基于學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)

吳海霞

摘要：本文從發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)出發(fā)，以乙酸乙酯的制備為例，結(jié)合高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題，探討了如何進(jìn)行高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：高中化學(xué)；實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)；乙酸乙酯的制備

文章編號(hào)：1008-0546（2023）12-0084-04 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.018

化學(xué)實(shí)驗(yàn)是化學(xué)科學(xué)產(chǎn)生和發(fā)展的基礎(chǔ)。著名化學(xué)教育家戴安邦曾說(shuō)：“化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)是實(shí)施全面的化學(xué)教育的一種最有效的教學(xué)形式?！?/p>

一、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)存在的問(wèn)題

2016年開(kāi)始，我國(guó)基礎(chǔ)教育的課程改革進(jìn)入核心素養(yǎng)時(shí)代，隨著課程改革向縱深推進(jìn)，化學(xué)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Τ蔀閷W(xué)生發(fā)展核心素養(yǎng)的關(guān)鍵能力之一。但是，目前許多中學(xué)教師的實(shí)驗(yàn)教學(xué)意識(shí)和能力沒(méi)有達(dá)到新課標(biāo)要求。存在的主要問(wèn)題：（1）系統(tǒng)性不強(qiáng)。在高中，許多教師上實(shí)驗(yàn)教學(xué)課沒(méi)有認(rèn)真撰寫(xiě)教案的意識(shí)，他們不把實(shí)驗(yàn)課當(dāng)正課而是把它當(dāng)成副課來(lái)對(duì)待，隨意性大，實(shí)驗(yàn)教學(xué)似一盤散沙。（2）實(shí)驗(yàn)教學(xué)習(xí)慣照著教材上的內(nèi)容講講、提提要求，缺乏靈活性和創(chuàng)新性。（3）教學(xué)方法落后、發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的意識(shí)淡薄。許多教師不能夠以學(xué)生為中心，學(xué)生仍處于被動(dòng)參與的地位。學(xué)生進(jìn)入實(shí)驗(yàn)課之前，往往不知道做什么、怎么做，更不要談“還能怎么做”。

為此，有必要認(rèn)真研究如何進(jìn)行高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)。

二、高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)——以“乙酸乙酯的制備”為例

1.教學(xué)目標(biāo)

（1）能熟練掌握乙酸乙酯的制備原理和實(shí)驗(yàn)操作技能。

（2）在實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)、探究和改進(jìn)過(guò)程中，注重觀察能力、分析能力、實(shí)驗(yàn)操作能力的培養(yǎng)。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)教學(xué)，感受科學(xué)探究的艱辛和不易，增強(qiáng)用化學(xué)造福人類的使命感。

2.學(xué)情分析

“乙酸乙酯的制備”是高中化學(xué)必修教材主題4“簡(jiǎn)單的有機(jī)化合物及其應(yīng)用”的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)之一，是乙酸的主要化學(xué)性質(zhì)的體現(xiàn)，面向的是高一學(xué)生，是高一下學(xué)期的教學(xué)內(nèi)容。在進(jìn)行本實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容學(xué)習(xí)之前，高一學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了無(wú)機(jī)酸如鹽酸、硫酸等的性質(zhì)，也學(xué)習(xí)了甲烷、乙烯、乙醇等有機(jī)物的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，并且能親自動(dòng)手進(jìn)行一些簡(jiǎn)單實(shí)驗(yàn)，具備了一定的理論和實(shí)踐的基礎(chǔ)。乙酸作為生活中常見(jiàn)的有機(jī)物、重要的有機(jī)酸的代表，它不僅具有酸的通性，還具有一些特殊的化學(xué)性質(zhì)，其中能和乙醇在一定條件下發(fā)生酯化反應(yīng)制備乙酸乙酯，就是不同于無(wú)機(jī)酸的特殊化學(xué)性質(zhì)。高一學(xué)生熟悉乙酸所具有的酸的通性，但對(duì)酯化反應(yīng)比較陌生，對(duì)該反應(yīng)的條件和注意事項(xiàng)的學(xué)習(xí)及操作存在一定的困難，教師可以通過(guò)比較實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法，使學(xué)生在相同與不同實(shí)驗(yàn)條件中不斷觀察、思考、實(shí)踐，學(xué)習(xí)鞏固新知識(shí)，并進(jìn)一步強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)安全意識(shí)。

