基于化學實驗指導高三元素及其化合物項目式復習

摘要：以“二氧化硫在葡萄酒中作添加劑”為例，研究在高中三年級復習教學中如何實施化學實驗教學.一方面，學生可以掌握二氧化硫的主要化學性質，通過從物質結構、類別、元素價態(tài)、特性等方面構建元素化合物認知模型來進行體驗；另一方面，加強學生證據(jù)推理實驗驗證的能力，用化學知識解決日常生活中的實際問題，注重知識的邏輯性，并按照課標要求組織教材內容.項目式教學注重學生學習的過程，專注于培養(yǎng)學生的主體意識，并積極開展教學實踐.

關鍵詞：硫元素；項目式教學；化學實驗

中圖分類號：G632文獻標識碼：A文章編號：1008-0333（2024）27-0127-04

元素及其化合物是高中學習內容的重難點，其知識紛繁雜亂，細小知識點多，學生記憶起來比較困難.本節(jié)課就以典型元素硫對應的二氧化硫為例，將相關的知識整體架構出來，由點到線再到面，讓學生建構起相關元素物質間的聯(lián)系，形成規(guī)律性與特殊性，不僅能提高學生的學習效率，而且還為后面繼續(xù)學習元素及其化合物打下扎實的基礎和思考方向.通過學習，學生認識到事物都要定性定量地、辯證地去看待事物的兩面性，生活中的化學拋開量的關系說它的毒性都是不對的.

1問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《課標》）強調注重培養(yǎng)學生的綜合素養(yǎng)能力，推崇利用真實問題情景來解決實際問題進行教學，開展以實驗為主的多樣化、具體化、生活化、應用化的探究活動，重視開展“以學生素養(yǎng)為本”的教與學[1].元素化合物知識是高中化學教學的重要組成部分，然而，由于該部分知識本身具有龐雜、瑣碎的特點，成為化學教學的難點之一.這就要求教師在教學元素化合物時，積極為學生創(chuàng)造真實的、陌生的、有價值的情境，并采用項目式教學的方式，引導學生運用一系列活動形式，如分類概括、證據(jù)與推理、模型與解釋、符號與表征等，將情境、問題和學生活動完美結合在一起.讓化學知識在解決問題時發(fā)揮作用，推動學生的化學核心素養(yǎng)發(fā)展.

項目式教學是以具體的項目作為整個探究主題，在教師的整體引導和把控下設置驅動性問題作為出發(fā)點.同時學生又是整個項目學習主體和執(zhí)行的主體，將學生學習置于有意義的 “問題”情境里，學生通過分析真實問題、完成項目任務來建構項目承載的科學知識和科學方法，提高解決問題的綜合能力[2].通過項目式教學，既可以達到元素化合物主題對學生“宏觀辨識與微觀探析” “證據(jù)推理與模型認知”的素養(yǎng)發(fā)展目標[3]，又可以兼顧學生 “科學態(tài)度與社會責任” 的培養(yǎng)，非常符合化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展需求.

2項目教學課時及教學思路總體規(guī)劃

二氧化硫在高考試題中經常出現(xiàn).硫元素在元素及化合物知識體系中占據(jù)重要地位，許多與生活相關、評價教學、強調實驗探究、圍繞核心物質的學習都以二氧化硫為基礎開展.這種讓學生既感到熟悉又感到陌生的學習形式，它包括了高中階段關于物質性質探究實驗、定性定量分析實驗、滴定實驗及操作、分離提純操作、思維模式——控制單一變量法、具體實驗流程的方案設計、多組數(shù)據(jù)的處理、實驗方案的評價并且解釋實驗結果等多種實驗相關知識和技能的跨模塊綜合性能力的培養(yǎng).此項目式學習分為三個課時.

2.1二氧化硫的多種性質

在教師指導下，學生通過使用價態(tài)——類別二維圖，了解葡萄酒中二氧化硫作為添加劑的真實情境，預測二氧化硫可能具有的性質，并用化學方程式或離子方程式進行解釋.學生根據(jù)所提供的多種試劑分成四組進行實驗驗證.通過對實驗結果進行分析，可以幫助學生從多個角度思考二氧化硫的性質，包括物質類別、化合價和物質特性，從而提高他們預測陌生物質性質的能力.這節(jié)課不僅提升了學生實驗探究的能力，也培養(yǎng)了他們解決綜合問題的能力.

2.2實驗探究是哪種微粒主要負責調色.

該實驗旨在分析二氧化硫溶于水后形成的微粒，并對葡萄酒的成分進行簡化.準備兩種簡化的溶液：（1）有機色素溶液；（2）有機色素和酒精的混合溶液.然后，模擬在葡萄酒中添加不同正四價硫元素，以進行定性定量探究.這個實驗屬于經典的控制單一變量思維實驗.要想培養(yǎng)學生的探究能力，其重點就是要集中體現(xiàn)學生設計實驗方案的能力，在這個過程中，學生就需要綜合運用自身所學的化學知識，發(fā)散性地思考實驗的具體實施方法和過程，并預測整個過程中一些可能發(fā)生的細節(jié)問題.為此，學生需要一步步設計并不斷反復優(yōu)化實驗方案，從而認識到在高考實驗題中出題人的意圖，并運用比較、歸納、分析等方法推理實驗結論.

2.3檢驗葡萄酒中二氧化硫的含量.

