高中化學(xué)“硫的單質(zhì)及化合物”的項(xiàng)目式教學(xué)

湯群

摘要： ?“探究葡萄酒中的二氧化硫”的項(xiàng)目式教學(xué)由真實(shí)的問題情境引入，分成四個(gè)核心任務(wù)，以問題為驅(qū)動(dòng)，帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行多樣化的活動(dòng)，對(duì)葡萄酒中二氧化硫的作用、制備及含量測(cè)定進(jìn)行探究。在活動(dòng)過程中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)多角度思考問題，自主運(yùn)用價(jià)-類二維的元素化學(xué)認(rèn)知模型解決相關(guān)的物質(zhì)轉(zhuǎn)化問題，讓元素化學(xué)認(rèn)知思路結(jié)構(gòu)化，提升研究物質(zhì)性質(zhì)與轉(zhuǎn)化的能力，最終形成能遷移應(yīng)用的問題解決思路和認(rèn)知模型。

關(guān)鍵詞： ?項(xiàng)目式教學(xué); 二氧化硫; 價(jià) 類二維模型; 認(rèn)知模型

文章編號(hào)： ?1005 6629（2022）08 0047 06

中圖分類號(hào)： ?G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： ?B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡(jiǎn)稱“課程標(biāo)準(zhǔn)”）提出，化學(xué)教學(xué)要以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，開展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力[1]。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（PBL）是一種系統(tǒng)的學(xué)習(xí)組織形式，學(xué)生通過經(jīng)歷事先精心設(shè)計(jì)的項(xiàng)目和一連串任務(wù)，在復(fù)雜、真實(shí)和充滿問題的學(xué)習(xí)情境中持續(xù)探索和學(xué)習(xí)，從而獲取需要的知識(shí)，解決項(xiàng)目中的問題，實(shí)現(xiàn)有意義的學(xué)習(xí)[2]。因此，項(xiàng)目式教學(xué)被認(rèn)為是最具有核心素養(yǎng)融合發(fā)展效力的教學(xué)方式。本項(xiàng)目式教學(xué)是“硫的單質(zhì)及化合物”單元綜合活動(dòng)課，是對(duì)相關(guān)的化學(xué)知識(shí)、認(rèn)識(shí)思路及學(xué)科觀念進(jìn)行結(jié)構(gòu)化的一次嘗試。本項(xiàng)目對(duì)情境、活動(dòng)和問題解決進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，通過多樣化的活動(dòng)，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，激發(fā)深度學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生在解決“真問題”中培養(yǎng)“真能力”，最終促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

1 項(xiàng)目主題內(nèi)容分析

“硫的單質(zhì)及化合物”是高中必修課程主題2中“非金屬 及其化合物”的主要內(nèi)容之一，是高中元素 化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容，涉及的元素化合物種類繁多、性質(zhì)瑣碎、反應(yīng)規(guī)律復(fù)雜，導(dǎo)致很多學(xué)生前學(xué)后忘，產(chǎn)生畏難情緒。以含硫物質(zhì)家族的核心物質(zhì)——二氧化硫?yàn)椤爸c(diǎn)”，將次要的非本質(zhì)的信息濾去，使重要的本質(zhì)性知識(shí)形成清晰的物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，納入學(xué)生已有的知識(shí)體系中，撬動(dòng)本單元的復(fù)習(xí)，可以大大提高他們學(xué)習(xí)的有效性。

本項(xiàng)目式教學(xué)“探究葡萄酒中的二氧化硫”利用物質(zhì)類別通性、氧化還原反應(yīng)、定量實(shí)驗(yàn)等核心知識(shí)探究二氧化硫在葡萄酒中的作用、制備方法及含量測(cè)定等問題。在探究葡萄酒中的二氧化硫的制備方法時(shí)，啟發(fā)學(xué)生從價(jià)態(tài)和物質(zhì)類別兩個(gè)角度選取合適的試劑，把其他含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化硫，以培養(yǎng)學(xué)生利用價(jià) 類二維模型認(rèn)識(shí)物質(zhì)轉(zhuǎn)化的能力。在制定二氧化硫含量測(cè)定方案時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生自主調(diào)用價(jià)-類二維模型把二氧化硫轉(zhuǎn)化為其他含硫物質(zhì)進(jìn)行檢驗(yàn)，發(fā)展學(xué)生對(duì)價(jià)-類二維模型的遷移應(yīng)用能力，以解決復(fù)雜未知的實(shí)際問題，使知識(shí)意義化、功能化和素養(yǎng)化。深入理解二氧化硫和其他含硫物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系，構(gòu)建物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的知識(shí)網(wǎng)絡(luò)，使得復(fù)雜、細(xì)碎的硫的單質(zhì)及其化合物知識(shí)結(jié)構(gòu)化和更具整體性，有利于學(xué)生增強(qiáng)“元素觀”“分類觀”“變化觀”等化學(xué)觀念，提升元素化學(xué)的模型認(rèn)知。此外，本項(xiàng)目可以幫助學(xué)生認(rèn)識(shí)到除了大氣污染物的身份外，二氧化硫在生產(chǎn)生活中還發(fā)揮著眾多的積極作用，有利于學(xué)生體會(huì)化學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)生活的學(xué)科價(jià)值，學(xué)會(huì)辯證看待含硫物質(zhì)的“好壞”，培養(yǎng)良好的“科學(xué)態(tài)度”。

