基于“宏觀辨識與微觀探析”高中化學教學設計
——以“乙烯”公開課為例

孫 悅，陸國志

(吉林師范大學 化學學院，吉林 四平 136000)

我國教育部在2018年正式發布的《普通高中化學課程標準(2017年版)》中提出，高中化學教學應以發展學生化學核心素養為主旨，優化教學流程，發展素質教育，促進專業發展，從而實現立德樹人的總體目標。宏觀辨識與微觀探析是化學核心素養的重要組成部分。

宏觀辨識與微觀探析是從分子、原子層次對物質結構、性質、能量轉變及相互關系的基本認識[1]。學生通過學習或觀察物質的存在形態、變化特征，用化學符號和文字進行描述就是“宏觀辨識”；而從微觀角度對物質結構組成、變化特征的本質原因進行探究分析就是“微觀探析”。本文以人教版高中化學必修第二冊《乙烯》的教學設計為例，設計教學過程并分析如何有效化學核心素養，幫助學生構建相關的化學核心觀念。

1 落實宏觀辨識和微觀探析素養的教學設計構思

課堂教學活動是學生成長發展和培育學生核心素養最重要的途徑之一。教學設計是一堂課的前提和基礎，高中生化學核心素養的發展離不開化學課程的實施，離不開化學知識的學習，離不開經歷化學問題的解決過程[2]。教師在進行教學設計時，可以將“乙烯”的核心知識與實際的生產生活相聯系、與多彩的化學實驗相結合、與直觀的結構模型相對應，通過小組討論、實驗探究、問題解決等課堂活動，培養學生歸納核心知識框架，解決化學問題的能力，最后揭示內在本質，促進學生核心素養形成。

2 落實宏觀辨識和微觀探析素養的教學設計過程

2.1 基于生活實際提問，激發學生學習興趣

化學是一門與生活緊密聯系的學科。在課堂教學中，教師要創設學生感興趣的真實問題情境，激發學生學習的積極性，同時在真實情境中培養學生正確的價值觀和責任感。

[教學片段]創設情境：19世紀，在亞速爾群島，有個木匠在工作時無意中將美人蕉的碎屑燒了，結果美人蕉屑燃燒的煙霧彌漫開來后溫室中的植物提前開了花[3]。使加速植物開花的氣體就是乙烯。本節課我們共同學習乙烯的相關知識。(在課堂最后對乙烯應用的總結中可以回顧此故事情境，體現出前后呼應的整體性)

問題引入：根據預習教材回答問題，乙烯的用途有哪些？乙烯的產量有什么意義？乙烯的主要來源是什么？

學生回答：乙烯是從石油中獲得的重要的化工原料，乙烯的產量可以衡量一個國家的石油化工發展水平。

2.2 利用創新微型實驗，體現化學宏觀價值

化學是一門以實驗為基礎的科學。教師在進行教學設計時可以在教材實驗的基礎上，根據學生的學習情況和學校的資源配備，創設有助于培養學生核心素養和發揚學生正確價值觀的實驗活動。

[教學片段]藥品儀器：盛滿乙烯的集氣瓶、注射器、盛有少量酸性KMnO4溶液的帶膠塞的集氣瓶、盛有少量溴水的帶膠塞的集氣瓶、火柴。

實驗過程：學生分組實驗：①用注射器從集氣瓶中抽出乙烯，穿過膠塞注入到盛有少量酸性KMnO4溶液的集氣瓶中，振蕩后靜置片刻，觀察現象；②再用注射器從集氣瓶中抽出乙烯，穿過膠塞注入到盛有少量溴水的集氣瓶中，振蕩后靜置片刻，觀察現象；③用注射器從集氣瓶中抽出乙烯，用火柴在針頭處點燃，觀察現象。

根據實驗現象總結乙烯化學性質：乙烯具有可燃性，且能使酸性高錳酸鉀溶液、溴水褪色。教師類比前面學過的甲烷是正四面體結構，不能使酸性高錳酸鉀溶液和溴水褪色，那乙烯的空間結構又是怎么樣的呢？接下來從微觀角度對乙烯的結構進行探索。

