基于學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)課堂教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)踐探究
——以“過(guò)氧化鈉的性質(zhì)探究”為例

甘肅省天水市教育科學(xué)研究所(741000) 陳景乾甘肅省天水市第一中學(xué)(741000) 曹永峰

1 教學(xué)背景分析

1.1 教材內(nèi)容分析

“過(guò)氧化鈉的性質(zhì)”是人教版《高中化學(xué)必修1》第3章第2節(jié)“幾種重要的金屬化合物”的教學(xué)內(nèi)容，教材以1個(gè)演示實(shí)驗(yàn)(過(guò)氧化鈉與水反應(yīng)放出的氧氣使帶火星的木條復(fù)燃)達(dá)成對(duì)學(xué)生設(shè)置的教學(xué)目標(biāo)?；诨瘜W(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的要求，重新審視教材內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)該部分內(nèi)容是培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究核心素養(yǎng)很好的素材。結(jié)合教學(xué)實(shí)踐，我們?cè)O(shè)計(jì)了能夠更加激發(fā)學(xué)生的理性思維、便于操作、現(xiàn)象明顯的幾個(gè)科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)，并運(yùn)用多媒體輔助教學(xué)手段以增強(qiáng)課堂教學(xué)效果。

1.2 學(xué)情分析

(1)學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備：學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了金屬鈉、氫氧化鈉和過(guò)氧化鈉的相關(guān)知識(shí)內(nèi)容，對(duì)鈉元素及化合物有了一定的了解；學(xué)生也掌握了燃燒的三要素(可燃物、助燃劑及著火點(diǎn))以及氧氣知識(shí)；也學(xué)習(xí)了氧化還原反應(yīng)、質(zhì)量守恒定律等內(nèi)容。對(duì)于過(guò)氧化鈉的反應(yīng)條件及生成物的探究有了最基本的認(rèn)知基礎(chǔ)。

(2)學(xué)生特點(diǎn)：現(xiàn)階段的高中學(xué)生對(duì)于實(shí)驗(yàn)探究方面的題型比較感興趣，學(xué)生自身也具備一定的實(shí)驗(yàn)操作能力，但是在實(shí)驗(yàn)操作的嚴(yán)謹(jǐn)性、規(guī)范性方面還有所不足；能夠根據(jù)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，在證據(jù)推理方面具有一定的邏輯思維，但對(duì)于探究目的的方案設(shè)計(jì)合理性還不夠?；趯W(xué)生目前的知識(shí)儲(chǔ)備和實(shí)驗(yàn)技能，不能客觀地進(jìn)行自主探究，因此教師在實(shí)驗(yàn)操作的規(guī)范性和操作方案的設(shè)計(jì)方面應(yīng)加強(qiáng)指導(dǎo)。

2 教學(xué)目標(biāo)達(dá)成

(1)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究讓學(xué)生能正確書寫過(guò)氧化鈉與水、過(guò)氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)的化學(xué)方程式，能根據(jù)現(xiàn)象推導(dǎo)出反應(yīng)的本質(zhì)；能根據(jù)性質(zhì)總結(jié)出過(guò)氧化鈉的用途，并將其用途聯(lián)系到實(shí)際生活中解決問(wèn)題。

(2)通過(guò)探究式課堂教學(xué)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，體驗(yàn)觀察現(xiàn)象、比較分析、證據(jù)推理等方法在學(xué)習(xí)和研究物質(zhì)過(guò)程中的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)進(jìn)行科學(xué)探究的一般方法。

(3)通過(guò)學(xué)生分組探究實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手操作能力、觀察能力、歸納總結(jié)能力，培養(yǎng)學(xué)生合作的精神及勤于思考實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。

3 教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

教學(xué)重點(diǎn)：過(guò)氧化鈉與水、過(guò)氧化鈉與二氧化碳的反應(yīng)。

教學(xué)難點(diǎn)：探究過(guò)氧化鈉與二氧化碳反應(yīng)產(chǎn)物的方案設(shè)計(jì)。

4 教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)

4.1 提出問(wèn)題，引入新課

多媒體展示：消防員滅火的場(chǎng)景。

問(wèn)題引導(dǎo)：火給人類帶來(lái)了文明，但有時(shí)候也會(huì)給人類帶來(lái)災(zāi)難。通過(guò)上一節(jié)課的內(nèi)容學(xué)習(xí)，我們知道金屬鈉著火以后不能用水進(jìn)行滅火。那么同學(xué)們考慮一下，金屬鈉著火能否用CO2來(lái)熄滅呢？帶著這個(gè)問(wèn)題，我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)走進(jìn)科學(xué)的世界，共同來(lái)分享化學(xué)知識(shí)的無(wú)窮趣味。

