硫元素的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐

摘" 要：本項(xiàng)目式教學(xué)以葡萄保鮮紙的使用為載體，設(shè)計四個項(xiàng)目任務(wù)，創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)探究活動，用驅(qū)動性問題串聯(lián)學(xué)生的學(xué)習(xí)行為。將二氧化硫的漂白原理、保鮮紙如何釋放二氧化硫、硫元素性質(zhì)學(xué)習(xí)及二氧化硫的檢測等知識融會貫通，構(gòu)建思維模型解決實(shí)際問題。在探究過程中培養(yǎng)學(xué)生的探究精神和合作意識，發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知的學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式教學(xué)；葡萄保鮮紙；硫及其化合物；核心素養(yǎng)；食品添加劑

文章編號：

1008-0546（2024）14-0008-03

中圖分類號：

G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識碼：

B

一、教學(xué)主題分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《高中新課標(biāo)》）在實(shí)施建議中指出，真實(shí)、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺，教師在教學(xué)中應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)真實(shí)且富有價值的問題情境，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。［1］與傳統(tǒng)教學(xué)相比，項(xiàng)目式教學(xué)能通過解決實(shí)際問題來有效提升學(xué)生的思考能力。學(xué)生在教師的整體把握和指導(dǎo)下，緊密結(jié)合任務(wù)進(jìn)行積極的探究與發(fā)現(xiàn)，通過分析實(shí)際問題、完成項(xiàng)目任務(wù)來構(gòu)建項(xiàng)目承載的科學(xué)知識和科學(xué)方法，實(shí)現(xiàn)從知識到實(shí)踐的遷移，全面發(fā)展學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

“硫及其化合物”是人教版高中化學(xué)必修第二冊的學(xué)習(xí)內(nèi)容。對于元素化合物的教學(xué)，《高中新課標(biāo)》的內(nèi)容要求為：認(rèn)識元素在物質(zhì)中可以具有不同價態(tài)，可通過氧化還原反應(yīng)實(shí)現(xiàn)含有不同價態(tài)同種元素的物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化；結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究，了解硫及其重要化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響。本項(xiàng)目式教學(xué)以葡萄保鮮紙的研究和使用為載體，利用任務(wù)驅(qū)動的方式，設(shè)計了“探究SO2的防腐效果”“探究SO2的漂白原理”“探究保鮮紙的反應(yīng)原理”“殘留SO2的檢驗(yàn)”四個子任務(wù)，學(xué)習(xí)硫元素、SO2的部分性質(zhì)及其作為食品添加劑的應(yīng)用。本次項(xiàng)目式教學(xué)通過建立學(xué)習(xí)小組，開展任務(wù)型、合作式學(xué)習(xí)，學(xué)生在問題的解決過程中構(gòu)建陌生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的思維模型，建立硫及其化合物物質(zhì)類別、價態(tài)轉(zhuǎn)換之間的關(guān)系，感受化學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用。

二、項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

本項(xiàng)目注重研究性學(xué)習(xí)的具體實(shí)踐，驅(qū)動學(xué)生對已初步形成的物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化的認(rèn)識進(jìn)行遷移應(yīng)用，完成一系列具有挑戰(zhàn)性的、進(jìn)階式的任務(wù)，指向?qū)W生的深度學(xué)習(xí)。本項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)具體如下。

（1）通過查閱食品添加劑使用規(guī)范等資料，培養(yǎng)學(xué)生獲取信息的能力，并能用比較、歸納的方法對獲取的信息進(jìn)行加工，形成從定性到定量進(jìn)行科學(xué)探究的意識。

（2）通過自主設(shè)計對比實(shí)驗(yàn)，探究保鮮紙的防腐效果，形成“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹獙?shí)驗(yàn)操作—預(yù)期現(xiàn)象—預(yù)期結(jié)論”的思維鏈條，構(gòu)建實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計思路，培養(yǎng)證據(jù)意識和科學(xué)探究能力。

（3）通過探究保鮮紙的反應(yīng)原理，借助實(shí)驗(yàn)及“價—類”二維模型認(rèn)識焦亞硫酸鈉的化學(xué)性質(zhì)，復(fù)習(xí)含硫物質(zhì)的性質(zhì)及變化的相關(guān)知識，構(gòu)建元素化合物轉(zhuǎn)化思維模型。

