巧設多種真實情境，提升素養教學質量

熊宗齊

摘要：設計真實而富有價值的教學情境，是促進學科核心素養形成與發展的關鍵環節。借助高考評價體系對化學情境的劃分標準，在課堂教學中，以乙醇為例，設計整合多種真實教學情境，觸發學生思維，提升關鍵能力，形成和發展化學學科核心素養。

關鍵詞：真實情境 ?教學設計 ?乙醇

一、問題提出

《普通高中化學課程標準2017年版》（以下簡稱2017課程標準）強調“真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺，為學生化學學科核心素養提供了真實的表現機會，教師在教學中應注重創設真實而富有價值的問題情境，促進學生化學學科核心素養的形成和發展。”《中國高考評價體系說明》強調“情境是實現價值引領、素養導向、能力為重、知識為基的綜合考查的載體。通過選取適宜的素材，再現學科理論產生的場景或是呈現現實中的問題情境，讓學生在真實的背景下發揮核心價值的引領作用，運用必備知識和關鍵能力去解決實際問題，全面綜合發展學科素養水平。”由此可見，無論是教學還是考試評價，都特別強調真實情境的重要性。真實情境應用于課堂教學，可以有以下幾種功能：第一，價值引領。正面、積極的真實情境可以很好地體現學科價值。第二，能力、素養導向。真實、陌生情境能更好地考查學生分析問題、解決問題的綜合能力，更全面的展現學科素養的水平。第三，整合知識。知識的提煉源于情境，選取包含著知識的真實情境，還原知識本來的面目，能更好地幫助學生理解、掌握必備知識。那么，如何在教學中精心選擇、整合真實情境，促進學科核心素養的形成與發展，成為很多一線教師迫切要解決的問題。下面以乙醇新課教學為例，重點闡述。

二、案例設計與教學實施

（一）設定教學目標

1.知道乙醇的物理性質和用途，理解乙醇的分子結構和化學性質，深化“結構-性質-用途”模型的認識;

2.通過推測乙醇分子結構的探究活動，初步發展證據推理能力與定量實驗研究能力，感受利用核磁共振、紅外光譜技術探究有機物分子結構的方法及過程;

3.歸納乙醇發生化學反應時的斷鍵方式，進一步發展從微觀視角對化學反應進行分析的能力，強化官能團決定有機物性質的學科觀念;

4.通過酒駕檢測、殺菌消毒的原理演示及討論，養成良好的生活方式，增強社會責任意識。

（二）斟酌教學真實情境

乙醇復習課的情境素材按照真實情境的來源分類可分為日常生活情境、生產環保情境、學術探索情境、實驗探究情境和化學史料情境。

圍繞教學目標，結合學生學情，精選情境素材，提出價值問題，最終形成教學情境。“選擇情境素材，以教學目標為指向，再設置引發認知沖突和求知欲的有價值的問題后，才真正成為一個教學情境。”價值問題的設置還要考慮到學生的學情，這樣學生解決問題的過程中就更易產生“跳一跳夠得到”的學習任務和活動，提升學生的自主性，更易幫助學生在解決任務中不斷建構知識，提升能力，形成素養。

（三）創設真實情境，實施教學

乙醇新課的引入階段，以艾克豪（alcohol）小伙子吃、穿、住、行的一天（如圖1）舉例，以故事情節的方式呈現給學生，讓學生思考這一天活動與哪種有機物最為相關，如何運用所學知識來解釋這些活動。日常生活情境的引入，既增加了課堂的趣味性，也體現了學科價值，而且還為接下來學科學習活動搭建了框架，更有利于課堂教學的順利開展。

