“教—学—评”一体化真实情境下的教学——以SO2的学习为例.pdf

2023 年第7期实验教学案例“教学评”一体化真实情境下的教学以SO2的学习为例吴涛，刘燕伟（蚌埠第一中学，安徽蚌埠 233099）摘要：以葡萄酒中SO2的作用为真实情境，在真实问题解决的过程中学习SO2的性质、制备和含量的测定等基本知识。在学习SO2性质的过程中，建构模型促进学生对化学知识的深度学习。在“教学评”一体化的学习过程中强化对高中化学知识的融合与应用，同时发展学生的核心素养。关键词：SO2；“教学评”一体化；真实情境DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.07.012近年来国家高考命题范式由知识立意、能力立意向素养立意转变。核心素养是个体面对复杂的、不确定的情境时，综合应用所学的知识、方法与观念来解决实际问题所表现出来的关键能力和必备品格1。为了重视并开展“素养为本”的教学，教学内容由全面、浅层走向核心、深度；教学方式由传递、独立走向构建、合作，最终让核心素养在常规课堂上落地。基于真实情境的学习，包括真实的研究对象和问题情境，使学生像科学家一样真实地思考和实践2。在学习的过程中学生体验创新的艰辛与乐趣，培养分析问题和解决问题的能力及团队精神和合作能力等。真实情境下的教学是促进高中学生深度学习以及核心素养融合发展的一种有效的教学方法。面对新课程理念下的高考，化学的教学形式的转型成了必然3，在化学教学的过程中要注重具体实践。研究性学习是化学教学的新方向，在真实情境的问题解决中，实现学生自主学习和合作探究，进而实现知识的理解、应用与生成。1教学与评价目标1.1教学目标（1）通过巩固SO2性质，建立决定无机物性质的一般模型，为无机物性质的复习指明方向。（2）利用“价类”二维图，设计出制备SO2气体的可能反应方程式，建构制备气体的一般方法，通过学生对综合实验进行命题，强化学生对化学知识点的整合。（3）通过测定葡萄酒中的SO2含量，处理数据，提高滴定实验中的计算能力。1.2评价目标（1）通过对SO2性质的探究，诊断并发展学生用化学知识解决实际问题的能力和化学实验探究水平。（2）通过对制备SO2气体方案和实验装置的讨论，建立无机物转化的一般思路和方法的模型。诊断并发展学生“证据推理和模型认知”“实验探究和创新意识”的素养。（3）通过真实模拟实际情境检验葡萄酒中的 SO2含量，诊断并发展学生“实验探究和创新意识”“科学态度和社会责任”的素养。2教学设计思路为了更好地实现核心素养目标，教学设计思路如图1所示。3教学流程3.1建构学习物质性质的一般模型【学习任务1】SO2能够解决在酿造葡萄酒的过程中面临的两大问题：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。为什么SO2可以解决酿造葡萄酒的过程中上述的两大难题？35SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验教学案例【子任务1】SO2所属的物质类别；硫元素的价态；硫在元素周期表中的位置；利用元素周期律推测其性质和微观的结构，推断SO2的化学性质。【学生活动】通过提示，完成表格1内容。表1推断SO2具有的化学性质物质类别SO2为酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性：与水反应生成相应的酸；与碱性氧化物反应；与碱反应SO2中硫元素价态SO2中 的 硫 化合价为+4 价，处于中间价态。既有氧化性又有还原性元素周期律元素周期表中硫位于第三周期，第A 族。易 得 电 子，具有氧化性微观结构中 心 硫 原 子sp2杂化，硫原子形成两个 键，一个键，V形结构【建构模型】推测物质性质，从物质的类别，元素的价态，元素周期律和微观的结构来判断。建立物质性质的一般模型。如图2所示。【子任务2】SO2解决酿造葡萄酒的过程中面临的两大问题时，体现了SO2的哪些化学性质呢？如何通过实验证实你的猜想？【完成任务】各小组根据提供的化学试剂，设计实验方案，观察实验现象并记录。提供的试剂：SO2气体（收集在针筒中密闭保存）、溴水、KMnO4溶液、淀粉-碘溶液（SO2气体有毒，污染环境，因此在实验中利用输液袋、注射器和带旋盖的试剂瓶形成封闭的实验体系）。