基于真实情境的化学课堂教学实践

2021-02-18孙美华吴永才

化学教与学 2021年12期

孙美华吴永才

摘要：以抗击新冠肺炎疫情中使用的酒精消毒剂为情境，以如何使用酒精消毒为主线，将乙醇的结构、物理性质、化学性质和用途，融合于使用酒精消毒的过程中；在乙醇结构的探究中，通过搭建模型和实验探究，让学生体验化学家探究乙醇结构的过程；通过乙醇催化氧化的性质探究及应用，培养学生的科学态度和增强社会责任感。

关键词：真实情境；乙醇；化学课堂教学

文章编号：1008-0546（2021）12-0040-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.12.010

*本文系省教研室第十二期立项课题“中学化学教学关键问题的实践研究”（编号：2017JK12-L085）阶段成果之一。

一、问题提出

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称“新课标”）明确指出“真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会[1]。在课堂教学中创设有价值的真实情境，把知识融入到情境之中[2]，不仅能增进学生对知识的运用，还能提升学生的关键能力和必备品格，激发学生的学习兴趣。因此，教师在教学中应努力创设与日常生活有关的真实教学情境。

本文以人教版必修二第七章有机化合物第三节乙醇与乙酸中的乙醇教学为例，探讨情境在化学课堂教学中的应用。笔者经过查阅文献，发现教师们在教学中创设的比较突出的常见的教学情境有如下几类：（1）利用生活实例。如拿来现制的米酒，从乙醇的制备引入；高烧病人擦拭酒精降温、医用酒精消毒等，从乙醇的用途引入等。（2）运用历史文化。如选择含有酒文化内容的古诗词引入；从我国古代的酿酒技术引入等。（3）通过化学实验。如用高锰酸钾与浓硫骏混合做“魔棒点灯”实验；用神奇的“魔水”做“烧不坏的手帕”实验等[3]。

这些情境的创设目的主要是为了引课，为了激发学生的学习兴趣，但大多都没有从这些情境中提炼出更多的需要进一步学习的化学知识，情境只是为了引课而创设。但教师创设教学情境的真正意义应该是将化学问题或事实镶嵌在一种模仿或者真实的环境中，呈现给学生，引起学生的认知冲突，激发学习者寻求问题解决，以达到认知和谐。所以，有价值的教学情境一定是内含学科问题的情境[4]。

二、课堂教学设计

“乙醇”是高中化学必修模块第七章有机化合物第三节乙醇与乙酸中的重要内容，让学生以“乙醇”为载体，认识有机化合物的研究方法，体验生活中简单有机化合物的应用，使学生能“从有机化合物及其性质的角度对有关能源、材料、饮食、健康、环境等实际问题进行分析、讨论和评价”。

“乙醇”是学生生活中常见的有机化合物，在生活中学生已经积累了一定的乙醇的性质与用途的经验，以生活生产实际应用为情境，让学生在情境问题解决中建构乙醇的“结构-性质-用途”相联系的认知模型，通过实验探究建构对“乙醇”的系统认识，是课堂教学中聚焦学科核心素养，进行乙醇课堂教学的行之有效的教学策略。

“抗击新冠肺炎疫情”是全人类的大事，用“酒精”杀菌消毒在疫情防控中发挥了重要作用。将“乙醇”教学与新冠肺炎疫情防控相结合，可让学生体验化学的应用性，激发学生的化学学习兴趣，增强学生的社会责任感。

本节课以使用酒精消毒抗击新冠肺炎疫情为真实问题情境，且将酒精消毒这个情境贯穿整个课堂。在整個学习过程中都能激发、推动、维持、强化和调整学生的认知活动、情感活动和实践活动等，让学生的思维不断走向深入，建构有意义的知识体系。

本节课选取的教学情境如图1所示。

1.教学目标

（1）通过观察分子式为C2H6的乙烷球棍模型，学生能搭建分子式为C2H6O的球棍模型，知道有机分子是有空间结构的。

（2）通过实验探究钠与乙醇的反应，学生会确定乙醇的分子结构，知道结构决定性质。

（3）通过对乙醇性质实验探究，学生提升实验操作技能和基于证据推理的解决问题能力。

（4）通过乙醇在生活和生产中应用的交流讨论，学生能感知化学在生产生活中的应用。

2.教学重难点

教学重点：乙醇的分子结构探究、乙醇的化学性质。

教学难点：乙醇反应过程中的断键分析。

三、课堂教学实录

环节一：感知乙醇用途

【情境设计】突如其来的新冠肺炎疫情让消毒成为疫情防控中的重要环节，一年多以来，不少人经常拿乙醇消毒。其实乙醇除可用于消毒外还有许多用途，可以说我们几乎和乙醇“朝夕相处”。