教學環節一：乙醇結構的探究

[提出問題]已知乙醇的分子式為C2H6O，請同學們畫出結構，看看有幾種同分異構體？

[學生]兩種，CH3OCH3和CH3CH2OH。

[追問]將上述兩種結構與煤油和水分子結構對比，如何設計實驗來驗證乙醇的結構是哪一種？

[學生1]與鈉反應，鈉保存在煤油中，煤油的結構與第一種結構類似，可能不反應。而第二種結構與水分子結構相似，應該可以反應。

[追問]如果兩者都與鈉反應，結合兩種分子中的等效氫種類，如何改進你的實驗？

[學生2]定量測定。第一種結構只有一種氫，第二種結構有三種氫且活性不同，與鈉反應產生的應該是氫氣，通過乙醇與氫氣的定量關系可以確定結構。

[追問]如何保證乙醇完全反應，如何測定氫氣的量？

[學生2]鈉過量，可以用排水法測氫氣的體積。

學生組裝儀器，動手實驗，測定數據，處理數據如表1。

[提出問題]依據實驗結果，你能判斷乙醇的結構了嗎？

[學生]乙醇與氫氣的量之比約為2∶1，相當于1 mol乙醇中含有1 mol能與鈉反應的活潑氫，因此，乙醇的結構應為CH3CH2OH。

[提出問題]實驗的過程中，同學們發現乙醇與鈉反應不如水與鈉反應劇烈，能結合已學知識解釋一下嗎？

[學生]乙醇是非電解質，水是弱電解質，所以羥基氫比水中的氫活性差些。

[補充]目前就我們的認識可以這樣理解，但由于乙醇（有機物）、水（無機物）與鈉反應的機理不同，這樣簡單對比是不全面的，有待于今后繼續學習才能有更準確的理解。

[提出問題]化學家分析有機物結構還有沒有其他的方法呢？

[學生]核磁共振氫譜、紅外光譜等。

[補充]化學家依據乙醇的核磁共振氫譜圖，可以很清楚地發現氫的種類及個數比，通過紅外光譜圖中，特定波數處的吸收峰確定乙醇分子的官能團，從而確定乙醇分子的結構，既快速、又準確。

設計意圖：先通過有機物結構特點書寫同分異構體，體現模型認知，這結合微觀結構的差異，設計實驗驗證推理結構，動手實驗，收集數據，處理轉換數據，通過證據推理得出乙醇結構。之后，對比乙醇、水與鈉反應的不同，體會微觀結構的異同所帶來的宏觀性質的差異，適切發展化學學科核心素養。 最后，通過展現現代化學家分析有機物結構的方法，體會科技進步與科學研究之間的協調發展，使得化學能更好地為人類服務，培養學生熱愛化學的情懷。

教學環節二：乙醇汽油的優劣

[提出問題]乙醇汽油是10%的燃料乙醇和90%的普通汽油混合而成。為何我們現在提倡使用乙醇汽油呢？有何優缺點？

[學生]環保、節能;更容易燃燒;動力好……（學生幾乎說不出缺點）

[補充]我國生產乙醇的主要原料有含糖作物、含淀粉作物以及纖維類燃料，這些都是可再生資源且來源豐富，因而使用乙醇燃料可減少車輛對石油資源的依賴，有利于我國能源安全。不過，乙醇汽油也有缺點，如熱值低、易產生氣堵、易被氧化為乙酸而腐蝕金屬等。

[提出問題]請查出乙醇的燃燒熱，書寫熱化學方程式。

[學生]C2H5OH（l）+3O2（g）2CO2（g）+3H2O（l） ΔH =-1367 kJ·mol-1

設計意圖：通過對汽車乙醇汽油的優缺點分析，了解化學對能源、環保所做出的貢獻，展現化學學科價值。利用乙醇燃燒反應的能量既可以以熱能形式釋放，理解能量的常見轉換形式，加深對燃料的認識。

