生活化5E教學模式在高中化學教學中的應用

李若琳 王玉霞

［通信作者］王玉霞，女，河南人，教授，博士，碩士研究生導師，研究方向：有機化學。

［摘 要］文章基于5E教學模式進行“二氧化硫的性質”教學設計，以葡萄酒為情境載體，將學生置于真實的生活場景之中，并圍繞激發(fā)學生興趣、開展探究實驗、解釋現(xiàn)象原理、促進學以致用、評價學習效果等步驟展開教學實踐研究。

［關鍵詞］生活化教學；5E教學模式；二氧化硫

［中圖分類號］? ? G633.8? ? ? ? ［文獻標識碼］? ? A? ? ? ? ［文章編號］? ? 1674-6058（2023）35-0064-04

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“課標”）關注學生在自身發(fā)展過程中的個性化需求，提倡轉變人才培養(yǎng)模式，遵循教育教學規(guī)律和學生身心發(fā)展規(guī)律，重視真實問題情境的創(chuàng)設，從學生的思想、學習、生活實際出發(fā)，強調課程內容情境化，促進學生學習方式的轉變和學科核心素養(yǎng)的落實［1］。陶行知提出了“生活即教育”的重要觀點，他認為教育的目的是解決生活中存在的問題，教育只有以生活為中心，才能實現(xiàn)真正意義上的教育。教育不應局限于書本，而應貼近實際生活，調動學生的手和腦，促進學生身心全面發(fā)展［2］。5E教學模式的五個環(huán)節(jié)包括吸引（Engagement）、探究（Exploration）、解釋（Explanation）、遷移（Elaboration）、評價（Evaluation），因這些環(huán)節(jié)的英文首字母都是“E”，所以稱為“5E教學模式”。二十世紀初，我國引入了5E教學模式，介紹了該模式的內涵和內容，許多學者嘗試將其應用于課堂教學并開展了相關研究［3］。

本文基于5E教學模式進行“二氧化硫的性質”教學設計，在教學過程中將化學知識與生活實際聯(lián)系起來，以期為5E教學模式在高中化學教學中的應用提供一些參考。

一、教材分析

“二氧化硫的性質”是新人教版教材必修第二冊第五章第一節(jié)“硫及其化合物”中的內容。二氧化硫是含硫化合物的典型代表，在“非金屬及其化合物”中占據(jù)重要地位。本節(jié)課以葡萄酒為引入，圍繞二氧化硫作為添加劑所起的作用展開，將學生置于生活情境之中。通過本節(jié)課的學習，學生學會辯證地看待含硫物質的“好壞”，從而培養(yǎng)“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)，體會化學的神奇魅力［4］。

二、學情分析

在上本節(jié)課之前，學生對元素化合物知識已有一定的了解，還學習了離子反應、氧化還原反應等知識，能從元素化合價的角度去分析物質的性質。在學習本節(jié)課之后，學生能夠形成一個完整的元素化合物知識體系。

三、教學目標

1.通過小組實驗探究，掌握二氧化硫的物理性質和化學性質，初步形成從物質類別通性、元素價態(tài)變化的角度猜測物質性質的認知模型。

2.通過聯(lián)系生活實際，利用二氧化硫的性質去解釋葡萄酒中添加適量二氧化硫的原因，肯定二氧化硫在生產(chǎn)生活中所起的作用，學會一分為二地看待問題。

3.通過故事導入了解酸雨的危害，討論防治酸雨的措施，初步形成運用化學知識解決實際問題的意識，增強保護環(huán)境的社會責任感。

四、教學過程

任務一：認識二氧化硫的物理性質

吸引環(huán)節(jié)：葡萄酒中的添加劑——二氧化硫

【教師】葡萄酒是以葡萄為原材料，經(jīng)微生物發(fā)酵而形成的一種美味可口的飲品。古人云：“葡萄美酒夜光杯，欲飲琵琶馬上催?！比藗冊谄穱L葡萄酒時，通常要先搖一搖酒杯，這是為什么呢？

