真實情境：基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計

陳慧敏

摘 要：文章對“二氧化硫的性質(zhì)與應(yīng)用”一課進行教學(xué)設(shè)計，在設(shè)計思路中以葡萄酒中二氧化硫的作用作為真實情境的主線，通過在微型實驗與傳統(tǒng)實驗相結(jié)合中實現(xiàn)師生互動探究的模式，滲透課堂教學(xué)中堅持核心素養(yǎng)為本的教學(xué)理念，實現(xiàn)培養(yǎng)和發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理（價、類—性質(zhì)的關(guān)系）、科學(xué)探究、創(chuàng)新意識（微型實驗、綠色環(huán)保等）、科學(xué)態(tài)度（認識二氧化硫殺菌作用，完善對物質(zhì)的認知）的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：核心素養(yǎng)；真實情境；二氧化硫

高中化學(xué)新課程所秉持的教學(xué)理念及價值旨在幫助學(xué)生適應(yīng)現(xiàn)代生活和對未來發(fā)展的需求，培養(yǎng)學(xué)生具備化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標準（2020版）》指出高中化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)由5個方面組成：宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識和科學(xué)態(tài)度與社會責任[1]。高中化學(xué)課堂是培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的主要載體，通過創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，設(shè)計以化學(xué)實驗為主的探究活動，以促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式、方法的提升，提高學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣與科學(xué)創(chuàng)新的能力。情境是將高中化學(xué)課堂知識轉(zhuǎn)化成化學(xué)核心素養(yǎng)的橋梁，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)需要在真實問題情境中表現(xiàn)出來[2]。

本文以蘇教版必修第一冊“二氧化硫的性質(zhì)與應(yīng)用”為案例，來分析基于真實情境，如何利用課堂教學(xué)滲透培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。

一、教學(xué)分析

高一的學(xué)生在初中時就已經(jīng)學(xué)習(xí)了水和二氧化碳等相關(guān)元素化合物的知識，同時在蘇教版必修一中《二氧化硫的性質(zhì)與作用》被安排在氯、鈉、鎂等元素化合物知識體系之后，結(jié)合學(xué)習(xí)過的氧化還原反應(yīng)相關(guān)知識，學(xué)生在二氧化硫理論知識方面已有一定的基礎(chǔ)。本節(jié)課以學(xué)生所熟悉的葡萄酒入手，以圖片資料的形式展示葡萄酒的配料表中含有二氧化硫，強烈的認知反差——學(xué)生已知二氧化硫是一種污染物，在葡萄酒中還能添加，從而形成的認知反差——可以充分調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)二氧化硫的好奇心與興趣。

二、教學(xué)目標

為達成培養(yǎng)與發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，本課設(shè)計主要從以下幾方面培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)：

1.能基于物質(zhì)類別、元素價態(tài)對二氧化硫的性質(zhì)做出預(yù)測與解釋，利用價、類—性質(zhì)的關(guān)系培養(yǎng)學(xué)生宏觀辨識與證據(jù)推理的素養(yǎng)；

2.通過微型實驗結(jié)合綠色環(huán)保的概念探究二氧化硫的主要化學(xué)性質(zhì)，初步歸納研究物質(zhì)性質(zhì)的方法，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的素養(yǎng)；

3.認識二氧化硫殺菌作用，完善對物質(zhì)的認知培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責任的素養(yǎng)。

三、課堂教學(xué)設(shè)計

確定學(xué)習(xí)主題呈現(xiàn)真實的問題情境，通過小組協(xié)作，圍繞情境展開各具特色的實驗探究，教師再對探究結(jié)果進行有效評價，訓(xùn)練學(xué)生思維，幫助學(xué)生更好地建構(gòu)知識和思維的模型[3]。

