创设情境 构建模型 聚焦探究

梁东旺 杨欢

[摘 要]以《硫和氮的氧化物》教学设计为例，探索在真实情景中，以化合物的“价-类”二维图为指导，以探究为中心的课堂教学。在化学教学过程中，教师应从宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任、实验探究与创新意识五个维度发展学生的化学学科核心素养。

[关键词]硫的氧化物；创设情境；“价-类”二维图；实验探究；化学学科核心素养

[中图分类号] G633.8[文献标识码] A[文章编号] 1674-6058（2018）11-0061-03

一、教学设计背景

2016年9月，《中国学生发展核心素养》发布。“学生发展核心素养”指学生应具备的、能够适应终身发展和社会发展需要的必备品质和关键能力。《普通高中化学学科核心素养》提出了“宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知、科学精神与社会责任、实验探究与创新意识”五个维度的化学学科核心素养。

化学学科核心素养的发展离不开情境学习，在进行教学设计时应将教学目标、内容、方法和学习任务融合在特定的情境中，让学生在真实问题的解决过程中理解学习内容，建构知识、技能体系，发展学科核心素养。

化合物知识相对零散，利用“价-类”二维图，一方面可以帮助学生构建元素化合物的认知模型，在模型指导下学习元素化合物知识，有利于形成系统的知识体系；另一方面，在二维图中，物质之间的转化关系更加直观，有利于转化关系的建立。

探究性实验是提升学生科学探究能力的重要载体，但中学教师常有的一个切身感受，那就是探究性实验存在“做实验时很热闹，做完啥也不知道”的效率低下的问题。要解决这一问题，可以尝试加强实验前的讨论与引导。实验探究能力的培养不仅仅是学生动手能力的培养，更重要的是提升学生设计实验解决问题的能力。因此，在学生刚开始接触探究性实验的训练时，实验前的引导必不可少，否则实验就成了乱做，做完学生也得不到太大的收获。

本文以《硫和氮的氧化物》（第一课时）为例，探讨基于化学学科核心素养的化学教学设计。该课创设了柳州市治理酸雨的真实情景，在化合物“价-类”二维图的指导下，以实验探究为中心，进行了课程实践。在课程中加强实验探究前的引导，提高实验探究的效率，同时渗透平衡思想和绿色化学思想，培养学生的社会责任感，全面发展学生的化学学科核心素养。

二、教材及学情分析

1.教材分析

《硫和氮的氧化物》是人教版化学必修1第四章第三节的内容，第一课时的教学内容主要是硫的重要氧化物SO2及其污染。《普通高中化学课程标准》中与本节相关的内容标准是：通过实验了解硫及其重要化合物的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。活动和探究建议是：查阅资料并讨论减少向大气中排放二氧化硫的措施。本节内容是在第二章《物质的分类》《氧化还原反应》的基础上开展元素化合物知识的学习，在第三章《金属化学性质》的基础上，进一步介绍化合物的相关知识和研究化合物性质的方法，为元素族概念的形成、元素性质的递变规律、元素周期表的形成积累感性认识的材料。本节内容与环境问题密切相关，具有很高的社会价值。SO2在生产和生活中有重要的用途，同时对环境造成的危害也十分巨大，这种两面性是培养学生全面看待事物，正确认识化学的良好素材。

2.学情分析

学生在学习本课之前，已经学习了物质的分类、氧化还原反应等内容，同时也学习了典型的金属元素以及硅、氯两种非金属，对元素知识有一定的了解。另外，学生对化学实验具有浓厚的兴趣，乐于并有能力完成实验，也已经具备了一定的观察现象并根据现象推测结论的能力，但在实验设计能力方面还尚不足。学生已初步形成了“结构决定性质，性质决定用途”的学科观念，“宏微结合、变化平衡、实验探究、证据推理、社会责任”等化学学科核心素养在本节课中有待继续渗透与发展。

三、教学设计与实施

1.情境的创设与驱动性问题的提出

化學知识来源于生活情境和实践。我们从实际生活中提取问题，创设真实情境，可以培养学生从化学视角思考生活问题的能力。而在真实、生活化的情境中发现问题，可以使学生产生积极的学习心理和情绪情感，尽快进入学习者的角色。本节课是在柳州上的一节公开课，因此选择了柳州治理酸雨的历史作为情境脉络。柳州在1985-1995年曾是“十雨九酸”的全国四大酸雨城市之一，经治理解决了酸雨问题，城市环境得到了极大的改善。柳州的酸雨问题是如何产生的？柳州采取了什么措施来治理酸雨问题？哪些措施可以预防酸雨问题的再次出现？将这一系列问题作为问题线索，可驱动学生主动探究学习。酸雨的产生涉及硫元素的转化以及自然界中硫元素平衡的问题；酸雨的治理需要探究SO2的性质；酸雨的预防则是对学生所学内容的检验。在这一过程中，渗透了“变化观念与平衡思想”“实验探究与创新意识”以及“科学精神与社会责任”等一系列化学学科核心素养。

