基于學科核心素養的元素化合物認識模型構建的教學實踐

周煥燕

【摘要】科學世界里系統、客觀的、邏輯的知識并不是一蹴而就的，而是人們在豐富的生活世界里，通過思考、激情和想象等個體的、主觀的和漫長的努力而獲得的。文章以人教版必修二“硫及其化合物的性質及應用”教學為例，進行基于化學學科核心素養元素化合物認識模型的構建。

【關鍵詞】核心素養;元素化合物;認識模型的構建

【基金項目】增城區教育科學“十三五”規劃2017年度立項課題“基于學科核心素養的元素化合物教學研究”階段性成果。

一、教學案例

（一）學習目標

1.通過實驗了解二氧化硫的物理性質，掌握二氧化硫的化學性質（酸性氧化物通性、還原性、漂白性），能運用化學符號描述相關變化，初步形成“性質決定用途”的觀念。

2.通過對酸雨成因的探討，認識到二氧化硫與其他含硫物質間可以相互轉化，且需要一定的條件。

3.通過二氧化硫相關實驗現象的分析推測二氧化硫的相關性質，形成基于物質類別和價態對物質性質進行預測和檢驗的認識模型。

4.能對簡單化學問題的解決設計實驗方案，與同學合作完成實驗操作，客觀進行記錄，對實驗現象作出解釋。

5.通過重污染條件下空氣中二氧化硫含量的測定與防治的主題活動探討，對二氧化硫性質學以致用，認識到二氧化硫過量排放對環境造成的危害，能從化學的角度提出減少硫酸型酸雨的措施，具有“綠色化學”的觀念，培養學生的環保意識和社會責任感，贊賞政府、企業為改善環境所作出的持續努力;通過二氧化硫在生產生活中的應用和對環境影響的學習，辯證分析事物的多面性，培養科學態度和價值觀。

（二）評價目標

1.通過對空氣中首要污染物二氧化硫轉化成硫酸的可能路徑交流點評，診斷并發展學生對物質及其轉化思路的認識水平（孤立水平、系統水平）。

2.通過對二氧化硫性質的預測及實驗方案設計與交流點評，診斷并發展學生探究物質性質的水平（經驗水平、概念原理水平）。

3.通過對重度污染天氣下空氣中二氧化硫含量的測定方案的設計、二氧化硫尾氣處理與防治措施、二氧化硫用途的交流點評，診斷并發展學生解決實際問題的能力水平（孤立水平、系統水平）及其對化學價值的認識水平（學科視角、社會價值視角、學科和社會價值視角）。

（三）學情分析

從知識儲備來看，通過前面三章及第四章第一節的學習，學生已經學習了人們認識和研究化學物質的分類法、實驗探究法以及氧化還原反應、離子反應等基本理論，了解了非金屬元素氯、溴、碘、硅及其化合物的性質與應用和金屬元素鈉、鎂、鐵、銅及其化合物的性質和應用。從能力層面來看，通過前面的學習初步學會了從價態、類別角度研究和實驗探究法研究無機物的性質，為本節課探究性、開放性教學打下良好基礎。

（四）教學過程

1.引出話題。展示百度百科資料：2017年10月27日，世界衛生組織國際癌癥研究機構公布的致癌物清單初步整理參考，二氧化硫在三類致癌物清單中。

2.談論話題。為什么SO2是大氣污染物？來源？如何看待 SO2？其用途有哪些？——學生課前已經查資料了解了二氧化硫的性質、對環境影響及應用。

【教師點撥】二氧化硫是最常見、最簡單、有刺激性的硫氧化物。大氣主要污染物之一。火山爆發時會噴出該氣體，在許多工業生產過程中也會產生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫元素，因此燃燒時會生成二氧化硫。當二氧化硫溶于水中，會形成亞硫酸。若把亞硫酸進一步在PM2.5存在的條件下氧化，便會迅速高效生成硫酸（酸雨的主要成分）。這就是對使用這些燃料作為能源的環境效果的擔心的原因之一。二氧化硫具有漂白性。工業上常用二氧化硫來漂白紙漿、毛、絲、草帽等。二氧化硫的漂白作用是由于它（亞硫酸）能與某些有色物質生成不穩定的無色物質。這種無色物質容易分解而使有色物質恢復原來的顏色，因此用二氧化硫漂白過的草帽辮日久又變成黃色。二氧化硫和某些含硫化合物的漂白作用也被一些不法廠商非法用來加工食品，以使食品增白等。食用這類食品，對人體的肝、腎臟等有嚴重損傷，并有致癌作用。