教學環節三：乙醇的催化氧化

[提出問題]銀飾店是如何做到讓銀手鐲光亮如新？這與乙醇有何關系呢？

[學生]乙醇的催化氧化。

[補充]下面就讓我們通過分組實驗的方式來理解這個原理。請仔細觀察實驗現象，并思考如何解釋這一現象。

學生分組實驗，螺旋銅絲加熱后深入裝有乙醇的試管中，反復多次。

[提出問題]觀察到哪些現象，請寫出相應的化學方程式。

[學生]銅絲加熱變黑：2Cu+O2△2CuO

接觸乙醇又變紅：CH3CH2OH+CuO△CH3CHO+Cu+H2O

總反應：2CH3CH2OH + O2Cu或Ag△2CH3CHO + 2H2O

[提出問題]如何證明上述反應的產物？

[學生]氣味與原來不同。

[追問]僅僅通過氣味不同，能否證明一定是醛類物質？

[學生]用新制的氫氧化銅懸濁液或者銀氨溶液，證明有醛的生成。

請學生將反應后的溶液一分為二，取其中一份做鑒定，結果有的小組成功，有的失敗。

請學生向另一份中加入希夫試劑（用來檢測微量醛，反應很靈敏），溶液均變為紫紅色。

[追問]你們的兩組實驗說明了什么問題？

[學生]這個實驗中，由于每組重復的次數不同，產生的醛的含量也不同，如果醛含量低，用新制的氫氧化銅懸濁液或者銀氨溶液檢測，有可能不成功，而用希夫試劑則效果很好。

[提出問題]上述氧化過程中CuO和Cu的作用相同嗎？

[學生]CuO在與乙醇的反應中是氧化劑，而Cu在總反應中是催化劑。

[補充]請同學們認真思考下面這道題：

圖2的實驗裝置中，實驗開始前，通氫氣排盡空氣，加熱銅，不斷滴加乙醇，反應開始。反應過程中，A中活性銅始終未變黑，B中收集到大量無色無味可燃性氣體，C中溶液與新制Cu（OH）2懸濁液反應有磚紅色沉淀生成。

請寫出該反應的化學方程式 ? ? ? ? ? 。

[學生]CH3CH2OHCu△CH3CHO+H2

[追問]你們對銅催化氧化乙醇有何新的認識？

[學生1]這個實驗中Cu更像催化劑，因為它在反應過程中始終沒有變黑。而前面實驗中是CuO將乙醇氧化，自身被還原了。

[學生2]前面有氧氣參與的催化氧化實際上是兩個獨立的反應，一前一后發生，嚴格意義上Cu不能算催化劑。

[追問]如何才能證明在有氧的情況下，Cu依然起催化作用？

[學生2]最好在同一個反應條件下，同一個反應器中。

[補充]有人設計了如圖3的實驗裝置，反應一段時間后，發現CuSO4粉末變藍，希夫試劑變為紫紅色。

設計意圖：通過手鐲的保養，了解乙醇在生活中的應用，進而吸引學生關注學科原理，認識乙醇催化氧化反應。然后設計分組實驗，探究氧化過程，加強宏觀現象的表述、微觀斷鍵的規律以及符號方程式的書寫。再引導學生設計實驗驗證反應產物，借助不同方法檢驗醛來拓展物質檢驗的思路，感受化學探究實驗的魅力。最后，進一步設置新情境——無氧條件下的催化，對比有氧條件下催化，產生認知沖突，進而引導學生深入思考催化反應的本質特點，提升學生思辨的能力。

教學環節四：酒精測試儀

[提出問題]喝過酒是不能開車回家，交警是如何知道司機喝酒的？

[學生]酒精檢測。

[追述]酒精測試儀是利用化學原理制作的，早期是利用重鉻酸鉀溶液與乙醇在酸性條件下反應，下面請同學們分組動手實驗做一下這個實驗，描述實驗現象，寫出離子方程式。

[學生1]酸性條件如何配制呀？

[學生2]重鉻酸鉀溶液本身好像就是酸性的，就像高錳酸鉀溶液一樣。

[追問]為什么高錳酸鉀溶液、重鉻酸鉀溶液都是酸性的呢？他們屬于哪類鹽？

[學生2]強堿，強酸鹽。

[提問]所以酸性高錳酸鉀溶液、酸性重鉻酸鉀溶液一般是通過加酸來實現的，這里有鹽酸和硫酸，選哪種比較合適？

[學生3]稀硫酸，鹽酸中的氯離子溶液被重鉻酸鉀氧化。

學生實驗，描述實驗現象，書寫離子方程式（配平出現困難）。

2Cr2O2-7+3CH3CH2OH+16H+4Cr3++3CH3COOH+11H2O

[補充]有機氧化還原反應配平常用兩種方法。一種是平均化合價法，將有機物寫成分子式C2H6O，氫為+1、氧為-2，得碳的平均化合價為-2。同理可得乙酸中的碳為0價，則一個乙醇分子變為乙酸就失去4個電子。另一種方法，按照有機中的氧化反應為得氧失氫，每得一個氧升高兩價，每失一個氫升高一價，則一個乙醇分子變為乙酸是得一個氧，失兩個氫，共升高四價。