“素養(yǎng)為本”的微項目教學(xué)在高中化學(xué)實驗中的應(yīng)用

史培艷

摘要：以二氧化硫制備、性質(zhì)驗證、噴泉實驗的一體化、封閉式實驗項目為例，開展“素養(yǎng)為本”的微項目教學(xué)，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng);通過子項目問題交流討論，培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)符號表征及化學(xué)進階思維能力。

關(guān)鍵詞：素養(yǎng)為本;微項目教學(xué);高中化學(xué)實驗;二氧化硫

文章編號：1008-0546（2021）02-0093-05 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.02.023

一、問題的提出

“素養(yǎng)為本”的化學(xué)課堂教學(xué)，以真實情境為載體，開設(shè)實驗為主的多種探究活動，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化，改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，注重學(xué)生實踐、創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。微項目教學(xué)是以學(xué)生為中心，以微型項目為載體，在真實情境中開展一系列探究活動的教學(xué)形式。微項目教學(xué)是實施化學(xué)課程，發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，體現(xiàn)學(xué)生個性化的一種新教學(xué)方式，具有項目式教學(xué)和微課的特點。微項目教學(xué)從學(xué)生的生活經(jīng)驗人手，依據(jù)學(xué)生的認知規(guī)律和最近發(fā)展區(qū)，創(chuàng)設(shè)真實生產(chǎn)、生活情境，融合專業(yè)知識和技能，提升學(xué)生解決實際問題、綜合實踐應(yīng)用能力。

在科技抗疫的今天，國家重點組建實驗室體系，實現(xiàn)產(chǎn)學(xué)研融通創(chuàng)新。農(nóng)村學(xué)校的實驗室儀器和藥品陳舊，有的甚至不能使用，更缺乏現(xiàn)代化、數(shù)字化實驗儀器。陳舊的實驗器材阻礙不了教師和學(xué)生創(chuàng)新之舉，借助鄉(xiāng)土素材，融合化學(xué)知識，助推實驗創(chuàng)新，提升實踐技能。

“二氧化硫的性質(zhì)與應(yīng)用”上課前，需要提前制備二氧化硫并把二氧化硫通入水中制得二氧化硫的水溶液。進行實驗探究過程中，二氧化硫的水溶液不穩(wěn)定，會釋放出具有刺激性氣味、有毒的二氧化硫氣體，導(dǎo)致學(xué)生對實驗的興趣削減。為了減少以上弊端，采用微項目教學(xué)，設(shè)計二氧化硫制備與性質(zhì)的一體化、封閉式實驗，促進學(xué)生對“含硫化合物的性質(zhì)”的深度學(xué)習(xí)，提升學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

二、微項目內(nèi)容主題分析

1.教材分析

“二氧化硫的性質(zhì)和應(yīng)用”是蘇教版《化學(xué)（必修第一冊）》專題4第一單元第一課時內(nèi)容。本單元在學(xué)習(xí)了物質(zhì)的分類、物質(zhì)的量濃度、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)等基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)二氧化硫制備與性質(zhì)、含硫物質(zhì)間轉(zhuǎn)化、硫酸型酸雨成因與防治。根據(jù)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途這一知識主線，進行有意義二氧化硫知識建構(gòu)。二氧化硫是酸性氧化物，具有酸性氧化物通性;二氧化硫中硫的化合價為+4價，介于最低價一2價和最高價+6價之間，即有還原性也有氧化性;二氧化硫的特性為漂白性。通過設(shè)計實驗方案、改進實驗裝置，進行二氧化硫?qū)嶒灧纸M合作探究，并繪制含硫物質(zhì)之間轉(zhuǎn)化的價類二維圖。利用價類二維圖促使學(xué)生內(nèi)化氧化還原和物質(zhì)分類等核心概念。

2.學(xué)情分析

學(xué)生已經(jīng)具有分類觀，理解氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)大概念，掌握常見氣體制備、一定物質(zhì)的量濃度溶液的配制等，能設(shè)計氣體制備及性質(zhì)探究的實驗方案并實施實驗方案，觀察現(xiàn)象，得出實驗結(jié)論，也能用相關(guān)原理分析陌生情境問題和解決問題。學(xué)生已經(jīng)知道二氧化硫是酸性氧化物，具有氧化性、還原性、漂白性;學(xué)生不了解不同酸堿指示劑變色范圍和氧化還原反應(yīng)的先后順序原因。

