真实情境：基于核心素养的高中化学教学设计

2023-08-23陈慧敏

高考·中 2023年6期

陈慧敏

摘要：文章对“二氧化硫的性质与应用”一课进行教学设计，在设计思路中以葡萄酒中二氧化硫的作用作为真实情境的主线，通过在微型实验与传统实验相结合中实现师生互动探究的模式，渗透课堂教学中坚持核心素养为本的教学理念，实现培养和发展学生证据推理（价、类—性质的关系）、科学探究、创新意识（微型实验、绿色环保等）、科学态度（认识二氧化硫杀菌作用，完善对物质的认知）的化学学科核心素养。

关键词：核心素养；真实情境；二氧化硫

高中化学新课程所秉持的教学理念及价值旨在帮助学生适应现代生活和对未来发展的需求，培养学生具备化学学科的核心素养。《普通高中化学课程标准（2020版）》指出高中化学学科的核心素养由5个方面组成：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和科学态度与社会责任[1]。高中化学课堂是培养化学学科核心素养的主要载体，通过创设真实的问题情境，设计以化学实验为主的探究活动，以促进学生学习方式、方法的提升，提高学生学习的兴趣与科学创新的能力。情境是将高中化学课堂知识转化成化学核心素养的桥梁，化学学科核心素养需要在真实问题情境中表现出来[2]。

本文以苏教版必修第一册“二氧化硫的性质与应用”为案例，来分析基于真实情境，如何利用课堂教学渗透培养学生的核心素养。

一、教学分析

高一的学生在初中时就已经学习了水和二氧化碳等相关元素化合物的知识，同时在苏教版必修一中《二氧化硫的性质与作用》被安排在氯、钠、镁等元素化合物知识体系之后，结合学习过的氧化还原反应相关知识，学生在二氧化硫理论知识方面已有一定的基础。本节课以学生所熟悉的葡萄酒入手，以图片资料的形式展示葡萄酒的配料表中含有二氧化硫，强烈的认知反差——学生已知二氧化硫是一种污染物，在葡萄酒中还能添加，从而形成的认知反差——可以充分调动学生学习二氧化硫的好奇心与兴趣。

二、教学目标

为达成培养与发展学生的核心素养，本课设计主要从以下几方面培养学生的核心素养：

1.能基于物质类别、元素价态对二氧化硫的性质做出预测与解释，利用价、类—性质的关系培养学生宏观辨识与证据推理的素养；

2.通过微型实验结合绿色环保的概念探究二氧化硫的主要化学性质，初步归纳研究物质性质的方法，培养学生科学探究与创新意识的素养；

3.认识二氧化硫杀菌作用，完善对物质的认知培养学生科学态度与社会责任的素养。

三、课堂教学设计

确定学习主题呈现真实的问题情境，通过小组协作，围绕情境展开各具特色的实验探究，教师再对探究结果进行有效评价，训练学生思维，帮助学生更好地建构知识和思维的模型[3]。

教学过程：

[新课导入]请问孩子们会划火柴吗？会的孩子请划一下，感受下。

[生]划火柴，扇闻气味

[师]这个气味是不是跟我们燃放烟花爆竹时闻到的气味差不多？这是什么原因呢？实际上，火柴头上的易燃物中含有硫，划火柴时火柴头因摩擦温度升高燃烧。烟花爆竹的主要成分是黑火药，也含硫黄，所以点燃火柴、燃放爆竹产生的刺激性气味均是由于硫燃烧生成SO2。

[展示]投影SO2在葡萄酒中的作用

葡萄酒是由葡萄汁发酵而成的。在酿造葡萄酒的过程中面临两大问题：一是在葡萄汁发酵过程中产生的杂菌会影响葡萄酒的酿造和保存；二是葡萄酒中所含的还原性物质一旦被氧化，葡萄酒的果香味就会消失，影响口感。在酿酒实践中，人们发现二氧化硫可以解决这两大问题。

设计意图：采用生活小实验导入教学，让学生通过闻的方式加深对二氧化硫气味的认识。同时，教师充分利用学生熟悉的葡萄酒来创设真实的情境，让学生产生认知冲突，激发学生的学习兴趣。

任务：SO2的性质探究

[师]为何SO2能够解决酿酒中的两大问题？拿出一收集满SO2的矿泉水瓶。

[生]观察并小结SO2的物理性质：SO2是一种无色有刺激性气味的有毒气体，密度比空气大。

[师]溶解性怎样呢？

[生]用20mL针筒打进水，观察，摇荡后矿泉水瓶变瘪了，还发出“咔咔”的响声，

[师]说明：SO2可溶于水。常温下1体积水可溶解40体积SO2。

设计意图：通过与学生互动的演示实验，可以观察到矿泉水瓶瘪了，同时发出“咔咔”的响声，生动有趣的形象，激发了学生的好奇心，培养了学生科学探究与创新意识的素养。

[展示]仪器：西林瓶、胶塞、1mL和5mL注射器

试剂：SO2的水溶液、紫色石蕊试液、Ba（OH）2溶液、KMnO4溶液、品红溶液、H2S溶液、新制氯水、BaCl2溶液

[生]选择SO2的水溶液、紫色石蕊试液、Ba（OH）2溶液进行试验。可以看到紫色石蕊试液变红，Ba（OH）2溶液变浑浊。

[师]由此我们可以知道SO2是一个酸性氧化物，与水反应会生成相应的酸：H2O+SO2H2SO3，能使石蕊试液变红。

设计意图：通过微型实验，有效地打消学生对于具有刺激性有毒二氧化硫的顾虑，课堂更环保，且现象更明显。同时这样的设计让学生更直观地体验二氧化硫水溶液的酸性。培养了学生科学探究与创新意识的素养。

