高中化學(xué)課堂中指向核心素養(yǎng)的情境探究式教學(xué)

摘 要：本節(jié)課從“配合物”課堂教學(xué)實(shí)踐出發(fā)，遵循“素養(yǎng)為本”的教學(xué)理念，對教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，倡導(dǎo)真實(shí)問題情境創(chuàng)設(shè)，把握教學(xué)內(nèi)容的內(nèi)在聯(lián)系，從高中學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平出發(fā)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種活動(dòng)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行層層推進(jìn)的科學(xué)探究，建構(gòu)本節(jié)課的核心知識體系，發(fā)展學(xué)生的多元化學(xué)觀，最終全面提升學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；情境探究；高中化學(xué)；配合物

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2017年版2020年修訂）對于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，提出了如下要求：“真實(shí)、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會”[1]，“培養(yǎng)和提升高中化學(xué)核心素養(yǎng)，本質(zhì)上就是要培養(yǎng)和提升學(xué)生在特定情境中解決與化學(xué)相關(guān)問題的

能力”[2]。

化學(xué)作為一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，理應(yīng)圍繞實(shí)驗(yàn)活動(dòng)展開課堂教學(xué)。新課程標(biāo)準(zhǔn)倡導(dǎo)素養(yǎng)為本的教學(xué)，重視真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，強(qiáng)調(diào)開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神，培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力。

“配合物”是人教版《物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)》第三章第四節(jié)內(nèi)容，學(xué)習(xí)該節(jié)內(nèi)容之前，學(xué)生已具備分析原子或離子核外電子排布以及水溶液中離子反應(yīng)與平衡的能力，同時(shí)也具備一定的實(shí)驗(yàn)探究能力。故本節(jié)課沒有完全照搬課本內(nèi)容順序授課，而是將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)，深度挖掘其內(nèi)在聯(lián)系，從高中學(xué)生現(xiàn)有的認(rèn)知水平和真實(shí)學(xué)情出發(fā)，遵循高中學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律，充分挖掘化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的內(nèi)涵，創(chuàng)設(shè)有效的問題情境，讓學(xué)生進(jìn)行層層推進(jìn)的科學(xué)探究，從而建構(gòu)本節(jié)課的核心知識體系。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生建立微粒觀、物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀、分類觀、結(jié)構(gòu)觀、平衡觀、科學(xué)價(jià)值觀等化學(xué)觀，全面發(fā)展學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)[3]。

二、教學(xué)過程

（一）初探“藍(lán)色之謎”——建立配合物的新概念

探究一——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境：展示一瓶氯化銅溶液，讓學(xué)生觀察顏色。往氯化銅溶液中不斷加水，讓學(xué)生觀察現(xiàn)象并分析。

提出問題：氯化銅溶液綠色，加水后卻變成藍(lán)色溶液。加水前后陽離子是否有所不同？

猜想與假設(shè)：分析銅原子和銅離子的價(jià)層電子軌道排布、氯離子和水分子的電子結(jié)構(gòu)，得出：氯化銅溶液中銅離子與氯離子之間存在配位鍵，形成四氯合銅離子陽離子（顯黃色）；而加水后銅離子和水分子之間形成配位鍵，形成四水合銅陽離子（顯藍(lán)色），而他們混合的狀態(tài)就是綠色溶液（注意：綠=藍(lán)+黃）。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證：往“藍(lán)色”溶液中再加入氯化鈉粉末。

得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：溶液顏色又變成綠色，猜想正確。

交流與合作：加水后溶液中的陽離子由四氯合銅陽離子（顯黃色）轉(zhuǎn)化為四水合銅陽離子（顯藍(lán)色），和配體的量（水分子）增加有關(guān)。

建構(gòu)新知——初識“配合物”：板書配合物四氯合銅離子、四水合銅離子的結(jié)構(gòu)示意圖，投影配合物及配位鍵的概念。

評價(jià)：從學(xué)生熟悉的物質(zhì)入手，通過常規(guī)的稀釋操作讓學(xué)生發(fā)現(xiàn)“反常”的現(xiàn)象，引入“藍(lán)色之謎”，讓學(xué)生形成探索欲望，激發(fā)了學(xué)生對本課的學(xué)習(xí)興趣和實(shí)驗(yàn)探究欲望，開啟了本節(jié)課的探究之旅。探究過程中，學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并驗(yàn)證，并透過宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析其背后的微觀本質(zhì)，形成了基本的微粒觀、結(jié)構(gòu)觀，發(fā)展了學(xué)生“宏觀辨析與微觀探析”的化學(xué)核心素養(yǎng)，為后面的實(shí)驗(yàn)探究做好了鋪墊。

探究二——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境：向盛有4ml0.1mol/L硫酸銅溶液的試管里逐滴滴加1mol/L氨水，邊滴邊振蕩，觀察并記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

