基于学生核心素养发展的高中化学实验教学设计

吴海霞

摘要：本文从发展学生核心素养出发，以乙酸乙酯的制备为例，结合高中化学实验教学存在的问题，探讨了如何进行高中化学实验的教学设计。

关键词：高中化学；实验教学设计；乙酸乙酯的制备

文章编号：1008-0546（2023）12-0084-04 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.018

化学实验是化学科学产生和发展的基础。著名化学教育家戴安邦曾说：“化学实验教学是实施全面的化学教育的一种最有效的教学形式。”

一、高中化学实验教学存在的问题

2016年开始，我国基础教育的课程改革进入核心素养时代，随着课程改革向纵深推进，化学实验能力成为学生发展核心素养的关键能力之一。但是，目前许多中学教师的实验教学意识和能力没有达到新课标要求。存在的主要问题：（1）系统性不强。在高中，许多教师上实验教学课没有认真撰写教案的意识，他们不把实验课当正课而是把它当成副课来对待，随意性大，实验教学似一盘散沙。（2）实验教学习惯照着教材上的内容讲讲、提提要求，缺乏灵活性和创新性。（3）教学方法落后、发展学生核心素养的意识淡薄。许多教师不能够以学生为中心，学生仍处于被动参与的地位。学生进入实验课之前，往往不知道做什么、怎么做，更不要谈“还能怎么做”。

为此，有必要认真研究如何进行高中化学实验教学的教学设计。

二、高中化学实验教学设计——以“乙酸乙酯的制备”为例

1.教学目标

（1）能熟练掌握乙酸乙酯的制备原理和实验操作技能。

（2）在实验学习、探究和改进过程中，注重观察能力、分析能力、实验操作能力的培养。

（3）通过实验教学，感受科学探究的艰辛和不易，增强用化学造福人类的使命感。

2.学情分析

“乙酸乙酯的制备”是高中化学必修教材主题4“简单的有机化合物及其应用”的学生必做实验之一，是乙酸的主要化学性质的体现，面向的是高一学生，是高一下学期的教学内容。在进行本实验教学内容学习之前，高一学生已经学习了无机酸如盐酸、硫酸等的性质，也学习了甲烷、乙烯、乙醇等有机物的结构和性质，并且能亲自动手进行一些简单实验，具备了一定的理论和实践的基础。乙酸作为生活中常见的有机物、重要的有机酸的代表，它不仅具有酸的通性，还具有一些特殊的化学性质，其中能和乙醇在一定条件下发生酯化反应制备乙酸乙酯，就是不同于无机酸的特殊化学性质。高一学生熟悉乙酸所具有的酸的通性，但对酯化反应比较陌生，对该反应的条件和注意事项的学习及操作存在一定的困难，教师可以通过比较实验教学方法，使学生在相同与不同实验条件中不断观察、思考、实践，学习巩固新知识，并进一步强化实验安全意识。

3.教学重点和难点

重点：乙酸乙酯的制备原理及实验操作。

难点：酯化反应的条件及注意事项。

4.教学用品

仪器和材料：大试管、量筒、胶头滴管、导管、带孔橡胶塞、酒精灯、铁架台、铁夹、火柴、碎瓷片、乳胶管。

试剂：浓硫酸、饱和碳酸钠溶液、乙酸、无水乙醇。

5.教学方法

讲授法、演示法、现场实验教学法。

6.教学媒体

多媒体黑板、实验器材。

7.教学步骤

（1）新课导入

【引入】同学们好，本次实验教学内容为乙酸乙酯的制备。酯类物质广泛存在于自然界，用途很多，相信大家都听过“酒好不怕巷子深，花香自有蝶飞来”这句话，这里的花香就主要来源于酯类物质。今天我们将一起踏上体验乙酸和乙醇在一定条件下可以生成一种带有香味的无色液体—也就是乙酸乙酯之旅。

【板书】乙酸乙酯的制备

设计意图：教师引用熟悉的诗句，以景入境，激起学生探究的欲望，激发他们学习的兴趣。

（2）新课讲演

【过渡】同学们，在实验之前，我们先来讨论一下乙酸乙酯的制备原理。大家看黑板上的方程式，这就是我们高中化学中所学习的脱水制乙酸乙酯的反应。

【板书】实验原理 CH3COOH+CH3CH2OHCH3COOCH2CH3+H2O

【实验】首先我们取一支试管，向其中加入3 mL 无水乙醇，然后边振荡试管边慢慢加入0.5 mL浓硫酸和2 mL 乙酸，再加入几片碎瓷片。在另一支试管中加入3 mL饱和Na2CO3溶液，按图1把装置连接好。用小火加热左侧试管中的混合物，产生的蒸气经导管通到饱和 Na2CO3溶液的上方，注意观察该试管内的变化。一段时间后取下盛有饱和Na2CO3溶液的试管，并停止加热。振荡盛有饱和 Na2CO3溶液的试管，静置，观察现象，并注意闻气味。