情境創(chuàng)設(shè)：我們生活的自然界里，水和CO2都是常見的物質(zhì)。水和CO2可以用來(lái)滅火，亦可以生火，同學(xué)們喜歡“滴水生火”和“吹氣生火”的魔術(shù)嗎？如果喜歡的話，我們請(qǐng)兩位同學(xué)上臺(tái)來(lái)給大家表演這兩個(gè)魔術(shù):

魔術(shù)1：“滴水生火”：剪1段約3 cm長(zhǎng)的濾紙條，放置于干凈的石棉網(wǎng)上，用藥匙取1藥匙左右的Na2O2，將其鋪開于濾紙中間位置。取1小團(tuán)棉花，攤平覆蓋于Na2O2上，用膠頭滴管吸水向棉花兩邊的濾紙條上逐滴加入。一般10 s內(nèi)即可看見棉花團(tuán)開始燃燒，此現(xiàn)象證明Na2O2和水的反應(yīng)為放熱反應(yīng)。

魔術(shù)2：“吹氣生火”：用棉花團(tuán)包住適量的Na2O2粉末放在1塊鐵片上，然后在1個(gè)干燥管的中間裝上適量的CaCl2固體作干燥劑，干燥管的兩端放入少量的棉花，將干燥管細(xì)口一端對(duì)準(zhǔn)包有Na2O2的棉花團(tuán)，用嘴對(duì)著干燥管粗口一端進(jìn)行吹氣。因?yàn)槭褂昧烁稍飫?，就可以減少和Na2O2接觸的CO2中的水汽量，棉花團(tuán)劇烈燃燒起來(lái)。

問(wèn)題引導(dǎo)：同學(xué)們，在“滴水生火”和“吹氣生火”的實(shí)驗(yàn)中，說(shuō)明了一個(gè)什么現(xiàn)象呢？根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)，我們知道水和CO2是不可能將棉花點(diǎn)燃的，那么在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中的棉花能夠被點(diǎn)燃，說(shuō)明棉花中一定隱藏著某種特殊的物質(zhì)，這種物質(zhì)在與水或者CO2接觸的瞬間會(huì)放出熱量，當(dāng)溫度達(dá)到棉花的著火點(diǎn)時(shí)，棉花很快就會(huì)被點(diǎn)燃，這種特殊的物質(zhì)就是我們今天要探究的物質(zhì)——Na2O2。它就在我們的實(shí)驗(yàn)臺(tái)上，仔細(xì)觀察Na2O2的顏色狀態(tài)。

學(xué)生回答：淡黃色的粉末。

板書：過(guò)氧化鈉的性質(zhì)。

教師講解：Na2O2中O元素的化合價(jià)為-1價(jià)；其陽(yáng)離子與陰離子個(gè)數(shù)比為2∶1。

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過(guò)“滴水生火”和“吹氣生火”的小實(shí)驗(yàn)，能夠很輕松地明白水和CO2既能滅火，亦能生火的認(rèn)知沖突，使學(xué)生感到無(wú)比的新鮮，能夠很快地進(jìn)入課堂情境，提高學(xué)生對(duì)探究Na2O2性質(zhì)的欲望。

4.2 實(shí)驗(yàn)探究“滴水生火”的原理

提出問(wèn)題：為什么在Na2O2上滴水后會(huì)生火？Na2O與水反應(yīng)生成了NaOH，試想一下Na2O2與水反應(yīng)后會(huì)生成什么？用什么方法檢驗(yàn)？下面，我們對(duì)這一問(wèn)題作進(jìn)一步的科學(xué)探究。

教師引導(dǎo)：根據(jù)學(xué)生已掌握的可燃物燃燒知識(shí)和元素質(zhì)量守恒知識(shí)，總結(jié)Na2O2與水反應(yīng)可能的產(chǎn)物及檢驗(yàn)方法，教師根據(jù)學(xué)生提出的探究方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，然后用多媒體展示探究目的、實(shí)驗(yàn)步驟(見圖1)及藥品用量。同時(shí)，教師要提醒學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意環(huán)保性和安全性。

