巧设学习任务,开展核心素养教学*
——以“去除工业废水中的苯酚”为例
2021-05-25陈敏琛
陈敏琛
(福州格致中学,福建 福州 350001)
1 问题的提出
发展学生化学学科核心素养的目的在于使学生适应终身发展和社会发展的需要,在未来生活中能有效地解决复杂问题和适应不可预测的情境[1],为此,“素养为本”的课堂教学,要倡导“真”,创设真实的问题情境,设计多样化的学习任务,引导学生开展具有分类与概括、证据与推理、模型与解释、符号与表征等具有化学学科特质的学习活动[2],让学生在经历活动、完成任务过程中形成和发展化学学科核心素养。
从平时的听课和访谈中发现,“苯酚的性质和应用”的常态教学,大部分从“基团间相互作用”入手,预测苯酚的性质,再通过实验验证,最终形成基于官能团和反应类型的知识图谱。对含酚废水的处理方法,较多教师只是简单提及,有的让学生课外阅读,未能发挥STSE问题情境的教育功能,这为教师优化教学策略提供了一个切入点。
笔者以“去除工业废水中的苯酚”作情境[3],以问题为导向,用学习任务作驱动,让学生“产、学、研一体化”式地开展学习,旨在促进学生在解决问题中发展思维品质,培养科学精神和社会责任,形成正确的价值观。
2 教学目标
⑴ 通过对比乙醇和苯的结构与性质,认识“有机物基团之间互相影响”,全面理解酚羟基的性质,诊断并发展“宏观辨识与微观探析”学科核心素养。
⑵ 通过实验探究,掌握苯酚的性质,形成“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”学科核心素养。
⑶ 通过设计含酚废水的处理方案,培养获取和整合信息、应用所学知识分析解决实际化学问题的能力。
⑷ 通过苯酚的用途及含酚废水处理的学习,树立绿色化学、生态文明、可持续发展理念。
3 教学过程
3.1 前置学习,激发兴趣
【学习任务】 搭建C7H8O分子结构模型,掌握酚的结构特征。
设计意图:通过动手实践,辨析醇、酚、醚的结构,发展空间思维。
3.2 创设情境,提出问题
⑴ 阅读化学史话:伟大的外科医生
1874 年,英国爱丁堡一家医院的外科医生李斯特,发现他的病人手术后多数死于伤口化脓感染,于是他就设法寻找一种消毒的方法。有一天,他发现一个工厂的污水沟里沟水清澈,浮在水面上的草根很少腐烂,原来,这是从化工厂流出的石炭酸混杂在沟水里。李斯特用石炭酸对手术器械、纱布等一系列用品进行了消毒,病人手术后伤口感染现象立即减少了[4]。
⑵ 展示主题图片——苯酚让生活更美好:水杨酸苯酚贴膏、阿司匹林、染料、农药、消毒剂、酚醛树脂。
⑶ 观看视频:某化工厂排放的废水中苯酚含量超标,需要处理,达到地表水环境质量标准后方可排放。
提出问题:工业上是如何处理含酚废水的?假如你是环境质量检测员,你该如何判断污水经处理后是否达标?
设计意图:通过化学史和真实的STSE问题,激发学生产生运用化学知识解决问题的欲望,增强职业生涯规划意识,发展从化学视角认识真实复杂问题的能力。
3.3 实验探究,模型认知
3.3.1 【学习任务1】设计实验,探究苯酚的溶解性[5]
生2:苯酚是无色晶体,有特殊的气味。但是苯酚取出一段时间后慢慢变浅红色,是苯酚被氧化了吗?
师:苯酚与水形成的浊液静置后会分层,上层是溶有苯酚的水层,下层是溶有水的苯酚层;当温度高于65℃时,苯酚与水以任意比例互溶。苯酚在空气中易被氧气氧化而略带红色,因此需要密封保存。
3.3.1 【学习任务2】预测并验证苯酚的性质
生1:无水乙醇和水中具有-OH,乙醇是非电解质,可见-OH与烷基相连更难电离出氢离子,但-OH与苯环直接相连,可能容易电离出氢离子,所以苯酚可能有酸性。
师:从微观结构上看,苯环是吸电子基团,它使得与苯环直接相连的羟基中氧氢键极性增强,容易电离出氢离子。这就是有机物基团之间相互影响的一个结果。
生2:这类似甲苯,苯环影响甲基,结果是甲苯使酸性高锰酸钾溶液褪色。
师:除了“苯环对羟基有影响”,反之,“羟基对苯环有影响”吗?请你推测结果会是怎样?
