巧設(shè)學(xué)習(xí)任務(wù)，開展核心素養(yǎng)教學(xué)*
——以“去除工業(yè)廢水中的苯酚”為例

陳敏琛

（福州格致中學(xué)，福建 福州 350001）

1 問題的提出

發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的目的在于使學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會發(fā)展的需要，在未來生活中能有效地解決復(fù)雜問題和適應(yīng)不可預(yù)測的情境[1]，為此，“素養(yǎng)為本”的課堂教學(xué)，要倡導(dǎo)“真”，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，設(shè)計多樣化的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生開展具有分類與概括、證據(jù)與推理、模型與解釋、符號與表征等具有化學(xué)學(xué)科特質(zhì)的學(xué)習(xí)活動[2]，讓學(xué)生在經(jīng)歷活動、完成任務(wù)過程中形成和發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

從平時的聽課和訪談中發(fā)現(xiàn)，“苯酚的性質(zhì)和應(yīng)用”的常態(tài)教學(xué)，大部分從“基團間相互作用”入手，預(yù)測苯酚的性質(zhì)，再通過實驗驗證，最終形成基于官能團和反應(yīng)類型的知識圖譜。對含酚廢水的處理方法，較多教師只是簡單提及，有的讓學(xué)生課外閱讀，未能發(fā)揮STSE問題情境的教育功能，這為教師優(yōu)化教學(xué)策略提供了一個切入點。

筆者以“去除工業(yè)廢水中的苯酚”作情境[3]，以問題為導(dǎo)向，用學(xué)習(xí)任務(wù)作驅(qū)動，讓學(xué)生“產(chǎn)、學(xué)、研一體化”式地開展學(xué)習(xí)，旨在促進學(xué)生在解決問題中發(fā)展思維品質(zhì)，培養(yǎng)科學(xué)精神和社會責(zé)任，形成正確的價值觀。

2 教學(xué)目標(biāo)

⑴ 通過對比乙醇和苯的結(jié)構(gòu)與性質(zhì)，認(rèn)識“有機物基團之間互相影響”，全面理解酚羥基的性質(zhì)，診斷并發(fā)展“宏觀辨識與微觀探析”學(xué)科核心素養(yǎng)。

⑵ 通過實驗探究，掌握苯酚的性質(zhì)，形成“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”學(xué)科核心素養(yǎng)。

⑶ 通過設(shè)計含酚廢水的處理方案，培養(yǎng)獲取和整合信息、應(yīng)用所學(xué)知識分析解決實際化學(xué)問題的能力。

⑷ 通過苯酚的用途及含酚廢水處理的學(xué)習(xí)，樹立綠色化學(xué)、生態(tài)文明、可持續(xù)發(fā)展理念。

3 教學(xué)過程

3.1 前置學(xué)習(xí)，激發(fā)興趣

【學(xué)習(xí)任務(wù)】 搭建C7H8O分子結(jié)構(gòu)模型，掌握酚的結(jié)構(gòu)特征。

設(shè)計意圖：通過動手實踐，辨析醇、酚、醚的結(jié)構(gòu)，發(fā)展空間思維。

3.2 創(chuàng)設(shè)情境，提出問題

⑴ 閱讀化學(xué)史話：偉大的外科醫(yī)生

1874 年，英國愛丁堡一家醫(yī)院的外科醫(yī)生李斯特，發(fā)現(xiàn)他的病人手術(shù)后多數(shù)死于傷口化膿感染，于是他就設(shè)法尋找一種消毒的方法。有一天，他發(fā)現(xiàn)一個工廠的污水溝里溝水清澈，浮在水面上的草根很少腐爛，原來，這是從化工廠流出的石炭酸混雜在溝水里。李斯特用石炭酸對手術(shù)器械、紗布等一系列用品進行了消毒，病人手術(shù)后傷口感染現(xiàn)象立即減少了[4]。

⑵ 展示主題圖片——苯酚讓生活更美好：水楊酸苯酚貼膏、阿司匹林、染料、農(nóng)藥、消毒劑、酚醛樹脂。

⑶ 觀看視頻：某化工廠排放的廢水中苯酚含量超標(biāo)，需要處理，達到地表水環(huán)境質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)后方可排放。