设计意图：该环节采用教师先演示后学生分组实验，因为有机化学实验过程比较复杂，實验安全要求高。

（3）思考巩固

【提问1】实验装置中长导管的作用是什么？

【生答】冷凝、回流和导气。

【板书】长导管的作用：冷凝、回流和导气。

【师评】这位同学回答得非常好，长导管可以导出乙酸乙酯的蒸气，使其凝结成液体。

设计意图：从实验风险认知角度，此处教师需要提醒学生，注意右侧长导管的位置，不能深入到液面下，防止倒吸引起危险。

【提问2】右侧小试管中可以观察到什么现象？

【生答】右侧试管中液体的上层有无色透明的油状液体产生，并且可以闻到香味。

【师评】同学们回答得非常好，这种有香味的无色液体就是我们今天制备的乙酸乙酯。。

【板书】产物现象：无色透明有香味的油状液体

【提问3】在此反应中，浓硫酸的作用是什么？

【生答】浓硫酸的作用是催化剂和吸水剂，它可以使反应速率加快，另外，乙酸乙酯的反应为可逆反应，浓硫酸可以除去反应的副产物水，有利于反应向正方向进行，提高酯的产率。

【师评】这位同学回答得非常全面，将本次实验中浓硫酸的作用分析得非常清晰，大家在书写反应方程式时也要注意浓硫酸这个条件。

【板书】浓硫酸的作用：催化剂和吸水剂。

【提问4】为什么实验过程中乙醇的用量大于乙酸？

【生答】酯化反应是可逆反应，过量的乙醇增加了反应物的量，可以使化学平衡向右移动，增加乙酸乙酯的产率。

【师评】很好，为了使酯化反应进行得更彻底，实验中选用了3 mL 无水乙醇和2 mL 乙酸，乙醇过量。

设计意图：该环节需要教师细致讲解、规范操作，避免学生进行分组实验时出现错误操作，在讲解和操作的过程中渗透变化的观念和平衡的思想。

（4）改进拓展

【师讲】刚才老师演示的实验装置是我们高中教科书中的经典装置，那么这个装置是否可以进一步改进，使实验操作更简单便捷呢？

【师生共研】Ⅰ.仪器和材料的改进：小试管、量筒、烧杯、胶头滴管、酒精灯、温度计、石棉网、三角架、火柴。

Ⅱ.实验装置和步骤的改进：取 A、B 两支试管（要贴上标签，以防混淆），分别向其中加入3 mL 乙酸，再分别加入3 mL无水乙醇，充分振荡。在试管A 中缓慢加入1 mL浓硫酸后充分振荡。然后将两支试管同时放入盛有热水（约70℃）的烧杯中加热15分钟，再加入3 mL饱和碳酸钠溶液。振荡后比较 A、B两试管结果。［1］

（实验时间约为20分钟）

【现象】A试管中生成的无色透明有香味的油状液体约为原料量总体积的2/5，如图2所示。

设计意图：改进后的装置操作简单、现象明显，建立在学生已对教材中实验过程认知的基础上。（5）总结提升今天我们用两种装置制备了乙酸乙酯，探究了生成乙酸乙酯的实验原理、实验条件和相关注意事项。请大家思考为什么改进后的装置A试管中能够有产物生成，B试管为什么不能？两种制备装置的优缺点各是什么？

课后完成实验报告，思考：为什么酯化反应选取饱和碳酸钠溶液而不是氢氧化钠溶液？

设计意图：通过对两种装置进行比较，培养学生实事求是、求真的科学态度，让学生进一步加深对化学反应原理决定反应装置选择的认知，增强在科学研究的道路上对反应原理、条件、装置的改进和探索是永无止境、没有最好只有更好的科学精神。

8.实验注意事项

（1）饱和Na2CO3溶液上方的导管不要伸入到溶液中，置于液面上方约0.5 cm处，防止倒吸。

（2）图1装置的左侧试管加热前需要加入碎瓷片，防止暴沸。

（3）滴加浓硫酸时需要边滴加边振荡，使浓硫酸与乙醇充分混合，防止局部温度过高而导致暴沸或碳化。

（4）加热时先均匀预热试管，再集中加热。液体沸腾后用小火加热，温度不宜过高，否则不仅会使乙醇、乙酸未经反应就过多地脱离反应体系，而且会使乙醇和浓硫酸之间发生副反应。

9.教学反思与评价

（1）在实验开始之前应准备好所有仪器，以方便学生取用，使他们迅速进入实验学习状态。

（2）课前积极备课，以便回答学生可能提出的问题以及应对实验中的突发情况。

（3）板书注意书写的细节，本次实验是关于有机化合物的实验，同一分子式的化合物可能代表不同物质，所以在书写反应方程式时需要写清化合物名称或结构简式。

（4）实验教学评价表：如表1所示。

10.板书设计

长导管的作用：冷凝、回流和导气。产物现象：无色透明有香味的油状液体。浓硫酸的作用：催化剂和吸水剂。

三、结束语

通过以上案例，可以发现，一个完整的高中化学实验教学设计，跟教师们通常进行的元素化合物知識、概念原理教学的教学设计相比，除了八大要素外，高中化学实验教学设计还重点突出了实验教学用品和实验注意事项，因此实验教学设计要素通常包含十个部分：教学目标、学情分析、教学重点和难点、教学用品、教学方法、教学媒体、教学步骤、实验注意事项、教学反思和评价、板书设计。如果教师们在进行高中化学实验教学时，都能进行精心备课，用心进行实验教学设计，将理论和实验有机结合，那么化学实验将能真正发挥培养学生的个性和创新能力方面的重要作用，真正成为学生进行化学创造活动的重要手段。

参考文献

［1］任红艳，程萍，李广洲.化学教学论实验（第三版）［M］.北京：科学出版社，2015.