在春季的“大麦黄”和秋季的白露前一星期,使用1次杀纤毛虫的药物,隔日再用1次消毒药物,以预防寄生虫病的发生。
生:类似甲苯,“羟基对苯环有影响”,结果是苯酚也能发生卤代、硝化等取代反应。
学生实验1:设计实验证明苯酚具有酸性及酸性强弱。
实验及现象:取苯酚的浊液1 mL于一支试管中,滴加几滴紫色石蕊试液,浊液未变红;取苯酚的浊液1 mL于另一支试管中,滴加氢氧化钠溶液,浊液变澄清。
实验及现象:将上述实验得到的苯酚钠溶液分到两支试管中,一支滴加稀盐酸,另一支通入CO2,澄清液均变浑浊。
得出结论:苯酚是一种酸性比碳酸还弱的酸,又名石炭酸。
生:写出以上实验中发生反应的化学方程式。
师:请设计实验证明羟基对苯环有影响。
学生实验2:设计苯酚与浓溴水反应实验[5]。
实验及现象:向稀苯酚溶液中滴加少量浓溴水,发现先产生白色沉淀,振荡就消失,继续滴加白色沉淀明显。
师:请分析为什么开始产生的沉淀振荡后消失。
生1:生成的白色沉淀溶解在苯酚中。
师:写出苯酚与浓溴水反应的化学方程式:
师:请用实验事实进一步分析“羟基对苯环有影响”的结果。
生:比较苯、苯酚与溴取代的反应条件、反应速率及产物,并交流。
结论:羟基对苯环有影响,使苯环上羟基邻、对位的氢原子变得更易取代。
师:苯酚与浓溴水的取代反应能够定量完成,常用于对溶液中的苯酚进行定性和定量检测。但由于浓溴水有较大的毒性,在工业上还有更灵敏且无毒的试剂[6]检测苯酚。三氯化铁与苯酚溶液会迅速反应而呈紫色,也常用于酚类物质的检验。
3.3.3 【学习任务3】归纳总结苯酚的化学性质
特性——显色反应
设计意图:按照研究物质化学性质的一般思路“分析结构 预测性质 实验证明”,层层深入地认识苯酚的性质,充分发挥实验在化学中的重要作用,体验从“证据推理”到“模型认知”的建构,让学生的思维不断向广度、深度发展,建构知识体系,形成知识关联的结构化、核心观念的结构化。
3.4 解决问题,形成思路
【学习任务】模拟工业含酚废水的处理过程。
学生活动:结合苯酚的性质,设计工业含酚废水的处理方案,用图示简单表示。
师生互评,不断改进设计方案,结合工业生产实际,得到最佳方案(图1)。
图1 含苯酚的工业废水处理的流程图
设计意图:本环节体现教学设计的整体性,前后呼应。引导学生关注生产实际,提高应用所学知识解决实际化学问题的能力,正确认识化学学科的价值。
4 教学反思
⑴ 在真实情境中习得核心知识,发展学科素养
学科核心素养的形成和发展不能脱离真实情境。本节课以“去除工业废水中的苯酚”为情境,从不同化学认识视角提出有探究价值的化学问题。面对真实复杂的情境,学生有强烈的探究欲望,迫切地想将已学知识和方法应用于具体工业生产中去,但实验的设计和探究,知识的迁移和应用能力还明显欠缺,需进一步提高[7]。在教师引导下,学生通过阅读、观察实验现象等方法获得有关信息,收集实验证据,分析推理,不断将学习引向深处,在此过程中发展“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”学科核心素养。
⑵ 在不同层次的学习任务驱动下,发展思维品质
教师将教学内容以清晰明确的学习任务的形式呈现在学生面前,不但能引起学生的注意,而且有利于学生把握知识的系统性和逻辑性,思维发展从感性到理性,从定性到定量,从具体到抽象。学习任务的难易程度直接影响学生学习化学的积极性,学习任务既要有挑战性,又要符合学生“最近发展区”。有挑战性的学习任务就是要制造认知冲突,同时教师巧妙地利用学生的“最近发展区”,设计与生产实际相结合的问题,为思维发展指明方向,减少思维的盲目性,提高学习能力水平。
总之,在全面启用新教材背景下,把握新教材的新思路,掌握新教材的新变化成为教师的必修课,贯彻“以素养为本”理念,把化学实验的开展与学生科学探究能力的培养相结合,注重学习方法的引导,帮助学生形成和发展化学学科核心素养。