提出問題：實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象為什么是先立即有藍(lán)色沉淀，繼續(xù)滴加又生成深藍(lán)色的透明溶液？

猜想與假設(shè)：硫酸銅溶液中存在大量四水合銅離子（天藍(lán)色），加入幾滴氨水后有藍(lán)色沉淀（氫氧化銅沉淀）產(chǎn)生，再繼續(xù)滴加氨水，藍(lán)色沉淀溶解產(chǎn)生深藍(lán)色的透明溶液（含有四氨合銅離子）；陰離子硫酸根離子未發(fā)生變化。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證：1.分別向天藍(lán)色的硫酸銅溶液和上述深藍(lán)色的透明溶液中加入鐵釘，觀察現(xiàn)象。2.分別向天藍(lán)色的硫酸銅溶液和上述深藍(lán)色的透明溶液中滴加稀硝酸，觀察現(xiàn)象。3.分別向天藍(lán)色的硫酸銅溶液和上述深藍(lán)色的透明溶液中滴加氯化鋇溶液，觀察現(xiàn)象。

得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1.天藍(lán)色的硫酸銅溶液中加入鐵釘后，表面有紅色的物質(zhì)（金屬銅）析出；而上述深藍(lán)色的透明溶液中無明顯現(xiàn)象。故深藍(lán)色溶液中陽離子已經(jīng)不是四水合銅離子（天藍(lán)色），而是四氨合銅離子（深藍(lán)色）。2.天藍(lán)色的硫酸銅溶液滴加稀硝酸之后，無明顯現(xiàn)象；而上述深藍(lán)色的透明溶液中滴加稀硝酸后，先產(chǎn)生藍(lán)色沉淀（氫氧化銅沉淀），后繼續(xù)滴加，藍(lán)色沉淀又溶解，形成天藍(lán)色溶液。四氨合銅離子（深藍(lán)色）在加入稀硝酸后，先轉(zhuǎn)化為氫氧化銅沉淀，后又轉(zhuǎn)化成四水合銅離子（天藍(lán)色）。3.天藍(lán)色的硫酸銅溶液和上述深藍(lán)色的透明溶液中滴加氯化鋇溶液，均有白色沉淀產(chǎn)生，均含有硫酸根離子。

交流與合作：氫離子中和了四氨合銅離子中的配體（NH3），而使得四氨合銅離子又轉(zhuǎn)化為四水合銅離子，而陰離子硫酸根未產(chǎn)生變化。

建構(gòu)新知：板書配離子四氨合銅離子結(jié)構(gòu)示意圖，對比四氯合銅離子、四水合銅離子，形成配合物中心離子的配體可以相互轉(zhuǎn)化的思想，同時(shí)形成微觀世界的變化觀念和平衡思想。

評價(jià)：對深藍(lán)色的透明溶液進(jìn)行探究，學(xué)生通過已有知識進(jìn)行基于證據(jù)的推理，提出猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并進(jìn)行驗(yàn)證，最終得出結(jié)論：此深藍(lán)色的透明溶液中，四氨合銅離子轉(zhuǎn)化為四水合銅離子，而陰離子硫酸根未產(chǎn)生變化，形成“物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀”。學(xué)生在探究過程中不僅建構(gòu)了新知“配合物及配位鍵”，還形成了此類型探究的認(rèn)知模型。這樣的探究活動(dòng)，培養(yǎng)了學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的化學(xué)核心素養(yǎng)。

（二）再探“藍(lán)色之謎”——解析配合物的結(jié)構(gòu)

探究三——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境：展示綠色的溶液（CuCl2溶液）、天藍(lán)色的溶液（CuSO4溶液）、深藍(lán)色的透明溶液{[Cu（NH3）4]SO4}，對比三份含Cu（Ⅱ）物質(zhì)形成的溶液的顏色，解釋它們?yōu)楹纬尸F(xiàn)出不同的顏色。

提出問題：可能是所含的金屬陽離子不同

所致？

猜想與假設(shè)：CuSO4溶液呈天藍(lán)色，因含有四水合銅離子（天藍(lán)色）；CuCl2溶液呈綠色，因溶液中既含有四氯合銅離子（顯黃色），又含有四水合銅離子（天藍(lán)色），而他們混合的狀態(tài)就是綠色溶液（注意：綠=藍(lán)+黃）；[Cu（NH3）4]SO4溶液為深藍(lán)色的透明溶液，因含有四氨合銅離子（深藍(lán)色）。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證：1.取少量天藍(lán)色的溶液（CuSO4溶液）于試管中，加入氯化鈉粉末，觀察現(xiàn)象；2.取少量天藍(lán)色的溶液（CuSO4溶液）于試管中，加入1mol/L氨水，觀察現(xiàn)象。