[展示]投影pH对细菌群增殖的影响曲线图＆SO2在葡萄酒中的作用（资料卡）

[师]给大家展示的曲线图是生物书上关于“酶活性受环境酸碱性影响”的曲线图，我们知道细菌也具有酶的結构蛋白质，酶在pH过低、过高时都会变性失活。那么SO2使溶液呈酸性对葡萄酒有什么影响？为什么SO2可以解决信息中的第一个问题？

[学生思考]

[教师说明]其实，在葡萄刚刚榨出汁而酵母还没开工之前，葡萄汁中天然存在的杂菌就早把葡萄汁破坏掉了，这个时候就需要SO2为其保鲜。当葡萄酒开始发酵，为了防止酵母把糖分“吃光耗尽”，还要适时终止酵母菌的活动，也需要SO2的帮助。所以，葡萄酒通过用SO2调节酸碱度来抑制杂菌生长，可起到防腐、保鲜、增酸的作用。通过刚才的分析知道了SO2是一个酸性氧化物，除外，SO2还有其他一些不同于CO2的特殊性质。现在请同学们利用老师提供的KMnO4溶液、H2S溶液、品红溶液，各往其中加入1mLSO2的水溶液，看看有何现象？

[师生互动]我们可以发现，KMnO4溶液褪色了，H2S溶液产生淡黄色沉淀，品红溶液也褪色了。为什么SO2能使这些溶液发生这样的变化，体现了SO2的哪些性质呢？（教师通过学生认识或学过的含硫元素的化合物知识与学生共同构建“价-类二维图”。）

[投屏]（价类二维图）

由价类二维图可知，SO2中硫元素的价态为+4价，处于中间价态，既有可能上升为+6价，也可能降低为0价或-2价，说明SO2体现哪些性质？

[生]化合价升高则体现还原性，化合价降低则体现氧化性。

[师]那我们如何验证SO2所具有的还原性和氧化性呢？我们所给的试剂中谁可以当氧化剂？KMnO4，观察到KMnO4颜色褪去了，我们知道KMnO4中紫红色是由MnO4-中+7价的Mn元素体现的，当Mn不再是以MnO4-存在的话就不会呈现紫红色，SO2在这个反应中若是起到还原剂角色的话，则对应产物应是SO42-。该如何检验SO42-？

[师生互动]借助Ba2+来检验，往褪色的KMnO4溶液中加入HCl酸化的BaCl2溶液可观察到产生白色沉淀。这个白色沉淀不溶于稀盐酸，就可以说明SO2被氧化，体现了SO2具有还原性。

H2S溶液呈现浑浊，这又是为什么？通过“价类二维关系”可以发现，SO2的+4价S和H2S的-2价S之间有可变价态，所以SO2可与H2S发生归中反应而共同归为0价S，生成淡黄色的硫固体单质。此时SO2中S的价态降低，又体现了氧化性。

设计意图：通过图像材料认识二氧化硫在葡萄酒中起到酸碱度调节的作用，同时也训练了学生能从图像中获取知识的能力。通过价类二维图展示硫元素呈现的不同价态，分析它们的价态联系从而推断其相关化学性质，使学生获得科学研究物质转化的方法，培养了学生宏观辨识与证据推理的素养。

[师]现在我们看看资料卡的第二个问题。可以知道为何SO2可以解决这个问题，利用了SO2的什么性质？SO2在葡萄酒中起到的作用又是什么？

[师生互动]其一，就是利用了SO2的强还原性，参与葡萄酒中一些酚类物质抗氧化的过程。其二，葡萄酒酿制过程中，会产生臭鸡蛋气味的H2S，影响葡萄酒的风味，这个时候SO2又能起到氧化剂的作用，改善了葡萄酒的风味，经发酵最终产生对人体有益的硫酸盐。

[师]装有品红溶液的西林瓶可以看到褪色了，这又是什么原因呢？我们把这个变化呈现出来的性质称为SO2的漂白性，SO2的漂白性有什么特点呢？

[师生互动]把学生实验中的已褪色的品红溶液装到试管并套上气球，进行加热，可以观察到溶液颜色又恢复红色。

[师]说明SO2的漂白性是不稳定的，暂时的，其本质是SO2能与某些有机色素反应生成不稳定的无色物质，加热之后SO2逸出而恢复有机色素的颜色。大家可观察到刚才实验的石蕊试液没有被漂白，说明SO2的漂白性只能漂白某些有机色素，所以大家会看到经SO2漂白过的书籍、草帽，时间久了就会发黄、恢复原色，正是因为它的漂白是暂时的。我们前面还学了哪些物质有漂白性？HClO的漂白性有什么特点？