【展示圖片】展示葡萄酒的成分（如圖1）。

【提供資料】在釀造葡萄酒的過程中，面臨著三大難題：一是葡萄皮表面攜帶的雜菌會影響葡萄酒的釀造和保存；二是葡萄酒中含有還原性物質多酚、單寧等，這些物質氧化后會影響葡萄酒的色澤；三是發(fā)酵過程中，隨著糖分的減少，葡萄酒的口感會發(fā)生變化［5］。人們發(fā)現(xiàn)將SO2通入葡萄酒中可有效解決以上問題。

設計意圖：以生活中常見的葡萄酒為例，引出本節(jié)課要學習的二氧化硫。真實生活情境的創(chuàng)設，可提高學生的學習興趣，激發(fā)學生的好奇心和求知欲。

探究環(huán)節(jié)：探究二氧化硫的物理性質

【實驗探究】每個小組的桌前都放有一塑料瓶事先收集好的二氧化硫氣體。

（1）觀察氣體顏色；慢慢打開瓶蓋，用手輕輕扇動，該氣體具有什么氣味？

（2）用針筒向塑料瓶中注入水，你會觀察到什么現(xiàn)象？該現(xiàn)象說明了什么？

【學生回答】（1）無色、有刺激性氣味。

（2）塑料瓶變癟，說明SO2易溶于水。

解釋環(huán)節(jié)：總結二氧化硫的物理性質

【學生小結】無色，具有刺激性氣味，易溶于水。

【教師補充】SO2是無色、有刺激性氣味的有毒氣體，容易液化，易溶于水，密度比空氣大。通常情況下，1體積的水可溶解約40體積的SO2。

任務二：認識二氧化硫的氧化性、還原性及酸性氧化物的通性

吸引環(huán)節(jié)：樂山大佛“閉眼”事件

【提供資料】樂山大佛位于四川省樂山市。相傳每逢有災難發(fā)生，樂山大佛都會閉上眼睛；而每逢有喜事發(fā)生，樂山大佛又會重新睜開眼睛。其實，樂山大佛閉眼是由酸雨侵蝕所致。大佛的眼睛使用的是非金屬建筑材料，而酸雨能夠使非金屬建筑材料表面溶解，從而看起來像“閉上了眼睛”。

【展示圖片】展示樂山大佛睜眼與閉眼的圖片（如圖2）。

設計意圖：通過樂山大佛“閉眼”事件，揭示酸雨對環(huán)境的危害，引導學生推測SO2能夠與水反應。

【教師補充】上述材料中提到的酸雨是指pH<5.6的雨雪或其他形式的降水，形成酸雨的主要原因是大氣中二氧化硫和氮氧化物等物質的過量排放。

【推測猜想】從組成上來看，SO2是一種非金屬氧化物，而非金屬氧化物大多是酸性氧化物，因此猜想SO2屬于酸性氧化物，請同學們設計實驗證明這一猜想。

探究環(huán)節(jié)：探究二氧化碳的化學性質

【實驗探究】用三支試管各取少量上述塑料瓶中的SO2水溶液。

探究1：用潔凈的玻璃棒蘸取第一支試管中的少量溶液點于pH試紙上，并與標準比色卡進行對照，測出SO2水溶液的pH值約為5。

探究2：在第二支試管中，滴入2～3滴石蕊試液，觀察到溶液顏色變紅。

探究3：將第三支試管中的溶液加入盛有澄清石灰水的燒杯中，觀察到澄清石灰水變渾濁。

【小組討論】SO2溶于水，水溶液呈酸性；SO2能與H2O、堿等發(fā)生化學反應，體現(xiàn)了酸性氧化物的性質。

解釋環(huán)節(jié)：SO2水溶液呈酸性的原因

【教師引導】SO2水溶液之所以呈酸性，是因為溶于水的SO2與H2O發(fā)生了化學反應，生成了亞硫酸。請同學們寫出化學方程式。

【學生回答】SO2 + H2O＝H2SO3。

【糾錯】SO2 + H2O?H2SO3。

【教師講解】SO2與水反應生成的產(chǎn)物是亞硫酸，亞硫酸不穩(wěn)定，又分解為SO2與H2O。像這樣，在相同的條件下，既能向正反應方向進行，同時又能向逆反應方向進行的反應，稱為“可逆反應”。