【提出问题】请你结合例子，说说乙醇有哪些用途？哪些物质中含有乙醇？

【交流讨论】乙醇可以做燃料，如乙醇汽油，固体酒精，酒精灯等；可作消毒剂，如消毒酒精等；可作溶剂，如碘酒、六神花露水等。在料酒、白酒、啤酒、酒酿等中都含有乙醇。

【提问】为什么乙醇在生产生活中有这些广泛的用途呢？

【回答】用途由性质决定。

【讲述】生活中乙醇可以做燃料。如乙醇汽油，固体酒精，酒精灯等。

【过渡】乙醇俗称酒精。中国疾控中心消毒首席专家张流波说所有的消毒剂都对冠状病毒有效。做手部卫生消毒的时候，首选酒精。因为用酒精消毒很快，不到一分钟手就干净了。（补充乙醇的物理性质，易挥发）

【展示图片】各种酒精消毒剂。

【提问】你是怎么使用酒精消毒的？能不能大面积喷洒酒精消毒？衣物是否需要喷洒酒精消毒？

【视频】新型冠状病毒性肺炎防治指南：酒精不能直接喷洒衣物。

环节二：探究乙醇性质

【讲述】来看一下一些常见燃料的爆炸限度（表1）。

【讲述】乙醇的最小爆炸限度为3%，在进行喷雾消毒时，易产生酒精蒸汽聚集，若达到乙醇的爆炸范围，遇到明火则引发燃烧，甚至可能爆炸。

【小结】酒精消毒不能大范围喷洒使用，以防引发燃烧或者爆炸。

【新闻视频】某中东国家民众预防“新冠”误饮酒精：致600人死亡3000人中毒。

由于听信喝酒可以预防新冠肺炎的谣言，疫情严重的该国已经有至少600人因为饮用烈度酒和工业酒精而丧命，让人不胜唏嘘。

【提问】酒精进入人体后，会发生怎么样的变化呢（图2）？

【讲述】大部分人体内的乙醛脱氢酶含量不足，会导致乙醛在体内滞留，大脑变得迟钝，逐渐失去思考和运动能力。长期酗酒，会出现智力减退，记忆力下降症状，出现肢体震颤等神经系统症状和木讷痴呆等精神症状。所以珍爱生命，成年人应适当饮酒或不喝酒，未成年人不能喝酒，更不能听信谣言，用喝酒来预防新冠。

【过渡】在人体中，乙醇会被催化氧化为乙醛。接下来，咱们来探究乙醇的氧化过程吧。

【实验探究】：乙醇的催化氧化实验。

实验步骤：取2～3mL无水乙醇于试管中，取一根下端绕成螺旋状的铜丝，在酒精灯外焰上加热至表面变黑。趁热将铜丝迅速伸入到乙醇中，反复几次，在试管中滴入2～3滴希夫试剂。观察反应现象（信息提示：希夫试剂遇醛类物质会变紫红，遇醇不变色）。

现象：灼热的氧化铜由黑色变红色。试管口有刺激性气味产生，加入希夫试剂后，溶液变紫红色。

结论：乙醇被催化氧化后生成了乙醛。

【讲解】铜丝在反应过程中由黑色的氧化铜转化为红色的铜，铜元素被还原。这说明乙醇发生了氧化反应。铜在整个反应过程中，表现出催化剂的作用。具体的反应是怎样的呢？

【讲述】为了写出上述反应的化学方程式，我们需要了解乙醇的结构。

环节三：理解乙醇结构

【提出问题】乙醇的分子式是C2H6O，比乙烷（分子式C2H6）多一个O原子，参照乙烷的球棍模型，请大家根据碳、氢、氧原子的成键原则，拿出球棍，搭出乙醇可能的结构。

【学生活动】用球棍搭模型（图3）。

【交流讨论】同学们搭建的分子式为C2H6O的两种有机化合物的结构都符合价键理论，但只有其中一种可表示乙醇的结构。究竟哪种能表示乙醇分子结构呢？请大家比较分析上述两种结构的差异，类比H2O分子的结构和性质，设计实验方案确定乙醇的结构。

