勇于直面問題敢于解決問題

葉蘭峰

摘要：“酸雨與二氧化硫”采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式可將高中學(xué)科核心素養(yǎng)較好地滲透課堂教學(xué)，正面引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生勇于直面“酸雨”問題，敢于解決“酸雨”問題，培養(yǎng)當(dāng)代中國(guó)學(xué)生的社會(huì)擔(dān)當(dāng)及責(zé)任意識(shí)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng);任務(wù)驅(qū)動(dòng);酸雨與二氧化硫

文章編號(hào)：1008-0546（2019）10-0069-06 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.10.019

一、概念認(rèn)知

高中化學(xué)核心素養(yǎng)包括“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)知”“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”，這是高中化學(xué)課程的重要目標(biāo)，也是衡量高中化學(xué)教學(xué)教學(xué)的重要標(biāo)準(zhǔn)。任務(wù)驅(qū)動(dòng)化學(xué)教學(xué)模式是建立在建構(gòu)主義理論基礎(chǔ)上的一種教學(xué)模式，要求圍繞化學(xué)學(xué)習(xí)任務(wù)展開教學(xué)。隨著新課程改革的實(shí)施和不斷推進(jìn)，任務(wù)驅(qū)動(dòng)化學(xué)教學(xué)模式可理解為將高中化學(xué)核心素養(yǎng)組織在一個(gè)或幾個(gè)真實(shí)的、科學(xué)的、開放的典型任務(wù)之中，讓學(xué)生在任務(wù)的驅(qū)動(dòng)下主動(dòng)地進(jìn)行探究學(xué)習(xí)，不斷地獲得成就感，進(jìn)一步激發(fā)求知欲望。在完成任務(wù)的過程中，學(xué)生不僅建構(gòu)了化學(xué)學(xué)科的知識(shí)結(jié)構(gòu)，更為重要的是逐步掌握了化學(xué)學(xué)科的學(xué)習(xí)方法，逐步提高了運(yùn)用化學(xué)知識(shí)分析、解決實(shí)際問題的能力，逐步形成了獨(dú)立思考、合作探索的科學(xué)創(chuàng)新品質(zhì)。

二、問題提出

蘇教版《化學(xué)1》對(duì)于二氧化硫的性質(zhì)和作用，是以酸雨的形成、危害、治理為明線，以二氧化硫的性質(zhì)為暗線編寫的，且暗線穿插于明線之中，充分體現(xiàn)了化學(xué)源于生活、服務(wù)于生活。有些專家指出以酸雨引入二氧化硫的教學(xué)，可能會(huì)給學(xué)習(xí)者帶來對(duì)于化學(xué)認(rèn)識(shí)的負(fù)面性，如化學(xué)是有污染、是有危害的，不建議選用教材中的酸雨作為學(xué)習(xí)二氧化硫的載體，而另選載體，因此也設(shè)計(jì)了一些優(yōu)秀的課例，體現(xiàn)了用教材教而不是教教材。課堂教學(xué)需要“百花齊放各爭(zhēng)鳴”，而筆者有些不成熟的思考，希望能與同行們進(jìn)行交流。筆者認(rèn)為教材以酸雨的形成、危害、治理為明線，正體現(xiàn)了當(dāng)前核心素養(yǎng)所提倡的培養(yǎng)中國(guó)學(xué)生的社會(huì)擔(dān)當(dāng)及責(zé)任意識(shí)。“酸雨與二氧化硫”采用任務(wù)驅(qū)動(dòng)教學(xué)模式可將高中學(xué)科核心素養(yǎng)較好地滲透課堂教學(xué)，正面引導(dǎo)學(xué)生，讓學(xué)生勇于直面“酸雨”問題，敢于解決“酸雨”問題。

三、設(shè)計(jì)意圖

“酸雨與二氧化硫”以“酸雨如何形成？”“酸雨如何防治？”“二氧化硫如何定量檢測(cè)？”作為課堂教學(xué)的三個(gè)任務(wù)線索，建構(gòu)、完善、運(yùn)用、再認(rèn)知sO2的性質(zhì)模型為知識(shí)線索，并結(jié)合演示實(shí)驗(yàn)、探究實(shí)驗(yàn)、交流討論、繪制流程圖、關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)等多種活動(dòng)方式促使高中學(xué)科核心素養(yǎng)充分滲透進(jìn)入課堂教學(xué)。