新型的微型實驗既達到探究乙烯性質的實驗目的，同時讓學生了解化學實驗要滿足“科學性、安全性、可行性和簡約性”等要求，與傳統實驗進行對比，體現其簡化裝置、節省時間、節約藥品，安全環保等優勢。

2.3 利用球棍模型，組建物質微觀結構

能從元素和原子、分子水平認識物質的組成、結構、性質和變化，形成“結構決定性質”觀念是宏觀辨識與微觀探析的內涵之一。而有機物的空間結構比較復雜，在化學學習中產生一定的困難。學習的實質是“主動地形成認知結構，并通過把新獲得的知識和已有的認知結構聯系起來， 積極地建構其知識體系”對于乙烯結構的學習可以從乙烷的空間結構入手[4]。

[教學片段]學生自主拼出乙烷的球棍模型，并根據已學知識完成表1。

表1 實驗任務表

學生通過預習教材可知乙烯的分子式是C2H4，與乙烷C2H6相比少了2個氫原子，學生可以將乙烷的球棍模型中拿掉2個代表氫原子的小球，見圖1、圖2。根據價鍵理論，在有機物中碳原子形成四個共價鍵，將拿掉兩個氫原子后碳的兩個半鍵連接成一個新的碳碳鍵，讓學生通過對模型的觀察完成表格，見表2。

圖1 乙烷的結構 圖2 乙烷去掉2個氫原子

表2 實驗任務表

通過以上教學活動，將乙烯的結構“可視化”，化學模型表征，使學生更容易理解微觀結構，“宏觀辨識和微觀探析”這個素養就是要求培養學生從不同角度理解化學事實和實驗現象，體會物質變化的豐富性和多樣性。

2.4 學生模擬反應歷程，加深反應本質理解

在課堂上，學生參與模擬演示復雜抽象的有機反應歷程，使學生對化學知識理解得更透徹。寓教于樂，在教師的解說下，學生既學會了知識，又能從化學的學習中找到樂趣。通過問題的解決、實驗探究和歸納討論等逐漸形成“宏觀到微觀，微觀到符號表征”，最后揭示內在聯系或本質，形成概念，從而促進學生核心素養的形成。

[教學片段]教師引導學生思考碳碳雙鍵中的兩條鍵是否相同，并展示表3。(信息：鍵能表示斷裂或形成 1 mol 化學鍵所吸收或放出的能量)

表3 斷鍵類型和鍵能

根據表格讓學生總結：乙烯碳碳間的兩條鍵鍵能不同，其中一條鍵鍵能小，易斷裂，因此乙烯的化學性質活潑，而乙烯使溴水或溴的四氯化碳溶液褪色是因為發生了“加成反應”，那么加成反應的反應歷程如何呢？播放視頻，通過視頻使學生掌握加成反應的反應歷程，寫出乙烯與Br2、H2、H2O、HBr發生加成反應的方程式。

組織學生課堂上模擬雙鍵斷裂-結合見圖3～5。

圖3 模擬演示乙烯雙鍵

圖4 碳碳雙鍵斷開一條鍵，形成兩個半鍵

圖5 兩個半鍵分別結合其他原子

3 基于化學核心素養的學習評價

課程標準對“宏觀辨識與微觀探析”素養目標達成的程度和學習要求提出了具體的評價標準：

1)通過仔細觀察和探究討論，學生能描述化學物質的顏色、形態及變化現象，掌握物質的分類方式；

2)學生能正確書寫或辨識物質的分子式、電子式、結構式、結構簡式以及重要的化學反應方程式；

3)學生能從微觀角度理解反應原理和物質的結構組成、性質應用；形成“結構決定性質、宏觀與微觀相結合”的觀念；

3.1 具體的評價措施

1)學生各小組間交流討論：思考題①將乙烯通入到溴水溶液中有何現象？如何除去乙烷中的乙烯？能否選擇Br2的CCl4溶液？②總結鑒別乙烯和甲烷的方法。這兩個思考題意在考查學生對烷烴、烯烴特殊性質的差異性掌握，并將性質應用于解決具體的化學問題。通過學生的思考交流及結果匯報，也可以培養學生化學語言表達和邏輯推理等能力。

