基于化學(xué)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)分析
———以“濃硫酸與碳反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)探究課”為例

◇ 山東 孫惠林

(作者單位:山東省濟(jì)南市章丘區(qū)第五中學(xué))

高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)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)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)維度的內(nèi)容.在化學(xué)課堂教學(xué)中,教師應(yīng)圍繞這5個(gè)維度的內(nèi)容開展有組織的教學(xué)活動(dòng).在近幾年的高考中,為適應(yīng)新課程改革,試題在命制時(shí)也常以考查學(xué)生5個(gè)維度的核心素養(yǎng)而展開.下面筆者以“濃硫酸與碳反應(yīng)產(chǎn)物的實(shí)驗(yàn)探究課”為例,就基于化學(xué)核心素養(yǎng)的課堂教學(xué)進(jìn)行分析探討.

1 創(chuàng)設(shè)探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)的設(shè)想

強(qiáng)氧化性是濃硫酸的一個(gè)重要特性,教材為此編排了“濃硫酸與銅反應(yīng)”的演示實(shí)驗(yàn),并通過“濃硫酸使蔗糖碳化”所發(fā)生的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象進(jìn)一步說明了濃硫酸具有強(qiáng)氧化性,但教材并未就實(shí)驗(yàn)的相關(guān)過程做詳細(xì)的表述.筆者充分利用這一機(jī)會(huì),引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和操作實(shí)驗(yàn)過程,以驗(yàn)證濃硫酸具有強(qiáng)氧化性這一特征,并借此機(jī)會(huì)培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng).

2 “證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng)的培養(yǎng)

“證據(jù)推理”素養(yǎng)指的是學(xué)生能夠通過收集各種數(shù)據(jù),并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加工和處理,從而對(duì)物質(zhì)的性質(zhì)及其變化做出合理的猜想,同時(shí)通過實(shí)驗(yàn)給予驗(yàn)證,判斷猜想正確與否.本節(jié)課中,首先讓學(xué)生根據(jù)演示實(shí)驗(yàn)“濃硫酸與銅反應(yīng)”,結(jié)合濃硫酸的強(qiáng)氧化性,猜測(cè)“濃硫酸與碳反應(yīng)”的生成物.然后分析在“濃硫酸與銅反應(yīng)”中,S 元素由＋6 價(jià)降低為＋4 價(jià),因此,生成SO2氣體,據(jù)此推測(cè)在“濃硫酸使蔗糖碳化”中很有可能生成了CO2氣體,再根據(jù)物質(zhì)守恒定律推斷還有可能生成了H2O,然后將推測(cè)的結(jié)果寫成化學(xué)方程式:C＋2H2SO4(濃)＝CO2↑＋2SO2↑＋2H2O.最后引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)化學(xué)方程式設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證,實(shí)驗(yàn)過程既包括實(shí)驗(yàn)試劑和儀器的選用,也包括實(shí)驗(yàn)步驟、實(shí)驗(yàn)結(jié)果記錄和分析等過程.此過程培養(yǎng)了學(xué)生的“證據(jù)推理”素養(yǎng),要求學(xué)生能夠根據(jù)已有證據(jù)進(jìn)行分析推理,并提出該驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)可能會(huì)出現(xiàn)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,為進(jìn)一步自己動(dòng)手設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)過程提供思路和依據(jù).

“模型認(rèn)知”作為一種有效的認(rèn)知工具,可以幫助學(xué)生把有效的知識(shí)高度濃縮,將次要的非本質(zhì)的信息濾去,使重要的本質(zhì)性知識(shí)形成清晰的知識(shí)框架,納入學(xué)生已有的知識(shí)體系中.很多學(xué)生在解答化學(xué)問題時(shí)常常感到困難,甚至無從下手,往往是因?yàn)椴欢没瘜W(xué)本源知識(shí),腦海中沒有構(gòu)建相應(yīng)的原理模型,所以無法實(shí)現(xiàn)舉一反三、觸類旁通.近幾年高考化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題越來越靈活,學(xué)生普遍感覺到難以適應(yīng).因而,幫助學(xué)生建立化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究題的認(rèn)知模型具有十分重要的意義.前面所述的課堂教學(xué)過程,就很好地讓學(xué)生自己體驗(yàn)和建立了探究實(shí)驗(yàn)的基本模型框架,即“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹碚撘罁?jù)—假設(shè)猜測(cè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)—實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證”.

3 “科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”素養(yǎng)的培養(yǎng)

在學(xué)生討論完初步的設(shè)計(jì)方案后,筆者設(shè)置了層層遞進(jìn)的幾個(gè)探究問題讓學(xué)生思考:(1)分別用什么樣的物質(zhì),采用什么方法檢驗(yàn)生成的產(chǎn)物H2O(g)、SO2、CO2? (2)在檢驗(yàn)產(chǎn)物 H2O(g)、SO2、CO2時(shí)的順序是什么? (3)CO2氣體中混有SO2,應(yīng)用什么物質(zhì)除去? (4)如何證明CO2氣體中混有的SO2氣體已經(jīng)除盡? 經(jīng)過學(xué)生小組的充分討論和反復(fù)修改,各小組達(dá)成共識(shí),設(shè)計(jì)了如圖1所示實(shí)驗(yàn)流程.

