興趣引領　問題驅動

陳艷燕

摘要：色譜法也稱層析法，是一種對混合物中各組分進行分離的方法，在諸多領域具有很高的應用價值。本節課在國家課程的引導下，基于學生所學習的研究有機物的一般方法，以“興趣引領”開發化學校本課;以“問題驅動”，讓學生在具體生活情境中解決問題，學習色譜分離技術，拓展學生對有機物分離、提純與鑒定的知識網絡。

關鍵詞：色譜法;校本課;科學探究

文章編號：1008-0546（2019）08-0011-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2019.08.003

近年來，全國各地區響應國家教委“學校應該配置本校的任選課和活動課”的號召，紛紛依據地區的差異化、學校的校本化、學生的個性化開設了各式各樣的校本課程，完善學校的課程體系。課程建設要與校本化相結合，旨在實現教師專業發展、學生學業發展、綜合素質發展。以北京市重點中學首師大附中為例，學校在長期的課程建設實踐中確定了“通修+精修+選修+研修”四修課程體系。其中基礎通修的課程以夯實學科基礎為目標，興趣選修強調課程的選擇性和差異性，專業精修強調深入學習，自主研修以培養學生自主學習能力為目標。與國家課程相比，校本課程具有更強的實踐性、探索性和綜合性，是國家課程的補充和延伸。

在高中化學學習階段，有機物的分離提純作為一個重點內容出現在選修中，也是學生學習有機化學的常見題型。為了拓展學生對有機物分離、提純與鑒定的知識網絡，同時培養學生發現和提出有價值的化學問題的能力，本課例將色譜分離技術作為一個延伸點，開發“基于實際問題的發現，科學探究解決”的化學校本課。本文將從開發過程和實施過程兩個方面探討如何在國家課程目標的指導下，在學校課程的引領下，以培養學生興趣為目標，多維度挖掘色譜分離技術的知識點，完成校本課的開發。

一、校本課的開發過程

與國家課程相較，校本課程具有更強的實踐性、探索性和綜合性，是國家課程的補充和延伸。開發課程的教師不僅需要扎實的專業基礎知識，并且基于事實性知識，充分挖掘生活中的細節，生產、生活實際，科技動態信息，將概念原理和生活結合。本文將從課程標準的梳理、教學內容篩選、教學目標的確定、教學思路的確定來探討本節課的開發過程。

1.國家課程標準和學校課程標準的整合

《普通高中化學課程標準》對學生學科素養發展的目標指出：學生能夠發現和提出具有研究價值的化學問題，能夠依據探究目的設計并優化實驗方案，完成實驗操作，能對觀察記錄的實驗信息進行加工并獲得結論。首師大附中課程建設的總目標是以國家課程的高質量校本化實施為基礎、以精品特色校本課程的開發為補充，構建與學生內在發展需求相一致的校本課程。本校所開發的化學校本課程主要分為幾大部分：課本延伸實驗、主題類實驗、興趣類實驗、探究性實驗、項目類實驗。幾大板塊的設置，旨在實現以下目標：1.通過任務驅動性實驗、項目合作式等實驗，培養學生實事求是、嚴謹細致的科學態度和科學思維。2.從知識角度，高中化學實驗校本課程通過系統設置與教學進度相匹配的實驗，培養學生用實驗解決化學問題的能力和科學素養。3.從情感態度的角度，讓學生在探究物質變化的奧秘中體驗科學探究的艱辛和喜悅，感受化學世界的奇妙與和諧。4.從教師角度，校本課程的開發促使教師定位從“教學型”向“研究型”轉換，為教師潛能的開發和創新精神的發展提供了空間。化學校本課程開發的目標是結合現有的課程教材進行本土化篩選、修改、補充，以彌補國家課程、地方課程的不足。本課例選擇基于國家中學化學課程，以有機物分離提純作為延伸點，將“課標”中提出的“培養學生設計并優化實驗方案，完成實驗操作能力”作為目標，以學校課程標準為指導，設計驅動性任務的實驗：基于色譜分離技術的原理提出設計問題，學生設計實驗方案并完成操作，運用比較、歸納、分析、綜合等方法分析。以“問題驅動”開啟課程，用“興趣引領”解決問題，以培養學生興趣為目標，既拓展了學生關于有機物分離與提純的知識網絡，同時也發展了學生的科學素養。