1.教學(xué)模型

如圖1所示。

2.綠色實(shí)驗(yàn)

本文實(shí)驗(yàn)共涉及三組，分別以帶瓶蓋的礦泉水瓶、帶瓶塞的西林瓶、帶氣球的試管作為實(shí)驗(yàn)容器，均為安全密封裝置，因此教學(xué)過程中不會(huì)受SO：的刺激性氣味所干擾，從而提高教學(xué)高效性，并達(dá)成了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的綠色化。

第一組實(shí)驗(yàn)是本課時(shí)的實(shí)驗(yàn)主線，發(fā)揮了三個(gè)重要作用，分別是[活動(dòng)演示1]引課暖場(chǎng)去除師生陌生度并激發(fā)學(xué)生求知欲（用注射器向裝有二氧化硫的礦泉水瓶中注入紫色石蕊試液）、[實(shí)驗(yàn)論證]sO2水溶液與氯水的漂白性的不同原理（[活動(dòng)演示1]的混合溶液始終呈現(xiàn)紅色）、[活動(dòng)演示2]突破了傳統(tǒng)的定量檢測(cè)方法，開闊了學(xué)生的視野，提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)（打開[活動(dòng)演示1]的礦泉水瓶的瓶塞，將實(shí)驗(yàn)室手持sO2傳感器的感應(yīng)頭靠近礦泉水瓶的瓶口）。第二組是學(xué)生對(duì)SO2性質(zhì)開展的活動(dòng)探究實(shí)驗(yàn)，西林瓶小巧精致，選用少量化學(xué)試劑便能清晰地觀察到明顯的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，大大節(jié)省了試劑原料并有效防止SO2散發(fā)。第三組實(shí)驗(yàn)是在試管口套一個(gè)氣球，這一簡(jiǎn)單處理不僅能夠有效防止SO2氣體散發(fā)，同時(shí)在實(shí)驗(yàn)操作加熱后恢復(fù)到室溫，氣球中的SO2氣體重新溶解于水使品紅溶液再次褪色。

3.“魚”型板書

“魚”型板書，如圖2所示，是一種化學(xué)美，是一種藝術(shù)美，更是一種生活美，蘊(yùn)含了人與自然的和諧可持續(xù)發(fā)展。

四、課堂實(shí)錄

1.直面酸雨形成，建構(gòu)SO2性質(zhì)模型

任務(wù)1：酸雨如何形成？——SO2的性質(zhì)

[實(shí)物展示]一瓶裝有二氧化硫的礦泉水瓶。

[問題思考1]人們一談到二氧化硫就與酸雨聯(lián)系在了一起，你們知道其中的原因嗎？

[學(xué)生搶答]二氧化硫溶于水顯酸性。

[活動(dòng)演示1]創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：用注射器向裝有二氧化硫的礦泉水瓶中注入少量紫色石蕊試液。

[匯報(bào)總結(jié)]礦泉水瓶癟了，溶液變?yōu)榧t色，說明二氧化硫溶于水，并且與水反應(yīng)生成了亞硫酸，二氧化硫是一種酸性氧化物。

設(shè)計(jì)意圖：實(shí)驗(yàn)是化學(xué)課堂教學(xué)最能博人眼球的教學(xué)手段，宏觀表象礦泉水瓶的癟、溶液顏色的變化，可以引發(fā)對(duì)微觀世界的探析，深入思考微粒之間發(fā)生怎樣的變化，二氧化硫還可能具備哪些化學(xué)性質(zhì)。

[教學(xué)過渡]二氧化硫除了能與水反應(yīng)，其他的化學(xué)性質(zhì)就交給大家進(jìn)行探究。接下來，四人一小組，根據(jù)提供的藥品，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、挑選合理試劑、開展實(shí)驗(yàn)探究，并完成表格的填寫。

[儀器及藥品展示]西林瓶（密封小試劑瓶）如圖3所示、裝有S02水溶液的注射器、BaCI2溶液、鹽酸、H2O2溶液、酸性KMnO4溶液、Ba（OH）2溶液、NaOH溶液、H2S溶液、H2SO4溶液。