（4）通過討論葡萄保鮮紙的改進(jìn)方案，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神，體會化學(xué)學(xué)科的魅力。

三、項(xiàng)目教學(xué)流程

本著問題情境化、任務(wù)化、活動化、素養(yǎng)化的設(shè)計思路，筆者設(shè)計的項(xiàng)目教學(xué)流程如圖1所示。

四、項(xiàng)目實(shí)施過程

1. 任務(wù)一" 探究SO2的防腐效果

活動1：查找SO2在食品保鮮中的應(yīng)用及作用原理。

［學(xué)生］以小組為單位，查閱資料，匯總在生產(chǎn)過程中應(yīng)用SO2保鮮防腐的食品及原理。

活動2：探究不同濃度SO2作用于葡萄的保鮮防腐效果。

［小組合作］運(yùn)用控制變量法設(shè)計并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，探究不同濃度SO2對葡萄的保鮮防腐效果。思考該實(shí)驗(yàn)的變量是什么，實(shí)驗(yàn)過程中哪些因素需保持一致。實(shí)驗(yàn)用時十天。

［小組交流討論］實(shí)驗(yàn)設(shè)計及結(jié)果：①空白對照組，葡萄發(fā)霉。②一層保鮮紙（低濃度SO2），葡萄完好。③四層保鮮紙（較高濃度SO2），葡萄有白點(diǎn)。④置于SO2集氣瓶中（高濃度SO2），葡萄脫色。

［結(jié)論］適宜的SO2可以殺滅灰霉菌、孢菌等一些引起葡萄腐爛的病菌，以達(dá)到防腐保鮮的目的；同時還可抑制葡萄各部位多酚氧化酶的活性，延緩果實(shí)和果梗的褐變和衰老。但若使用不當(dāng)，局部SO2熏蒸過度，SO2與花青素結(jié)合會導(dǎo)致葡萄產(chǎn)生白點(diǎn)。［2］

［設(shè)計意圖］本環(huán)節(jié)主要以自主合作學(xué)習(xí)的方式進(jìn)行。在查找資料過程中，學(xué)生了解到SO2作為食品添加劑在食品防腐保鮮方面的應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生信息獲取與加工能力。在設(shè)計及進(jìn)行實(shí)驗(yàn)過程中，學(xué)生對葡萄保鮮紙有了初步的認(rèn)識，體驗(yàn)到了不同濃度SO2對葡萄的保鮮效果，認(rèn)識到了反應(yīng)條件對化學(xué)反應(yīng)的調(diào)控。在此過程中促進(jìn)了學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識核心素養(yǎng)的發(fā)展。

［子任務(wù)成果］學(xué)生通過“實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹獙?shí)驗(yàn)操作—預(yù)期現(xiàn)象—預(yù)期結(jié)論”的思維鏈條，在課前完成該項(xiàng)任務(wù)并形成實(shí)驗(yàn)報告，在課堂中展示及匯報葡萄保鮮的研究過程和研究成果，并能結(jié)合查閱到的文獻(xiàn)資料解釋實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，了解葡萄保鮮原理，形成從定性到定量進(jìn)行科學(xué)探究的意識。

2. 任務(wù)二" 探究SO2的漂白原理

［情境銜接］保鮮紙若使用不當(dāng)，局部SO2熏蒸過度，SO2與花青素結(jié)合會導(dǎo)致葡萄產(chǎn)生白點(diǎn)，體現(xiàn)了SO2的漂白性。

［演示實(shí)驗(yàn)］SO2水溶液使品紅溶液褪色。

［教師］SO2使品紅褪色還是SO2與水反應(yīng)的生成物使品紅褪色，如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)？

［學(xué)生］根據(jù)提供的實(shí)驗(yàn)藥品及儀器，小組討論出方案后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，得出結(jié)論，并結(jié)合課前所查閱到的資料驗(yàn)證結(jié)論。

［結(jié)論］SO2不能使品紅褪色，SO2與水反應(yīng)的生成物使品紅褪色。因保鮮紙使用不當(dāng)造成葡萄脫色的物質(zhì)為H2SO3（HSO－3）。