圖1

在討論過程中,學(xué)生積極發(fā)言,不斷創(chuàng)新.例如,有學(xué)生提出:裝置中第一個(gè)品紅溶液可以撤去,因?yàn)镃O2沒有還原性,KMnO4溶液既能除去SO2,又能驗(yàn)證SO2的存在.還有學(xué)生提出:后一個(gè)品紅溶液也可以撤去,因?yàn)槿绻鸎MnO4溶液沒有完全褪色,說明KMnO4是過量的,從而說明SO2已除盡.在討論中,大家在碰撞中交流、互相學(xué)習(xí)、共同成長(zhǎng).

4 “宏觀辨識(shí)與微觀探析”素養(yǎng)的培養(yǎng)

在教學(xué)中,要培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)思維方式,讓學(xué)生掌握從宏觀上把握物質(zhì)在形態(tài)、顏色等方面的變化特征,并從微觀方面能夠?qū)ξ镔|(zhì)的組成、結(jié)構(gòu)等進(jìn)行分析,從而揭示物質(zhì)變化的本質(zhì).在實(shí)驗(yàn)過程中,要求學(xué)生通過宏觀方面觀察和辨識(shí)物質(zhì)在反應(yīng)前后的物理、化學(xué)變化,如形態(tài)、顏色等,思考相關(guān)問題.具體表現(xiàn)在:通過觀察品紅溶液是否褪色以識(shí)別SO2的存在與否;通過觀察澄清石灰水是否變渾濁以識(shí)別CO2的存在與否;然后引導(dǎo)學(xué)生從微觀方面進(jìn)行探析,如分析濃硫酸與碳反應(yīng)時(shí)電子的轉(zhuǎn)移情況,確定氧化劑、還原劑、氧化產(chǎn)物和還原產(chǎn)物.

5 “變化觀念與平衡思想”素養(yǎng)的培養(yǎng)

物質(zhì)是不斷運(yùn)動(dòng)和變化的,但必須在一定的條件下才會(huì)引起物質(zhì)的變化,讓學(xué)生從哲學(xué)的角度去審視量變與質(zhì)變的關(guān)系,并能從內(nèi)因與外因等方面深入分析物質(zhì)的變化,從而樹立動(dòng)態(tài)平衡的化學(xué)核心素養(yǎng).在本堂課的探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程中,培養(yǎng)了學(xué)生的“變化觀念與平衡思想”素養(yǎng).例如,隨著反應(yīng)的不斷進(jìn)行,反應(yīng)物濃硫酸的濃度逐漸變小,減小到一定程度時(shí),就變成了稀硫酸,強(qiáng)氧化性變成了弱氧化性,反應(yīng)逐漸終止.在此過程中,學(xué)生會(huì)從“量變”與“質(zhì)變”的角度對(duì)化學(xué)反應(yīng)過程進(jìn)行分析與探究,會(huì)利用“動(dòng)態(tài)平衡”的理念對(duì)反應(yīng)前后物質(zhì)的變化從微觀方面進(jìn)行預(yù)判.

6 “科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”素養(yǎng)的培養(yǎng)

從培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度出發(fā),要求學(xué)生樹立實(shí)事求是的探究意識(shí),并認(rèn)識(shí)到化學(xué)學(xué)科對(duì)于社會(huì)發(fā)展所帶來的巨大貢獻(xiàn),同時(shí)讓學(xué)生關(guān)注社會(huì)熱點(diǎn)問題,并能夠運(yùn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)對(duì)社會(huì)熱點(diǎn)問題作出正確的判斷,樹立可持續(xù)發(fā)展的科學(xué)理念.在本課堂探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)中,要求學(xué)生猜測(cè)濃硫酸與碳的反應(yīng)生成物,并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)對(duì)這一推斷進(jìn)行驗(yàn)證,讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的方法,培養(yǎng)了學(xué)生探索未知和崇尚真理的科學(xué)意識(shí);在設(shè)計(jì)和優(yōu)化實(shí)驗(yàn)裝置的過程中,讓學(xué)生對(duì)CO2、SO2的檢驗(yàn)過程進(jìn)行了重新審視和思考,培養(yǎng)了學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度,也培養(yǎng)了學(xué)生善于質(zhì)疑、勤于思考的科學(xué)品質(zhì).

在近幾年的高考考試大綱中,都對(duì)考查學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提出了具體的要求,高考試題命制工作也在朝著這個(gè)方向在探索中努力前行.高中化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)不是短期內(nèi)就可以達(dá)成的,需要教師在日常的教學(xué)中,把握好機(jī)會(huì),潛移默化地逐漸滲透,通過不斷訓(xùn)練,最終讓學(xué)生形成必要的化學(xué)核心素養(yǎng),從而在高考中能夠輕松應(yīng)對(duì),并為后續(xù)的人生發(fā)展奠定良好的基礎(chǔ).