本項(xiàng)目式教學(xué)課前布置學(xué)生分組自釀葡萄酒，課中設(shè)置環(huán)環(huán)相扣的四個(gè)核心任務(wù)，分兩個(gè)課時(shí)完成。第1課時(shí)探討葡萄酒中二氧化硫的作用、探究二氧化硫制備方法、制定二氧化硫含量測(cè)定方案;第2課時(shí)實(shí)驗(yàn)測(cè)定葡萄酒中二氧化硫含量，可以滿足對(duì)化學(xué)學(xué)科有進(jìn)一步發(fā)展需求的學(xué)生。本項(xiàng)目中四個(gè)核心任務(wù)及其涉及的能力活動(dòng)和知識(shí)進(jìn)階如圖1所示。

2 項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

（1） 能從物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)的角度，鞏固硫的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化，提升氧化還原理論的應(yīng)用，形成結(jié)構(gòu)化的知識(shí)體系，感悟通過模型認(rèn)識(shí)物質(zhì)世界的方法。

（2） 能利用硫的單質(zhì)及其化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化關(guān)系，設(shè)計(jì)制備、分離、檢驗(yàn)等任務(wù)方案，通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，掌握探究物質(zhì)性質(zhì)的一般方法，結(jié)合真實(shí)情境發(fā)現(xiàn)問題，分析問題，解決問題。

（3） 了解硫的單質(zhì)及其化合物的應(yīng)用對(duì)社會(huì)發(fā)展的價(jià)值，提升化學(xué)學(xué)科認(rèn)同感，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

3 項(xiàng)目任務(wù)及教學(xué)流程

本項(xiàng)目設(shè)置四個(gè)階梯式漸進(jìn)任務(wù)，以問題為驅(qū)動(dòng)，以一系列豐富的活動(dòng)為載體，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，在活動(dòng)中把知識(shí)轉(zhuǎn)化為能力，實(shí)現(xiàn)真實(shí)情境下復(fù)雜化學(xué)問題的解決，最終提升化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。四個(gè)核心任務(wù)、問題驅(qū)動(dòng)線及活動(dòng)線如圖2所示。

4 項(xiàng)目實(shí)施過程主要環(huán)節(jié)分析

4.1 創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，引出二氧化硫在葡萄酒中不可替代的作用

[學(xué)生]展示自釀葡萄酒，分享主要問題（長(zhǎng)毛、口感不好，有酸澀味……）。

[教師]展示多種品牌的葡萄酒標(biāo)簽，引導(dǎo)學(xué)生找出其中的奧秘。

[學(xué)生]發(fā)現(xiàn)輔料上都有添加二氧化硫或者偏重亞硫酸鉀。

[核心問題]工業(yè)制葡萄酒為何要添加二氧化硫或者偏重亞硫酸鉀？

[資料1]偏重亞硫酸鉀（K2S2O5）的介紹。

[學(xué)生]閱讀資料， 了解偏重亞硫酸鉀在葡萄酒中 最終轉(zhuǎn)化為二氧化硫。

[學(xué)生] 查閱文獻(xiàn)，了解二氧化硫在葡萄酒中的作用。

[師生]學(xué)習(xí)理解二氧化硫的性質(zhì)和在葡萄酒中用途的關(guān)系，總結(jié)如圖3所示。

設(shè)計(jì)意圖： ?讓學(xué)生課前自釀葡萄酒，通過真實(shí)的體驗(yàn)激發(fā)學(xué)生探究的興趣。通過問題鏈，把真實(shí)的問題情境轉(zhuǎn)化為學(xué)科問題，最后聚焦核心物質(zhì)二氧化硫。通過探討二氧化硫在葡萄酒中的作用與其性質(zhì)的關(guān)系，建立物質(zhì)性質(zhì)決定用途的化學(xué)觀念，體會(huì)化學(xué)與生活緊密相關(guān)，感受“從生活走向化學(xué)，從化學(xué)走向社會(huì)”的理念。