2.教學內容篩選

色譜分離技術在化學等諸多領域中應用廣泛，它的主要原理是利用混合物中各組分在體系兩相中的性能差異實現物質分離。固定相和流動相在體系中具有不同的分配系數，當兩相作相對運動時，這些物質隨流動相一起運動，并在兩相間進行反復多次的分配，從而使各物質達到分離。有關色譜技術的知識內容全面且體系化，然而內容繁多并且復雜，要在一節課中呈現并不現實。高二的學生在經過必修2及選修5的學習，對有機物分離提純的基本原理有著較為理性和系統的認識。研究色譜分離技術的相關原理，比對高中化學教學中的內容，結合學生的認知水平，設計本節課的主要問題情境和研究問題，如表1。

本節課問題的提出是四個維度構成：國家課程核心知識、學生的認知水平、培養創新能力的核心素養、色譜分離技術，如圖1。四個維度的有機結合才能設計出滿足不同層次的目標需求的問題情境。根據國家課程中有機物的主要內容，結合色譜分離技術，充分篩選、結合和匹配，本節課設計了一個具有探究性的具體問題情境“小明吃的哪種物質中含有讓他過敏的色素‘誘惑紅？”，由此引出本節課幾個關鍵問題：利用紙色譜分離色素時流動相選擇的依據是什么？依據色譜原理設計并完成解決問題的實驗。

3.教學目標的確定

本節課的授課對象為學習了有機物必修2或者正在學習選修5的高中學生。該階段的學生具備有機物的基本知識，同時也掌握了有機物研究的一般方法。本節課的目標是使他們在已有的認知基礎上進行升華，將已有知識與新的知識之間進行搭橋，建立聯系，完善他們關于有機物分離與鑒定的知識網絡。基于學生所學，也高于原有認知，具有一定的挑戰性。本節課教學目標如下：

（1）知識與技能

①初步掌握色譜分離技術的基本原理;

②學會運用紙色譜進行有機物的分離以及檢驗;

③通過有機物結構的分析，學習官能團對有機物性質的影響。

（2）過程與方法

①通過色譜分析法原理的學習，學習有機物分離的基本原理和依據;

②通過實驗的設計，培養學生定性定量分析的思維能力;

③通過情境中問題的解決，培養學生進行科學探究的能力。

（3）情感態度與價值觀

①通過情境問題的解決，了解色譜分析方法在化學分析中的重要地位;

②通過解決現實問題，感知“從生活到化學，再從化學回到生活”的實際意義;

③重視實驗態度和實驗方法的形成，培養學生嚴謹求實的科學作風。

4.教學思路的確定

將化學知識置于一定生活情境中，引導學生將化學知識與生活情境建立聯系，促進學生運用化學知識解決實際問題。主要思路為：基于生活情境提出化學問題一表征化學問題一分析化學問題一解決問題，如表2。

二、校本課的實施過程

1.問題情境

【情境】小明對一種叫做“誘惑紅”的色素過敏，他無法確認哪種糖果中含了令他過敏的色素。我們要怎么幫助小明解決他的問題呢？

【素材】色素以及“誘惑紅”基本信息

【提問】我們能否找到一種有機物研究的方法，同時實現物質的分離和檢驗呢？

設計意圖：提出與學生密切相關的生活問題，激發學生探究興趣。

2.色譜分離技術基本原理

【視頻】變色花盆

【提問】水彩暈染的變色花盆的原理是什么？和我們此前所學習的哪種分離方法異曲同工？

【學生】學生對比溶解度和萃取的基本原理，對變色花盆的原理進行猜測。

【教師】他們的原理很相似，都是利用不同物質間溶解度的差異。變色花盆和萃取不同的是，有色顏料在水的帶動下向上延展，利用的是不同顏色的顏料在水和宣紙中溶解度和吸附能力的不同，出現了不同的色帶。