此實驗屬于定量分析實驗.本節(jié)課既能加強學生對化學知識內在聯(lián)系的理解，還能讓他們在親手操作實驗的過程中鍛煉動手能力，不僅對核心素養(yǎng)的構建有利，還對實際操作細節(jié)了如指掌.其中碘量法、沉淀法是我們化學中經常用的方法，其操作原理是基于氧化還原滴定方法、分離提純方法之上，在各類試題中頻繁出現(xiàn).本節(jié)課通過使用這兩種方法測定二氧化硫在葡萄酒中的含量，這就相當于將考試試題的解決方法轉移到了實驗教學課堂之中，可以幫助學生形成一般物質組成的定量的思維模型.

3案例操作教程

本案例分為三個課時，共有八個活動項目，如圖1所示.下面將詳細介紹具體的實施過程.

3.1通過實驗分析二氧化硫中硫元素化合價變化，可以揭示二氧化硫的性質

學生在第一課時的核心環(huán)節(jié)中，通過觀察教學活動線路圖，從葡萄酒中添加二氧化硫，來深入探討物質的雙重特性，并通過價態(tài)—類別二維圖來探究二氧化硫的多種性質.學生在老師的指導下，根據(jù)提供的試劑來判斷核心元素硫的化合價是否發(fā)生變化，預測實驗現(xiàn)象，編寫相關的離子方程式或化學方程式以進行解釋，并使用實驗驗證結果與預測是否一致，如圖2.二氧化硫當它與常見的氧化劑反應時，硫化合價會升高表現(xiàn)出還原性，二氧化硫在與H2S等還原性物質的水溶液反應時，其自身化合價降低體現(xiàn)出其具有氧化性質.分別與石蕊溶液、品紅反應可推測二氧化硫具有漂白性質，能夠漂白有機色素，但無法使酸堿指示劑的褪色.與堿的反應表現(xiàn)出酸性氧化物的性質.這門課可以幫助學生建立中學階段探究陌生物質性質的一般模型，如圖3.

３. ２ 葡萄酒顏色可調顆粒的具體分析

這部分是我們第二課時的重中之重?整個教學活動是按照如圖 ４ 所示的步驟進行?從具體真實情境出發(fā)，學生以實際為基礎，將復雜的問題簡化并著重解決主要矛盾，在實際操作中思考如何消除干擾因素.在這一過程中，教師應指導學生進行開放思維和控制單一變量思維，允許學生有足夠自主性地進行探究，并且對實驗過程充分評估.

3.3使用不同的方法檢查葡萄酒中二氧化硫的含量.

在第三課時的核心環(huán)節(jié)中，學生通過查閱資料了解到添加二氧化硫的形式有多種.通過計算得出最佳方案，并設計了沉淀法和滴定法實驗方案來測定葡萄酒中二氧化硫的含量.通過從定性上升到定量的評價，判斷葡萄酒中添加劑二氧化硫是否合格.不能只從一個角度看待一個物質，必須同時考慮到它的積極和消極方面，忽略其數(shù)量而只談論毒性是不符合科學原則的.

4啟示

4.1項目的準確性

項目式學習必須以真實情境作為開展教學活動的前提條件，《課標》準明確指出應該創(chuàng)設真實問題情境并促進學習方式的轉變，以主題為引領使課程內容情境化，以推動學科核心素養(yǎng)的實現(xiàn).提倡并基圖31.2項目教學活動3.2葡萄酒顏色可調顆粒的具體分析

這部分是我們第二課時的重中之重，整個教學活動是按照如圖4所示的步驟進行，從具體真實情

于綜合問題解決的主題式教學，是想證明以真實情境為基礎進行教學是《課標》所倡導的.

本文以二氧化硫作為葡萄酒中的添加劑的項目為案例，所涉及的三個課時活動項目都是基于實際生產生活情境的.通過這些活動，學生可以在真實情境中分析并解決問題，評價方案，避免了高三復習中死記硬背的做題方式.同時也更加具體、可視化和實際化地展開了化學實驗探究性問題的學習.

中的二氧化硫密切相關.通過深入分析和驗證物質性質、定性和定量分析、分離提純和滴定操作以及數(shù)據(jù)處理和評價，整合這些知識，真正提高學生在真實情境中解決問題時的深度思考能力.

4.2項目覆蓋范圍

為了進行高三實驗復習，我們將以硫元素為線索進行項目式學習教學活動.這種教學活動需要將復雜、綜合的知識在真實的情境中進行提煉、整理和簡化.為此，學生會形成一個主題思想明確、邏輯思維清晰的項目式探究教學活動，同時還會將高中化學實驗的核心內容包含在其中.教師將幫助學生培養(yǎng)實驗思維、邏輯推理能力、實驗操作能力、解決問題的能力、數(shù)據(jù)處理能力以及創(chuàng)新意識.5結束語

本案例涵蓋了三個主題，它們與葡萄酒添加劑

參考文獻：

［1］ 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）［M］.北京：人民教育出版社，2018：2，76.

［2］ 王磊.基于學生核心素養(yǎng)的化學學科能力研究［M］.北京： 北京師范大學出版社，2017：263-268.

［3］ 林偉，黃丹青.以項目式學習活動引領化學實驗高考復習教學：以“硫代硫酸鈉的制備與性質探究”為例[J].化學教與學，2021（6）：55-58.

［責任編輯：季春陽］