［教師］結(jié)合SO2的漂白性，如何恢復(fù)葡萄皮的顏色？SO2作為食品添加劑，漂白不同物質(zhì)的原理是否相同？

［小組討論并總結(jié)］SO2的漂白反應(yīng)可逆，通過加熱可去掉亞硫酸，使花青素再生，恢復(fù)原來的顏色。SO2漂白除破壞發(fā)色基團(tuán)外，還有防止食品酶性褐變及非酶褐變等原理。［3］

［設(shè)計意圖］通過創(chuàng)設(shè)SO2水溶液使品紅褪色的情境，引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計實(shí)驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生對SO2漂白本質(zhì)的認(rèn)識進(jìn)階（物質(zhì)水平、元素水平、微粒水平）。通過對比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，加強(qiáng)學(xué)生對SO2漂白性的本質(zhì)理解。該環(huán)節(jié)在合作探究中讓課堂真正成為學(xué)生學(xué)習(xí)知識、培養(yǎng)能力的場所，培養(yǎng)學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、分析問題的能力，發(fā)展科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)。

［子任務(wù)成果］從宏觀和微觀兩個角度認(rèn)識SO2的漂白本質(zhì)，構(gòu)建物質(zhì)的變化、性質(zhì)、結(jié)構(gòu)、用途之間的關(guān)系。

3. 任務(wù)三" 探究保鮮紙的反應(yīng)原理

［情境銜接］一定濃度的SO2能夠?qū)ζ咸哑鸬奖ｕr防腐的作用，但氣體的使用不方便，且用量不易控制，一不小心就會漂白，所以工業(yè)上會制成固體含硫化合物，如焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉等，這些化合物在使用過程中都會產(chǎn)生SO2，且都是固體，比直接使用SO2方便，易控制使用量。

［教師］保鮮紙的主要成分為焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）。

［資料卡片］①葡萄保鮮時箱子底部放濕潤的吸水紙，最上面放保鮮紙，貯存環(huán)境需保持一定的濕度。②焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）遇水即生成NaHSO3。③保鮮紙的孔密度影響SO2的釋放速率，孔的數(shù)量越多，透氧率越高，酸度越高，SO2釋放速率越快（不考慮Na2S2O5在空氣中的氧化）。④Na2S2O5與H＋反應(yīng)放出SO2。

［小組交流討論］根據(jù)資料卡片信息，推測保鮮紙釋放SO2的化學(xué)反應(yīng)方程式。

［討論思路］結(jié)合硫的“價—類”二維圖（見圖2），猜測Na2S2O5可能具有的性質(zhì)。

［師生總結(jié)］根據(jù)葡萄保鮮紙反應(yīng)原理的探究過程，總結(jié)出陌生物質(zhì)轉(zhuǎn)化的思維模型（見圖3）。

［實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證］在葡萄保鮮紙上分別滴加稀硫酸和水，用品紅靠近，觀察現(xiàn)象。

［設(shè)計意圖］在真實(shí)情境中通過化學(xué)反應(yīng)探究物質(zhì)的性質(zhì)，學(xué)生需通過一系列的問題探究來獲取相關(guān)知識，并運(yùn)用分析、對比、概括、歸納等方法對所獲取的信息進(jìn)行初步加工和應(yīng)用，培養(yǎng)學(xué)生的信息素養(yǎng)與探究歸納能力。該環(huán)節(jié)引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別和核心元素價態(tài)兩方面預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)，通過硫元素的“價—類”二維圖找到保鮮紙成分Na2S2O5與所學(xué)硫及其化合物之間的聯(lián)系。通過證據(jù)推理代替單一的講解，讓學(xué)生體會模型的建立，培養(yǎng)學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知的核心素養(yǎng)。

［子任務(wù)成果］利用元素化學(xué)知識，明確Na2S2O5釋放SO2的原理，借助“價—類”二維模型認(rèn)識焦亞硫酸鈉的化學(xué)性質(zhì)，復(fù)習(xí)了含硫物質(zhì)的性質(zhì)及轉(zhuǎn)化的相關(guān)知識，并構(gòu)建了元素化合物轉(zhuǎn)化的思維模型。

4. 任務(wù)四" 殘留SO2的檢驗(yàn)