【学生汇报实验方案】具体方案见表2。【子任务3】如何理解SO2具有抑制细菌生长、防止酒酸化的作用？【资料卡片】SO2常用于植物性食品保存。SO2是强还原剂，可以减少植物组织中氧的含量，抑制氧化酶和物质性质元素周期律元素价态物质类别微观结构图2物质性质的一般模型表2学生汇报的实验方案小组123实验方案及实验现象取适量的溴水，用针筒注入一定量的SO2气体，充分反应，观察到溴水颜色褪去取适量的 KMnO4溶液，用针筒注入一定量的SO2气体，充分反应，观察到KMnO4溶液颜色褪去取适量的淀粉-碘溶液，用针筒注入一定量的SO2气体，充分反应，观察到淀粉-碘溶液中蓝色颜色褪去实验结论SO2具有还原性回顾二氧化硫具有哪些性质为什么二氧化硫能解决酿酒中的这两大问题二氧化硫的实验室制备SO2的含量的测定有些人对二氧化硫有过敏反应，研究人员希望找到能够替代SO2的物质同学们对SO2的性质掌握多少呢SO2的性质决定其用途利用硫及其化合物的“价态二维图”设计出可能制备SO2的方程式利用情境信息和图表信息，围绕SO2开展命题你认为替代物质需要满足哪些要求定量测定SO2的含量SO2具有杀菌消毒作用和氧化性从物质类别和价态角度预测反应综合实验设计的能力SO2具有酸性氧化物的通性，氧化性，还原性，漂白性传统滴定结合手持技术数字化仪器测定SO2的含量元素化合物性质知识的总结同学们交流讨论，小组代表回答分组设计实验并验证实验分组讨论，尝试陌生氧化还原方程式的书写组内讨论，展开命题，组间评价，取长补短交流讨论测定SO2的含量的方法学生交流讨论，给出具体的方案培养学生对知识能力的整合、应用和生成促进“宏观辨识与微观探析”素养的发展应用强化利用“价类”二维图设计无机物转化的一般方法建构实验室制取气体的一般模型，提高实验设计和分析能力定量测定方法及评价滴定计算模型的建立培养学生运用结构化知识解决实际问题的能力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。如何解决这两个问题总任务子任务问题线知识线发展线活动线建构综合实验命题的基本思路和模型图1教学设计思路 362023 年第7期实验教学案例微生物的活动，从而阻止食品的腐败变质、变色和维生素C含量降低。在实际生产中采用的SO2处理法有气熏法、浸渍法和直接加入法三种4。【评价任务1】诊断并发展学生用化学知识解决实际问题的能力和化学实验探究水平。从真实问题情境入手，展开知识的学习，激发学生的探究兴趣。在建构SO2性质认知模型的基础上，分析SO2在解决酿酒中的两大问题中体现的具体的化学性质并进行探究，提高学生实验探究能力和设计能力，发展学生的科学探究和创新意识素养，同时也强化了高考中化学实验基础知识模块。3.2物质制备原理和实验装置模型的建构【学习任务2】在葡萄汁发酵过程中，会产生一定量的 SO2，但量比较少，不能完全解决问题，需要额外添加。实验室制备SO2原理、装置是什么？【子任务 1】SO2的制备，利用硫及其化合物的“价类”二维图（图3），组内讨论设计出制备SO2气体可能的方程式。组间对设计方案给予评价。化合价+6+4+20-2H2S氢化物S单质SO3SO2氧化物H2SO4H2SO3酸Na2SO4Na2SO3Na2S2O3Na2S、FeS盐图3硫及其化合物的“价类”二维图【学生汇报实验方案】具体方案见表3。表3学生汇报的生成SO2气体的方程式小组1234生成SO2气体的方程式Cu+2H2SO4（浓）=CuSO4+SO2+2H2ONa2SO3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S+H2ONa2S2O3+H2SO4=Na2SO4+SO2+S+H2OS+2H2SO4（浓）=3SO2+H2O【子任务2】实验室常用亚硫酸钠与70%硫酸反应制备SO2气体，如何搭建实验的装置呢？学生根据情境信息，围绕SO2开展命题。提示：从仪器名称、反应原理、仪器的作用与试剂的选择、操作与步骤、定量测定、装置的评价等角度进行命题。例题：硫酰氯（SO2Cl2）可用作有机化学的氯化剂，在药物和燃料的制取中也有重要作用。某化学学习小组拟用干燥的氯气和SO2在活性炭催化下制取硫酰氯。