【交流讨论】根据设计的实验方案，围绕下列问题交流讨论：

（1）比较钠分别与水、乙醇反应的实验现象。

（2）根据钠与乙醇反应的现象和乙醇的结构，分析钠与乙醇反应的产物，写出反应化学方程式，判断反应中乙醇断裂的化学键。

（3）根据实验探究结果，推测乙醇的结构。

【实验探究】如表2及图4所示。

【过渡】现在根据实验现象能不能就此确定乙醇分子的结构了呢？

【交流讨论】乙醇和金属钠反应产生氢气，水（结构式H-O-H）也能和钠反应产生氢气，请结合金属钠可以保存在煤油（碳氢化合物C-H）中，思考钠和乙醇反应时断键的位置？

【讨论回答】在结构1中，存在C-H、C-C、C-O、O-H键，在结构2中存在C-H、C-O键；水（结构式H-O-H）中也存在O-H键，煤油主要成分是烷烃，存在C-H、C-C键，钠能与水反应而保存在煤油中，说明一般条件下，钠能与含有O-H键的物质反应放出氢气，而不能与含有C-H键的物质反应放出氢气。

【讲解】我们知道烷烃分子中没有O原子，那乙醇分子中的O原子会不会对C-H键产生影响，使C-H键上H原子也能与钠反应呢？看来我们需要更可靠的证据来证明H原子的来源。

【讲解】乙醇与乙烷的性质不同，从分子结构角度分析，是因为取代乙烷分子氢原子的羟基对乙醇的性质产生了影响。像这种决定有机化合物特性的原子或者原子团叫做官能团[5]。比如，羟基是醇类物质的官能团。

【过渡】现在，咱们再回到乙醇的催化氧化反应中来。

【展示】展示乙醛的球棍模型。

【提问】请同学们分析在该反应中乙醇什么化学键发生了断裂？

【回答】学生对比观察后回答，断裂了羟基上的O-H键和与羟基相连的碳原子上的C-H键。

【讲述】因此乙醇可以作为化工原料，制备乙醛、乙酸等其它有机物。

【过渡】那乙醇能否被其他的强氧化剂氧化呢？

【實验】酸性高锰酸钾溶液与乙醇反应。

实验步骤：在试管中加入1～2 mL酸性高锰酸钾溶液，逐滴滴加无水乙醇，振荡试管。

现象：高锰酸钾溶液紫红色褪去。

结论：乙醇能被酸性高锰酸钾溶液这种强氧化剂氧化。

【讲解】乙醇能被其他的强氧化剂氧化。我们可以发现氧化剂不同，反应条件不同，反应不同，乙醇被氧化的程度不同，产物及结构也不同。

以前测酒驾的方式就是用呼气法测酒驾。（交警用经硫酸酸化处理的三氧化铬（CrO3）硅胶检查司机呼出的气体，根据硅胶颜色的变化，可以判断司机是否酒后驾车[6]。）现在测酒驾的仪器有更多种类。为了准确判断是酒驾还是醉驾，用的是数字显示酒精检测仪。

【视频】交警测酒驾

环节四：体悟乙醇价值

【小结】如何正确使用酒精消毒呢？

【视频】正确使用酒精消毒

1.不用于环境物表大面积喷洒消毒。

2.谨慎储存酒精，远离火源和儿童。

3.使用时，通风，不接触明火、远离高温物体等。

【总结】今天这节课，咱们在乙醇应用的基础上加深了对乙醇结构的理解，充分体现了有机物的结构美。在用实验探究物质化学性质时，要多运用证据推理，基于实验事实和实验数据进行分析推理。

化学从生活中来，到生活中去，同学们遇到生活中的一些化学问题要学会用化学学科思维去思考，辩证地去看待生活中的化学问题。

四、课堂板书

课堂板书也是本节课的重点。板书不再是传统的知识点的罗列，而是基于思维导图式的板书（图5）。思维导图式的板书可以将知识系统化，条理化，能让学生对整节课的内容一目了然，起到将知识强化和巩固作用。

五、教学反思

在化学课堂中，真实情境服务于化学知识。教师应建立在化学知识的基础之上选择真实情境，提出实际问题，从而促进学生化学学科核心素养的发展[7]。真实情境是培养学生化学学科核心素养的重要载体，是促进学生认知迁移的支撑[8]。本文在进行教学设计时，充分考虑了知识的内在联系，学生的认知发展以及学生的身心发展。通过情境创设、问题解决、实验探究、模型搭建和分析推理，通过抗击疫情使用酒精消毒这个真实情境，让学生真切感受到化学的真实有用。在新课程理念下，化学课堂教学中创设真实情境解决实际问题，发展学生的化学核心素养必将成为教学工作者的追求。