[生]永久性漂白。

[师]如果把这两个具有漂白性的物质按1：1的比例一同加到品红溶液中，漂白能力是不是会加强？

[生]利用准备好的一瓶氯水、一瓶按1：1混合的氯水和SO2的混合溶液，大家往这两瓶溶液中各注射0.1mL的品红溶液进行对比。

[师生互动]品红溶液加入氯水中会褪色，而加入氯水和SO2的混合溶液中却不会褪色，这说明它们的漂白能力并没有因为强强联手而增强，反而是减弱了，这是为什么？

[学生思考，教师引导]我们知道氯水中的HClO除了漂白性还有什么性质？它的漂白性是什么引起的？强氧化性。那既然氯水有强氧化性而SO2又有还原性会怎样？

[生]会发生氧化还原反应而不能漂白。

[师]若果真是这个反应，则SO2被氧化生成SO42-可借助BaCl2检验，老师提供了氯水+BaCl2+盐酸的混合溶液，共同来验证一下是否如我们所分析的。

[师生互动]可以观察到产生不溶于盐酸的白色沉淀，体现了SO2的还原性。

[师]SO2从价态维度体现了既有还原性又有氧化性，又有自己特殊的性质——即漂白性。SO2的漂白性对葡萄酒的色泽有影响吗？

[展示]资料显示：SO2能漂白葡萄酒中的花青素，从而调节葡萄酒的色泽，SO2含量高的葡萄酒颜色较暗，SO2含量低的葡萄酒颜色鲜亮，醒酒时SO2挥发，酒的颜色会发生变化。

[师]SO2能漂白葡萄酒中的花青素，而起到调节葡萄酒色泽的作用。由此，大家发现葡萄酒被漂白了吗？

[生]思考片刻，不可思议，继而明白SO2漂白性的特殊。

[总结]经过这节课的学习，我们知道虽然SO2有毒，但少量的SO2进入肌体可以认为是安全无害的，见识了SO2在葡萄酒中存在的诸多意义。利用SO2作为酸性氧化物的性质，调节葡萄酒的酸碱度而起到抑菌、防腐、增酸的作用，利用SO2的强还原性参与葡萄酒中酚类抗氧化的过程，并与发酵产生的H2S反应，改善了葡萄酒的口感风味，同时利用SO2漂白葡萄酒中的花青素而调节了葡萄酒的色泽。

设计意图：通过图片资料及学生的合作实验探究等方法从本质上理解二氧化硫使物质褪色的基本原理，以及与之前学过的氯水等物质有何不同，使学生掌握二氧化硫漂白性和还原性所体现的现象差异，培养学生运用信息设计实验，通过探究获得结果的能力，学习了二氧化硫在葡萄酒中呈现的各种性质，培养了学生科学态度与社会责任的素养。

四、课堂教学反思

本节课通过创设葡萄酒中的二氧化硫作用为真实情境主线，设计了开放式的探究实验，由学生发现问题、思考解决问题的策略、着手探究达到解决问题的目的层层推进，使学生体验葡萄酒中存在的二氧化硫的魅力与作用，达到获得二氧化硫相关性质的知识及应用，促进实现培养学生的核心素养。引领学生辩证地看待化学学科为人类的生产和生活发展所带来的诸多便利，从而体验和感受化学之美！

（一）真实情境创设，激发学生学习动机

教师选择葡萄酒中二氧化硫作为素材创设情境，从现实问题出发，使学生将所学知识与生活相联系，形成应用化学知识解决问题的能力，激发学生学习的动机，增强了学生的科学态度与社会责任感。

（二）变化教学模式，核心素养得以培养

通过对本节课的实验设计，学生在进行独立探索、合作交流的实验探究自主学习过程中，层层推进，环环相扣，获取学科知识，形成学科思维，培养了学生证据推理、科学探究、创新意识的核心素养。

（三）教学手段多样，过程仍有美好遗憾

通过设置微型实验、小组讨论、投屏反馈器展示学生活动成果、师生互动建构价类二维图、分析生活图片资料等教学手段，使整堂课内容丰满，形式多样，但课堂紧凑，个别问题仅仅停留表层无法更深入探討。

结束语

通过选择葡萄酒中二氧化硫的问题情境创设为素材，为学生树立正确的化学观，整个设计过程体现了对化学学科核心概念认识的过程，使学生的化学学科核心素养得以发展，从而引领学生辩证地看待化学学科为人类的生产和生活发展所带来的诸多便利，培养学生的科学精神与社会责任核心素养，从而体验和感受化学之美！

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2020年版）[M].北京：人民教育出版社，2021.

[2]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（5）：3-7.

[3]张贤金，吴新建.基于核心素养的高中化学课程改革如何“落地”[J].化学教与学，2016（9）：7-8，45.