4.2 探究制備二氧化硫的原料來源及相應(yīng)的制備原理

4.2.1 討論二氧化硫的制備原理及書寫相應(yīng)的化學(xué)方程式

[問題]如何在葡萄酒中添加二氧化硫？

[學(xué)生]有物理方法（如直接加入液化二氧化硫或充氣體）和化學(xué)方法。

[核心問題]化學(xué)方法中，二氧化硫原料來源有哪些？制備原理是什么？如何才能快速列出各種化學(xué)制備方法呢？

[學(xué)生]可以利用含硫物質(zhì)的價(jià)-類二維圖。

[師生]探討含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化硫的價(jià)-類二維轉(zhuǎn)化思路（圖4）。

[教師]根據(jù)含硫物質(zhì)價(jià)-類二維的轉(zhuǎn)化思路，寫出所用試劑及反應(yīng)的化學(xué)方程式。

[學(xué)生] 討論并完善含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為二氧化硫的轉(zhuǎn)化路徑，書寫所用試劑及方程式，總結(jié)如表1所示。

4.2.2 討論制備二氧化硫方法的優(yōu)劣性

[核心問題]上述各種制備方法各有哪些優(yōu)劣性？從原料是否廉價(jià)易得、原子利用率高低、制備是否方便等方面思考。

[學(xué)生]交流討論。

[總結(jié)]葡萄酒中直接添加液態(tài)的二氧化硫操作方便，吸收完全，是當(dāng)前葡萄酒廠最常用的方法。偏重亞硫酸鉀可作為葡萄酒輔料提供二氧化硫，但是它不易保存，易被氧化而失效，目前只有一些規(guī)模小的酒廠，圖其添加方便仍在使用。

設(shè)計(jì)意圖： 探討制備葡萄酒中SO2的原料來源及原理，引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用含硫物質(zhì)價(jià)-類二維圖，設(shè)計(jì)其他含硫物質(zhì)轉(zhuǎn)化為SO2的路徑，幫助學(xué)生增強(qiáng)價(jià)-類二維模型認(rèn)知能力和變化觀念。通過制備原理方程式的書寫及制備方法優(yōu)劣性的探討，外顯學(xué)生的思維過程，提升學(xué)生多角度看問題的能力，感受化學(xué)指導(dǎo)生產(chǎn)生活的意義。

4.3 探究葡萄酒中的二氧化硫含量的測(cè)定方案

4.3.1 探討亞硫酸溶液中二氧化硫含量的測(cè)定方法

[資料2]國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)對(duì)葡萄酒中SO2含量的規(guī)定[3]。

[資料3] 葡萄酒中二氧化硫含量過多過少的危害[4]。

[學(xué)生]閱讀資料2和資料3。

[過渡]為確保葡萄酒廠釀制的二氧化硫含量在允許的范圍內(nèi)，出廠前葡萄酒需進(jìn)行含量檢測(cè)。

[核心問題]如何定量測(cè)定H2SO3溶液中的SO2含量？（若不方便直接測(cè)定，可以把該物質(zhì)轉(zhuǎn)化為其他物質(zhì)進(jìn)行測(cè)定）

[學(xué)生]自主應(yīng)用含硫物質(zhì)的價(jià)-類二維圖，探討二氧化硫轉(zhuǎn)化為其他含硫物質(zhì)的轉(zhuǎn)化思路（圖5）。

[學(xué)生] 討論并完善測(cè)定亞硫酸中SO2含量的反應(yīng)原理、測(cè)定物理量及對(duì)應(yīng)的定量方法，總結(jié)如表2所示。

[師生]評(píng)價(jià)各種測(cè)定方法的優(yōu)劣性。

[總結(jié)]利用價(jià) 類二維圖（圖6）探討二氧化硫和其他含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化，可以延伸至其他含硫物質(zhì)間的相互轉(zhuǎn)化，把自然界中的硫轉(zhuǎn)化為生產(chǎn)生活需要的含硫物質(zhì)，也可以把生產(chǎn)生活中產(chǎn)生的含硫污染物轉(zhuǎn)化為其他含硫物質(zhì)，消除污染（例如酸雨），甚至變廢為寶。