3.教學(xué)策略

基于學(xué)生元認知、生活經(jīng)驗、最近發(fā)展區(qū)，給學(xué)生提供儀器和藥品、文獻，組織學(xué)生閱讀課本和文獻。學(xué)生借助身邊的生活素材，在他人對二氧化硫性質(zhì)改進成果基礎(chǔ)上進行創(chuàng)新。受新冠病毒形狀啟發(fā)，設(shè)計多彩新冠模型變色實驗。學(xué)生分組、分工、合作探究，展示成果并講解各組設(shè)計實驗方案、實驗過程、實驗現(xiàn)象、實驗結(jié)論及實驗注意問題。

4.專業(yè)拓展

利用不同酸堿指示劑不同變色范圍（表1），探究二氧化硫與堿、鹽溶液的變色反應(yīng)。配制約0.1mol/L堿、鹽溶液，并用精密pH試紙測其pH值（表2）。

二氧化硫以還原性為主，與常見氧化劑反應(yīng)的變色順序是不同的，取決于氧化劑的氧化性強弱。通過文獻查閱，298K時標準電極電勢（表3），判斷氧化還原反應(yīng)的難易程度。

三、微項目教學(xué)目標

1.通過改進實驗實現(xiàn)二氧化硫制備與性質(zhì)的一體化，通過動手實驗、觀察、分析實驗現(xiàn)象，收集實驗證據(jù)，得出實驗結(jié)論，發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認知素養(yǎng)。

2.能從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，認識物質(zhì)轉(zhuǎn)化路徑，能用化學(xué)符號表征物質(zhì)的轉(zhuǎn)化，發(fā)展學(xué)生變化觀念。

3.基于“綠色化學(xué)”理念設(shè)計實驗方案，并對實驗進行評價和優(yōu)化，發(fā)展學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任素養(yǎng)。

四、微項目任務(wù)及教學(xué)流程

學(xué)生分組、分任務(wù)合作實驗，其中1-6任務(wù)（表4）課前完成。

五、微項目實施過程及學(xué)生學(xué)習(xí)成果

1.展示學(xué)生課前任務(wù)成果把學(xué)生課前任務(wù)成果（圖1）匯總，并展示給學(xué)生

觀看。

實驗裝置如圖2：塑料壇子中A、B是兩個空心塑料球，塑料球上插入幾個空氣過濾器（類似冠），這樣形成冠狀病毒形狀。A、B球用紗布包上，各“冠”上冠有紗布。A球紗布浸有NaOH溶液（酚酞），A球“冠”上的紗布按順時針順序分別浸有Na2CO3溶液（中性紅）、NaHCO3溶液（甲基紅）、Na2SO3溶液（溴甲酚綠與甲基紅3：1混合）、飽和Na2CO3溶液（溴百里香酚藍）、紫色石蕊、Na2S溶液、品紅溶液（A7在最上方，檢驗二氧化硫是否收集滿）;B球紗布浸有FeCl3（KSCN）溶液，B球“冠”上的棉花按順時針順序分別K2Cr2O7溶液、FeCl3溶液、CuClz溶液、12/淀粉溶液、酸性KMnO4溶液、廣泛pH試紙（水濕）;A、B形成多彩的“新冠模型”。塑料小壇子中導(dǎo)管上粘有雙氧水和氯化鋇溶液浸濕的廣泛pH試紙。

2.實驗過程

實驗過程如表5及圖3所示。

3.實驗現(xiàn)象變化原因分析

學(xué)生分組、合作討論實驗現(xiàn)象變化的原因。

子任務(wù)1：兩處品紅溶液顏色變化慢、快原因。

學(xué)生成果：亞硫酸鈉與75%硫酸溶液反應(yīng)是放熱反應(yīng)，生成熱的二氧化硫氣體，熱的二氧化硫氣體難能使品紅溶液褪色;二氧化硫經(jīng)導(dǎo)管進入塑料壇中，經(jīng)冷卻，易使品紅溶液褪色;導(dǎo)管中是浸有品紅的棉花，成團狀，二氧化硫與品紅接觸面較小，而塑料壇中是浸有品紅的單層紗布，成片狀，二氧化硫與品紅接觸面大，后者反應(yīng)速率快，褪色快。

子任務(wù)2：二氧化硫與同濃度不同溶液反應(yīng)顏色變化快慢原因（A新冠模型）

學(xué)生成果：二氧化硫使紫色石蕊變紅，說明二氧化硫是酸性氧化物，與水反應(yīng)生成亞硫酸。0.1mol/LNaOH、Na2CO3、NaHCO3、Na2SO3溶液pH分別為13.0、11.6、8.3、10.0，堿性不同，c（OH-）大小不同，二氧化硫與它們反應(yīng)本質(zhì)是與OH-反應(yīng)，c（OH-）大的反應(yīng)快，顏色變化快。

