重視挖掘教材實(shí)驗(yàn) 落實(shí)培育學(xué)科素養(yǎng)
——以“溴苯的制備”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例

廣東省佛山市順德區(qū)華僑中學(xué)(528300) 何佩玲

廣東省佛山市順德區(qū)教育發(fā)展中心(528300) 潘 紅

高考試題中，很多實(shí)驗(yàn)試題雖源自教材，卻高于教材。如2019年全國I卷第9題，就從實(shí)驗(yàn)操作、現(xiàn)象觀察、裝置作用等角度全面、深刻地考查了溴苯的制備相關(guān)問題。

筆者以“溴苯的制備”實(shí)驗(yàn)教學(xué)為例，深度挖掘課標(biāo)和教材中的實(shí)驗(yàn)素材并進(jìn)行創(chuàng)新設(shè)計(jì)，在實(shí)驗(yàn)教學(xué)中融合落實(shí)宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)，為核心素養(yǎng)導(dǎo)向的實(shí)驗(yàn)教學(xué)提供參考。

1 創(chuàng)新思考

1.1 原實(shí)驗(yàn)不足

由于制取溴苯用到液溴，液溴對皮膚有強(qiáng)腐蝕性，蒸汽有毒，不宜作為學(xué)生操作的實(shí)驗(yàn)，教材中也只要求學(xué)生能根據(jù)反應(yīng)原理設(shè)計(jì)出合理的實(shí)驗(yàn)方案，教參中給了實(shí)驗(yàn)室制備溴苯的常規(guī)裝置如圖1所示。

圖1 制備溴苯的常規(guī)裝置

該裝置雖然原理簡單，學(xué)生一看便會，但卻存在以下不足：

(1)反應(yīng)試劑苯和液溴均易揮發(fā)且有毒性，除用量較多產(chǎn)生浪費(fèi)之外，操作不當(dāng)甚至可能引起中毒，而后續(xù)處理又容易造成環(huán)境污染；

(2)反應(yīng)生成的HBr氣體直接導(dǎo)入錐形瓶，雖能看到淡黃色沉淀生成，但無法排除溴蒸氣對HBr檢驗(yàn)的干擾；

(3)反應(yīng)結(jié)束后圓底燒瓶中沒有進(jìn)行尾氣處理，容易造成環(huán)境污染。

1.2 創(chuàng)新點(diǎn)挖掘

本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新點(diǎn)挖掘見表1。

表1 溴苯制備的創(chuàng)新點(diǎn)挖掘

1.3 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)操作

1.3.1 實(shí)驗(yàn)儀器

具支試管、圓底燒瓶、注射器、導(dǎo)氣管、鐵架臺、橡皮塞。

1.3.2 藥品試劑

四氯化碳5 mL、液溴1.5 mL、苯5 mL、鐵粉少量、飽和NaOH溶液、pH試紙、淀粉碘化鉀試紙。

1.3.3 實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按3∶1混合苯和液溴，配制飽和NaOH溶液，分別吸入2支注射器，待用。

(2)如圖2所示，在圓底燒瓶中提前放入已潤濕的pH試紙和淀粉碘化鉀試紙。

圖2 圓底燒瓶的處理

(3)如圖3所示，連接好裝置，在具支試管中加入CCl4和鐵粉，檢驗(yàn)裝置的氣密性。

圖3 實(shí)驗(yàn)裝置

(4)通過注射器往具支試管中加入苯和液溴的混合溶液，移動(dòng)磁鐵，使鐵粉從CCl4層移動(dòng)到上層，開始反應(yīng)。

(5)觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

(6)結(jié)束實(shí)驗(yàn)時(shí)，將飽和NaOH溶液注入到具支試管中，進(jìn)行尾氣處理。

1.3.4 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及結(jié)論

圓底燒瓶中沒有看到紅棕色氣體，內(nèi)壁有白霧，pH試紙變紅而淀粉碘化鉀試紙不變藍(lán)。由此可推知反應(yīng)生成HBr氣體，該反應(yīng)為取代反應(yīng)。

2 實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

(1)引導(dǎo)學(xué)生對宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的觀察，深入探究微觀斷成鍵機(jī)理，理解苯“易取代”的性質(zhì)特點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生知識遷移、證據(jù)推理能力。

(2)通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)與常規(guī)制備實(shí)驗(yàn)方法的對比，鼓勵(lì)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)探究與創(chuàng)新。

(3)結(jié)合尾氣處理對學(xué)生滲透科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。

3 實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)教學(xué)環(huán)節(jié)如圖4所示，板書設(shè)計(jì)見表2，實(shí)驗(yàn)教學(xué)流程見表3。

圖4 溴苯制備的教學(xué)環(huán)節(jié)

表2 板書設(shè)計(jì)

表3 溴苯的制備教學(xué)流程

4 評價(jià)與反思

為了落實(shí)《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版)》提出的教學(xué)要求和培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的目標(biāo)，更好地發(fā)揮實(shí)驗(yàn)資源的教學(xué)價(jià)值，針對教材實(shí)驗(yàn)的不足，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改良與創(chuàng)新有著重要的教學(xué)意義。

4.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，激發(fā)學(xué)生探究興趣

真實(shí)情境的創(chuàng)設(shè)，利于拉近生活與化學(xué)的距離，增強(qiáng)學(xué)生探究的興趣，提供探究的內(nèi)驅(qū)力。本案例以消炎藥的原料制備為問題情境，后續(xù)引入一系列探究活動(dòng)，讓學(xué)生在探究活動(dòng)中自主運(yùn)用各種科學(xué)思維來解決實(shí)際問題，課堂探究氛圍深厚，學(xué)生奇思妙想迭出。

4.2 搭建交流分享平臺，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散思維

本案例先將制備溴苯的常規(guī)實(shí)驗(yàn)裝置圖給出，留給學(xué)生充足的探究時(shí)間，通過分析常規(guī)裝置可能存在的不足之處，明確“改進(jìn)點(diǎn)”，并通過小組間不同方案的交流分享，不斷創(chuàng)新改良，從而使學(xué)生的各種奇思妙想得以表達(dá)和交流。在組間和組內(nèi)同伴的相互評價(jià)中，創(chuàng)新方案得以優(yōu)化和完善，為學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的培養(yǎng)提供了很好的過程支撐。

4.3 善用知識類比遷移，完善學(xué)科核心概念

要培養(yǎng)學(xué)生知識結(jié)構(gòu)化的能力，就要幫助學(xué)生自主對各個(gè)知識點(diǎn)進(jìn)行廣泛關(guān)聯(lián)，形成更具概括性的認(rèn)識，形成學(xué)科核心概念或?qū)W科觀念。本案例引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合甲烷的光鹵代反應(yīng)，通過分析苯的溴代反應(yīng)的斷、成鍵過程，類比遷移得出苯的溴代反應(yīng)原理，從而加深了學(xué)生對有機(jī)化合物取代反應(yīng)更全面和深刻的認(rèn)識。

高考試題導(dǎo)向教學(xué)的作用啟示我們，化學(xué)課堂教學(xué)一定要重視實(shí)驗(yàn)教學(xué)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)除了滿足科學(xué)性、嚴(yán)謹(jǐn)性、規(guī)范性之外，還應(yīng)將創(chuàng)新性、綠色化、微量化等因素考慮在內(nèi)，借以充分發(fā)揮實(shí)驗(yàn)教學(xué)的功能與價(jià)值。