【色譜分離原理】最簡單的色譜就是我們在生物上做過分離葉綠素的紙色譜。由于溶劑的毛細作用，溶劑會沿著紙向上運動。當溶劑分子運動到混合物時，混合物溶解于溶劑當中，其中的組分就會隨著溶劑向上運動。在溶劑中溶解度較好的組分，隨著溶劑運動的速率快，于是不同的各組分就在濾紙上分離。

紙色譜原理：溶解度和吸附能力的差異

組成：流動相（展開劑），固定相

參數：Rf=L1/L2

設計意圖：將變色花盆與萃取建立聯系，并思考其中的差異。學生通過變色花盆的原理，引出色譜分離技術的原理。新舊知識對比，自然過渡，引入新的知識。

3.設計實驗方案

【提問】我們回到小明的問題，我們是否可以利用紙色譜來解決小明的問題，找到到底哪種糖果中含有小明所過敏的色素呢？

【學生任務】利用紙色譜的原理，設計實驗，解決小明的問題。

【實驗方案】以“誘惑紅”作為標準物，利用紙色譜分離糖果中的色素，如果出現了與“誘惑紅”相同的Rf值的色帶，說明這種糖果中含有令小明過敏的色素，如表3。

設計意圖：學生結合色譜分析的原理，自主設計實驗，既檢驗學生對問題的理解，又可將用所學知識解決生活問題的思路和方法外顯。

4.展開劑選擇

【問題】我們已經選取了濾紙作為固定相，那么我們應該選擇什么溶劑來作為流動相呢？不同的流動相對于色素的分離會有什么效果呢？

【學生實驗】選取廚房中幾種常見的溶劑：白酒、白醋、鹽水，探討其展開效果的差異，實驗過程如表4。

【提問】“誘惑紅”在白醋中展開效果最好，在鹽水中展開效果最差，如圖2。為什么會造成這樣的差距呢？

【陳述】“誘惑紅”的結構式中含有一個偶氮結構，這樣的官能團會使有機物具有很強的堿性，因此它在酸中的溶解度大，如圖3。而在鹽水中的展開效果差是因為這個物質成鹽，水中加入了鹽，形成同離子效應，降低色素在其中的溶解度。選擇展開劑是色譜分離技術中的重要內容之一，主要根據樣品的極性、溶解度和吸附劑的活性等因素來決定的。

【提問升級】溶劑的選取僅僅影響溶解度嗎？

【陳述】流動相的極性，溶解度和吸附劑的活性都會影響混合物的分離。

設計意圖：展開劑的選取來源于生活，讓學生認識到化學與生活密切聯系，讓學生在問題中探討色譜分析的原理。色譜展開劑的選取除了考慮樣品的展開效果，還要考慮其對混合物的分離效果，問題升級，激發他們的探究欲。

5.實施實驗，解決問題

【學生實驗】選取白醋作為展開劑，不同的小組選擇不同的糖果，依據表3設計的實驗方案分組進行實驗。

【提問】解釋現象：這些糖果中含有“誘惑紅”這種色素嗎？你根據什么做出判斷？

對比與比較：這些糖果中含有相同的色素嗎？為什么？

【結論】彩虹糖中大紅色的糖中含有“誘惑紅”色素，小明未來應該避免食用相同的色素，以免再次危害健康。

設計意圖：學生小組間進行實驗、討論，在實驗中進行操作、觀察、分析總結。培養學生尊重實驗事實、不迷信權威、獨立思考、敢于質疑、勇于創新的精神。

三、教學反思

本節課作為“新中高考背景下學校課程整體建設創新”的教育教學綜合改革專題研討會的課例之一，主題是基于以課程建設為核心、培養學生核心素養的理念。不管是國家課程還是校本課程，首先要讓學生感覺到課堂是有趣的，而貼近于學生生活的問題更能拉近課堂與生活之間的距離，這不僅讓學生在輕松愉悅的氛圍下學習化學，還能使學生感受到化學是有趣的、實用的。其次，校本課程應該在培養學生創新意識和科學素養的基礎上，打破更多國家課程的邊界，要給學生提供更多“做”的機會，更要給學生“想”的機會。引導學生參與實驗方案的設計與評級，為學生創造“刨根問底”的機會，才能有效地激發學生的學習興趣。

參考文獻

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