3.教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)

重點(diǎn)：乙酸乙酯的制備原理及實(shí)驗(yàn)操作。

難點(diǎn)：酯化反應(yīng)的條件及注意事項(xiàng)。

4.教學(xué)用品

儀器和材料：大試管、量筒、膠頭滴管、導(dǎo)管、帶孔橡膠塞、酒精燈、鐵架臺(tái)、鐵夾、火柴、碎瓷片、乳膠管。

試劑：濃硫酸、飽和碳酸鈉溶液、乙酸、無(wú)水乙醇。

5.教學(xué)方法

講授法、演示法、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)法。

6.教學(xué)媒體

多媒體黑板、實(shí)驗(yàn)器材。

7.教學(xué)步驟

（1）新課導(dǎo)入

【引入】同學(xué)們好，本次實(shí)驗(yàn)教學(xué)內(nèi)容為乙酸乙酯的制備。酯類物質(zhì)廣泛存在于自然界，用途很多，相信大家都聽(tīng)過(guò)“酒好不怕巷子深，花香自有蝶飛來(lái)”這句話，這里的花香就主要來(lái)源于酯類物質(zhì)。今天我們將一起踏上體驗(yàn)乙酸和乙醇在一定條件下可以生成一種帶有香味的無(wú)色液體—也就是乙酸乙酯之旅。

【板書(shū)】乙酸乙酯的制備

設(shè)計(jì)意圖：教師引用熟悉的詩(shī)句，以景入境，激起學(xué)生探究的欲望，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣。

（2）新課講演

【過(guò)渡】同學(xué)們，在實(shí)驗(yàn)之前，我們先來(lái)討論一下乙酸乙酯的制備原理。大家看黑板上的方程式，這就是我們高中化學(xué)中所學(xué)習(xí)的脫水制乙酸乙酯的反應(yīng)。

【板書(shū)】實(shí)驗(yàn)原理 CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O

【實(shí)驗(yàn)】首先我們?nèi)∫恢г嚬?，向其中加? mL 無(wú)水乙醇，然后邊振蕩試管邊慢慢加入0.5 mL濃硫酸和2 mL 乙酸，再加入幾片碎瓷片。在另一支試管中加入3 mL飽和Na2CO3溶液，按圖1把裝置連接好。用小火加熱左側(cè)試管中的混合物，產(chǎn)生的蒸氣經(jīng)導(dǎo)管通到飽和 Na2CO3溶液的上方，注意觀察該試管內(nèi)的變化。一段時(shí)間后取下盛有飽和Na2CO3溶液的試管，并停止加熱。振蕩盛有飽和 Na2CO3溶液的試管，靜置，觀察現(xiàn)象，并注意聞氣味。

設(shè)計(jì)意圖：該環(huán)節(jié)采用教師先演示后學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橛袡C(jī)化學(xué)實(shí)驗(yàn)過(guò)程比較復(fù)雜，實(shí)驗(yàn)安全要求高。

（3）思考鞏固

【提問(wèn)1】實(shí)驗(yàn)裝置中長(zhǎng)導(dǎo)管的作用是什么？

【生答】冷凝、回流和導(dǎo)氣。

【板書(shū)】長(zhǎng)導(dǎo)管的作用：冷凝、回流和導(dǎo)氣。

【師評(píng)】這位同學(xué)回答得非常好，長(zhǎng)導(dǎo)管可以導(dǎo)出乙酸乙酯的蒸氣，使其凝結(jié)成液體。

設(shè)計(jì)意圖：從實(shí)驗(yàn)風(fēng)險(xiǎn)認(rèn)知角度，此處教師需要提醒學(xué)生，注意右側(cè)長(zhǎng)導(dǎo)管的位置，不能深入到液面下，防止倒吸引起危險(xiǎn)。