教學(xué)過程：

[新課導(dǎo)入]請問孩子們會劃火柴嗎？會的孩子請劃一下，感受下。

[生]劃火柴，扇聞氣味

[師]這個氣味是不是跟我們?nèi)挤艧熁ū駮r聞到的氣味差不多？這是什么原因呢？實際上，火柴頭上的易燃物中含有硫，劃火柴時火柴頭因摩擦溫度升高燃燒。煙花爆竹的主要成分是黑火藥，也含硫黃，所以點燃火柴、燃放爆竹產(chǎn)生的刺激性氣味均是由于硫燃燒生成SO2。

[展示]投影SO2在葡萄酒中的作用

葡萄酒是由葡萄汁發(fā)酵而成的。在釀造葡萄酒的過程中面臨兩大問題：一是在葡萄汁發(fā)酵過程中產(chǎn)生的雜菌會影響葡萄酒的釀造和保存；二是葡萄酒中所含的還原性物質(zhì)一旦被氧化，葡萄酒的果香味就會消失，影響口感。在釀酒實踐中，人們發(fā)現(xiàn)二氧化硫可以解決這兩大問題。

設(shè)計意圖：采用生活小實驗導(dǎo)入教學(xué)，讓學(xué)生通過聞的方式加深對二氧化硫氣味的認識。同時，教師充分利用學(xué)生熟悉的葡萄酒來創(chuàng)設(shè)真實的情境，讓學(xué)生產(chǎn)生認知沖突，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。

任務(wù)：SO2的性質(zhì)探究

[師]為何SO2能夠解決釀酒中的兩大問題？拿出一收集滿SO2的礦泉水瓶。

[生]觀察并小結(jié)SO2的物理性質(zhì)：SO2是一種無色有刺激性氣味的有毒氣體，密度比空氣大。

[師]溶解性怎樣呢？

[生]用20mL針筒打進水，觀察，搖蕩后礦泉水瓶變癟了，還發(fā)出“咔咔”的響聲，

[師]說明：SO2可溶于水。常溫下1體積水可溶解40體積SO2。

設(shè)計意圖：通過與學(xué)生互動的演示實驗，可以觀察到礦泉水瓶癟了，同時發(fā)出“咔咔”的響聲，生動有趣的形象，激發(fā)了學(xué)生的好奇心，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的素養(yǎng)。

[展示]儀器：西林瓶、膠塞、1mL和5mL注射器

試劑：SO2的水溶液、紫色石蕊試液、Ba（OH）2溶液、KMnO4溶液、品紅溶液、H2S溶液、新制氯水、BaCl2溶液

[生]選擇SO2的水溶液、紫色石蕊試液、Ba（OH）2溶液進行試驗?？梢钥吹阶仙镌囈鹤兗t，Ba（OH）2溶液變渾濁。

[師]由此我們可以知道SO2是一個酸性氧化物，與水反應(yīng)會生成相應(yīng)的酸：H2O+SO2H2SO3，能使石蕊試液變紅。

設(shè)計意圖：通過微型實驗，有效地打消學(xué)生對于具有刺激性有毒二氧化硫的顧慮，課堂更環(huán)保，且現(xiàn)象更明顯。同時這樣的設(shè)計讓學(xué)生更直觀地體驗二氧化硫水溶液的酸性。培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的素養(yǎng)。

[展示]投影pH對細菌群增殖的影響曲線圖＆SO2在葡萄酒中的作用（資料卡）

[師]給大家展示的曲線圖是生物書上關(guān)于“酶活性受環(huán)境酸堿性影響”的曲線圖，我們知道細菌也具有酶的結(jié)構(gòu)蛋白質(zhì)，酶在pH過低、過高時都會變性失活。那么SO2使溶液呈酸性對葡萄酒有什么影響？為什么SO2可以解決信息中的第一個問題？

[學(xué)生思考]