实验装置如图4所示（部分夹持装置未画出）。SO2(g)+Cl2(g)=SO2Cl2(l)；H=-97.3 kJ/mol。70%硫酸甲乙丙丁戊氯气活性炭亚硫酸钠碱石灰己ba图4制取硫酰氯实验装置已知：硫酰氯在通常条件下为无色液体，其熔点是-54.1，沸点是 69.1。在潮湿空气中“发烟”；100 以上开始分解，生成SO2和氯气，长期放置也会发生分解。【学生汇报实验方案】具体方案见表4。表4学生汇报围绕SO2展开的命题小组123456围绕SO2展开的命题盛放活性炭的仪器名称（三颈烧瓶）丙中冷凝管中的冷凝水入口和出口分别是（从a进b出）如何控制反应物比例相等（使乙、丁导管口产生气泡的速率相等）戊装置上方分液漏斗中最好选用什么试剂（饱和食盐水）装置乙和丁盛放什么试剂，原因是什么（浓硫酸，防止硫酰氯遇潮湿空气发生反应）潮湿氯气和SO2发生反应的化学方程式（Cl2+SO2+2H2O=2HCl+H2SO4）【评价任务2】诊断并发展学生“证据推理和模型认知”“实验探究和创新意识”的素养。利用硫的“价类”二维图设计制备SO2气体可能的方程式，从而建立无机物转化的一般思路和方法的模型。通过制备SO2气体的一般装置强化和巩固高考中气体制备的经典装置，学生更透彻地理解了实验装置和实验原理。给出信息，通过“你问，我答”活动，学生从命题人的角度设置题目，小组之间进行 37SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验教学案例基于培养“科学探究与创新意识”的教学设计以“含氯消毒剂”为例易富饶1，戴立辉2（1.宁乡第一中学，湖南长沙 410299；2.常德市第一中学，湖南常德 415099）摘要：基于发展学生的“科学探究与创新意识”，设计一堂以含氯消毒剂为主题内容的课。引导学生设计实验方案，探究浓度、酸碱性对84消毒液消毒效果的影响，激发学生的问题意识、证据意识、探究意识。利用氧化还原反应认识化学世界，逐步揭示消毒本质，凸显化学物质的社会价值，体现社会责任感。关键词：科学探究；创新意识；问题意识；证据意识；教学设计DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.07.013“科学探究与创新意识”是高中化学学科核心素养的“大概念”，其本质意蕴是科学实践。在化学实验探究中，要让学生生长出问题意识、证据意识、探究意识，引导学生热衷于揭示化学学科的本质。含氯消毒剂是生活中常见的消毒剂，应用广泛。以含氯消毒剂为情境，进行教学设计，引导学生进行科学探究，在活动中发展素养，体现化学学科的育人价值和社会价值1。1教材分析本课内容是在高一学生掌握了氯气及其性质之后，以“含氯消毒剂”为主题的一堂课。含氯消毒剂是氯气的性质的延伸，教材介绍了漂白液、漂白粉的制备，并对其用途有所介绍，但并未深入。元素知识是对离子反应、氧化还原反应理论的拓展延伸，为后续元素周期表、元素周期律学习作铺垫，具有承上启下的作用。2学情分析学生在学习了离子反应、氧化还原反应后，进入到元素的学习，先是Na、Cl，然后进入高中化学较难的知识点物质的量学习，而后进入铁的学习，元素周期表、元素周期律的学习。不难看出，先学习Na、Cl具有很好的缓冲作用，氯及其化合物的学习是为了进一步学习离子反应、氧化还原反应，起到了积极巩固的作用，同时展示了化学学科价值。学生在刚学完离子反应、氧化还原反应后，对这两部分内容的掌握程度有限，缺乏丰富的元素知识，而Na、Cl相关内容的编排解决了这一问题。3素养目标（1）通过含氯消毒剂的学习，提升学生对化学价值的认识。（2）通过学习含氯消毒剂的消毒原理，理解消毒剂消毒过程的微观变化，宏微结合认识化学现象与本质。（3）能够运用氧化还原反应原理，分析含氯消毒剂，凸显化学学科的学科价值，渗透模型认知与证据推理的核心素养。（4）通过引导学生讨论，设计实验探究浓度、酸碱性对含氯消毒剂的消毒效率的影响，提升学生科学探究能力，培养创新意识，并构建探究实验的模型认知。（5）通过分析含氯消毒剂，最终形成对化学的社会价值的认识，渗透社会责任与科学精神的核心素养。（6）通过含氯消毒剂等消毒剂的扩展，提升学生推理论证、解决实际问题的能力。4教学重点（1）微观探析消毒剂的原理，并能运用符号表征。