多媒體展示探究目的：①探究Na2O2與水反應(yīng)的能量變化；②探究Na2O2與水反應(yīng)生成的氣體；③探究反應(yīng)后的溶液是否存在NaOH。

學(xué)生活動(dòng)：按照優(yōu)化的方案設(shè)計(jì)和探究目的，同學(xué)們利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上現(xiàn)有的藥品和儀器，以6人1個(gè)小組為單位通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究“滴水生火”的原因。

學(xué)生總結(jié)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)得出“滴水生火”的真正原因是棉花中放有固體Na2O2粉末。將Na2O2粉末溶于水后，觸摸試管外壁是熱的；②發(fā)現(xiàn)固體粉末Na2O2溶解時(shí)產(chǎn)生大量氣泡，該氣體能夠使帶火星的木條復(fù)燃；③加入酚酞溶液變成紅色。結(jié)論：Na2O2與水反應(yīng)放出O2并且此過(guò)程放熱，反應(yīng)后的溶液顯堿性。

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生進(jìn)行合作探究，不是將“滴水生火”的原因或結(jié)論直接呈現(xiàn)給學(xué)生，而是先提出問(wèn)題，引出要探究的任務(wù)，讓學(xué)生在自主探究的學(xué)習(xí)過(guò)程中觀察現(xiàn)象、分析比較、證據(jù)推理，透過(guò)宏觀現(xiàn)象審視變化的微觀本質(zhì)。

4.3 實(shí)驗(yàn)探究“吹氣生火”的原理

提出問(wèn)題：Na2O2與水反應(yīng)生成了NaOH和O2，找到了“滴水生火”的原因。那么“吹氣生火”又是怎么回事？Na2O2與CO2反應(yīng)生成了什么？用什么方法檢驗(yàn)？下面對(duì)此再次進(jìn)行探究。

教師引導(dǎo)：根據(jù)學(xué)生已探究的Na2O2與水反應(yīng)生成物的判斷，學(xué)生很容易進(jìn)行知識(shí)遷移，總結(jié)出Na2O2與CO2反應(yīng)可能生成的產(chǎn)物及檢驗(yàn)方法。根據(jù)學(xué)生討論得到的探究方案進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，提出“雙燭異象”的探究原理，實(shí)驗(yàn)裝置如圖2所示。

學(xué)生活動(dòng)：同學(xué)們利用實(shí)驗(yàn)臺(tái)上現(xiàn)有的藥品和儀器，以小組為單位進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。該實(shí)驗(yàn)需提前制作8～10個(gè)CO2氣球和盛有玻璃棉的干燥管，以備使用。

設(shè)計(jì)意圖：探究Na2O2和CO2的反應(yīng)物是本節(jié)課的難點(diǎn)。為了充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)的探究功能，將Na2O2和CO2的反應(yīng)設(shè)計(jì)成“雙燭異象”實(shí)驗(yàn)，是體現(xiàn)“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的良好實(shí)驗(yàn)素材。這個(gè)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象比較明顯，節(jié)約時(shí)間，燒杯可以用廢棄塑料瓶或小紙筒代替。

多媒體展示實(shí)驗(yàn)步驟：①向填有玻璃棉的干燥管中裝入Na2O2粉末；②根據(jù)圖2組裝“雙燭異象”實(shí)驗(yàn)裝置，此時(shí)兩處止水夾均夾緊;③點(diǎn)燃2根蠟燭，打開未連接干燥管一側(cè)的止水夾，擠壓氣球緩慢通入CO2氣體，觀察現(xiàn)象；夾緊該側(cè)止水夾，打開另一止水夾，同樣擠壓氣球緩慢通入CO2氣體，觀察現(xiàn)象；④取出少許干燥管中的固體粉末，加入試管中，用少量水溶解，再加入2滴CaCl2溶液，觀察現(xiàn)象。

學(xué)生活動(dòng)：按照實(shí)驗(yàn)步驟，小組進(jìn)行科學(xué)探究。

教師指導(dǎo)：提醒學(xué)生在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意環(huán)保性和安全性。

