催化劑，塵埃中所含的金屬氧化物就能提供催化作用，SO3溶于雨水形成硫酸型酸雨。

【PPT】文獻(xiàn)資料[5]：“由S（Ⅳ）氧化為SO42-是大氣中硫酸鹽的主要生成途徑，在過(guò)程中起作用的氧化劑可能有溶解的O2、O3、H2O2……”

【教師】由上述資料可見(jiàn)，大氣中H2O2氧化二氧化硫直接轉(zhuǎn)變成硫酸也是硫酸型酸雨形成路徑之一。接下來(lái)請(qǐng)同學(xué)們將滴加過(guò)BaCl2的試劑瓶中的濁液一分為二，往其中一份滴加雙氧水，觀察現(xiàn)象。

【活動(dòng)】將濁液一分為二，往其中一份滴加雙氧水。

【結(jié)論】滴加雙氧水后渾濁度明顯增加，說(shuō)明雙氧水能迅速氧化二氧化硫水溶液。

【符號(hào)表征】書(shū)寫(xiě)雙氧水氧化二氧化硫離子反應(yīng)方程式。

【小結(jié)】酸雨的形成路徑中所體現(xiàn)的二氧化硫性質(zhì)及認(rèn)識(shí)元素化合物角度。

（三）交流探討，綜合應(yīng)用——二氧化硫尾氣的處理與監(jiān)測(cè)

【過(guò)渡】既然含有二氧化硫尾氣會(huì)造成硫酸型酸雨，你們覺(jué)得如何處理尾氣中的二氧化硫呢？

【任務(wù)二】設(shè)計(jì)二氧化硫尾氣處理方案（用化學(xué)方程式或物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系表示）

【學(xué)生】可用氫氧化鈉、氨水、石灰乳等堿性物質(zhì)吸收，也可用雙氧水、高錳酸鉀等氧化性物質(zhì)吸收。

【討論】從原料來(lái)源、處理成本、產(chǎn)物循環(huán)利用等角度評(píng)析處理方案。

【教師】我采訪了鎮(zhèn)海煉化環(huán)?？瓶崎L(zhǎng)，我們來(lái)聽(tīng)聽(tīng)鎮(zhèn)海煉化的做法及考慮因素。

【視頻】鎮(zhèn)海煉化環(huán)?？瓶崎L(zhǎng)周則飛工程師訪談（注：考慮到國(guó)家排放要求不斷提高，目前鎮(zhèn)海煉化選用氫氧化鈉處理二氧化硫尾氣，將處理效果放在首要考慮位置）

【過(guò)渡】經(jīng)鈉堿法處理后的尾氣中二氧化硫含量是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)？這就涉及二氧化硫的檢測(cè)問(wèn)題了。

【PPT】煉油廠尾氣主要成分（圖4）

【任務(wù)三】設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)脫塵、脫硝后尾氣中含有二氧化硫

【學(xué)生】品紅、酸性高錳酸鉀、碘水。

【追問(wèn)】能否用氫氧化鋇？

【學(xué)生】不行，兩者都是酸性氧化物，均會(huì)產(chǎn)生白色沉淀。

【實(shí)驗(yàn)】取試管，注入2mL二氧化硫水溶液，滴加品紅，觀察現(xiàn)象;試管上方套一個(gè)氣球，加熱，觀察現(xiàn)象。

【教師】二氧化硫的漂白作用是由于它能跟某些有色物質(zhì)生成不穩(wěn)定的無(wú)色物質(zhì)，但這種無(wú)色物質(zhì)容易分解而使有色物質(zhì)恢復(fù)原來(lái)的顏色，利用這一性質(zhì)可以定性檢驗(yàn)二氧化硫的存在。工業(yè)上常用二氧化硫漂白紙漿、毛、絲、草帽等;其實(shí)葡萄酒中也添加有少量二氧化硫，正是利用了它的漂白性和抗氧化性。二氧化硫是國(guó)際上通行的食品添加劑，關(guān)鍵是控制好量。所以我們應(yīng)辯證看待二氧化硫，它既有過(guò)也有功。

【過(guò)渡】當(dāng)然，像鎮(zhèn)海煉化這樣的大公司，要求做到實(shí)時(shí)、精確監(jiān)測(cè)，需要精密的儀器設(shè)備。前幾日，我利用二氧化硫傳感器定量檢測(cè)了鎮(zhèn)海煉化除硫裝置周圍二氧化硫的濃度值。

【PPT】SO2傳感器：SO2氣體進(jìn)入傳感器的氣室，會(huì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生與二氧化硫濃度成正比的電流。該電流信號(hào)具有線性反應(yīng)特征，靈敏度高、響應(yīng)時(shí)間短、受溫度和濕度影響小。

【視頻】SO2傳感器采集鎮(zhèn)海煉化廠空氣中SO2濃度數(shù)據(jù)

【PPT】展示前后十年鎮(zhèn)海煉化二氧化硫年度排放總量數(shù)據(jù)，如圖5所示。

【教師】由于國(guó)家對(duì)尾氣排放指標(biāo)要求越來(lái)越高，近幾年鎮(zhèn)海煉化投入巨資改進(jìn)脫硫技術(shù)與設(shè)備，所以二氧化硫的排放量與十年前相比銳減，這是企業(yè)積極承擔(dān)社會(huì)責(zé)任的體現(xiàn)。

【PPT】寧波：千只白鷺定居煉化廠