利用数字化实验发展学生化学学科核心素养——以“苯酚的弱酸性”教学为例.pdf

88化学教与3年第1 2 期化学教与学实验教学研究利用数字化实验发展学生化学学科核心素养以“苯酚的弱酸性 教学为例赵晓倩！高一雯！奚依?孙艳涛（1.吉林师范大学化学学院吉林四平136000；2.辽源市老年大学吉林辽源136200)摘要：以高中化学“苯酚的弱酸性”教学为例，在传统实验无法满足教学要求的情况下，借助数字化仪器验证苯酚的弱酸性，探究苯酚与石蕊反应的过程及实质，力求通过数字化实验帮助学生更深入理解苯酚的弱酸性，发展学生的化学学科核心素养。关键词：苯酚：弱酸性；数字化实验；化学学科核心素养文章编号：1 0 0 8-0 5 46(2 0 2 3)1 2-0 0 8 8-0 3中图分类号：G632.41文献标识码：Bdoi:10.3969/j.issn.1008-0546.2023.12.019一、引言普通高中化学课程标准（2 0 1 7 年版2 0 2 0 年修订）凝练了化学学科核心素养，提出了将发展学生的化学学科核心素养作为高中化学课程教学任务，规定了学生必做实验；还指出了将数字化实验引人化学教材,充分发挥现代信息技术对实验教学的作用。I数字化实验是指利用传感器、数据采集器和计算机及相应软件进行的实验。2 与传统实验相比，数字化仪器具有省时、直观、精准和自动化等特点，能完成传统实验手段做不好和做不出的实验。本文以“苯酚的弱酸性”教学为例，阐述如何利用数字化实验，发展学生化学学科核心素养。二、设计思路苯酚是人教版高中化学选修5 有机化学基础第三章第一节“醇酚”的内容。苯酚是最简单的一元酚，苯酚的弱酸性又是教学重难点，因此掌握其性质尤为重要。3 大多数教师在讲解苯酚的酸性时,采用氢氧化钠溶液可使苯酚悬浊液变澄清的实验现象来验证。然而，当苯酚浓度过小时，利用上述酸碱反应则无法证明苯酚的酸性。此外，许多教师在介绍苯酚的化学性质时，常常表述为“苯酚的酸性很弱，不能使石蕊试剂变红”，而未对反应的实质进行深人阐述，学生往往会理解为“苯酚的酸性很弱，无法与石蕊发生反应”。4-6 因*通讯联系人，E-mail：1 5 5 0 43 41 8 1 9 1 6 3.c o m此，我们采用酸度计实时显示的数据信息，证明苯酚具有弱酸性，并利用紫外分光光度计实时采集的图像信息，探究苯酚与石蕊反应的过程及实质。通过自主学习、小组合作、实验探究和汇报分享环节，加深学生对理论知识的理解，促进化学学科核心素养的形成。三、教学过程1.环节1：微课自学苯酚结构及物理性质【汇报交流】课前，同学们观看微课视频，自主学习了苯酚的物理性质及结构（如表1 和表2 所示），对教师的预留任务进行汇报。表1苯酚的物理性质颜色、状态气味溶解度熔点毒性白色晶体特殊气味9.3g(室温）43有毒表2苯酚的结构分子式结构简式官能团OHOHC.H.OHC-CCH简写为-OH(酚羟基)HCCH【设计意图】将信息技术引入课堂教学中，使学生通过自主学习，掌握苯酚的物理性质及结构，构建“符号表征 模型，形成“模型认知 的化学学科核心素养。7 2.环节2：比较醇、酚结构异同，推测苯酚的化学性质【教师】上节课我们学习了乙醇的结构与性质，请89化学教与2023年第1 2 期化学教与学实验教学研究同学们比较乙醇和苯酚的结构，试推测两者在性质上的差异。【学生】两者的相同之处是都存在羟基；不同之处在于乙醇中羟基与烃基相连，而苯酚中羟基直接与苯环相连，导致两者性质上的差异。【教师】由于苯酚中羟基和苯环直接相连，两者之间存在相互作用,使酚羟基在性质上与醇羟基有所差异。8 苯环使羟基中O-H极性增大,易电离出H*,使苯酚显弱酸性。9 OH【板书】苯酚的弱酸性：H+【设计意图】对比分析苯酚与乙醇的结构差异，使学生理解“基团间的相互影响”事实，形成“官能团决定有机物性质”的思维模型，发展学生“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。3.环节3：传统实验验证苯酚的酸性【教师】请同学们根据下列实验仪器和药品，设计实验方案验证苯酚的酸性。完成实验后，每组根据实验现象进行组内讨论，由小组代表总结发言。注意：由于苯酚有毒，对皮肤有腐蚀性，同学们在分组探究实验中要小心，如不慎沾到皮肤上，应立即用酒精擦拭。【仪器与试剂】烧杯、试管、胶头滴管、量筒、饱和苯酚溶液（悬浊液）、0.1 molL-NaOH溶液和紫色石蕊试剂。表3验证苯酚的酸性实验过程表学生实验操作实验现象实验结果小组向盛有1.5 mL饱苯酚悬浊液和苯酚溶液（悬浊变澄清，证液）的试管中加人A组明苯酚具有1.5mLNaOH溶学生酸性。液。向盛有1.5 mL饱紫色石蕊试和苯酚溶液（悬浊剂未变红，液）的试管中滴加B组证明苯酚不1.5mL紫色石蕊学生具有酸性。试剂。【原理分析】A组学生利用酸碱中和反应验证苯酚的酸性：通过观察苯酚悬浊液与氢氧化钠溶液反应后是否变澄清,验证苯酚的酸性。B组学生利用酸碱指示剂验证苯酚的酸性：通过观察向苯酚溶液中滴加石蕊试剂后溶液是否变红变红，验证苯酚的酸性。