（2）设计实验方案探究影响消毒液消毒效率的因素，并能描述实验现象，同时给予符号表征。（3）能够正确认识化学物质的两面性，逐步形成辨证分析、解决实际问题的能力，同时培养正确的社会责任、价值取向。（4）能够运用理论正确地选择实验方案，初步掌握抢答，课堂气氛较活跃，既提高了学生对化学的学习兴趣，又强化了学生对知识点的整合。3.3总结检测物质含量的一般方法【学习任务3】在食品加工领域，各国都规定了葡萄酒中SO2的最高限量。我国GB/T 1503794规定：葡萄酒中游离SO2含量不得高于50 mg/L，总SO2含量不得高于250 mg/L4。检测SO2的含量是葡萄酒厂和相关质检部门的重要工作。你认为哪些化学反应（或方法）可用于检测葡萄酒中SO2的含量？【微课播放】葡萄酒中的SO2包括游离的和结合的，视频播放检测葡萄酒中SO2含量实验，包括预处理和测定过程。【评价任务3】诊断并发展学生“实验探究和创新意识”“科学态度和社会责任”的素养。通过实际情境真实地模拟葡萄酒中的SO2含量的测定，结合微课解释实验原理以及步骤，学生在教师提示下进行滴定实验操作，一是通过实验操作，对滴定管的操作更加熟练；二是在实际的测定过程中，实际操作要比理论复杂，帮助学生理解操作步骤的目的；三是通过对数据的处理，提高在滴定实验中的计算能力。3.4发展学生的高阶思维【学习任务4】有些人对SO2有过敏反应，出现头痛症状。因此，研究人员希望找到能够替代SO2的物质。你认为替代物质需要满足哪些要求？【学生汇报结果】第一，可以作为保护剂添加到葡萄酒中，可以杀死葡萄皮表面的杂菌。第二，它又是一种抗氧化剂，在保护酒液的天然水果特性的同时防止酒液老化。【评价任务4】诊断并发展学生逻辑思维和整合应用知识的能力。通过理解替代物质需要满足的要求，进而讨论理论上可以替代SO2的物质，为研究人员提供参考，增强了学生应用知识解决问题的成就感和学习的兴趣。4教学反思（1）教学过程中注重真实问题情境的创设。以葡萄酒标签上的SO2引入课题，激发学生的求知欲。学生对SO2的认识原先停留在SO2是有毒的污染环境的气体，课题的展开折射出SO2的正能量。这一真实问题情境的创设，使学生认识到化学对人类生活影响的两面性，用辩证的眼光来全面看待化学。（2）教学过程中注重真实问题解决的学习方式。SO2为什么能够解决酿酒中的两大难题，展开对SO2性质的复习；在葡萄汁发酵过程中，产生的SO2不能完全解决问题，需要额外添加，展开对SO2制备的原理和装置图的探究；葡萄酒中SO2含量有上限规定，展开对SO2含量测定的方法和相关的化学反应的讨论；有些人对SO2会有不良的反应，展开对SO2替代物质需要满足哪些要求的交流。学生在整个学习的过程中经历的是完整的问题研究和解决问题的过程，强化了在高三复习课中对高中化学知识的融合与应用，更是为高中无机物质性质的复习指明了方向，明确了一般的思路和方法。（3）教学过程中模型的构建。高中化学知识点多而散，很难有效地掌握学习的关键，因此，模型构建在化学学习的过程中起到关键的作用。通过巩固SO2性质，构建物质性质的模型；通过讨论 SO2气体制备的原理和装置，构建化学课中实验室制备气体的综合实验命题的基本模型；通过强化“价类”二维图，构建无机物转换的一般模型；通过检测SO2含量，构建滴定实验中定量计算的模型。（4）教学要注重学生分组活动，发展核心素养。学生进行组内讨论、组间评价活动，学习SO2性质和制备的探究。实验方案的设计、实验的过程以及实验的评价等活动，促进了学生对化学知识的深度学习。“你问，我答”活动，让学生从命题人的角度命制题目；让学生脑洞全开思考设计符合高考题型和与高考难度相当的题型，整合了化学知识间的联系，很大程度上提高了化学课堂的效率，同时发展了学生实验探究和创新意识等化学核心素养。参考文献1 教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）S.北京：人民教育出版社，2018.2 王磊.基于化学学科的项目式教学探索：历程、收获、反思和展望 J.教育，2019（48）：4-6.3 张建阳，王延.以“项目式学习”提高高三学生化学学科能力的实践 J.化学教与学，2019（6）：56-59.4 曾庆孝.食品加工与保藏原理 M.第3版.北京：化学工业出版社，2015.38