學(xué)生總結(jié)：CO2通入到未連接干燥管的一側(cè)，蠟燭隨即熄滅；CO2通入到連接干燥管的一側(cè)，干燥管中的Na2O2粉末開始劇烈反應(yīng)，同時(shí)該側(cè)蠟燭的火光顯著變亮。取反應(yīng)后干燥管中的固體溶于水，無(wú)沉淀產(chǎn)生，加入CaCl2溶液，有白色沉淀。學(xué)生結(jié)合已探究的Na2O2與水反應(yīng)的生成物及元素質(zhì)量守恒定律，分析現(xiàn)象得出“吹氣生火”的原因：Na2O2與CO2反應(yīng)放出O2，生成Na2CO3，并且此過(guò)程放熱。

設(shè)計(jì)意圖：CO2是一種最常用的滅火物質(zhì)，學(xué)生對(duì)它并不陌生。但是在Na2O2的作用下，CO2可以反應(yīng)生成助燃物質(zhì)氧氣。這種由“滅火劑”→“助燃劑”的變化過(guò)程，就是一種非常典型的認(rèn)知沖突情境的構(gòu)建素材。通過(guò)實(shí)驗(yàn)，以直觀的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為引導(dǎo)，突破難以判斷Na2O2與CO2的反應(yīng)產(chǎn)物這一教學(xué)難點(diǎn)。同時(shí)加深學(xué)生對(duì)Na2O2可用于防毒面具或潛水艇在水下工作時(shí)作為氧氣來(lái)源制作的化學(xué)反應(yīng)的理解。

4.4 根據(jù)Na2O2的性質(zhì)，小組討論Na2O2的用途

學(xué)生總結(jié)：可用于呼吸面具或潛水艇中作為氧氣的來(lái)源；實(shí)驗(yàn)室可以用Na2O2和水制取少量的O2；生活中還可以根據(jù)Na2O2的強(qiáng)氧化性用作漂白劑。

多媒體展示:Na2O2的用途。

板書：Na2O2的用途：供氧劑、漂白劑。

設(shè)計(jì)意圖：此環(huán)節(jié)使整個(gè)課堂首尾呼應(yīng)，體現(xiàn)了結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定應(yīng)用的化學(xué)思想，培養(yǎng)了學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際，用所學(xué)知識(shí)解決生活中常見問(wèn)題的能力。使學(xué)生了解日常生活的應(yīng)急處理措施，促使學(xué)生用化學(xué)的視角去關(guān)注生活、關(guān)注社會(huì)。

5 分析評(píng)價(jià)與反思

(1)教學(xué)設(shè)計(jì)方面：本節(jié)課把Na2O2性質(zhì)的驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)成為學(xué)生的探究性實(shí)驗(yàn)，以問(wèn)題的提出、分析和解決作為知識(shí)呈現(xiàn)的邏輯順序，學(xué)生參與課堂教學(xué)的積極性明顯提高。由于本節(jié)課探究的內(nèi)容較多，時(shí)間緊張，一些問(wèn)題沒有得到充分的探究。比如Na2O2與水反應(yīng)的溶液中加入酚酞，振蕩后褪色的原因這一問(wèn)題未能得到探究。

(2)實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方面：在認(rèn)真研究課標(biāo)，把握教材的基礎(chǔ)上，本節(jié)課我們對(duì)2個(gè)實(shí)驗(yàn)都進(jìn)行了改進(jìn)，改進(jìn)后的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象效果明顯，反應(yīng)快、試劑用量少，既節(jié)約時(shí)間，又安全環(huán)保，不僅有利于學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，還能培養(yǎng)學(xué)生的環(huán)保意識(shí)和創(chuàng)新能力。

(3)探究教學(xué)方面：在探究性教學(xué)中，應(yīng)注意開放性，即便是對(duì)于一些違反常規(guī)的設(shè)計(jì)，也不要馬上去否定，應(yīng)多鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行質(zhì)疑，引導(dǎo)學(xué)生分析原因或重新嘗試探究效果；開展科學(xué)探究教學(xué)，不要束縛學(xué)生的思維，要敢于讓學(xué)生動(dòng)手實(shí)踐，學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)踐來(lái)解決問(wèn)題。例如，在Na2O2與CO2的反應(yīng)探究中，引導(dǎo)學(xué)生分析需要解決哪些問(wèn)題(如何制取二氧化碳、產(chǎn)物是什么、如何檢驗(yàn)產(chǎn)物以及檢驗(yàn)的可行性等)，然后讓學(xué)生去思考，同學(xué)間交流探究方案，最后得出最佳的方案設(shè)計(jì)。