遷移環(huán)節(jié)：含硫燃料中加生石灰可防治酸雨

【教師引導】在燃燒化石燃料時會產(chǎn)生廢氣SO2，若不及時治理，SO2過量排放就會引起酸雨。向含硫燃料中加入生石灰可達到治理SO2的目的，這是為什么呢？請寫出相關的化學方程式。

【上臺展示】生石灰可以與SO2發(fā)生反應，從而減少SO2的排放。反應方程式為：SO2 + CaO＝CaSO3。

設計意圖：以酸雨的治理為切入點，讓學生學習二氧化硫與堿性氧化物的反應，了解酸雨防治方法的同時掌握化學知識。

【回歸情境】你們能用剛才學習的知識解釋一下往葡萄酒中添加SO2為什么會具有殺菌的作用嗎？（提示：在較低pH條件下，一些細菌無法存活）

【學生回答】加入SO2可使葡萄酒呈酸性，從而起到抑菌的作用。

吸引環(huán)節(jié)：二氧化硫在葡萄酒中作抗氧化劑

【教師提出】SO2可以防止葡萄汁中的天然成分，比如多酚、單寧等還原性物質被氧化，SO2為什么具有抗氧化的作用呢？（提示：從元素化合價及氧化還原反應的角度進行分析）

【學生回答】SO2中S元素的化合價為+4價，具有還原性，利用SO2的還原性可防止葡萄酒中的多酚、單寧等物質被氧化。

設計意圖：通過SO2在葡萄酒中可作抗氧化劑的事例，引導學生從元素化合價和氧化還原反應的角度對SO2的性質進行推測，并通過實驗探究獲取知識，進而提升“變化觀念”“科學探究”等核心素養(yǎng)。

探究環(huán)節(jié)：探究二氧化硫的還原性

【實驗探究】

實驗試劑：溴水、SO2水溶液。

實驗操作：先在試管中加入少量的SO2水溶液，再滴加幾滴溴水，然后振蕩試管。

實驗現(xiàn)象：溴水褪色。

解釋環(huán)節(jié)：溴水褪色的原因

【教師解釋】溴水之所以褪色，是因為SO2與溴水發(fā)生了氧化還原反應：SO2 + Br2 + 2H2O＝2HBr + H2SO4。

S元素的化合價從+4價變?yōu)?6價，化合價升高，SO2在該反應中作還原劑，被氧化，具有還原性。

遷移環(huán)節(jié)：SO2與其他氧化劑的反應

【教師小結】SO2的還原性還表現(xiàn)為能與氧氣、氯水、酸性高錳酸鉀溶液等發(fā)生反應。

【板書】2SO2 + O2 [催化劑] 2SO3

SO2 + Cl2 + 2H2O＝H2SO4 + 2HCl

5SO2+2KMnO4+2H2O＝K2SO4+2MnSO4 + 2H2SO4

探究環(huán)節(jié)：探究二氧化硫的氧化性

【實驗探究】

實驗試劑：SO2氣體和H2S溶液。

實驗操作：向H2S溶液中通入SO2氣體。

實驗現(xiàn)象：產(chǎn)生黃色沉淀。

解釋環(huán)節(jié)：產(chǎn)生黃色沉淀的原因

【教師解釋】之所以產(chǎn)生黃色沉淀，是因為SO2與H2S發(fā)生了反應：SO2+2H2S＝3S↓+2H2O。

【教師提問】在上述反應中，S元素的化合價是如何變化的？

【學生回答】SO2中S元素的化合價從+4價變?yōu)?價，化合價降低，SO2在該反應中作氧化劑，被還原，具有氧化性；H2S中S元素的化合價從-2價變?yōu)?價，化合價升高，H2S在該反應中作還原劑，被氧化，具有還原性。