2)讓學生總結《乙烯》這節課所學的知識點，并推測丙烯可能具有的性質；丙烯既有碳碳雙鍵又有碳碳單鍵，一定條件下兼具烷烴和烯烴的性質，有助于學生發散性思維的養成。再讓學生敢于提出對本節課所學內容存在的問題和疑問，暢所欲言。教師要善于傾聽學生在學習中或課程后的反饋，善于挖掘和體會學生表述不清的問題，及時給出解答或提供交流，尊重學生的想法，產生共鳴，才能更好地培養學生學科核心素養。

3)設計一篇當堂檢測試卷，要求題型多樣，題目數量不能太多；緊扣本節課的重難點、易錯易混點；難度適中，既面向全體，又關注差異；規定時間完成，要求獨立完成，培養學生獨立思考的能力；及時批改，及時反饋。

例如：①判斷下列關于乙烯結構描述是否正確？

乙烯的分子式是C2H2；乙烯是立體結構；乙烯的結構簡式是CH2CH2；乙烯既存在碳碳單鍵又存在碳碳雙鍵；乙烯分子中所有原子共線；乙烯分子中都是極性鍵。

此題可以檢驗學生對乙烯微觀結構的掌握程度，結合課上拼的模型，使學生深刻掌握。

②判斷下列反應或現象屬于哪種反應類型？

甲烷在光照條件下與氯氣混合；乙烷在氧氣中燃燒；丙烯與氯氣反應生成一氯丙烯；乙烯通入溴的四氯化碳后橙色褪去；乙烯通入酸性高錳酸鉀后溶液紫色褪去；乙烯在氧氣中劇烈燃燒，產生黑煙。

此題考查學生對烷烴和烯烴的化學性質和反應類型的掌握。

③小明同學設計的制備乙烯并驗證乙烯某些性質的實驗裝置如圖6所示。

A C D E

(1)A裝置中碎瓷片的作用

(2)石油分餾產物之一十六烷可發生如下反應，反應式已配平：

寫出甲生成乙的化學方程式：

(3)寫出B裝置中的化學反應方程式。

(4)能否利用C裝置去掉乙烯中乙烷(填“能”或“不能”)，若不能，寫出理由。

(5)根據裝置圖可知，實驗室用排水集氣法收集乙烯，能否用排空氣法？為什么？

此題是與教材實驗相關的實驗主觀題，意在讓學生了解氣體制備和性質檢驗實驗的裝置、實驗過程、注意事項、重點查考方向等。

3.2 評價結果及分析

1)操作過程：首先選取兩個人數和化學基礎相差不多的班級，一個為實驗班，一個為對照班。實驗班按照基于宏觀辨識和微觀探析素養的教學設計進行課堂活動；對照班按照灌輸式教學模式進行課堂活動，然后進行相同的評價，最后分析評價結果。

2)評價方式：課后檢測共10道單選題，每道3分；2道非選擇題，每道10分，滿分50分。

表4 分數段分析

由表4可知，實驗班的40～50和30～40分數段人數約占班級總人數的三分之二，大部分學生對本節課的知識點掌握得較好，并且鍛煉出了一定的答題能力和信息提取能力。

表5 小分表分析

表5中展示了1～8、11、12題的平均得分，由表5可知實驗班1、3、5、6、7、11、12題的平均得分都高于對照班，而2、4、8題經過調查，部分學生沒有理解題意，部分學生信息提取不全面而導致失分，但后進生還是取得了很大進步。其中5、6、7題實驗班都超過了2分，而對照班只有1分左右，足見差距之大。

4 結語

化學核心素養是學生學習化學后逐步形成的一種隱性品質，表現為以后在處理與化學相關具體事物時的自覺思維習慣[5]，但這并非一時一日之功，這需要教師和教研者反復設計和打磨教學模式、教學策略和教學設計等，反復研究學生，讓學生成為課堂真正的主體。