創設生活情境培養學生的化學核心素養——以“二氧化硫的性質和用途”教學設計為例

浙江省衢州第二中學(324000) 張 勝 魯云龍 伊利梅

《普通高中化學課程標準(2017版)》要求：立足于學生適應現代生活和未來發展的需要，充分發揮化學課程的整體育人功能，構建全面發展學生化學學科核心素養的高中化學課程目標體系。倡導真實問題情境的應用實例創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的科學精神和社會責任。然而，目前高中課堂教學中對科學精神與社會責任的培養意識相對薄弱，只注重成績唯分數論，缺少對學生思維方法構建的引導，部分地區和學校甚至忽視課堂實驗的探究與體驗，導致學生的模型認知與證據推理能力不足。

1 深入研究教材，選擇合適的情境化教學素材

教材對必修1專題4的安排，是基于學生在研究了從海水和礦物材料中獲取物質的基礎上，繼續學習元素及其化合物的性質，也是為后續必修2學習元素周期表和周期律作鋪墊。而“二氧化硫的性質和用途”是在研究了硅、鐵、銅單質及其化合物的基礎上，繼續學習硫及其氧化物，也是為后面硫酸的學習做準備。因此，本節內容除本身重要外，還起著承上啟下的作用。

化學化工企業及學校實驗室安全事故頻發，部分家長和學生“談化色變”，而課本整篇渲染的是SO2形成酸雨的危害，不利于培養學生的社會責任感。在學生掌握了對物質獲取與應用的模型構建基礎上，順利遷移至含硫化合物。由于硫元素有非金屬元素的多種變價，SO2性質有特殊性，學好本節內容，學生可以進一步獲得研究非金屬單質及其化合物性質的一般方法和規律，對系統掌握元素及其化合物的性質極其重要，也為后續學習“結構決定性質”的觀念積累素材。教材在本節內容中提及了與硫相關的火山、溫泉、硫磺皂、黑火藥以及工業生產的硫酸，但這些遠離學生的生活，知識與認知產生隔閡。倘若從紅酒、火柴(煙花、鞭炮)、硫磺熏制的中草藥、干貨、堅果、草帽以及紙張入手，更能激起學生的興趣，同時產生認知沖突——SO2有害但生活中又無處不在!從而引導學生更深層次的思考，辯證地看待科技發展與社會需求的關系。

2 情境化驅動，構建發展學科核心素養的課堂教學設計

情境化的學習模式是落實學科核心素養的一種有效教學方法。整堂課以情境導入問題，營造一種貼近生活的、輕松的情感氛圍，激發學生的情感、學習興趣和求知欲，驅動學生思考、探究、對比和歸納，并在解決細節問題中啟發引導學生運用遷移對比、證據推理與模型認知等學科方法，培養學生的科學探究和創新意識、科學態度與社會責任等學科素養，完善學生的思維體系。具體教學設計如圖1所示。

圖1 教學設計

3 情境化探究，落實發展學科核心素養的課堂教學過程

3.1 預設生活情境，激發學生的學習興趣

情境1：教師課堂上倒紅酒、醒紅酒、品紅酒和觀察紅酒配料表。

提出問題：隨著葡萄酒逐漸進入我們的生活，并受到大眾的青睞，尤其是女性朋友，喝點葡萄酒可以美顏，那紅酒中為什么要加SO2？

學生：調節溶液pH。

引導：那大家知道喝紅酒大多需要提前醒酒，難道紅酒中有什么物質“睡著”了，還是為了釋放SO2？

設計意圖：基于尋常的生活細節，提出問題，在看似輕松愉快的氛圍中形成強烈的情感沖擊！但是預習過的學生都有潛在認識——SO2是有害物質，怎么就能加入紅酒中？這樣的情境創設，讓學生質疑“化學═污染”，解除了化學都是有毒有害的警惕之心，為后面培養科學態度與社會責任的核心素養奠定基礎。

3.2 利用情境設疑，探究SO2的物理性質和化學性質

情境2：播放“葡萄酒添加成分中為何添加SO2”的科普視頻后，展示1個集滿SO2氣體的500 mL的礦泉水瓶，要求學生用化學的思維探究SO2的性質。

提出問題：學生通過視頻講解知道葡萄酒中加SO2作為抗氧化劑，起保鮮和防腐的作用。請判斷SO2是什么類型的物質？有著怎樣的性質呢？為什么能夠起到抗氧化劑的作用？

探究活動1：觀察集滿SO2氣體的500 mL的礦泉水瓶，并打開煽聞，再用小燒杯倒入20 mL蒸餾水于瓶中，迅速蓋緊瓶蓋并振蕩，請學生觀察現象并描述物理性質。

思考1：SO2的溶解過程是單純的物理溶解還是發生了化學反應？如何證明？

思考2：SO2與CO2都是酸性氧化物，他們有什么通性？學生根據知識遷移對比，知道SO2作為酸性氧化物，可與水、堿、堿性氧化物、某些鹽等反應。

模型1應用:在教師的引導下，學生能夠認識研究物質的基本模式(見圖2)。又通過知識類比遷移，掌握SO2的物理性質和作為酸性氧化物所具有的通性。

圖2 模型1：研究物質的基本模式

設計意圖：通過探究SO2的性質，比如聞氣味時要緊密聯系生活實際，現場劃1根火柴，聞一聞氣味，或者回憶春節期間燃放煙花鞭炮的氣味，讓學生理解煙花雖美，但仍需禁鞭的原因。通過類比CO2，提出如何證明SO2與水反應的問題，在看似簡單的問題中，復習了弱酸、弱電解質以及電離方程式的知識。通過引導學生的主動思考而不再是被動灌輸來構建模型，既有助于學生形成成熟的化學思維方式，同時也提升了他們的思維深度。