設(shè)計(jì)意圖： 設(shè)置探究二氧化硫轉(zhuǎn)化為其他含硫物質(zhì)與反過來利用其他含硫物質(zhì)制備二氧化硫的兩個(gè)核心活動(dòng)，以二氧化硫?yàn)橹c(diǎn)，從點(diǎn)到線及面，撬動(dòng)本單元的復(fù)習(xí)，把含硫物質(zhì)的相互轉(zhuǎn)化整體化、結(jié)構(gòu)化和功能化，以提升學(xué)生自主運(yùn)用價(jià)-類二維認(rèn)知模型解決問題的能力。通過師生共同總結(jié)含硫物質(zhì)價(jià)-類二維圖的廣泛應(yīng)用，讓學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)學(xué)科的價(jià)值，感受其獨(dú)特的魅力。

4.3.2 探討葡萄酒中二氧化硫含量的測(cè)定方法

[核心問題]葡萄酒中的SO2和亞硫酸水溶液中的SO2含量測(cè)定有差異嗎？如何優(yōu)化？

[師生]對(duì)比SO2在葡萄酒與亞硫酸中的情境差異并優(yōu)化測(cè)定方案，分析總結(jié)如圖7所示。

[資料4]食品安全國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)（食品中二氧化硫的測(cè)定）[5]。

[知識(shí)拓展]除國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)采用的滴定法，還可采用離子色譜法、鹽酸副玫瑰苯胺紫外分光比色法測(cè)定二氧化硫的含量。

設(shè)計(jì)意圖： 對(duì)比SO2在葡萄酒與亞硫酸溶液中的情境差異，找出問題解決的關(guān)鍵點(diǎn)，最終優(yōu)化方案，增強(qiáng)建構(gòu)解決復(fù)雜化學(xué)問題的思維能力。通過介紹其他測(cè)定二氧化硫的先進(jìn)化學(xué)技術(shù)與設(shè)備等延伸知識(shí)，拓展學(xué)生更廣闊的視野。

5 教學(xué)反思與成果

5.1 項(xiàng)目式教學(xué)需設(shè)置真實(shí)的問題情境

本項(xiàng)目式活動(dòng)課中設(shè)置的四個(gè)核心任務(wù)都是基于真實(shí)的問題情境。真實(shí)的問題情境，把知識(shí)與實(shí)際生活建立起聯(lián)系，大大激發(fā)了學(xué)生主動(dòng)參與探究和解決問題的興趣。在本項(xiàng)目實(shí)踐活動(dòng)中，學(xué)生分小組自釀葡萄酒，對(duì)成功釀制葡萄美酒并不容易有了親身的體會(huì)。一位學(xué)生說“我們小組嚴(yán)格參照網(wǎng)上視頻步驟操作，可惜并沒有釀成預(yù)期的美酒。我們特別想知道怎樣才能釀造出理想的葡萄酒”。

本項(xiàng)目設(shè)置的四個(gè)核心任務(wù)，由淺入深、環(huán)環(huán)相扣，但又具有一定的開放性，把情境體驗(yàn)和知識(shí)學(xué)習(xí)聯(lián)系起來，讓學(xué)生浸潤(rùn)在不斷“發(fā)現(xiàn)問題→探索問題→解決問題”的過程中，發(fā)展“結(jié)構(gòu)化”的化學(xué)思維，固化元素化學(xué)的價(jià) 類二維認(rèn)知模型，提升解決復(fù)雜的元素化學(xué)問題的思維模型認(rèn)知水平，為化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)的形成和發(fā)展提供重要的載體。

5.2 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)需設(shè)置聚焦問題解決的多樣性活動(dòng)

在發(fā)揮學(xué)生主體作用的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，具有良好體驗(yàn)性和過程性的各種活動(dòng)能大大激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。而聚焦問題解決的探究活動(dòng)，能更好地讓學(xué)生深入理解和靈活運(yùn)用知識(shí)，主動(dòng)建構(gòu)和遷移認(rèn)知思路，從而產(chǎn)生創(chuàng)新性的解決方案，實(shí)現(xiàn)真實(shí)問題的高效解決，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

