創設情境 構建模型 聚焦探究

梁東旺 楊歡

[摘 要]以《硫和氮的氧化物》教學設計為例，探索在真實情景中，以化合物的“價-類”二維圖為指導，以探究為中心的課堂教學。在化學教學過程中，教師應從宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學精神與社會責任、實驗探究與創新意識五個維度發展學生的化學學科核心素養。

[關鍵詞]硫的氧化物；創設情境；“價-類”二維圖；實驗探究；化學學科核心素養

[中圖分類號] G633.8[文獻標識碼] A[文章編號] 1674-6058（2018）11-0061-03

一、教學設計背景

2016年9月，《中國學生發展核心素養》發布。“學生發展核心素養”指學生應具備的、能夠適應終身發展和社會發展需要的必備品質和關鍵能力。《普通高中化學學科核心素養》提出了“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據推理與模型認知、科學精神與社會責任、實驗探究與創新意識”五個維度的化學學科核心素養。

化學學科核心素養的發展離不開情境學習，在進行教學設計時應將教學目標、內容、方法和學習任務融合在特定的情境中，讓學生在真實問題的解決過程中理解學習內容，建構知識、技能體系，發展學科核心素養。

化合物知識相對零散，利用“價-類”二維圖，一方面可以幫助學生構建元素化合物的認知模型，在模型指導下學習元素化合物知識，有利于形成系統的知識體系；另一方面，在二維圖中，物質之間的轉化關系更加直觀，有利于轉化關系的建立。

探究性實驗是提升學生科學探究能力的重要載體，但中學教師常有的一個切身感受，那就是探究性實驗存在“做實驗時很熱鬧，做完啥也不知道”的效率低下的問題。要解決這一問題，可以嘗試加強實驗前的討論與引導。實驗探究能力的培養不僅僅是學生動手能力的培養，更重要的是提升學生設計實驗解決問題的能力。因此，在學生剛開始接觸探究性實驗的訓練時，實驗前的引導必不可少，否則實驗就成了亂做，做完學生也得不到太大的收獲。

本文以《硫和氮的氧化物》（第一課時）為例，探討基于化學學科核心素養的化學教學設計。該課創設了柳州市治理酸雨的真實情景，在化合物“價-類”二維圖的指導下，以實驗探究為中心，進行了課程實踐。在課程中加強實驗探究前的引導，提高實驗探究的效率，同時滲透平衡思想和綠色化學思想，培養學生的社會責任感，全面發展學生的化學學科核心素養。

二、教材及學情分析

1.教材分析

《硫和氮的氧化物》是人教版化學必修1第四章第三節的內容，第一課時的教學內容主要是硫的重要氧化物SO2及其污染。《普通高中化學課程標準》中與本節相關的內容標準是：通過實驗了解硫及其重要化合物的主要性質，認識其在生產中的應用和對生態環境的影響。活動和探究建議是：查閱資料并討論減少向大氣中排放二氧化硫的措施。本節內容是在第二章《物質的分類》《氧化還原反應》的基礎上開展元素化合物知識的學習，在第三章《金屬化學性質》的基礎上，進一步介紹化合物的相關知識和研究化合物性質的方法，為元素族概念的形成、元素性質的遞變規律、元素周期表的形成積累感性認識的材料。本節內容與環境問題密切相關，具有很高的社會價值。SO2在生產和生活中有重要的用途，同時對環境造成的危害也十分巨大，這種兩面性是培養學生全面看待事物，正確認識化學的良好素材。

2.學情分析

學生在學習本課之前，已經學習了物質的分類、氧化還原反應等內容，同時也學習了典型的金屬元素以及硅、氯兩種非金屬，對元素知識有一定的了解。另外，學生對化學實驗具有濃厚的興趣，樂于并有能力完成實驗，也已經具備了一定的觀察現象并根據現象推測結論的能力，但在實驗設計能力方面還尚不足。學生已初步形成了“結構決定性質，性質決定用途”的學科觀念，“宏微結合、變化平衡、實驗探究、證據推理、社會責任”等化學學科核心素養在本節課中有待繼續滲透與發展。