提出問題：工業(yè)上是如何處理含酚廢水的？假如你是環(huán)境質(zhì)量檢測員，你該如何判斷污水經(jīng)處理后是否達標(biāo)？

設(shè)計意圖：通過化學(xué)史和真實的STSE問題，激發(fā)學(xué)生產(chǎn)生運用化學(xué)知識解決問題的欲望，增強職業(yè)生涯規(guī)劃意識，發(fā)展從化學(xué)視角認(rèn)識真實復(fù)雜問題的能力。

3.3 實驗探究，模型認(rèn)知

3.3.1 【學(xué)習(xí)任務(wù)1】設(shè)計實驗，探究苯酚的溶解性[5]

生2：苯酚是無色晶體，有特殊的氣味。但是苯酚取出一段時間后慢慢變淺紅色，是苯酚被氧化了嗎？

師：苯酚與水形成的濁液靜置后會分層，上層是溶有苯酚的水層，下層是溶有水的苯酚層；當(dāng)溫度高于65℃時，苯酚與水以任意比例互溶。苯酚在空氣中易被氧氣氧化而略帶紅色，因此需要密封保存。

3.3.1 【學(xué)習(xí)任務(wù)2】預(yù)測并驗證苯酚的性質(zhì)

生1：無水乙醇和水中具有-OH，乙醇是非電解質(zhì)，可見-OH與烷基相連更難電離出氫離子，但-OH與苯環(huán)直接相連，可能容易電離出氫離子，所以苯酚可能有酸性。

師：從微觀結(jié)構(gòu)上看，苯環(huán)是吸電子基團，它使得與苯環(huán)直接相連的羥基中氧氫鍵極性增強，容易電離出氫離子。這就是有機物基團之間相互影響的一個結(jié)果。

生2：這類似甲苯，苯環(huán)影響甲基，結(jié)果是甲苯使酸性高錳酸鉀溶液褪色。

師：除了“苯環(huán)對羥基有影響”，反之，“羥基對苯環(huán)有影響”嗎？請你推測結(jié)果會是怎樣？

在春季的“大麥黃”和秋季的白露前一星期，使用1次殺纖毛蟲的藥物，隔日再用1次消毒藥物，以預(yù)防寄生蟲病的發(fā)生。

生：類似甲苯，“羥基對苯環(huán)有影響”，結(jié)果是苯酚也能發(fā)生鹵代、硝化等取代反應(yīng)。

學(xué)生實驗1：設(shè)計實驗證明苯酚具有酸性及酸性強弱。

實驗及現(xiàn)象：取苯酚的濁液1 mL于一支試管中，滴加幾滴紫色石蕊試液，濁液未變紅；取苯酚的濁液1 mL于另一支試管中，滴加氫氧化鈉溶液，濁液變澄清。

實驗及現(xiàn)象：將上述實驗得到的苯酚鈉溶液分到兩支試管中，一支滴加稀鹽酸，另一支通入CO2，澄清液均變渾濁。

得出結(jié)論：苯酚是一種酸性比碳酸還弱的酸，又名石炭酸。

生：寫出以上實驗中發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式。

師：請設(shè)計實驗證明羥基對苯環(huán)有影響。

學(xué)生實驗2：設(shè)計苯酚與濃溴水反應(yīng)實驗[5]。

實驗及現(xiàn)象：向稀苯酚溶液中滴加少量濃溴水，發(fā)現(xiàn)先產(chǎn)生白色沉淀，振蕩就消失，繼續(xù)滴加白色沉淀明顯。

師：請分析為什么開始產(chǎn)生的沉淀振蕩后消失。

生1：生成的白色沉淀溶解在苯酚中。

師：寫出苯酚與濃溴水反應(yīng)的化學(xué)方程式：

師：請用實驗事實進一步分析“羥基對苯環(huán)有影響”的結(jié)果。

生：比較苯、苯酚與溴取代的反應(yīng)條件、反應(yīng)速率及產(chǎn)物，并交流。

結(jié)論：羥基對苯環(huán)有影響，使苯環(huán)上羥基鄰、對位的氫原子變得更易取代。

師：苯酚與濃溴水的取代反應(yīng)能夠定量完成，常用于對溶液中的苯酚進行定性和定量檢測。但由于濃溴水有較大的毒性，在工業(yè)上還有更靈敏且無毒的試劑[6]檢測苯酚。三氯化鐵與苯酚溶液會迅速反應(yīng)而呈紫色，也常用于酚類物質(zhì)的檢驗。