任務三：認識二氧化硫的漂白性

吸引環(huán)節(jié)：超市采購冰糖

【情境導入】小明在A、B兩個超市分別購買了一定數(shù)量的冰糖，其中A超市的冰糖顏色很白，而且透明度高，顆粒較??；B超市的冰糖略帶淡黃色，呈大塊狀。同學們，如果讓你們去采購冰糖，你們會選擇哪種呢？

【學生回答】我會選擇購買A超市的冰糖，因為A超市的冰糖顏色白且透明，顆粒大小適中。（經(jīng)討論，絕大部分學生同意這種選擇）

【播放PPT】顧客在采購像銀耳、蓮藕和蝦皮這樣的食材時，總是喜歡挑選一些外觀好看、色澤干凈的，但你們知道這些顏色是怎么來的嗎？

【展示圖片】展示被二氧化硫漂白過的食物（如圖3）。

圖3

【教師補充】其實，這些色澤純凈的食材是用SO2漂白過的，不法商販為使食材顏色鮮亮或延長食材的使用期限，會過量添加SO2。購買者食用了SO2超標的食物會產(chǎn)生惡心、嘔吐等癥狀，其肝、臟、腎會受到嚴重的損害。

設計意圖：通過超市采購冰糖這樣一個生活事件，讓學生在生活場景當中學習化學知識，這有利于促進學生科學健康地生活。

【回顧舊知】我們之前已經(jīng)知道濕潤的氯氣具有漂白性，同學們，你們還記得其中的原理嗎？

【學生回答】氯氣與水發(fā)生了化學反應，生成了具有強氧化性的次氯酸，利用次氯酸的強氧化性可以進行漂白。

設計意圖：通過回顧舊知，不僅可讓學生復習次氯酸的漂白原理，并對二氧化硫的漂白原理進行合理猜想，還可以由此激發(fā)學生的探究欲望。

【教師】次氯酸之所以具有漂白性，是因為次氯酸具有強氧化性，那二氧化硫的漂白原理又是什么呢？下面我們進行實驗探究。

探究環(huán)節(jié)：探究二氧化硫的漂白性

【實驗探究】

實驗藥品：SO2水溶液、品紅溶液。

實驗操作：先在試管中加入少量的SO2水溶液，接著滴加1～2滴品紅溶液，然后振蕩試管。

實驗現(xiàn)象：振蕩后溶液由紅色變?yōu)闊o色。

【繼續(xù)探究】用酒精燈加熱試管。

實驗現(xiàn)象：加熱后，溶液從無色恢復為紅色，過程中可聞到刺激性氣味。

解釋環(huán)節(jié)：SO2使品紅溶液褪色的原因

【教師解釋】在SO2水溶液中加入品紅溶液，紅色褪去，說明SO2具有漂白性。在這個過程中發(fā)生的反應屬于化合反應，生成了不穩(wěn)定的無色物質，這種不穩(wěn)定的物質加熱易分解，因此加熱后溶液顏色變?yōu)樵瓉淼募t色。由此可見，SO2的漂白具有暫時性。

遷移環(huán)節(jié)：SO2在日常生活中的用處

【回歸情境】SO2于我們而言并非只有壞處，在葡萄酒中添加SO2的第三個作用就是利用其漂白性漂白葡萄酒中的花青素，以調節(jié)葡萄酒的顏色。在工業(yè)上，常用SO2漂白紙漿、毛、絲等。此外，SO2在蜜餞、干果、食糖等食品的加工中也起著重要作用。我國在食品添加劑使用標準中規(guī)定了二氧化硫在食品中的使用范圍和最大使用量，如二氧化硫用于葡萄酒的最大使用量為0.25 g/L。