子任務(wù)3：二氧化硫與同濃度不同氧化劑變色快慢不同原因（B新冠模型）

學(xué)生成果：同濃度不同氧化劑的標準電極電勢不同，電極電勢越大，其氧化性越強，與二氧化硫反應(yīng)就越快。

子任務(wù)4：二氧化硫分別使酸性高錳酸鉀溶液、品紅溶液褪色原理相同嗎？

學(xué)生成果：不同，二氧化硫與酸性高錳酸鉀溶液因發(fā)生氧化還原反應(yīng)而使之褪色，二氧化硫與水反應(yīng)生成亞硫酸，亞硫酸與品紅結(jié)合為不穩(wěn)定無色物質(zhì)，前者利用二氧化硫的還原性，后者利用二氧化硫的漂白性。

子任務(wù)5：兩處廣泛pH試紙變紅程度不同原因

B6冠上廣泛pH試紙呈紅色，是因為SO2+H2O=H2SO3=H+HSO3-導(dǎo)管上廣泛pH試紙呈紅色且顏色深，是因為H2O2+SO2=H2SO4;H2SO3為弱酸，H2SPO4是強酸，酸性不同，廣泛pH試紙紅色深度不同。

子任務(wù)6：燒杯中是藍色溶液，為什么形成黃色噴泉呢？

學(xué)生成果：打開止水夾b，多余二氧化硫與氫氧化鈉溶液作用，c（OH-）減小，pH減小。溴百里香酚藍變色pH范圍是6.2-7.6，顏色變化為黃一綠一藍。溶液由藍變綠，再變黃，說明二氧化硫稍過量。向錐形瓶中加水，止水夾a是打開狀態(tài)，整個裝置是相通的，二氧化硫因溶于水且部分被擠壓入氫氧化鈉溶液導(dǎo)致裝置內(nèi)壓強減小，外壓大，形成黃色噴泉。

子任務(wù)7：通過實驗現(xiàn)象說明含硫物質(zhì)之間具有怎樣的關(guān)系？

學(xué)生成果：同種價態(tài)含硫物質(zhì)之間、不同價態(tài)的含硫物質(zhì)之間能相互轉(zhuǎn)化，如圖4價-類二維關(guān)系。

五、微項目教學(xué)反思及改進建議

1.以學(xué)生為主體，教師為主導(dǎo)

微項目教學(xué)過程中，教師為主導(dǎo)，是組織者、指導(dǎo)者、點撥者;學(xué)生為主體，是親歷者、體驗者、探究者。整個過程中，學(xué)生通過項目，動手實驗體驗知識的產(chǎn)生過程。教師為學(xué)生提供活動的場所、空間、材料，適時針對學(xué)生存在的問題進行指導(dǎo)。

2.以學(xué)定項，難易適中

選擇的項目不僅符合課程標準要求，還要適合學(xué)情，根據(jù)學(xué)生的認知規(guī)律及最近發(fā)展區(qū)選擇難易適度的項目。過難的項目，學(xué)生很難完成，會產(chǎn)生挫敗感，興趣降低;過易的項目，學(xué)生容易完成，沒有挑戰(zhàn)性，不能激發(fā)學(xué)生潛力。適中的項目，學(xué)生既有挑戰(zhàn)性又能完成，有成就感和自豪感，樂意去做，能發(fā)揮學(xué)生內(nèi)在動力。

3.利于學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展

在真實情境中解決真問題，利于學(xué)生科學(xué)探究、宏觀辨識、微觀探析、變化觀念等素養(yǎng)的發(fā)展，利于學(xué)生化學(xué)思維能力的培養(yǎng)，利于學(xué)生完成任務(wù)共同體意識的強化。

4.存在問題及改進建議

鄉(xiāng)村中學(xué)班級人數(shù)多，分組合作時，有的學(xué)生不積極參加微項目學(xué)習(xí);鄉(xiāng)村中學(xué)實驗藥品較久，失效，導(dǎo)致有的實驗現(xiàn)象不明顯;實驗室沒有網(wǎng)絡(luò)，不能及時、適時搜索資料等。改進建議：教學(xué)小班化、網(wǎng)絡(luò)化、微型化;資源時代化、更新化、跟進化。