基于學生核心素養發展的高中化學實驗教學設計

吳海霞

摘要：本文從發展學生核心素養出發，以乙酸乙酯的制備為例，結合高中化學實驗教學存在的問題，探討了如何進行高中化學實驗的教學設計。

關鍵詞：高中化學；實驗教學設計；乙酸乙酯的制備

文章編號：1008-0546（2023）12-0084-04 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.018

化學實驗是化學科學產生和發展的基礎。著名化學教育家戴安邦曾說：“化學實驗教學是實施全面的化學教育的一種最有效的教學形式?！?/p>

一、高中化學實驗教學存在的問題

2016年開始，我國基礎教育的課程改革進入核心素養時代，隨著課程改革向縱深推進，化學實驗能力成為學生發展核心素養的關鍵能力之一。但是，目前許多中學教師的實驗教學意識和能力沒有達到新課標要求。存在的主要問題：（1）系統性不強。在高中，許多教師上實驗教學課沒有認真撰寫教案的意識，他們不把實驗課當正課而是把它當成副課來對待，隨意性大，實驗教學似一盤散沙。（2）實驗教學習慣照著教材上的內容講講、提提要求，缺乏靈活性和創新性。（3）教學方法落后、發展學生核心素養的意識淡薄。許多教師不能夠以學生為中心，學生仍處于被動參與的地位。學生進入實驗課之前，往往不知道做什么、怎么做，更不要談“還能怎么做”。

為此，有必要認真研究如何進行高中化學實驗教學的教學設計。

二、高中化學實驗教學設計——以“乙酸乙酯的制備”為例

1.教學目標

（1）能熟練掌握乙酸乙酯的制備原理和實驗操作技能。

（2）在實驗學習、探究和改進過程中，注重觀察能力、分析能力、實驗操作能力的培養。

（3）通過實驗教學，感受科學探究的艱辛和不易，增強用化學造福人類的使命感。

2.學情分析

“乙酸乙酯的制備”是高中化學必修教材主題4“簡單的有機化合物及其應用”的學生必做實驗之一，是乙酸的主要化學性質的體現，面向的是高一學生，是高一下學期的教學內容。在進行本實驗教學內容學習之前，高一學生已經學習了無機酸如鹽酸、硫酸等的性質，也學習了甲烷、乙烯、乙醇等有機物的結構和性質，并且能親自動手進行一些簡單實驗，具備了一定的理論和實踐的基礎。乙酸作為生活中常見的有機物、重要的有機酸的代表，它不僅具有酸的通性，還具有一些特殊的化學性質，其中能和乙醇在一定條件下發生酯化反應制備乙酸乙酯，就是不同于無機酸的特殊化學性質。高一學生熟悉乙酸所具有的酸的通性，但對酯化反應比較陌生，對該反應的條件和注意事項的學習及操作存在一定的困難，教師可以通過比較實驗教學方法，使學生在相同與不同實驗條件中不斷觀察、思考、實踐，學習鞏固新知識，并進一步強化實驗安全意識。

3.教學重點和難點

重點：乙酸乙酯的制備原理及實驗操作。

難點：酯化反應的條件及注意事項。

4.教學用品

儀器和材料：大試管、量筒、膠頭滴管、導管、帶孔橡膠塞、酒精燈、鐵架臺、鐵夾、火柴、碎瓷片、乳膠管。

試劑：濃硫酸、飽和碳酸鈉溶液、乙酸、無水乙醇。

5.教學方法

講授法、演示法、現場實驗教學法。

6.教學媒體

多媒體黑板、實驗器材。

7.教學步驟

（1）新課導入

【引入】同學們好，本次實驗教學內容為乙酸乙酯的制備。酯類物質廣泛存在于自然界，用途很多，相信大家都聽過“酒好不怕巷子深，花香自有蝶飛來”這句話，這里的花香就主要來源于酯類物質。今天我們將一起踏上體驗乙酸和乙醇在一定條件下可以生成一種帶有香味的無色液體—也就是乙酸乙酯之旅。

【板書】乙酸乙酯的制備

設計意圖：教師引用熟悉的詩句，以景入境，激起學生探究的欲望，激發他們學習的興趣。

（2）新課講演

【過渡】同學們，在實驗之前，我們先來討論一下乙酸乙酯的制備原理。大家看黑板上的方程式，這就是我們高中化學中所學習的脫水制乙酸乙酯的反應。

【板書】實驗原理 CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O

【實驗】首先我們取一支試管，向其中加入3 mL 無水乙醇，然后邊振蕩試管邊慢慢加入0.5 mL濃硫酸和2 mL 乙酸，再加入幾片碎瓷片。在另一支試管中加入3 mL飽和Na2CO3溶液，按圖1把裝置連接好。用小火加熱左側試管中的混合物，產生的蒸氣經導管通到飽和 Na2CO3溶液的上方，注意觀察該試管內的變化。一段時間后取下盛有飽和Na2CO3溶液的試管，并停止加熱。振蕩盛有飽和 Na2CO3溶液的試管，靜置，觀察現象，并注意聞氣味。