[教師說明]其實，在葡萄剛剛榨出汁而酵母還沒開工之前，葡萄汁中天然存在的雜菌就早把葡萄汁破壞掉了，這個時候就需要SO2為其保鮮。當葡萄酒開始發(fā)酵，為了防止酵母把糖分“吃光耗盡”，還要適時終止酵母菌的活動，也需要SO2的幫助。所以，葡萄酒通過用SO2調(diào)節(jié)酸堿度來抑制雜菌生長，可起到防腐、保鮮、增酸的作用。通過剛才的分析知道了SO2是一個酸性氧化物，除外，SO2還有其他一些不同于CO2的特殊性質(zhì)。現(xiàn)在請同學(xué)們利用老師提供的KMnO4溶液、H2S溶液、品紅溶液，各往其中加入1mLSO2的水溶液，看看有何現(xiàn)象？

[師生互動]我們可以發(fā)現(xiàn)，KMnO4溶液褪色了，H2S溶液產(chǎn)生淡黃色沉淀，品紅溶液也褪色了。為什么SO2能使這些溶液發(fā)生這樣的變化，體現(xiàn)了SO2的哪些性質(zhì)呢？（教師通過學(xué)生認識或?qū)W過的含硫元素的化合物知識與學(xué)生共同構(gòu)建“價-類二維圖”。）

[投屏]（價類二維圖）

由價類二維圖可知，SO2中硫元素的價態(tài)為+4價，處于中間價態(tài)，既有可能上升為+6價，也可能降低為0價或-2價，說明SO2體現(xiàn)哪些性質(zhì)？

[生]化合價升高則體現(xiàn)還原性，化合價降低則體現(xiàn)氧化性。

[師]那我們?nèi)绾悟炞CSO2所具有的還原性和氧化性呢？我們所給的試劑中誰可以當氧化劑？KMnO4，觀察到KMnO4顏色褪去了，我們知道KMnO4中紫紅色是由MnO4-中+7價的Mn元素體現(xiàn)的，當Mn不再是以MnO4-存在的話就不會呈現(xiàn)紫紅色，SO2在這個反應(yīng)中若是起到還原劑角色的話，則對應(yīng)產(chǎn)物應(yīng)是SO42-。該如何檢驗SO42-？

[師生互動]借助Ba2+來檢驗，往褪色的KMnO4溶液中加入HCl酸化的BaCl2溶液可觀察到產(chǎn)生白色沉淀。這個白色沉淀不溶于稀鹽酸，就可以說明SO2被氧化，體現(xiàn)了SO2具有還原性。

H2S溶液呈現(xiàn)渾濁，這又是為什么？通過“價類二維關(guān)系”可以發(fā)現(xiàn)，SO2的+4價S和H2S的-2價S之間有可變價態(tài)，所以SO2可與H2S發(fā)生歸中反應(yīng)而共同歸為0價S，生成淡黃色的硫固體單質(zhì)。此時SO2中S的價態(tài)降低，又體現(xiàn)了氧化性。

設(shè)計意圖：通過圖像材料認識二氧化硫在葡萄酒中起到酸堿度調(diào)節(jié)的作用，同時也訓(xùn)練了學(xué)生能從圖像中獲取知識的能力。通過價類二維圖展示硫元素呈現(xiàn)的不同價態(tài)，分析它們的價態(tài)聯(lián)系從而推斷其相關(guān)化學(xué)性質(zhì)，使學(xué)生獲得科學(xué)研究物質(zhì)轉(zhuǎn)化的方法，培養(yǎng)了學(xué)生宏觀辨識與證據(jù)推理的素養(yǎng)。

[師]現(xiàn)在我們看看資料卡的第二個問題。可以知道為何SO2可以解決這個問題，利用了SO2的什么性質(zhì)？SO2在葡萄酒中起到的作用又是什么？

[師生互動]其一，就是利用了SO2的強還原性，參與葡萄酒中一些酚類物質(zhì)抗氧化的過程。其二，葡萄酒釀制過程中，會產(chǎn)生臭雞蛋氣味的H2S，影響葡萄酒的風(fēng)味，這個時候SO2又能起到氧化劑的作用，改善了葡萄酒的風(fēng)味，經(jīng)發(fā)酵最終產(chǎn)生對人體有益的硫酸鹽。