【提問(wèn)2】右側(cè)小試管中可以觀察到什么現(xiàn)象？

【生答】右側(cè)試管中液體的上層有無(wú)色透明的油狀液體產(chǎn)生，并且可以聞到香味。

【師評(píng)】同學(xué)們回答得非常好，這種有香味的無(wú)色液體就是我們今天制備的乙酸乙酯。。

【板書(shū)】產(chǎn)物現(xiàn)象：無(wú)色透明有香味的油狀液體

【提問(wèn)3】在此反應(yīng)中，濃硫酸的作用是什么？

【生答】濃硫酸的作用是催化劑和吸水劑，它可以使反應(yīng)速率加快，另外，乙酸乙酯的反應(yīng)為可逆反應(yīng)，濃硫酸可以除去反應(yīng)的副產(chǎn)物水，有利于反應(yīng)向正方向進(jìn)行，提高酯的產(chǎn)率。

【師評(píng)】這位同學(xué)回答得非常全面，將本次實(shí)驗(yàn)中濃硫酸的作用分析得非常清晰，大家在書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式時(shí)也要注意濃硫酸這個(gè)條件。

【板書(shū)】濃硫酸的作用：催化劑和吸水劑。

【提問(wèn)4】為什么實(shí)驗(yàn)過(guò)程中乙醇的用量大于乙酸？

【生答】酯化反應(yīng)是可逆反應(yīng)，過(guò)量的乙醇增加了反應(yīng)物的量，可以使化學(xué)平衡向右移動(dòng)，增加乙酸乙酯的產(chǎn)率。

【師評(píng)】很好，為了使酯化反應(yīng)進(jìn)行得更徹底，實(shí)驗(yàn)中選用了3 mL 無(wú)水乙醇和2 mL 乙酸，乙醇過(guò)量。

設(shè)計(jì)意圖：該環(huán)節(jié)需要教師細(xì)致講解、規(guī)范操作，避免學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)時(shí)出現(xiàn)錯(cuò)誤操作，在講解和操作的過(guò)程中滲透變化的觀念和平衡的思想。

（4）改進(jìn)拓展

【師講】剛才老師演示的實(shí)驗(yàn)裝置是我們高中教科書(shū)中的經(jīng)典裝置，那么這個(gè)裝置是否可以進(jìn)一步改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)操作更簡(jiǎn)單便捷呢？

【師生共研】Ⅰ.儀器和材料的改進(jìn)：小試管、量筒、燒杯、膠頭滴管、酒精燈、溫度計(jì)、石棉網(wǎng)、三角架、火柴。

Ⅱ.實(shí)驗(yàn)裝置和步驟的改進(jìn)：取 A、B 兩支試管（要貼上標(biāo)簽，以防混淆），分別向其中加入3 mL 乙酸，再分別加入3 mL無(wú)水乙醇，充分振蕩。在試管A 中緩慢加入1 mL濃硫酸后充分振蕩。然后將兩支試管同時(shí)放入盛有熱水（約70℃）的燒杯中加熱15分鐘，再加入3 mL飽和碳酸鈉溶液。振蕩后比較 A、B兩試管結(jié)果。［1］

（實(shí)驗(yàn)時(shí)間約為20分鐘）

【現(xiàn)象】A試管中生成的無(wú)色透明有香味的油狀液體約為原料量總體積的2/5，如圖2所示。

設(shè)計(jì)意圖：改進(jìn)后的裝置操作簡(jiǎn)單、現(xiàn)象明顯，建立在學(xué)生已對(duì)教材中實(shí)驗(yàn)過(guò)程認(rèn)知的基礎(chǔ)上。（5）總結(jié)提升今天我們用兩種裝置制備了乙酸乙酯，探究了生成乙酸乙酯的實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)條件和相關(guān)注意事項(xiàng)。請(qǐng)大家思考為什么改進(jìn)后的裝置A試管中能夠有產(chǎn)物生成，B試管為什么不能？?jī)煞N制備裝置的優(yōu)缺點(diǎn)各是什么？