［情境銜接］SO2是合法的食品添加劑，少量SO2進(jìn)入體內(nèi)后最終生成硫酸鹽，由尿液排出體外，不會產(chǎn)生毒性作用。但過量添加會對人體造成傷害，它在食品中的使用量及殘留量都有嚴(yán)格的限制。

［小組匯報］SO2在不同食品中的允許使用量，SO2超標(biāo)對人體的危害。

［學(xué)生實(shí)驗(yàn)］實(shí)驗(yàn)室模擬檢測葡萄酒中SO2的殘留量，通過數(shù)據(jù)計算該葡萄酒中SO2是否超標(biāo)。

［教師］用過葡萄保鮮紙的葡萄，SO2是否超標(biāo)，如何檢測？

［學(xué)生］小組討論，設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，通過實(shí)驗(yàn)檢測，并結(jié)合文獻(xiàn)數(shù)據(jù)，對保鮮紙廣告中的“無殘留”做出科學(xué)性評價。

［小組歸納總結(jié)］如何正確使用葡萄保鮮紙，可以在達(dá)到葡萄保鮮效果的同時避免葡萄產(chǎn)生白點(diǎn)。根據(jù)本節(jié)課所學(xué)內(nèi)容，思考如何改進(jìn)葡萄保鮮紙可使葡萄保鮮更持久且不易殘留SO2。

［設(shè)計意圖］通過課前查閱資料，讓學(xué)生感悟凡事具有兩面性，形成辯證的科學(xué)思維，學(xué)會全面地看待問題。通過小組合作探討實(shí)驗(yàn)方案，提高學(xué)生自主學(xué)習(xí)、合作學(xué)習(xí)的能力。通過最后歸納總結(jié)保鮮紙的使用及如何改進(jìn)保鮮紙，讓學(xué)生真正體會到學(xué)習(xí)化學(xué)的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用所學(xué)知識和科學(xué)方法分析、解決化學(xué)問題的能力，發(fā)展科學(xué)探究及科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。

［子任務(wù)成果］了解食品中殘留SO2的檢驗(yàn)方法，知道了處理保鮮劑時應(yīng)注意哪些問題，提升安全、環(huán)保意識，強(qiáng)化綠色化學(xué)觀念。通過實(shí)驗(yàn)檢測，能對保鮮紙廣告做出科學(xué)性評價，發(fā)展了批判思維和分析推理能力，感悟化學(xué)與生活的融合。

五、項(xiàng)目實(shí)施思考及啟示

本項(xiàng)目以“葡萄保鮮紙的使用研究”這一真實(shí)問題為情境，通過建立學(xué)習(xí)小組，開展任務(wù)型、合作式學(xué)習(xí)，融會貫通二氧化硫的漂白原理、陌生含硫化合物性質(zhì)及二氧化硫的檢測等知識。學(xué)生通過閱讀、討論、實(shí)驗(yàn)等活動，在解決實(shí)際問題的過程中，體會從數(shù)據(jù)、信息、現(xiàn)象入手推斷論證物質(zhì)的性質(zhì)；學(xué)會遇到陌生物質(zhì)時，能基于代表物類比的思路或物質(zhì)組成、結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)推測其性質(zhì)；能從宏觀到微觀分析解釋物質(zhì)的性質(zhì)及其相關(guān)變化。課后應(yīng)用所學(xué)知識改進(jìn)保鮮紙，使知識得到應(yīng)用和提升。

本節(jié)課源自生活中的真實(shí)情境，項(xiàng)目推進(jìn)過程中將元素化合物知識與科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境問題相融合，引導(dǎo)學(xué)生意識到學(xué)好元素化合物知識對于解決現(xiàn)實(shí)問題具有重要意義。在項(xiàng)目實(shí)施過程中通過調(diào)動學(xué)科核心概念和原理來解決挑戰(zhàn)性問題，讓學(xué)生感受化學(xué)在實(shí)際生活中的融合應(yīng)用，感悟到化學(xué)學(xué)科的社會價值，促進(jìn)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

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）［M］.北京：人民教育出版社，2020．

［2］佟繼旭.二氧化硫防腐保鮮處理對紅地球葡萄品質(zhì)影響及風(fēng)險評估的研究［D］.北京：中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院，2018．

［3］高彥祥.食品添加劑（第二版）［M］.北京：中國輕工業(yè)出版社，2019．