促进“元素观”发展的化学教学

丁玲 何彩霞

摘要：在必修1“二氧化硫的性质和应用”的教学中，基于对二氧化硫知识内容、教学价值以及学情的分析，选取“葡萄酒中为什么要添加二氧化硫”为情境素材，通过微型实验现制二氧化硫进行性质探究。教学中注重从“元素观”发展的角度，引导学生从物质类别、核心元素价态两个角度认识二氧化硫的性质，提升研究无机物化学性质的基本思路和方法。

关键词：二氧化硫性质;元素观;微型实验

文章编号：1008-0546（2020）03-0074-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2020.03.020

元素化合物知识是中学化学的基本知识，它具有内容多、分布广、琐碎等特点，学生往往觉得易懂难记。而且2007版人教版必修教材中[1]，元素化合物知识被编排在原子结构与元素周期律之前，关于物质性质的学习主要是基于实验事实的感性认识，缺少从结构角度出发来推断或解释的理性分析，学生对物质性质容易混淆且易忘，因此元素化合物的教学一直以来都是一个难点。如何使零散、孤立的知识变得结构化、系统、有序呢？以“化学元素观”为统领来组织教学，以事实性知识的教学为载体，建立研究物质性质的基本思路和方法，从元素视角提升学生对物质性质及转化的深入认识是解决上述问题的有效途径之一。

《高中化学课程标准（2017年版）》在基本理念中提出“引导学生进一步学习化学的基本原理和方法，形成化学学科的核心观念[2]”。“化学元素观”是从元素视角对物质及其化学变化本质的深层次理解，作为化学学科的核心观念之一，元素观能为学生构建从元素视角认识物质及其转化的思考框架，也是理解其他化学观念的基础[3][4]。对于元素观的内涵，何彩霞提出“元素观大致有三方面含义：一是对元素的认识，包括什么是元素、元素的种类、元素的性质等。就元素的性质而言，还涉及元素之间的差异、元素性质的周期性、一类元素性质的相似性等。二是从元素视角看物质，即元素与物质有什么关系，具体包括元素组成与物质的分类、性质有什么关系等。三是从元素角度看化学反应，即元素与化学反应有什么关系，在化学反应中元素种类是否发生变化、含有同种元素的不同物质之间的转化存在什么规律等[5]”。从元素的视角认识物质，也要对元素与物质性质的关系有深入的了解。关于物质与元素，新课标中提出以下要求：（1）认识元素可以组成不同种类的物质，根据物质的组成和性质可以对物质进行分类。（2）同类物质具有相似的性质，一定条件下各类物质可以相互转化。（3）认识元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化[6]。学生对元素观的认识是伴随着具体事实的学习而逐渐发展的，具体事实的学习是化学元素观形成和发展的基础。因此在事实性知识的教学中要促进学生元素观的发展，需要立足学科整体，以元素观为统领来组织教学，思考具体知识的教学对物质组成及性质等学科基本问题的渗透、落实和具体化，而一定层次的化学元素观又能指导物质组成及性质的学习[7]。为此，笔者以必修1“二氧化硫的性质和应用”教学为例展开讨论。

一、教学内容分析及功能价值

在2007版人教版必修教材中，“二氧化硫的性质和应用”属于化学1第四章第三节“硫和氮的氧化物”的學习内容。二氧化硫是典型的酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性;核心元素硫元素化合价为+4价，处于硫元素的中间价态，既能表现氧化性又能表现还原性;而且二氧化硫还具有它自身的特性一漂白性。从知识结构来看（如图1），二氧化硫的教学可以促进学生主动应用元素观，从物质类别、核心元素价态两个维度来分析、预测物质性质，再设计实验验证得出结论，从而提升对于研究无机物性质的基本思路和方法的认识。