課后完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告，思考：為什么酯化反應(yīng)選取飽和碳酸鈉溶液而不是氫氧化鈉溶液？

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)對(duì)兩種裝置進(jìn)行比較，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是、求真的科學(xué)態(tài)度，讓學(xué)生進(jìn)一步加深對(duì)化學(xué)反應(yīng)原理決定反應(yīng)裝置選擇的認(rèn)知，增強(qiáng)在科學(xué)研究的道路上對(duì)反應(yīng)原理、條件、裝置的改進(jìn)和探索是永無(wú)止境、沒(méi)有最好只有更好的科學(xué)精神。

8.實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

（1）飽和Na2CO3溶液上方的導(dǎo)管不要伸入到溶液中，置于液面上方約0.5 cm處，防止倒吸。

（2）圖1裝置的左側(cè)試管加熱前需要加入碎瓷片，防止暴沸。

（3）滴加濃硫酸時(shí)需要邊滴加邊振蕩，使?jié)饬蛩崤c乙醇充分混合，防止局部溫度過(guò)高而導(dǎo)致暴沸或碳化。

（4）加熱時(shí)先均勻預(yù)熱試管，再集中加熱。液體沸騰后用小火加熱，溫度不宜過(guò)高，否則不僅會(huì)使乙醇、乙酸未經(jīng)反應(yīng)就過(guò)多地脫離反應(yīng)體系，而且會(huì)使乙醇和濃硫酸之間發(fā)生副反應(yīng)。

9.教學(xué)反思與評(píng)價(jià)

（1）在實(shí)驗(yàn)開(kāi)始之前應(yīng)準(zhǔn)備好所有儀器，以方便學(xué)生取用，使他們迅速進(jìn)入實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)狀態(tài)。

（2）課前積極備課，以便回答學(xué)生可能提出的問(wèn)題以及應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)中的突發(fā)情況。

（3）板書(shū)注意書(shū)寫(xiě)的細(xì)節(jié)，本次實(shí)驗(yàn)是關(guān)于有機(jī)化合物的實(shí)驗(yàn)，同一分子式的化合物可能代表不同物質(zhì)，所以在書(shū)寫(xiě)反應(yīng)方程式時(shí)需要寫(xiě)清化合物名稱或結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)式。

（4）實(shí)驗(yàn)教學(xué)評(píng)價(jià)表：如表1所示。

10.板書(shū)設(shè)計(jì)

長(zhǎng)導(dǎo)管的作用：冷凝、回流和導(dǎo)氣。產(chǎn)物現(xiàn)象：無(wú)色透明有香味的油狀液體。濃硫酸的作用：催化劑和吸水劑。

三、結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)以上案例，可以發(fā)現(xiàn)，一個(gè)完整的高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，跟教師們通常進(jìn)行的元素化合物知識(shí)、概念原理教學(xué)的教學(xué)設(shè)計(jì)相比，除了八大要素外，高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)還重點(diǎn)突出了實(shí)驗(yàn)教學(xué)用品和實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)，因此實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)要素通常包含十個(gè)部分：教學(xué)目標(biāo)、學(xué)情分析、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)、教學(xué)用品、教學(xué)方法、教學(xué)媒體、教學(xué)步驟、實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)、教學(xué)反思和評(píng)價(jià)、板書(shū)設(shè)計(jì)。如果教師們?cè)谶M(jìn)行高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)時(shí)，都能進(jìn)行精心備課，用心進(jìn)行實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，將理論和實(shí)驗(yàn)有機(jī)結(jié)合，那么化學(xué)實(shí)驗(yàn)將能真正發(fā)揮培養(yǎng)學(xué)生的個(gè)性和創(chuàng)新能力方面的重要作用，真正成為學(xué)生進(jìn)行化學(xué)創(chuàng)造活動(dòng)的重要手段。

參考文獻(xiàn)

［1］任紅艷，程萍，李廣洲.化學(xué)教學(xué)論實(shí)驗(yàn)（第三版）［M］.北京：科學(xué)出版社，2015.