2.以实验设计与探究为中心的课堂

实验是化学学科的灵魂，亲身经历以探究为主的学习活动是学生学习化学的主要途径。实验探究对于发展学生的化学学科核心素养有着独特的作用，是发展学生化学学科核心素养的重中之重。本节课以实验设计为中心，让学生通过探究的方式学习元素化合物的性质，并在此过程中提升化学学科核心素养。

【教学环节一】

[创设情境]1985-1995年，柳州是全国四大酸雨城市之一，每年因酸雨造成的损失达几十亿元。柳州为何会成为四大酸雨城市之一，如今又是如何变回美丽的山水城市的？要回答这些问题，我们首先要知道酸雨的主要成分是什么？

学生大都能回答出是SO2的超标引发了酸雨。

【设计意图】以学生的家乡柳州为例创设情境，提升学生的参与感，激发学生的社会责任感。

【教学环节二】

[思考1]大气中SO2的主要来源有哪些？

对此问题，学生大多回答“烧煤”，从而看出，学生对于自然界中的硫循环比较陌生，不清楚自然界中本来就有SO2存在，因此有必要在此展示自然界中硫循环的图片（图1），向学生介绍“硫平衡”这一概念。经过学习，学生意识到酸雨的产生主要是人类活动使得大量存在于矿石中的硫元素以SO2的形式释放到空气中，破坏了自然界中的硫平衡。

[活动1]在“价-类”二维图（图2）

中表示出硫循环中出现的主要物质。

【设计意图】了解大气中SO2的来源，了解人类活动对硫平衡的破坏，渗透“变化观念与平衡思想”。用熟悉的“价-类”二维图，帮助学生自主建构含硫化合物的知识体系，发展元素观和分类观。

【教学环节三】

想治理酸雨必须先了解SO2的性质。

[探究1]（演示实验）把塞有胶塞、盛有SO2气体的试管倒立在水中，在水面下打开胶塞，观察现象。

学生通过实验现象总结出SO2的物理性质。

[思考2]根据自然界中硫元素的转化关系，结合硫元素的“价-类”二维图，推测SO2的化学性质，并设计实验验证。

学生在之前元素化合物知识的学习中已经掌握了从物质类别和化合价两个角度预测物质性质的方法，经讨论能够比较容易得出以下结论：SO2是酸性氧化物，故应具有酸性氧化物的通性；中心元素是+4价，处于中间价态，故SO2应具有氧化性和还原性。而本节课的重点则在于如何设计实验验证SO2的化学性质。在推测出的SO2的三个性质中，验证酸性氧化物的通性是学生较熟悉的实验，因此上课的重点在于引导学生选择合适的试剂来验证SO2的氧化性和还原性，并总结出验证物质氧化性和还原性的方法。以下是我引导学生进行实验设计的一个片段。

师：刚才的几位同学从物质分类的角度预测了SO2的性质并设计了相应的实验来证明，那么有没有同学从另外的角度来推测它的性质？

生1：SO2有氧化性和还原性。

师：你是怎么推测出来的？

生1：SO2中的S是+4价，可以升高到+6价，也可以降低到0价或-2价，所以既有还原性又有氧化性。

师：非常好。这是从化合价的角度来推测SO2的性质。那你打算如何证明呢？

生1：让SO2与O2氧气反应，可以证明SO2有还原性。

师：虽然这两者可以反应，但是两种气体反应不太容易操作，另外SO2和O2反应的条件比较苛刻，所以我们一般不用O2来验证SO2的还原性。我们还可以选择什么试剂呢？

师：要证明SO2的还原性，应该让它和哪一类物质反应？

生2：氧化剂。

师：常见的氧化剂有哪些？

生3：氧气、硝酸、高锰酸钾、氯化铁。

师：非常好。除此之外，氯水、溴水、过氧化氢等也是常用的氧化剂。在这些氧化剂中，我们可以选择哪些来验证SO2的还原性呢？我们是不是应该选现象明显、操作方便的试剂呢？