对于知识的学习，不能纯粹地由教师讲授，而是要精心设计教学活动，将化学知识（二氧化硫的性质）与真实情境结合，通过问题、实验设计与验证等学习任务，建立“分析角度一理论预测一实验验证”这样的学习思路，并应用知识解决实际问题。《高中化学课程标准（2017年版）》关于必修课程“主题2：常见的无机物及其应用”中明确要求：“结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硫及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响”。强调真实情境的创设，实验探究以及应用（用途）。“重视开展高水平的实验探究活动”，并给出了“食品中适量添加二氧化硫的作用（去色、杀菌、抗氧化）”等情境素材建议。笔者结合“二氧化硫的性质探究”设计了一组微型创新实验，促进学生主动学习，构建从元素观认识无机物性质的基本思路和方法。

二、学情分析

做好学情分析，可以为教学内容和教学方法的选择提供重要的参考依据。课前，对学生的前测情况见表1。

通过课堂前测发现，学生对硫元素的常见价态掌握良好，对含硫元素的物质类别大部分学生都能列举出来，能正确合理地画出二维图。但是让学生根据以上二维图，从两个角度独立预测二氧化硫化学性质时，大部分学生难以有意识、主动地从类别、价态两个角度清晰地进行预测，而是无意识地列举，或者是类比了二氧化碳，推测二氧化硫可以与水反应、与碱溶液反应。只有个别学生能从物质类别、价态两个角度有条理地进行预测。由此可见，学生对二维图的认识偏于形式，没有真正理解并运用物质类别、价态两个角度去分析物质性质，实现二维图在学习物质性质时的重要工具价值。所以本节课教师需要引导学生主动从物质类别、核心元素价态分析、预测性质、设计实验验证、归纳总结研究无机物化学性质的一般思路和方法。

三、教学目标及教学活动设计

1.教学目标

基于上述分析，本节课的教学目标确定为：（1）能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测二氧化硫的化学性质，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。（2）能列举、描述、辨识二氧化硫重要的化学性质及实验现象。能用化学方程式、离子方程式正确表示二氧化硫的主要化学性质。（3）通过对二氧化硫的学习，形成研究无机物化学性质的基本思路和方法，关注从化学视角解决生活问题。其中，从物质类别、元素价态的角度，认识二氧化硫的化学性质是教学重点，实验现象与二氧化硫性质的对应关系是教学难点。

2.主要教学活动设计与教学策略

（1）利用真实情境素材，基于学生已有认知，通过连续性问题为驱动构建教学内容主线

环节一：情境引入——自酿葡萄酒，饮用需谨慎。教师展示市售葡萄酒说明书，提出问题1“葡萄酒中为什么要添加二氧化硫？”，多数学生在学本课之前知道二氧化硫有毒，但有毒的二氧化硫为什么还能加人饮用酒里？此问题情境引发学生认知冲突，极大地引发了学生的好奇心。通过生活中的实际问题走向化学课堂，让学生关注性质决定了用途，由用途关注性质的化学思想，聚焦到二氧化硫的性质。

环节二：预测二氧化硫性质

[问题2]要预测SO2化学性质，应该从什么角度分析？

[学生]从物质类别、化合价分析。

[问题2.1]从物质类别角度预测，S02具有哪些性质？

[学生]从物质类别上看，SO2和CO2都属于酸性氧化物，SO2应该与CO2性质相似，可以与水、与NaOH等碱、与Na20等碱性氧化物反应。

[问题2.2]从元素价态分析，S02具有哪些性质？

[学生] S02中S元素为+4价，处于中间价，既可表现出氧化性、又可表现出还原性。

在此环节中，根据元素组成找到二氧化硫所属的物质类别，进而类比二氧化碳分析其酸性氧化物的通性;根据核心元素硫的化合价，可判断二氧化硫的氧化性和还原性，这种具体化的元素观——类别、价态观能直观地引导学生体会和预测物质的性质，搭建分析无机物化学性质的思维框架，促进对化学元素观的深层次理解。