[師]裝有品紅溶液的西林瓶可以看到褪色了，這又是什么原因呢？我們把這個變化呈現(xiàn)出來的性質(zhì)稱為SO2的漂白性，SO2的漂白性有什么特點呢？

[師生互動]把學(xué)生實驗中的已褪色的品紅溶液裝到試管并套上氣球，進行加熱，可以觀察到溶液顏色又恢復(fù)紅色。

[師]說明SO2的漂白性是不穩(wěn)定的，暫時的，其本質(zhì)是SO2能與某些有機色素反應(yīng)生成不穩(wěn)定的無色物質(zhì)，加熱之后SO2逸出而恢復(fù)有機色素的顏色。大家可觀察到剛才實驗的石蕊試液沒有被漂白，說明SO2的漂白性只能漂白某些有機色素，所以大家會看到經(jīng)SO2漂白過的書籍、草帽，時間久了就會發(fā)黃、恢復(fù)原色，正是因為它的漂白是暫時的。我們前面還學(xué)了哪些物質(zhì)有漂白性？HClO的漂白性有什么特點？

[生]永久性漂白。

[師]如果把這兩個具有漂白性的物質(zhì)按1：1的比例一同加到品紅溶液中，漂白能力是不是會加強？

[生]利用準備好的一瓶氯水、一瓶按1：1混合的氯水和SO2的混合溶液，大家往這兩瓶溶液中各注射0.1mL的品紅溶液進行對比。

[師生互動]品紅溶液加入氯水中會褪色，而加入氯水和SO2的混合溶液中卻不會褪色，這說明它們的漂白能力并沒有因為強強聯(lián)手而增強，反而是減弱了，這是為什么？

[學(xué)生思考，教師引導(dǎo)]我們知道氯水中的HClO除了漂白性還有什么性質(zhì)？它的漂白性是什么引起的？強氧化性。那既然氯水有強氧化性而SO2又有還原性會怎樣？

[生]會發(fā)生氧化還原反應(yīng)而不能漂白。

[師]若果真是這個反應(yīng)，則SO2被氧化生成SO42-可借助BaCl2檢驗，老師提供了氯水+BaCl2+鹽酸的混合溶液，共同來驗證一下是否如我們所分析的。

[師生互動]可以觀察到產(chǎn)生不溶于鹽酸的白色沉淀，體現(xiàn)了SO2的還原性。

[師]SO2從價態(tài)維度體現(xiàn)了既有還原性又有氧化性，又有自己特殊的性質(zhì)——即漂白性。SO2的漂白性對葡萄酒的色澤有影響嗎？

[展示]資料顯示：SO2能漂白葡萄酒中的花青素，從而調(diào)節(jié)葡萄酒的色澤，SO2含量高的葡萄酒顏色較暗，SO2含量低的葡萄酒顏色鮮亮，醒酒時SO2揮發(fā)，酒的顏色會發(fā)生變化。

[師]SO2能漂白葡萄酒中的花青素，而起到調(diào)節(jié)葡萄酒色澤的作用。由此，大家發(fā)現(xiàn)葡萄酒被漂白了嗎？

[生]思考片刻，不可思議，繼而明白SO2漂白性的特殊。

[總結(jié)]經(jīng)過這節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們知道雖然SO2有毒，但少量的SO2進入肌體可以認為是安全無害的，見識了SO2在葡萄酒中存在的諸多意義。利用SO2作為酸性氧化物的性質(zhì)，調(diào)節(jié)葡萄酒的酸堿度而起到抑菌、防腐、增酸的作用，利用SO2的強還原性參與葡萄酒中酚類抗氧化的過程，并與發(fā)酵產(chǎn)生的H2S反應(yīng)，改善了葡萄酒的口感風(fēng)味，同時利用SO2漂白葡萄酒中的花青素而調(diào)節(jié)了葡萄酒的色澤。