根据资料显示，苯酚俗称石炭酸，具有弱酸性，但由于苯酚的酸性太弱了，不能使石蕊变红色。【设计意图】引导学生自主设计实验方案并探究，根据实验现象进行推理论证，培养学生“证据推理”的化学学科核心素养。4.环节4：利用酸度计验证苯酚的弱酸性【教师 在验证苯酚显酸性的酸碱反应中,如果将饱和苯酚溶液（悬浊液）换成0.1 molL-1苯酚溶液（澄清透明），将无法通过溶液由悬浊变澄清的实验现象验证苯酚的酸性。我们可以借助数字化仪器一一酸度计进行实验，简单、快速地验证苯酚具有酸性，且具有弱酸性。【微课展示】介绍酸度计的使用原理、方法。请同学们利用酸度计自主设计证明苯酚具有弱酸性的实验方案，并进行实验验证。【实验过程】使用酸度计（如图1 所示），分别测量下列溶液pH:0.1 m o l L苯酚溶液；0.1 molL-1NaOH溶液;1 mL0.1molL-NaOH溶液和1 mL0.1molL-苯酚溶液的混合液。【实验结果】号溶液pH=5.50,可知苯酚显酸性；号溶液pH=12.42，可知氢氧化钠显碱性；号溶液pH=9.09,可知苯酚钠显碱性，为强碱弱酸盐，说明苯酚为弱酸性。图1酸度计测定溶液的pH【设计意图】培养学生从问题出发，自主设计实验方案进行探究，发展学生“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养。5.环节5：利用紫外分光光度计探究苯酚与石蕊的反应过程及实质90化学教与学实验教学研究【教师】酸度计可以验证苯酚具有弱酸性，但我们却没有观察到苯酚使石蕊变色的现象，那么苯酚与石蕊是否可以发生化学反应？是否如资料所说“苯酚的酸性太弱，不能使石蕊变色”？【微课展示】介绍紫外分光光度计的使用原理、方法。请同学们利用紫外分光光度计，自主设计实验方表4苯酚与石蕊反应的探究实验操作实验数据实验结果V*酶/mLV永/mLV右#/mLA04.50.50.8390.14.40.50.7870.34.20.50.7150.73.80.50.6421.53.00.50.5892.52.00.50.542混合液中，随着苯酚浓度的在相同浓度的石蕊试剂中，加3.51.00.50.5054.10.40.50.481增加，石蕊在5 7 6 nm处的特入不同体积的饱和苯酚溶液，4.500.50.480征吸光度值逐渐降低。绘制混合溶液的紫外-可见吸0.877收光谱图，记录在5 7 6 nm处的0.600当苯酚与石蕊的体积比为吸光度值，观察分析曲线的变0.4008：1 时，反应基本达到饱和，吸化规律。0.200光度值不再有变化。0.117468.74550.00668.26波长/nm局部紫外-可见吸收光谱案，验证苯酚是否与石蕊发生反应。【教师】通过紫外分光光度计，我们观察到苯酚与石蕊发生了化学反应（如表4所示）。传统实验没有观察到变色现象主要因为紫色石蕊试剂的变色范围是pH4.58.3，当pH8.3溶液呈蓝色。0.1 molL的苯酚溶液pH4.5,所以不能使紫色石蕊试剂变红。【设计意图】利用紫外分光光度计记录苯酚与石蕊发生反应的过程，使学生深刻理解苯酚的酸性弱，无法使石蕊变红。提升学生实验探究能力，改变认知方式，发展学生“宏观辨识与微观探析”的化学学科核心素养。四、结论在传统实验方法做不好或做不出的情况下，将数字化技术手段引人高中化学教学中，通过pH值的直观呈现,验证了苯酚的弱酸性;将苯酚与石蕊试剂的反应过程以吸光度变化的曲线形式展现，让学生能清晰地了解其反应实质,帮助学生理解苯酚的酸性很弱,虽与紫色石蕊反应但无法观察到反应后的颜色变化，极大地促进了学生化学学科核心素养的发展。我们相信，数字化实验技术在更新化学知识、促进知识理解、改进实验方法和创新教学模式等方面会发挥更大的作用。参考文献1皇甫倩.基于化学学科核心素养的课程学习诊断J.教学与管理,2 0 1 8（2 2）：47-5 0.2朱鹏飞，马宏佳.利用数字化实验发展学生化学学科核心素养 J.中小学数字化教学，2 0 1 8(7)：4-7.3胡绍平.“苯酚 教学设计 J.化学教育（中英文）,2 0 1 0，31(S2):57-60.4顾敏倩.“苯酚的性质”的情境式教学 J.中学化学教学参考,2 0 1 8(2 0):2 1-2 3.5李春燕，李发顺。从苯酚软膏说起“苯酚的性质和应用 教学与思考 J.化学教育（中英文）,2 0 1 4,3 5（1 7)：8-1 2.6王福成，李鹏，李向红，李冬.基于有机物结构与性质认知模型的教学设计一一以“苯酚滴耳液成份的探究”为例J.化学教与学,2 0 1 8(1 0):6 8-7 1.7吴君磊.基于发展学生“模型认知”素养的教学设计以苏教版“苯酚的性质和应用”为例 J.化学教与学，2018(1):25-28.8胡瑞.浅谈“实验探究式”教学模式在有机化学苯酚教学中的运用 J.科学咨询（科技管理）,2 0 1 5(2)：1 0 9-1 1 0.9张水强，潘丹.基于化学核心素养的信息技术与化学学科教学的有效整合一人教版高中化学“苯酚”教学实录J.江西教育,2 0 1 7(2 0):2 5-2 7.化学教与学2 0 2 3 年第1 2 期