（2）以微型实验为手段，通过理论分析、实验验证，培养学生实验设计、观察、证据推理能力，深入认识二氧化硫的性质，并渗透绿色化学思想。

如何通过实验证明以上对SO：性质的预测？让学生了解到实验方案的设计要关注：试剂选择、产物预测、可观测证据的寻找、有毒气体的尾气处理等。此环节主要的问题及教学活动如下。

环节三：实验验证

[问题3]如何通过实验证明以上对SO2性质的预测？从所提供的的试剂（S02、石蕊、NaOH溶液、酚酞、酸性KMn04溶液、H：S溶液、品红溶液）中选择合适的试剂、预测产物、寻找可观测的证据。

[学生]讨论，选择常见的氧化剂、还原剂，梳理实验方案如表2。

[问题4] SO2有毒，实验结束后，若SO2没有反应完，如何避免它进入环境中？

[学生]讨论得出用NaOH溶液吸收未反应完的S02。

根据资料卡片（图3），利用井穴板和培养皿作为微型实验装置，现制S02并一次性完成对S02性质的验证（由于H：S有毒，且有臭鸡蛋气味，实验时改用硫元素化合价相同的Na2S代替，并利用浸了NaOH溶液的棉花以吸收过量的S02）。

[问题5]你观察到什么现象？这些现象分别体现了S02什么性质？

[学生]回答现象并解释：石蕊溶液由紫色变红，酚酞溶液红色褪去体现S02具有酸性氧化物的通性;Na2S溶液中有黄色浑浊，体现S02具有氧化性;KMri04溶液紫色褪去体现S02具有还原性。

结合工业上常用SO2来漂白纸浆、毛、丝、草帽，且这些物品时间长久后会发黄，让学生猜测S02对品红不是永久漂白。教师演示将品红溶液加入盛有S02气体的试管中，然后通过加热加快反应速率，模拟SO2的漂白作用不长久（在试管口套一个气球，防止受热时S02污染环境），从而认识二氧化硫的漂白原理和漂白效果。

以上环节中，通过讨论、梳理实验方案，现制二氧化硫进行实验，实现了理论为指导下的实验验证。通过实验，验证了之前从类别、价态二维角度理论分析的正确性，从学科本质深入认识了二氧化硫的性质，也培养了学生实验设计的能力，建立了观点、证据、结论之间的逻辑关系，并滲透了绿色化学思想。

最后总结提升，由本节课对二氧化硫性质的学习方法提升到研究无机物化学性质的一般思路：预测（基于元素观，具体到物质类别、核心元素化合价、特性三个角度），再实验验证.找到可观测的证据，得出结论。通过对二氧化硫性质的学习，让学生认识到葡萄酒中二氧化硫可以起到选择性杀菌、澄清、抗氧化、增酸等作用。整节课学生通过微型实验在完成事实性知识的学习过程中，搭建、总结、外显认识思路和方法，促进了化学元素观的核心观念的发展。

四、结束语

元素化合物知识内容多、琐碎，在有限的课堂时间里教师传授给学生的学科知识是有限的。那么元素化合物知识的教学到底要教给学生什么？本节课围绕“二氧化硫的性质和应用”这一具体的事实性知识，通过真实情境、连续性问题驱动、实验设计与验证等教学策略，发展学生的深层思维，建立分析无机物性质的基本思路和方法，以物质类别、核心元素价态两个角度作为具体化的元素观，让学生关注点由知识向知识的获得过程转变，提升对学科本质的理解，教学板书如图4所示。

参考文献

[l]宋心琦主编.普通高中课程标准实验教科书，化学1，第三版[M].北京：人民教育出版社，2007

[2][6]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018

[3][5]何彩霞.围绕“化学元素观”展开深入学习——以水的组成教学为例[J].化学教育，2013，34（4）：36-39

[4][7]梁永平，论中学生化学元素观的建构[J].化学教育，2007，28（11）：10-15