三、教學設計與實施

1.情境的創設與驅動性問題的提出

化學知識來源于生活情境和實踐。我們從實際生活中提取問題，創設真實情境，可以培養學生從化學視角思考生活問題的能力。而在真實、生活化的情境中發現問題，可以使學生產生積極的學習心理和情緒情感，盡快進入學習者的角色。本節課是在柳州上的一節公開課，因此選擇了柳州治理酸雨的歷史作為情境脈絡。柳州在1985-1995年曾是“十雨九酸”的全國四大酸雨城市之一，經治理解決了酸雨問題，城市環境得到了極大的改善。柳州的酸雨問題是如何產生的？柳州采取了什么措施來治理酸雨問題？哪些措施可以預防酸雨問題的再次出現？將這一系列問題作為問題線索，可驅動學生主動探究學習。酸雨的產生涉及硫元素的轉化以及自然界中硫元素平衡的問題；酸雨的治理需要探究SO2的性質；酸雨的預防則是對學生所學內容的檢驗。在這一過程中，滲透了“變化觀念與平衡思想”“實驗探究與創新意識”以及“科學精神與社會責任”等一系列化學學科核心素養。

2.以實驗設計與探究為中心的課堂

實驗是化學學科的靈魂，親身經歷以探究為主的學習活動是學生學習化學的主要途徑。實驗探究對于發展學生的化學學科核心素養有著獨特的作用，是發展學生化學學科核心素養的重中之重。本節課以實驗設計為中心，讓學生通過探究的方式學習元素化合物的性質，并在此過程中提升化學學科核心素養。

【教學環節一】

[創設情境]1985-1995年，柳州是全國四大酸雨城市之一，每年因酸雨造成的損失達幾十億元。柳州為何會成為四大酸雨城市之一，如今又是如何變回美麗的山水城市的？要回答這些問題，我們首先要知道酸雨的主要成分是什么？

學生大都能回答出是SO2的超標引發了酸雨。

【設計意圖】以學生的家鄉柳州為例創設情境，提升學生的參與感，激發學生的社會責任感。

【教學環節二】

[思考1]大氣中SO2的主要來源有哪些？

對此問題，學生大多回答“燒煤”，從而看出，學生對于自然界中的硫循環比較陌生，不清楚自然界中本來就有SO2存在，因此有必要在此展示自然界中硫循環的圖片（圖1），向學生介紹“硫平衡”這一概念。經過學習，學生意識到酸雨的產生主要是人類活動使得大量存在于礦石中的硫元素以SO2的形式釋放到空氣中，破壞了自然界中的硫平衡。

[活動1]在“價-類”二維圖（圖2）

中表示出硫循環中出現的主要物質。

【設計意圖】了解大氣中SO2的來源，了解人類活動對硫平衡的破壞，滲透“變化觀念與平衡思想”。用熟悉的“價-類”二維圖，幫助學生自主建構含硫化合物的知識體系，發展元素觀和分類觀。

【教學環節三】

想治理酸雨必須先了解SO2的性質。

[探究1]（演示實驗）把塞有膠塞、盛有SO2氣體的試管倒立在水中，在水面下打開膠塞，觀察現象。

學生通過實驗現象總結出SO2的物理性質。

[思考2]根據自然界中硫元素的轉化關系，結合硫元素的“價-類”二維圖，推測SO2的化學性質，并設計實驗驗證。

學生在之前元素化合物知識的學習中已經掌握了從物質類別和化合價兩個角度預測物質性質的方法，經討論能夠比較容易得出以下結論：SO2是酸性氧化物，故應具有酸性氧化物的通性；中心元素是+4價，處于中間價態，故SO2應具有氧化性和還原性。而本節課的重點則在于如何設計實驗驗證SO2的化學性質。在推測出的SO2的三個性質中，驗證酸性氧化物的通性是學生較熟悉的實驗，因此上課的重點在于引導學生選擇合適的試劑來驗證SO2的氧化性和還原性，并總結出驗證物質氧化性和還原性的方法。以下是我引導學生進行實驗設計的一個片段。

師：剛才的幾位同學從物質分類的角度預測了SO2的性質并設計了相應的實驗來證明，那么有沒有同學從另外的角度來推測它的性質？

生1：SO2有氧化性和還原性。

師：你是怎么推測出來的？

生1：SO2中的S是+4價，可以升高到+6價，也可以降低到0價或-2價，所以既有還原性又有氧化性。

師：非常好。這是從化合價的角度來推測SO2的性質。那你打算如何證明呢？

生1：讓SO2與O2氧氣反應，可以證明SO2有還原性。

師：雖然這兩者可以反應，但是兩種氣體反應不太容易操作，另外SO2和O2反應的條件比較苛刻，所以我們一般不用O2來驗證SO2的還原性。我們還可以選擇什么試劑呢？

師：要證明SO2的還原性，應該讓它和哪一類物質反應？

生2：氧化劑。

師：常見的氧化劑有哪些？

生3：氧氣、硝酸、高錳酸鉀、氯化鐵。

師：非常好。除此之外，氯水、溴水、過氧化氫等也是常用的氧化劑。在這些氧化劑中，我們可以選擇哪些來驗證SO2的還原性呢？我們是不是應該選現象明顯、操作方便的試劑呢？