【展示圖片】展示用SO2加工過的食品等（如圖4）。

設計意圖：引導學生聯(lián)系生活，學以致用，體會SO2在生活中有利的一面，以培養(yǎng)學生的“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)，提高學生學習化學的興趣。

評價環(huán)節(jié)：布置課后任務，檢驗學習效果

【課堂小結】通過本節(jié)課的學習，大家都有哪些收獲呢？

【學生回答】在本節(jié)課的學習中，我了解了葡萄酒中添加SO2的三大作用，掌握了SO2的物理、化學性質，清楚了SO2的化學性質包括還原性、氧化性和漂白性，還知道了SO2可作為食品添加劑，但需要控制其用量。

【課后任務】

1.課后查閱資料了解哪些食品在加工的過程中會用到SO2，若過量使用SO2會有什么危害；

2.總結檢測食品中SO2殘留量的方法，想一想在日常生活中如何用最簡單的方法避免挑選到用SO2熏制的食物；

3.萬事萬物都有利有弊，SO2在化工生產(chǎn)及日常生活中都有哪些好處呢？請查閱資料進行總結。

五、教學反思

本節(jié)課以葡萄酒為情境主線，設置了三個探究性學習任務，讓學生在實驗探究、互動交流的過程中經(jīng)歷知識生成的過程，達到掌握化學知識的目的?；瘜W是一門以實驗為基礎的科學。學生在學習化學知識的過程中進行實驗探究，有利于提升認知能力［6］。從教學反饋來看，基于生活化的5E教學模式在本節(jié)課中教學效果良好，引導學生將所學知識應用于生活實際，大大提高了學生學習化學的興趣。

在實際的化學課堂上，教師可靈活運用5E教學模式進行教學：在“吸引”階段，可采用生活場景進行導入；在“探究”和“解釋”階段，應注重學生的自主探究和分析猜測；在“遷移”階段，應設置新的問題情境，從而讓學生學以致用；在“評價”階段，不應只進行結果性評價，還應重視過程性評價，從而鼓勵學生積極參與課堂活動，并進行自我評價和小組內、小組間的互評。

六、總結

5E教學模式以科學探究為核心，在元素化合物的教學中有著重要的應用。在本節(jié)課中，學生置身于真實的生活情境之中，在學習化學知識的同時，也體會了化學與生活、健康和環(huán)境的聯(lián)系，由此提升思維能力，培養(yǎng)科學探究素養(yǎng)。另外，當學生認識到二氧化硫雖然是一種大氣污染物，但其在生產(chǎn)生活中還發(fā)揮著許多積極的作用，由此學會一分為二地看待問題，自覺提高保護環(huán)境的意識，增強自身的社會責任感。

在今后的教學中，教師要繼續(xù)致力于開發(fā)基于5E教學模式的生活化教學案例，將核心素養(yǎng)融入知識傳授的過程中，使學生在完成一個個學習任務的同時，也能培養(yǎng)與提升學科核心素養(yǎng)。

［? ?參? ?考? ?文? ?獻? ?］

［1］? 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準：2017年版2020年修訂［M］.北京：人民教育出版社，2020.

［2］? 單鈺，龐海云.陶行知“生活即教育”理論在教學中的運用［J］.經(jīng)濟師，2021（8）：215-216.

［3］? 胡久華，高沖.5E教學模式在我國的教學實踐及其國外研究進展評析［J］.化學教育，2017（1）：5-9.

［4］? 湯群.高中化學“硫的單質及化合物”的項目式教學：探究葡萄酒中的二氧化硫［J］.化學教學，2022（8）：47-52.

［5］? 祝金蕊.基于真實情境的“二氧化硫”教學設計［J］.中學化學教學參考，2023（9）：37-38.

［6］? 王秀閣.化學關鍵認知能力的發(fā)展路徑及培養(yǎng)策略［J］.化學教育（中英文），2020（15）：24-28.

（責任編輯 羅 艷）