在該項(xiàng)目中，學(xué)生經(jīng)歷了分組自制葡萄酒、制作ppt、查閱資料、交流討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、辨析方案的優(yōu)劣、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)等一系列有梯度有廣度的活動(dòng)，發(fā)展了分析、設(shè)計(jì)、評(píng)價(jià)、反思、批判等高階思維，提升了團(tuán)隊(duì)協(xié)作、語言表達(dá)、信息搜索、信息篩選、實(shí)驗(yàn)操作、創(chuàng)新創(chuàng)造的多種能力。聚焦問題解決的多樣性活動(dòng)，優(yōu)化了學(xué)生的認(rèn)知結(jié)構(gòu)和認(rèn)知路徑，不但實(shí)現(xiàn)了對(duì)知識(shí)的深度理解，提升了能力，同時(shí)也體會(huì)到了學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的功能價(jià)值。

5.3 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)涉及學(xué)科知識(shí)的綜合應(yīng)用及多種技能訓(xùn)練

本項(xiàng)目式教學(xué)多個(gè)活動(dòng)的開展，除了需要應(yīng)用本單元含硫相關(guān)物質(zhì)的基本知識(shí)，以及氧化還原等基礎(chǔ)理論外，還會(huì)涉及跨單元的有機(jī)化學(xué)知識(shí)（如乙醇的還原性會(huì)影響葡萄酒中二氧化硫的含量檢測(cè)），甚至跨學(xué)科的生物學(xué)知識(shí)（如酶會(huì)促進(jìn)葡萄糖轉(zhuǎn)化為乙醇）。學(xué)生在完成各項(xiàng)任務(wù)時(shí)，通過集體討論、查閱資料、分析問題、設(shè)計(jì)方案、動(dòng)手實(shí)驗(yàn)、處理數(shù)據(jù)、分析誤差等一系列活動(dòng)，能同時(shí)訓(xùn)練和發(fā)展具有遷移應(yīng)用價(jià)值的多種學(xué)習(xí)技能。

5.4 課前“自釀葡萄酒”應(yīng)提示飲用安全風(fēng)險(xiǎn)

學(xué)生自制葡萄酒時(shí)，由于葡萄原料和容器的清潔很難達(dá)到食品和飲料衛(wèi)生學(xué)要求，可能引入其他雜菌（如大腸桿菌等致病菌）和霉菌，在釀制過程中大量繁殖導(dǎo)致總菌落和致病菌超標(biāo)。如果飲用了致病菌超標(biāo)的自制葡萄酒可能會(huì)引起嘔吐、腹瀉等癥狀。在葡萄發(fā)酵過程中還可能產(chǎn)生少量甲醇，也存在飲用安全風(fēng)險(xiǎn)。教師布置任務(wù)時(shí)須提示學(xué)生不要飲用自制的葡萄酒，應(yīng)采取觀察顏色變化、渾濁和霉變情況以及嗅聞的方法來體驗(yàn)葡萄酒釀制過程中的奇妙變化，并思考可能的、相關(guān)的化學(xué)問題。

此外，在教學(xué)中教師也可適當(dāng)提供一些必要的資料并做適當(dāng)拓展，以豐富學(xué)生的知識(shí)、拓展學(xué)生的視野。本項(xiàng)目中，教師提供了葡萄酒中SO2含量的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)測(cè)定方法及其他應(yīng)用先進(jìn)技術(shù)和設(shè)備的測(cè)定方法，幫助學(xué)生認(rèn)知現(xiàn)實(shí)社會(huì)和了解技術(shù)發(fā)展前沿。

本項(xiàng)目式教學(xué)結(jié)束之后，筆者設(shè)置了“如何去除天然氣中的硫化氫”的長(zhǎng)作業(yè)，讓學(xué)生分組從循環(huán)、綠色化學(xué)等角度設(shè)計(jì)解決方案。從學(xué)生提交的設(shè)計(jì)方案來看，學(xué)生在掌握元素化學(xué)核心知識(shí)方面有很大提升，尤其是從類別和氧化還原角度研究物質(zhì)性質(zhì)與轉(zhuǎn)化的思路顯著增強(qiáng);同時(shí)，學(xué)生對(duì)相關(guān)物質(zhì)性質(zhì)的辨析論證能力、對(duì)采納方案原理的分析解釋能力、對(duì)化學(xué)學(xué)科應(yīng)用價(jià)值的思維深度和廣度都有了明顯的拓展。

參考文獻(xiàn)：

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