[活動(dòng)探究1]（1）打開西林瓶橡皮塞，將0.5mL左右（半吸管）的所選試劑加入西林瓶中，蓋上瓶塞。

（2）將0.5mL左右SO2水溶液注射到西林瓶中，振蕩。

[成果分享]學(xué)生闡述實(shí)驗(yàn)方案及設(shè)計(jì)方案的理由，并通過微型實(shí)物投影分享小組實(shí)驗(yàn)的成果，如表1所示。

[問題思考2]上述小組的4組實(shí)驗(yàn)方案，大家看看是否都合理？

[學(xué)生質(zhì)疑]方案1沒有明顯現(xiàn)象不能說明NaOH溶液與SO2水溶液發(fā)生了化學(xué)反應(yīng);方案3的設(shè)計(jì)對(duì)SO2的化學(xué)性質(zhì)研究好像沒有什么特別的意義，可以去除。

[歸納總結(jié)]上述方案實(shí)際上體現(xiàn)了兩條線：化合價(jià)沒有發(fā)生變化的反應(yīng)體現(xiàn)了SO2具有酸性氧化物的性質(zhì);化合價(jià)發(fā)生變化的反應(yīng)，如化合價(jià)升高體現(xiàn)了sO2具有還原性，如化合價(jià)降低體現(xiàn)了SO2具有氧化性。

設(shè)計(jì)意圖：探究實(shí)驗(yàn)是化學(xué)課堂教學(xué)最能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣從而積極主動(dòng)參與課堂、真正體現(xiàn)課堂主體作用的教學(xué)方法。學(xué)生通過親自參與設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、討論實(shí)驗(yàn)方案、完善實(shí)驗(yàn)方案、開展實(shí)驗(yàn)探究、觀察現(xiàn)象變化、感知微粒變化，運(yùn)用守恒思想，從而得出科學(xué)合理的實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)在西林瓶（裝有橡膠塞）中開展微型實(shí)驗(yàn)，使整個(gè)教室感受不到任何刺激性氣味，保護(hù)了每個(gè)人的嗅覺器官，充分體現(xiàn)了化學(xué)的綠色化，也體現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)教學(xué)的創(chuàng)新性。

2.繪制酸雨路徑圖，完善SO2性質(zhì)模型

任務(wù)1：酸雨如何形成？——路線圖

[活動(dòng)探究2]酸雨是怎么形成的，請(qǐng)各小組成員合作繪制酸雨形成的路徑圖。

[成果分享]路徑圖，如圖4所示。

[問題思考3]硫酸型酸雨存在亞硫酸嗎？如何檢驗(yàn)？

[演示實(shí)驗(yàn)3]向裝有一定量sO2水溶液的試管中加入2滴品紅溶液。

[現(xiàn)象結(jié)論]品紅溶液褪色，說明SO2水溶液具有漂白性。

[追問6]sO2水溶液的漂白原理與氯水的漂白原理是否相同呢？

[學(xué)生闡述]不相同。氯水中含有強(qiáng)氧化性的HC10能夠漂白有機(jī)色素、指示劑等，而SO2水溶液不能漂白石蕊溶液。

[實(shí)驗(yàn)論證][活動(dòng)演示1]的混合溶液始終呈現(xiàn)紅色。

[理論論證]

[演示實(shí)驗(yàn)4]向[演示實(shí)驗(yàn)3]的試管口套上氣球，加熱，再恢復(fù)室溫。

[現(xiàn)象結(jié)論]加熱后，溶液恢復(fù)紅色且氣球鼓起來，說明SO2水溶液與品紅生成的新物質(zhì)穩(wěn)定性不強(qiáng)且受熱分解后有氣體產(chǎn)生;恢復(fù)至室溫，氣球癟了且溶液顏色再次褪去，說明鼓起來的氣體有SO2且再次體現(xiàn)了sO2水溶液具有漂白性。

設(shè)計(jì)意圖：繪制路徑圖是構(gòu)建知識(shí)網(wǎng)絡(luò)的常見方法，先通過學(xué)生自主繪制酸雨路徑圖逐步完善二氧化硫的性質(zhì)模型，接著通過[演示實(shí)驗(yàn)3]說明了SO2水溶液具有漂白性，再通過[活動(dòng)演示1]的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象說明了SO2水溶液與氯水的漂白原理不同，最后通過[理論論證]和[演示實(shí)驗(yàn)4]清晰地展現(xiàn)了SO2水溶液的漂白原理，從而進(jìn)一步完善了二氧化硫的性質(zhì)模型。