此外，二氧化硫還能夠抑制霉菌和細菌的滋生，可以用作食物和干果的防腐劑，但必須嚴格按照國家有關范圍和標準使用。

應用領域。（1）用作有機溶劑及冷凍劑，并用于精制各種潤滑油。（2）主要用于生產三氧化硫、硫酸、亞硫酸鹽、硫代硫酸鹽，也用作熏蒸劑、防腐劑、消毒劑、還原劑等。（3）二氧化硫是中國允許使用的還原性漂白劑。對食品有漂白和對植物性食品內的氧化酶有強烈的抑制作用。中國規定可用于葡萄酒和果酒，最大使用量0.25g/kg，殘留量不得超過0.05g/kg。（4）農藥、人造纖維、染料等工業部門。（5）用于生產硫以及作為殺蟲劑、殺菌劑。（6）按照Claude Ribbe在《拿破侖的罪行》一書中的記載，二氧化硫在19世紀早期被一些在海地的君主當作一種毒藥來鎮壓奴隸的反抗。

【學生活動】感受SO2對大氣的污染，觀看酸雨危害的圖片及SO2的用途，體會事物的兩面性，從價類二維圖中體會SO2如何轉化成酸雨。

3.預測與論證SO2的性質。（1）提出問題：要設計SO2含量的測定方法，必先了解SO2的性質。大家覺得學習SO2的性質，我們可以從哪些方面入手呢？——通過前面的學習，學生學習元素及其化合物思維模式初步建立，并能熟練說出研究物質性質的步驟。（2）活動;展示SO2，描述物理性質，并驗證溶解性。——可以觀看實驗視頻，不是探究性的實驗可以不用分組實驗或演示實驗。（3）互動：學生通過平板上傳自己作的二氧化硫“價態-類別”二維圖，預測性質（類別、價態、特殊性），畫出性質預測思維導圖。（4）討論：以上預測，我們可以通過怎樣的實驗方案設計來驗證呢？學生分組討論，代表發言主要觀點：基于類別，酸性氧化物，類似CO2的性質;基于中間價態，既有氧化性，又有還原性，側重于還原性;可能還有某些特殊性。（5）方案設計;提供SO2及相關試劑進行驗證。

4.總結。性質小結，介紹可逆反應、物質漂白的幾種類型及方程式書寫落實。對F層次的學生來說，陌生氧化還原反應的方程式的書寫難度還是比較大，花了比較長的時間整理落實，一節課的時間差不多結束，剩下的內容布置課后作業，下節課繼續完成。

（五）合作創新

任務。工業生產中規定空氣中的二氧化硫允許排放量不得超過0.02mg/m3。請設計實驗方案測定某工廠附近區域空氣中SO2濃度是否超出標準。

（1）方法1：沉淀法。考慮到實驗過程中亞硫酸鹽不穩定， 易氧化，故可選擇足量H2O2、BaCl2混合溶液吸收SO2， 然后通過測定樣品氣體的體積、BaSO4沉淀的質量來求得樣品中SO2濃度。（2）方法2：滴定法。用NaOH溶液吸收SO2，再用酸性 KMnO4溶液滴定生成的Na2SO3的量。

（六）問題解決

1.過渡。如果空氣中的SO2含量超標，將會給我們生產、生活帶來巨大影響，那我們應該如何防治呢？

2.討論交流、代表發言：關于酸雨的防治。（1） 提高石化燃料質量，改進機動車輛廢氣排放裝置，減少廢氣中SO2含量。（2）限制高污染工廠數量、地點，強制實施廢氣排放凈化。（3） 減少石化燃料的使用，多利用無污染的綠色能源，如水能、潮汐能、太陽能、核能（安全核能）等。

二、教學反思

本節課選擇酸雨作為探討SO2性質的切入口。此外，為了凸顯地方課程資源，增強教學內容與學生的親近感，本節課以重污染條件下二氧化硫的來源、酸雨的形成與防治、工業廢氣及汽車尾氣二氧化硫的監測為明線，以尾氣處理技術的變化為暗線，力圖使學生以積極的態度、從學科知識的角度理解酸雨的產生、發展和治理過程，讓學生切身感受化學與自然環境、生活環境的密切聯系，贊賞政府、企業為改善環境所作出的持續努力，為建設美麗中國貢獻力量。教學思路包括“課堂活動線、知識結構線、素養水平線”，做到三線合一，相輔相成，實現教學目標。

【參考文獻】

[1]余文森.核心素養導向的課堂教學[M].上海：上海教育出版社，2017.

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