設(shè)計意圖：通過圖片資料及學(xué)生的合作實驗探究等方法從本質(zhì)上理解二氧化硫使物質(zhì)褪色的基本原理，以及與之前學(xué)過的氯水等物質(zhì)有何不同，使學(xué)生掌握二氧化硫漂白性和還原性所體現(xiàn)的現(xiàn)象差異，培養(yǎng)學(xué)生運用信息設(shè)計實驗，通過探究獲得結(jié)果的能力，學(xué)習(xí)了二氧化硫在葡萄酒中呈現(xiàn)的各種性質(zhì)，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責任的素養(yǎng)。

四、課堂教學(xué)反思

本節(jié)課通過創(chuàng)設(shè)葡萄酒中的二氧化硫作用為真實情境主線，設(shè)計了開放式的探究實驗，由學(xué)生發(fā)現(xiàn)問題、思考解決問題的策略、著手探究達到解決問題的目的層層推進，使學(xué)生體驗葡萄酒中存在的二氧化硫的魅力與作用，達到獲得二氧化硫相關(guān)性質(zhì)的知識及應(yīng)用，促進實現(xiàn)培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)。引領(lǐng)學(xué)生辯證地看待化學(xué)學(xué)科為人類的生產(chǎn)和生活發(fā)展所帶來的諸多便利，從而體驗和感受化學(xué)之美！

（一）真實情境創(chuàng)設(shè)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機

教師選擇葡萄酒中二氧化硫作為素材創(chuàng)設(shè)情境，從現(xiàn)實問題出發(fā)，使學(xué)生將所學(xué)知識與生活相聯(lián)系，形成應(yīng)用化學(xué)知識解決問題的能力，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的動機，增強了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度與社會責任感。

（二）變化教學(xué)模式，核心素養(yǎng)得以培養(yǎng)

通過對本節(jié)課的實驗設(shè)計，學(xué)生在進行獨立探索、合作交流的實驗探究自主學(xué)習(xí)過程中，層層推進，環(huán)環(huán)相扣，獲取學(xué)科知識，形成學(xué)科思維，培養(yǎng)了學(xué)生證據(jù)推理、科學(xué)探究、創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。

（三）教學(xué)手段多樣，過程仍有美好遺憾

通過設(shè)置微型實驗、小組討論、投屏反饋器展示學(xué)生活動成果、師生互動建構(gòu)價類二維圖、分析生活圖片資料等教學(xué)手段，使整堂課內(nèi)容豐滿，形式多樣，但課堂緊湊，個別問題僅僅停留表層無法更深入探討。

結(jié)束語

通過選擇葡萄酒中二氧化硫的問題情境創(chuàng)設(shè)為素材，為學(xué)生樹立正確的化學(xué)觀，整個設(shè)計過程體現(xiàn)了對化學(xué)學(xué)科核心概念認識的過程，使學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)得以發(fā)展，從而引領(lǐng)學(xué)生辯證地看待化學(xué)學(xué)科為人類的生產(chǎn)和生活發(fā)展所帶來的諸多便利，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神與社會責任核心素養(yǎng)，從而體驗和感受化學(xué)之美！

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學(xué)課程標準（2020年版）[M].北京：人民教育出版社，2021.

[2]吳星.對高中化學(xué)核心素養(yǎng)的認識[J].化學(xué)教學(xué)，2017（5）：3-7.

[3]張賢金，吳新建.基于核心素養(yǎng)的高中化學(xué)課程改革如何“落地”[J].化學(xué)教與學(xué)，2016（9）：7-8，45.

本文系2021年度福州市教育信息技術(shù)研究2“基于NOBOOK平臺的高中化學(xué)虛擬實驗教學(xué)的應(yīng)用研究”（課題編號：FZDJ2021A04）。