設計意圖：該環節采用教師先演示后學生分組實驗，因為有機化學實驗過程比較復雜，實驗安全要求高。

（3）思考鞏固

【提問1】實驗裝置中長導管的作用是什么？

【生答】冷凝、回流和導氣。

【板書】長導管的作用：冷凝、回流和導氣。

【師評】這位同學回答得非常好，長導管可以導出乙酸乙酯的蒸氣，使其凝結成液體。

設計意圖：從實驗風險認知角度，此處教師需要提醒學生，注意右側長導管的位置，不能深入到液面下，防止倒吸引起危險。

【提問2】右側小試管中可以觀察到什么現象？

【生答】右側試管中液體的上層有無色透明的油狀液體產生，并且可以聞到香味。

【師評】同學們回答得非常好，這種有香味的無色液體就是我們今天制備的乙酸乙酯。。

【板書】產物現象：無色透明有香味的油狀液體

【提問3】在此反應中，濃硫酸的作用是什么？

【生答】濃硫酸的作用是催化劑和吸水劑，它可以使反應速率加快，另外，乙酸乙酯的反應為可逆反應，濃硫酸可以除去反應的副產物水，有利于反應向正方向進行，提高酯的產率。

【師評】這位同學回答得非常全面，將本次實驗中濃硫酸的作用分析得非常清晰，大家在書寫反應方程式時也要注意濃硫酸這個條件。

【板書】濃硫酸的作用：催化劑和吸水劑。

【提問4】為什么實驗過程中乙醇的用量大于乙酸？

【生答】酯化反應是可逆反應，過量的乙醇增加了反應物的量，可以使化學平衡向右移動，增加乙酸乙酯的產率。

【師評】很好，為了使酯化反應進行得更徹底，實驗中選用了3 mL 無水乙醇和2 mL 乙酸，乙醇過量。

設計意圖：該環節需要教師細致講解、規范操作，避免學生進行分組實驗時出現錯誤操作，在講解和操作的過程中滲透變化的觀念和平衡的思想。

（4）改進拓展

【師講】剛才老師演示的實驗裝置是我們高中教科書中的經典裝置，那么這個裝置是否可以進一步改進，使實驗操作更簡單便捷呢？

【師生共研】Ⅰ.儀器和材料的改進：小試管、量筒、燒杯、膠頭滴管、酒精燈、溫度計、石棉網、三角架、火柴。

Ⅱ.實驗裝置和步驟的改進：取 A、B 兩支試管（要貼上標簽，以防混淆），分別向其中加入3 mL 乙酸，再分別加入3 mL無水乙醇，充分振蕩。在試管A 中緩慢加入1 mL濃硫酸后充分振蕩。然后將兩支試管同時放入盛有熱水（約70℃）的燒杯中加熱15分鐘，再加入3 mL飽和碳酸鈉溶液。振蕩后比較 A、B兩試管結果。［1］

（實驗時間約為20分鐘）

【現象】A試管中生成的無色透明有香味的油狀液體約為原料量總體積的2/5，如圖2所示。

設計意圖：改進后的裝置操作簡單、現象明顯，建立在學生已對教材中實驗過程認知的基礎上。（5）總結提升今天我們用兩種裝置制備了乙酸乙酯，探究了生成乙酸乙酯的實驗原理、實驗條件和相關注意事項。請大家思考為什么改進后的裝置A試管中能夠有產物生成，B試管為什么不能？兩種制備裝置的優缺點各是什么？

課后完成實驗報告，思考：為什么酯化反應選取飽和碳酸鈉溶液而不是氫氧化鈉溶液？

設計意圖：通過對兩種裝置進行比較，培養學生實事求是、求真的科學態度，讓學生進一步加深對化學反應原理決定反應裝置選擇的認知，增強在科學研究的道路上對反應原理、條件、裝置的改進和探索是永無止境、沒有最好只有更好的科學精神。

8.實驗注意事項

（1）飽和Na2CO3溶液上方的導管不要伸入到溶液中，置于液面上方約0.5 cm處，防止倒吸。

（2）圖1裝置的左側試管加熱前需要加入碎瓷片，防止暴沸。

（3）滴加濃硫酸時需要邊滴加邊振蕩，使濃硫酸與乙醇充分混合，防止局部溫度過高而導致暴沸或碳化。

（4）加熱時先均勻預熱試管，再集中加熱。液體沸騰后用小火加熱，溫度不宜過高，否則不僅會使乙醇、乙酸未經反應就過多地脫離反應體系，而且會使乙醇和濃硫酸之間發生副反應。

9.教學反思與評價

（1）在實驗開始之前應準備好所有儀器，以方便學生取用，使他們迅速進入實驗學習狀態。

（2）課前積極備課，以便回答學生可能提出的問題以及應對實驗中的突發情況。

（3）板書注意書寫的細節，本次實驗是關于有機化合物的實驗，同一分子式的化合物可能代表不同物質，所以在書寫反應方程式時需要寫清化合物名稱或結構簡式。

（4）實驗教學評價表：如表1所示。

10.板書設計

長導管的作用：冷凝、回流和導氣。產物現象：無色透明有香味的油狀液體。濃硫酸的作用：催化劑和吸水劑。

三、結束語

通過以上案例，可以發現，一個完整的高中化學實驗教學設計，跟教師們通常進行的元素化合物知識、概念原理教學的教學設計相比，除了八大要素外，高中化學實驗教學設計還重點突出了實驗教學用品和實驗注意事項，因此實驗教學設計要素通常包含十個部分：教學目標、學情分析、教學重點和難點、教學用品、教學方法、教學媒體、教學步驟、實驗注意事項、教學反思和評價、板書設計。如果教師們在進行高中化學實驗教學時，都能進行精心備課，用心進行實驗教學設計，將理論和實驗有機結合，那么化學實驗將能真正發揮培養學生的個性和創新能力方面的重要作用，真正成為學生進行化學創造活動的重要手段。

參考文獻

［1］任紅艷，程萍，李廣洲.化學教學論實驗（第三版）［M］.北京：科學出版社，2015.