得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：1.金屬離子在水溶液中并不是以簡單的離子形式存在，而可能與溶液中的微粒形成配離子，且由于產(chǎn)生作用力的微粒不同，形成的配離子種類也不同。2.配離子的形成與配體的濃度有關(guān)，配離子之間也會隨著配體濃度的變化而進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。

交流與合作——討論并板書：常見配位體和中心離子。辨析內(nèi)界（配離子）、外界（離子）、中心離子、配位體、配位原子或離子、配位數(shù)。

建構(gòu)新知：金屬離子在水溶液中并不是以簡單的離子形式存在，配離子的形成與配體的濃度有關(guān)，配離子之間也會隨著配體濃度的變化而進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化。

評價(jià)：通過展示不同顏色的含Cu（Ⅱ）物質(zhì)形成的溶液，讓學(xué)生形成質(zhì)疑，從而提出疑問，形成猜想，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，運(yùn)用已學(xué)的離子檢驗(yàn)的方法，分別對溶液中可能的陰、陽離子進(jìn)行檢驗(yàn)，從而驗(yàn)證了不同配離子之間會隨著配體濃度的變化而進(jìn)行相互轉(zhuǎn)化，同時(shí)也完成了對配合物、配位鍵、中心離子、配位體、配位數(shù)、內(nèi)界和外界等新知的建構(gòu)。本探究過程進(jìn)一步鞏固了學(xué)生的微粒觀、結(jié)構(gòu)觀、物質(zhì)轉(zhuǎn)化觀，同時(shí)又發(fā)展了學(xué)生的分類觀、平衡觀，培養(yǎng)了學(xué)生“實(shí)驗(yàn)探究與創(chuàng)新意識”的化學(xué)核心素養(yǎng)。

（三）回味“藍(lán)色之謎”——探究結(jié)構(gòu)對性質(zhì)的影響

探究四——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境：類似“藍(lán)色之謎”中所提及的配合物，日常生活以及工業(yè)生產(chǎn)中還有很多，如抗癌藥物中的配合物。展示配合物，化學(xué)式為PtCl2（NH3）2的性質(zhì)，讓學(xué)生分析該配合物的中心離子、配位體、配位數(shù)。

提出問題：該配合物的中心離子是Pt2+，配位體是NH3和Cl-，配位數(shù)是4。那么，它的構(gòu)型是正方形，還是正四面體？

猜想與假設(shè)：配合物化學(xué)式為PtCl2（NH3）2可能的構(gòu)型為：1.正四面體。2.平面正方形。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證：1.若構(gòu)型為正四面體，那么它的結(jié)構(gòu)只有一 種，例如：甲烷的二氯代物只有一種。2.若構(gòu)型為平面正方形，則有順式反式兩種結(jié)構(gòu)。

得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：根據(jù)圖片中所提供的性質(zhì)，配合物【化學(xué)式為PtCl2（NH3）2】為平面正方形結(jié)構(gòu)。

交流與合作：1.順式結(jié)構(gòu)中的正負(fù)電中心不重合，有極性，叫作順鉑，用作抗癌藥物；反式結(jié)構(gòu)中正負(fù)電中心重合，叫作反鉑?？磥?，選擇藥物時(shí)要特別注意它的微觀結(jié)構(gòu)。2.配離子的空間結(jié)構(gòu)不同，性質(zhì)不同，結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)。

建構(gòu)新知配合物化學(xué)式為PtCl2（NH3）2：為平面正方形結(jié)構(gòu)，配合物的性質(zhì)是由其結(jié)構(gòu)決

定的。

評價(jià)：通過呈現(xiàn)圖表中關(guān)于配合物化學(xué)式為PtCl2（NH3）2的不同性質(zhì)，讓學(xué)生形成質(zhì)疑、提出猜想——正四面體形或平面正方形，運(yùn)用已學(xué)的關(guān)于“同分異構(gòu)體”的舊有知識進(jìn)行推理驗(yàn)證，最終得出結(jié)論：配合物化學(xué)式為PtCl2（NH3）2為平面正方形結(jié)構(gòu)。過程中教師沒有簡單告知其配合物的結(jié)構(gòu)，而是讓學(xué)生自己進(jìn)行基于證據(jù)的推理，從宏觀性質(zhì)反推微觀結(jié)構(gòu)，進(jìn)一步鞏固學(xué)生的微粒觀、結(jié)構(gòu)觀。對順鉑可用作抗癌藥物等知識的介紹，讓學(xué)生感受到配位化學(xué)的重要性，同時(shí)也讓學(xué)生意識到化學(xué)與我們的生產(chǎn)生活緊密相關(guān)，鼓勵(lì)他們參與到與化學(xué)有關(guān)的社會活動(dòng)中，培養(yǎng)他們“科學(xué)精神與社會責(zé)任”的化學(xué)核心素養(yǎng)。