3.運(yùn)用SO2性質(zhì)模型，防治酸雨危害

任務(wù)2：酸雨如何防治？

[問題思考4]酸雨已經(jīng)形成，那會(huì)帶來哪些危害呢？

[學(xué)生闡述]酸雨進(jìn)入江河湖泊，會(huì)導(dǎo)致魚類難以生存，影響水生生物的繁殖;酸雨進(jìn)入土壤，會(huì)使鈣、鎂、磷等營(yíng)養(yǎng)元素溶出并流失，導(dǎo)致土壤肥力下降，并被逐漸酸化，使農(nóng)作物和樹木的生長(zhǎng)遭到破壞;酸雨會(huì)使橋梁、雕塑等建筑物的腐蝕加快，許多文物古跡遭到嚴(yán)重破壞。

[社會(huì)熱點(diǎn)]酸雨的危害帶來了巨大的環(huán)境問題，成為了社會(huì)關(guān)注的焦點(diǎn)并引起了我國(guó)政府的高度重視，下面我們看一則最新“十九大”關(guān)于酸雨的新聞報(bào)道。

[問題思考5]“十九大”新聞報(bào)道中你獲取哪些信息？

[學(xué)生闡述]我國(guó)酸雨區(qū)的面積、污染的程度都呈現(xiàn)明顯下降的趨勢(shì)，這是一件值得點(diǎn)贊的事情。

[活動(dòng)探究3]大家認(rèn)為我國(guó)可能采取了哪些有效措施對(duì)酸雨進(jìn)行防治？

[成果分享]用太陽能、氫能等代替含硫的傳統(tǒng)能源;使用含硫的傳統(tǒng)能源前先把硫元素除去，使之轉(zhuǎn)化為工業(yè)需要的硫酸、硫酸鈣等;在受酸雨危害的地方撒石灰等。運(yùn)用化學(xué)方法減輕酸雨對(duì)樹木和土壤的危害，如圖5所示。

[歸納總結(jié)]上述措施可歸納為兩個(gè)字“防”和“治”：①抓源頭，開發(fā)新能源、脫硫法進(jìn)行“防”;②滅產(chǎn)物，利用撒石灰等進(jìn)行“治”。防治結(jié)合，以防為主。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過認(rèn)識(shí)酸雨的危害，進(jìn)而認(rèn)識(shí)到需要采取措施防治酸雨，再通過對(duì)“十九大”熱點(diǎn)的關(guān)注，進(jìn)一步喚醒學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，并運(yùn)用S02性質(zhì)模型提出有效防治酸雨的具體措施，且總結(jié)出防治結(jié)合、以防為主的新型科學(xué)理念。防治酸雨的其中一項(xiàng)有效措施是將硫元素轉(zhuǎn)化為硫酸，該轉(zhuǎn)化方式為后續(xù)工業(yè)制備硫酸的知識(shí)學(xué)習(xí)作了有效鋪墊。

4.再認(rèn)知SO2性質(zhì)模型，定量檢測(cè)防治酸雨

任務(wù)3：二氧化硫如何定量檢測(cè)？

[問題思考6]華能玉環(huán)電廠是一座大型的火力發(fā)電廠，如圖6所示，為減少二氧化硫的排放，在燃煤的過程中往往添加一定量的石灰石，你知道其中的原因嗎？

[案例分析]碳酸鈣在高溫下分解生成二氧化碳和氧化鈣，氧化鈣與二氧化硫生成亞硫酸鈣，亞硫酸鈣被空氣中的氧氣氧化成硫酸鈣。

[歸納總結(jié)]華能玉環(huán)電廠選用碳酸鈣作為原料得到硫酸鈣產(chǎn)品，這就是應(yīng)用最為廣泛的石灰石一石膏法，這種脫硫法“變廢為寶”“綠色化學(xué)”，實(shí)現(xiàn)了可持續(xù)性發(fā)展。

[活動(dòng)探究4]華能玉環(huán)電廠二氧化硫的排放是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（表3）？你能設(shè)計(jì)定量的檢測(cè)方案嗎？

[方案分享]