3.3.3 【學(xué)習(xí)任務(wù)3】歸納總結(jié)苯酚的化學(xué)性質(zhì)

特性——顯色反應(yīng)

設(shè)計意圖：按照研究物質(zhì)化學(xué)性質(zhì)的一般思路“分析結(jié)構(gòu) 預(yù)測性質(zhì) 實驗證明”，層層深入地認(rèn)識苯酚的性質(zhì)，充分發(fā)揮實驗在化學(xué)中的重要作用，體驗從“證據(jù)推理”到“模型認(rèn)知”的建構(gòu)，讓學(xué)生的思維不斷向廣度、深度發(fā)展，建構(gòu)知識體系，形成知識關(guān)聯(lián)的結(jié)構(gòu)化、核心觀念的結(jié)構(gòu)化。

3.4 解決問題，形成思路

【學(xué)習(xí)任務(wù)】模擬工業(yè)含酚廢水的處理過程。

學(xué)生活動：結(jié)合苯酚的性質(zhì)，設(shè)計工業(yè)含酚廢水的處理方案，用圖示簡單表示。

師生互評，不斷改進設(shè)計方案，結(jié)合工業(yè)生產(chǎn)實際，得到最佳方案（圖1）。

圖1 含苯酚的工業(yè)廢水處理的流程圖

設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)體現(xiàn)教學(xué)設(shè)計的整體性，前后呼應(yīng)。引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生產(chǎn)實際，提高應(yīng)用所學(xué)知識解決實際化學(xué)問題的能力，正確認(rèn)識化學(xué)學(xué)科的價值。

4 教學(xué)反思

⑴ 在真實情境中習(xí)得核心知識，發(fā)展學(xué)科素養(yǎng)

學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展不能脫離真實情境。本節(jié)課以“去除工業(yè)廢水中的苯酚”為情境，從不同化學(xué)認(rèn)識視角提出有探究價值的化學(xué)問題。面對真實復(fù)雜的情境，學(xué)生有強烈的探究欲望，迫切地想將已學(xué)知識和方法應(yīng)用于具體工業(yè)生產(chǎn)中去，但實驗的設(shè)計和探究，知識的遷移和應(yīng)用能力還明顯欠缺，需進一步提高[7]。在教師引導(dǎo)下，學(xué)生通過閱讀、觀察實驗現(xiàn)象等方法獲得有關(guān)信息，收集實驗證據(jù)，分析推理，不斷將學(xué)習(xí)引向深處，在此過程中發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”學(xué)科核心素養(yǎng)。

⑵ 在不同層次的學(xué)習(xí)任務(wù)驅(qū)動下，發(fā)展思維品質(zhì)

教師將教學(xué)內(nèi)容以清晰明確的學(xué)習(xí)任務(wù)的形式呈現(xiàn)在學(xué)生面前，不但能引起學(xué)生的注意，而且有利于學(xué)生把握知識的系統(tǒng)性和邏輯性，思維發(fā)展從感性到理性，從定性到定量，從具體到抽象。學(xué)習(xí)任務(wù)的難易程度直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的積極性，學(xué)習(xí)任務(wù)既要有挑戰(zhàn)性，又要符合學(xué)生“最近發(fā)展區(qū)”。有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)任務(wù)就是要制造認(rèn)知沖突，同時教師巧妙地利用學(xué)生的“最近發(fā)展區(qū)”，設(shè)計與生產(chǎn)實際相結(jié)合的問題，為思維發(fā)展指明方向，減少思維的盲目性，提高學(xué)習(xí)能力水平。

總之，在全面啟用新教材背景下，把握新教材的新思路，掌握新教材的新變化成為教師的必修課，貫徹“以素養(yǎng)為本”理念，把化學(xué)實驗的開展與學(xué)生科學(xué)探究能力的培養(yǎng)相結(jié)合，注重學(xué)習(xí)方法的引導(dǎo)，幫助學(xué)生形成和發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。