基于化学核心素养的课堂教学分析———以“浓硫酸与碳反应产物的实验探究课”为例

◇ 山东 孙惠林

(作者单位:山东省济南市章丘区第五中学)

高中化学学科核心素养包含“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”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个维度的内容.在化学课堂教学中,教师应围绕这5个维度的内容开展有组织的教学活动.在近几年的高考中,为适应新课程改革,试题在命制时也常以考查学生5个维度的核心素养而展开.下面笔者以“浓硫酸与碳反应产物的实验探究课”为例,就基于化学核心素养的课堂教学进行分析探讨.

1 创设探究实验教学的设想

强氧化性是浓硫酸的一个重要特性,教材为此编排了“浓硫酸与铜反应”的演示实验,并通过“浓硫酸使蔗糖碳化”所发生的实验现象进一步说明了浓硫酸具有强氧化性,但教材并未就实验的相关过程做详细的表述.笔者充分利用这一机会,引导学生自己设计实验和操作实验过程,以验证浓硫酸具有强氧化性这一特征,并借此机会培养学生的化学核心素养.

2 “证据推理与模型认知”核心素养的培养

“证据推理”素养指的是学生能够通过收集各种数据,并对数据进行加工和处理,从而对物质的性质及其变化做出合理的猜想,同时通过实验给予验证,判断猜想正确与否.本节课中,首先让学生根据演示实验“浓硫酸与铜反应”,结合浓硫酸的强氧化性,猜测“浓硫酸与碳反应”的生成物.然后分析在“浓硫酸与铜反应”中,S 元素由＋6 价降低为＋4 价,因此,生成SO2气体,据此推测在“浓硫酸使蔗糖碳化”中很有可能生成了CO2气体,再根据物质守恒定律推断还有可能生成了H2O,然后将推测的结果写成化学方程式:C＋2H2SO4(浓)＝CO2↑＋2SO2↑＋2H2O.最后引导学生根据化学方程式设计实验进行验证,实验过程既包括实验试剂和仪器的选用,也包括实验步骤、实验结果记录和分析等过程.此过程培养了学生的“证据推理”素养,要求学生能够根据已有证据进行分析推理,并提出该验证实验可能会出现的实验结果,为进一步自己动手设计实验过程提供思路和依据.

“模型认知”作为一种有效的认知工具,可以帮助学生把有效的知识高度浓缩,将次要的非本质的信息滤去,使重要的本质性知识形成清晰的知识框架,纳入学生已有的知识体系中.很多学生在解答化学问题时常常感到困难,甚至无从下手,往往是因为不懂得化学本源知识,脑海中没有构建相应的原理模型,所以无法实现举一反三、触类旁通.近几年高考化学实验探究题越来越灵活,学生普遍感觉到难以适应.因而,帮助学生建立化学实验探究题的认知模型具有十分重要的意义.前面所述的课堂教学过程,就很好地让学生自己体验和建立了探究实验的基本模型框架,即“实验目的—理论依据—假设猜测—设计实验—实验验证”.

3 “科学探究与创新意识”素养的培养

在学生讨论完初步的设计方案后,笔者设置了层层递进的几个探究问题让学生思考:(1)分别用什么样的物质,采用什么方法检验生成的产物H2O(g)、SO2、CO2? (2)在检验产物 H2O(g)、SO2、CO2时的顺序是什么? (3)CO2气体中混有SO2,应用什么物质除去? (4)如何证明CO2气体中混有的SO2气体已经除尽? 经过学生小组的充分讨论和反复修改,各小组达成共识,设计了如图1所示实验流程.

图1

在讨论过程中,学生积极发言,不断创新.例如,有学生提出:装置中第一个品红溶液可以撤去,因为CO2没有还原性,KMnO4溶液既能除去SO2,又能验证SO2的存在.还有学生提出:后一个品红溶液也可以撤去,因为如果KMnO4溶液没有完全褪色,说明KMnO4是过量的,从而说明SO2已除尽.在讨论中,大家在碰撞中交流、互相学习、共同成长.

4 “宏观辨识与微观探析”素养的培养

在教学中,要培养学生的化学思维方式,让学生掌握从宏观上把握物质在形态、颜色等方面的变化特征,并从微观方面能够对物质的组成、结构等进行分析,从而揭示物质变化的本质.在实验过程中,要求学生通过宏观方面观察和辨识物质在反应前后的物理、化学变化,如形态、颜色等,思考相关问题.具体表现在:通过观察品红溶液是否褪色以识别SO2的存在与否;通过观察澄清石灰水是否变浑浊以识别CO2的存在与否;然后引导学生从微观方面进行探析,如分析浓硫酸与碳反应时电子的转移情况,确定氧化剂、还原剂、氧化产物和还原产物.

5 “变化观念与平衡思想”素养的培养

物质是不断运动和变化的,但必须在一定的条件下才会引起物质的变化,让学生从哲学的角度去审视量变与质变的关系,并能从内因与外因等方面深入分析物质的变化,从而树立动态平衡的化学核心素养.在本堂课的探究实验教学过程中,培养了学生的“变化观念与平衡思想”素养.例如,随着反应的不断进行,反应物浓硫酸的浓度逐渐变小,减小到一定程度时,就变成了稀硫酸,强氧化性变成了弱氧化性,反应逐渐终止.在此过程中,学生会从“量变”与“质变”的角度对化学反应过程进行分析与探究,会利用“动态平衡”的理念对反应前后物质的变化从微观方面进行预判.

6 “科学态度与社会责任”素养的培养

从培养学生严谨求实的科学态度出发,要求学生树立实事求是的探究意识,并认识到化学学科对于社会发展所带来的巨大贡献,同时让学生关注社会热点问题,并能够运用所学的化学知识对社会热点问题作出正确的判断,树立可持续发展的科学理念.在本课堂探究实验教学中,要求学生猜测浓硫酸与碳的反应生成物,并设计实验对这一推断进行验证,让学生体验科学研究的方法,培养了学生探索未知和崇尚真理的科学意识;在设计和优化实验装置的过程中,让学生对CO2、SO2的检验过程进行了重新审视和思考,培养了学生严谨求实的科学态度,也培养了学生善于质疑、勤于思考的科学品质.

在近几年的高考考试大纲中,都对考查学生的化学学科核心素养提出了具体的要求,高考试题命制工作也在朝着这个方向在探索中努力前行.高中化学核心素养的培养不是短期内就可以达成的,需要教师在日常的教学中,把握好机会,潜移默化地逐渐渗透,通过不断训练,最终让学生形成必要的化学核心素养,从而在高考中能够轻松应对,并为后续的人生发展奠定良好的基础.