生4：可以选酸性高锰酸钾、氯水、溴水、氯化铁这些有颜色的试剂来反应。

师：如果选择酸性高锰酸钾，你认为可能的现象是什么呢？

生5：高锰酸钾溶液褪色。

师：其他同学还有没有补充？没有的话我们接着来看看SO2的氧化性。仿照刚才的思路，你认为我们应如何证明SO2的氧化性？

生6：加还原剂。

[探究2]（学生分组实验）利用下列仪器和试剂（图3），探究SO2的化学性质。

除图中试剂外，提供给学生的试剂还有紫色石蕊溶液、KMnO4溶液、Na2S溶液、H2O2溶液、品红溶液、BaCl2溶液、稀H2SO4。

学生通过实验验证了之前的推测，同时也观察到了没有预测到的现象，即SO2能够使品红溶液褪色。能够使品红这一有机物褪色体现了SO2的漂白性。与Na2O2和Cl2这两种具有漂白性的物质相比，SO2的漂白原理跟它们一样吗？SO2的漂白性又有什么特征？

[探究3]（演示实验）在“探究1”使用过的试管中滴加2滴品红溶液，用气球套住试管口，振荡，然后加热试管，观察现象，并分析SO2的漂白特点。

在完成性质教学后，进行小结。

[思考3]我们可以从哪几个角度出发，研究物质的化学性质？（图4）

【设计意图】培养学生根据实验目的设计实验的能力，让学生进一步熟悉科学研究的基本方法：提出猜测—实验验证—得出结论。其中重点渗透了“实验探究”“证据推理与模型认识”的核心素养。学生实验是微型实验，从源头上减少污染，渗透绿色化学思想，同时进一步巩固和完善研究物质性质的维度：物质类别、化合价、特性，构建学习元素化合物知识的认知模型。

【教学环节四】

[思考4]实现物质间的转化有哪些途径？（图5）

[活动2]以小组为单位，根据SO2的来源和性质，以及以上转化途徑，提出治理硫酸型酸雨的方法。

学生讨论后提出：将SO2转化为其他含硫化合物。如工业上最常用的钙基固硫法，就是先利用非氧化还原反应，将SO2转化为CaSO3，再进一步氧化为CaSO4。

另外，结合自然界中的硫循环，得出还可以利用植物吸收SO2，或从源头上减少SO2的产生。

[思考5]如何利用S单质制取H2SO4？

根据物质间的转化方法，在反应过程中S元素的化合价从0价变到了+6价，因此要借助氧化剂来实现这一过程。（图6）

制硫酸是SO2最重要的工业用途之一。在生活中，SO2也有广泛的用途。

[思考6]常有人用SO2处理以下物质：草帽、干果、葡萄酒、米粉、银耳、豆芽等（展示相关图片），你觉得是否合适呢？

【设计意图】从物质转化的途径方面给予学生学习元素化合物知识的方法性指导，建立转化观。以酸雨的治理和工业制硫酸为例，培养学生利用转化观解决化学问题的能力。从治理酸雨的两条途径：从源头上减少产生以及产生后治理，渗透绿色化学思想：从源头上减少有害物质的产生，培养学生的社会责任感，引导学生学会全面看待化学物质的影响：造成危害的不是化学物质本身，而是人类使用化学物质的方式；对于任何化学品，都应控制使用量，合理使用。

【教学环节五】

[活动3]请大家课后查阅资料，了解柳州在治理酸雨时所采取的措施。想一想，它们用到了哪些化学原理？如果想避免酸雨问题再次出现，我们应怎么做？

【设计意图】作为课堂内容的延伸，可让课堂内容从真实情景中来，回到真实情景中去，培养学生的科学精神与社会责任。

四、结语

有关《硫和氮的氧化物》（第一课时）的教学设计有多种形式。本节课尝试结合本地历史，创设真实情景，激发学生的学习兴趣。在元素化合物的“价-类”二维图指导下对二氧化硫的性质展开实验探究，在开展实验前加强对学生的引导，培养学生的探究能力，使学生学会以实验探究的方式进行研究，并努力在课堂中渗透化学学科核心素养。在课程实施中，应重点观察学生交流讨论和动手实验的情况，以评价学生对知识及技能的掌握程度，由此对教学效果进行评价，帮助教师对课程进行反思和改进，提升教学效果。

（责任编辑 罗 艳）