探究五——?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境：展示一氧化碳中毒的各種場景。

提出問題：為什么人體吸入大量的一氧化碳會發(fā)生中毒？如何解毒？

猜想與假設(shè)：O2分子通過配位鍵與血紅蛋白中的Fe2+結(jié)合，所以亞鐵血紅蛋白具有攜氧能力。由于CO中C的電負(fù)性弱于O2中O，所以C給出電子的能力強(qiáng)于O，所以當(dāng)CO濃度較高時(shí)，CO通過配位鍵與Fe2+結(jié)合，使得血紅蛋白失去攜氧能力而中毒。

設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證：具有一氧化碳中毒癥狀的患者在高壓氧艙中癥狀可以得到明顯的緩解。

得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：高壓氧艙中氧氣濃度較大，可以實(shí)現(xiàn)血紅蛋白配體的轉(zhuǎn)化，恢復(fù)血紅蛋白的攜氧功能。

交流與合作：我們可以控制配體的濃度，實(shí)現(xiàn)向我們所需要的配離子方向轉(zhuǎn)化。

建構(gòu)新知：配合物的穩(wěn)定是相對的，我們可以控制配體的濃度，實(shí)現(xiàn)向人們所需要的配離子的方向轉(zhuǎn)化。

評價(jià)：配合物的穩(wěn)定是相對的，當(dāng)外界條件（例如：配位體濃度等）改變時(shí)，就可能打破其原有的穩(wěn)定狀態(tài)。因此，學(xué)生必須多角度、動(dòng)態(tài)分析，形成“科學(xué)價(jià)值觀”。本探究不僅發(fā)展了學(xué)生的“平衡觀”“科學(xué)價(jià)值觀”，還培養(yǎng)了學(xué)生“變化觀念與平衡思想”“科學(xué)精神與社會責(zé)任”的化學(xué)核心素養(yǎng)[4]。

結(jié)束語

新課程理念倡導(dǎo)“適當(dāng)融合跨學(xué)科知識，發(fā)展學(xué)生解決綜合問題的能力”。本節(jié)課的設(shè)計(jì)也嘗試滲透其他學(xué)科如生物醫(yī)藥方面的內(nèi)容，比如在對配合物【化學(xué)式為PtCl2（NH3）2】結(jié)構(gòu)探究的同時(shí)，也介紹了順鉑可用作抗癌藥物方面的知識。這讓學(xué)生感受到了科學(xué)探索領(lǐng)域的無邊界，并領(lǐng)會到了化學(xué)在促進(jìn)人類文明可持續(xù)發(fā)展中的重要作用。這也大大激發(fā)了同學(xué)們學(xué)習(xí)化學(xué)的熱情，同時(shí)也培養(yǎng)了他們的社會責(zé)任感。

本節(jié)課中，教師以實(shí)驗(yàn)為抓手，創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生通過“提出問題—猜想與假設(shè)—設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并驗(yàn)證—得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論—交流與合作”等步驟來實(shí)施課堂情境式探究，最終建構(gòu)了本節(jié)課的新知——配合物相關(guān)知識。實(shí)驗(yàn)探究中，通過“初探‘藍(lán)色之謎’—再探‘藍(lán)色之謎’—回味‘藍(lán)色之謎’”等一系列層層推進(jìn)的探究實(shí)驗(yàn)和科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)耐评碚撟C，讓學(xué)生透過宏觀實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象探索化學(xué)的微觀本質(zhì)，形成了基于證據(jù)的推理能力，同時(shí)形成了此類型探究的認(rèn)知模型。配合物相互轉(zhuǎn)化的活動(dòng)探究，讓學(xué)生感受到了化學(xué)學(xué)科的變化觀念與平衡思想，同時(shí)也培養(yǎng)了他們的實(shí)驗(yàn)探究能力與創(chuàng)新意識。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，不僅幫助學(xué)生成功建構(gòu)了配合物的核心知識體系，同時(shí)也真正實(shí)現(xiàn)了學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的全面提升。

參考文獻(xiàn)

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2018：73.

[2]吳星，呂琳.高中化學(xué)課程應(yīng)發(fā)展學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)[J].中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2018（5）：1-5.

[3]陳誠，李康，劉影，等.高中化學(xué)“探秘配合物”的項(xiàng)目式教學(xué)：揭秘人體生命健康中的配合物[J].化學(xué)教育（中英文），2024，45（9）：16-23.

[4]李硯耘，謝海婷，鄧陽.基于核心素養(yǎng)發(fā)展的高中化學(xué)深度教學(xué)：探究配合物的性質(zhì)[J].化學(xué)教育（中英文），2023，44（1）：50-55.