探究活動2：打開展臺，將事先剪成1 cm×2 cm的若干濾紙長條，分別用硫化鈉溶液、酸性高錳酸鉀溶液、紫色石蕊試液、品紅溶液浸染制成試紙，貼在表面皿內壁，并標注為①②③④；另取培養皿，向里面加入3藥匙硫化鈉固體，小心滴加2膠頭滴管的濃硫酸，然后將上述處理好的表面皿倒扣在培養皿上，呈現在展臺的玻璃板上，如圖3所示。請學生觀察現象。

圖3 探究活動實驗

引導:上述實驗體現了SO2氣體的什么性質？能否從價態角度談談你的看法？

學生活動:通過交流與討論，歸納實驗結果見表1。

表1 SO2的制備及性質探究微型實驗的現象與結論

模型2應用：基于氧化還原反應中價態變化規律模型(見圖4)和前面所學鐵及其化合物的性質一課中對該模型的應用，學生很快就能借助模型2分析SO2氣體的氧化性和還原性。

圖4 模型2：氧化還原反應中價態變化的規律

引導：SO2氣體使酸性高錳酸鉀褪色，也能使品紅褪色，是否都是因為它的還原性？通過加熱實驗探究SO2氣體的漂白性，并試著總結它與前面所學的漂白性物質有何異同？

學生活動：通過交流與討論，歸納實驗結果見表2。

表2 不同類型漂白劑漂白原理歸納與總結

設計意圖：基于綠色化學理念，運用價態規律模型，通過啟發式提問，引導學生認識SO2氣體的酸性、氧化性、還原性和漂白性。課堂節奏把握要慢，給足學生思考時間，通過嚴謹的證據推理，引導學生對實驗現象進行合理解釋，從而得出實驗結論。至此，SO2氣體強還原性呼應了情境1中的醒酒問題——為了讓葡萄酒中還原性物質氧化，從而增強口感。給紅酒中添加SO2，就如同給皮膚涂防曬霜，起到犧牲SO2保護營養成分的作用。這樣的情境創設，讓學生在啟發性教學中思考，學會證據推理和知識對比，培養科學探究與證據推理的核心素養。

3.3 運用化學模型，認識酸雨的形成過程和防治酸雨

情境3：取2 mL SO2水溶液,向其中加BaCl2溶液，再滴稀鹽酸，觀察實驗現象。過程中故意振蕩使SO2水溶液氧化，巧設實驗情境，在驗證性實驗中制造沖突，為硫酸型酸雨的形成作鋪墊。

引導：類比CO2與CaCl2，想一想SO2水溶液與BaCl2溶液會不會反應，如果反應的話，請寫出化學方程式。

學生：SO2+BaCl2+H2O=BaSO3↓+2HCl。

學生活動見表3。

表3 SO2形成硫酸型酸雨的實驗探究

點評：通過實驗發現SO2氣體在空氣中會被氧氣氧化，才會與BaCl2反應產生白色沉淀。再次測SO2水溶液pH，證明SO2水溶液pH變小，體現化學學科的嚴謹性。

模型3構建：硫酸型酸雨形成的2條途徑，在教師與學生的問答中，就呈現在黑板上了。結合價態分析規律模型和含硫化合物的分類，就形成了它的價類二維圖模型(見圖5)。

圖5 模型3：硫元素的價類二維圖模型

設計意圖：通過實驗證明了硫酸型酸雨的特點，認識到SO2氣體隨意排放的危害，增強了環境保護的意識。透過SO2氣體轉變為硫酸途徑的演繹，復習常見氧化劑和還原劑，初步形成含硫化合物之間相互轉化關系。結合價態變化規律，構建價類二維圖模型，為后面研究物質間相互關系奠定基礎。

3.4 基于化學觀念，感受SO2的用途

情境4：教師課堂展示舊報紙、從市場購買的開心果、白木耳干貨和芒果干果脯，其中部分是Na2SO3或SO2處理過的。歸納總結SO2的用途如圖6所示,初步形成看待問題的唯物主義辯證觀。

圖6 SO2的用途總結

提出問題：食物用SO2處理了還能吃嗎？如何處理？

學生：能，如果量不多的情況下，建議加熱后再食用。

設計意圖：掌握SO2的漂白作用具有可逆性，能漂白某些有色物質，但不能使紫色石蕊試液褪色。所以常用來漂白堅果、木耳、中草藥等干貨。

黑心商販用過量SO2進行食品加工，我們該怎么鑒別？理解適量防腐劑的添加利大于弊，但應嚴格遵守食品質量安全管理規定，限量使用。

4 反思與小結

本課采用化學物質學習法——理化性質及用途，并運用價態規律系統認識了SO2。教學中放棄了原有分組實驗，設計一體化實驗裝置完成SO2的制備及性質檢驗，節約了課堂時間，實現了實驗的微型化、綠色化、簡約化，且操作簡單、現象明顯。

本課以情境為主線，以實驗和問題為暗線，層層遞進，環環相扣，在學生學習過程中給予適當的引導和點撥。通過引導學生關注社會問題，運用模塊化學習方式，提高學生的化學思維深度；采用探究式實驗，增強學生證據推理能力；透過問題的啟發和引導，培養學生的創新能力和科學態度。

本課立足于生活中的化學氣息，透過衣、食、住、行、用，把化學生活化，把生活經驗化學化。只有在真實“情境”中學習，學生才能對物質世界形成深刻的認知。所以，應倡導教師在教學過程中密切聯系生活實際，讓學生以身邊生活為化學學習的土壤，以課堂學習為生長方向，以切實解決生活中某些問題為驅動力，讓學生學得真實、學得快樂、學得有用。