生4：可以選酸性高錳酸鉀、氯水、溴水、氯化鐵這些有顏色的試劑來反應。

師：如果選擇酸性高錳酸鉀，你認為可能的現象是什么呢？

生5：高錳酸鉀溶液褪色。

師：其他同學還有沒有補充？沒有的話我們接著來看看SO2的氧化性。仿照剛才的思路，你認為我們應如何證明SO2的氧化性？

生6：加還原劑。

[探究2]（學生分組實驗）利用下列儀器和試劑（圖3），探究SO2的化學性質。

除圖中試劑外，提供給學生的試劑還有紫色石蕊溶液、KMnO4溶液、Na2S溶液、H2O2溶液、品紅溶液、BaCl2溶液、稀H2SO4。

學生通過實驗驗證了之前的推測，同時也觀察到了沒有預測到的現象，即SO2能夠使品紅溶液褪色。能夠使品紅這一有機物褪色體現了SO2的漂白性。與Na2O2和Cl2這兩種具有漂白性的物質相比，SO2的漂白原理跟它們一樣嗎？SO2的漂白性又有什么特征？

[探究3]（演示實驗）在“探究1”使用過的試管中滴加2滴品紅溶液，用氣球套住試管口，振蕩，然后加熱試管，觀察現象，并分析SO2的漂白特點。

在完成性質教學后，進行小結。

[思考3]我們可以從哪幾個角度出發，研究物質的化學性質？（圖4）

【設計意圖】培養學生根據實驗目的設計實驗的能力，讓學生進一步熟悉科學研究的基本方法：提出猜測—實驗驗證—得出結論。其中重點滲透了“實驗探究”“證據推理與模型認識”的核心素養。學生實驗是微型實驗，從源頭上減少污染，滲透綠色化學思想，同時進一步鞏固和完善研究物質性質的維度：物質類別、化合價、特性，構建學習元素化合物知識的認知模型。

【教學環節四】

[思考4]實現物質間的轉化有哪些途徑？（圖5）

[活動2]以小組為單位，根據SO2的來源和性質，以及以上轉化途徑，提出治理硫酸型酸雨的方法。

學生討論后提出：將SO2轉化為其他含硫化合物。如工業上最常用的鈣基固硫法，就是先利用非氧化還原反應，將SO2轉化為CaSO3，再進一步氧化為CaSO4。

另外，結合自然界中的硫循環，得出還可以利用植物吸收SO2，或從源頭上減少SO2的產生。

[思考5]如何利用S單質制取H2SO4？

根據物質間的轉化方法，在反應過程中S元素的化合價從0價變到了+6價，因此要借助氧化劑來實現這一過程。（圖6）

制硫酸是SO2最重要的工業用途之一。在生活中，SO2也有廣泛的用途。

[思考6]常有人用SO2處理以下物質：草帽、干果、葡萄酒、米粉、銀耳、豆芽等（展示相關圖片），你覺得是否合適呢？

【設計意圖】從物質轉化的途徑方面給予學生學習元素化合物知識的方法性指導，建立轉化觀。以酸雨的治理和工業制硫酸為例，培養學生利用轉化觀解決化學問題的能力。從治理酸雨的兩條途徑：從源頭上減少產生以及產生后治理，滲透綠色化學思想：從源頭上減少有害物質的產生，培養學生的社會責任感，引導學生學會全面看待化學物質的影響：造成危害的不是化學物質本身，而是人類使用化學物質的方式；對于任何化學品，都應控制使用量，合理使用。

【教學環節五】

[活動3]請大家課后查閱資料，了解柳州在治理酸雨時所采取的措施。想一想，它們用到了哪些化學原理？如果想避免酸雨問題再次出現，我們應怎么做？

【設計意圖】作為課堂內容的延伸，可讓課堂內容從真實情景中來，回到真實情景中去，培養學生的科學精神與社會責任。

四、結語

有關《硫和氮的氧化物》（第一課時）的教學設計有多種形式。本節課嘗試結合本地歷史，創設真實情景，激發學生的學習興趣。在元素化合物的“價-類”二維圖指導下對二氧化硫的性質展開實驗探究，在開展實驗前加強對學生的引導，培養學生的探究能力，使學生學會以實驗探究的方式進行研究，并努力在課堂中滲透化學學科核心素養。在課程實施中，應重點觀察學生交流討論和動手實驗的情況，以評價學生對知識及技能的掌握程度，由此對教學效果進行評價，幫助教師對課程進行反思和改進，提升教學效果。

（責任編輯 羅 艷）