方案1：取一定量樣品氣體，通入到足量的Ba（OH）2溶液，過濾，洗滌，干燥，稱量固體BaSO3的質(zhì)量，根據(jù)元素守恒換算得到SO2的體積。

方案2：取一定量樣品氣體，通入到足量的H202溶液，滴加BaCI2溶液至沉淀完全，過濾，洗滌，干燥，稱量固體BaSO4的質(zhì)量，根據(jù)元素守恒換算得到SO2的體積。

方案3：取一定量樣品氣體，通入到足量的H2S溶液，過濾，洗滌，干燥，稱量固體s的質(zhì)量，根據(jù)元素守恒換算得到sO2的體積。

[方案評(píng)價(jià)]方案2相對(duì)比較完整，而方案1、方案3都有所欠缺。方案1只考慮SO2是酸性氧化物，與Ba（OH）2反應(yīng)生成BaSO3沉淀，而樣品氣體中肯定含有O2，在水溶液中O2容易將亞硫酸根氧化生成硫酸根，如果部分被氧化，那得到的固體成分是BaSO3和BaSO4的混合物;如果完全被氧化，那得到的固體成分是BaSO4，所以不能準(zhǔn)確換算出S02的體積。方案3利用SO2的氧化性，與H2S反應(yīng)生成s沉淀，而樣品氣體中含有O2同樣會(huì)將H2S氧化生成s，因此不能準(zhǔn)確換算出SO2的體積。

[教學(xué)過渡]方案2利用SO2的還原性，與H2O2溶液發(fā)生氧化還原反應(yīng)，產(chǎn)物硫酸根再與BaCl2溶液生成硫酸鋇沉淀，最后根據(jù)s元素守恒，可以較為準(zhǔn)確換算出SO2的含量。隨著科技的發(fā)展，SO2傳感器技術(shù)的出現(xiàn)可以更為便捷地判斷華能玉環(huán)電廠二氧化硫的排放是否符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。

[傳感器展示]實(shí)驗(yàn)室手持SO2傳感器，如圖7所示;生活中監(jiān)測(cè)用的SO2傳感器，如圖8所示。

[活動(dòng)演示2]創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：打開[活動(dòng)演示1]的礦泉水瓶的瓶塞，將實(shí)驗(yàn)室手持S02傳感器的感應(yīng)頭靠近礦泉水瓶的瓶口。

[現(xiàn)象結(jié)論]傳感器顯示靈敏，說明SO2傳感器能快速準(zhǔn)確的測(cè)定空氣中的SO2含量。

設(shè)計(jì)意圖：[問題思考6]讓sO2性質(zhì)模型得以落地，石灰石一石膏法提升了學(xué)生“變廢為寶”“綠色化學(xué)”、可持續(xù)發(fā)展的社會(huì)責(zé)任意識(shí)，真正體現(xiàn)了“化學(xué)從生活中來，化學(xué)回生活中去”的教學(xué)理念。學(xué)生通過[活動(dòng)探究4]對(duì)SO2的性質(zhì)研究從定性走向定量，更為深刻地理解了SO2性質(zhì)模型即模型的再認(rèn)知，揭示了污染需從源頭抓起，以防為主。[活動(dòng)演示2]不僅突破了傳統(tǒng)的定量檢測(cè)方法，而且開闊了學(xué)生的視野，更提升了學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)（創(chuàng)新是一門學(xué)科、一個(gè)國(guó)家得以發(fā)展的生長(zhǎng)點(diǎn)）。

[課堂小結(jié)]通過“酸雨與二氧化硫”的學(xué)習(xí)，我們理解了酸雨的形成過程，了解了酸雨的危害，懂得了如何防治酸雨，如何定量測(cè)定空氣中二氧化硫的含量做好酸雨的提前防范，其核心就是二氧化硫的性質(zhì)和作用。勇于直面酸雨問題，合理利用所學(xué)知識(shí)并敢于靈活運(yùn)用于生活中解決酸雨問題，可實(shí)現(xiàn)變廢為寶、可持續(xù)性綠色化發(fā)展。通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)活動(dòng)探究的學(xué)習(xí)，我們從物質(zhì)類別的角度來看二氧化硫是一種酸性氧化物，從化合價(jià)升降的角度來看二氧化硫具有還原性也具有氧化性，二氧化硫更側(cè)重于它的還原性。在以后的元素及其化合物的學(xué)習(xí)中，我們就可以從物質(zhì)的類別角度和氧化還原的角度進(jìn)行分析。