基于核心素養(yǎng)構(gòu)建元素化合物認(rèn)知模型教學(xué)設(shè)計(jì)
——以“二氧化硫的性質(zhì)和應(yīng)用”為例

張夢燁

(江蘇省蘇州市東山中學(xué) 江蘇蘇州 215000)

高中化學(xué)的重點(diǎn)內(nèi)容之一就是元素化合物的學(xué)習(xí)，這部分內(nèi)容的教學(xué)常以講授為主，學(xué)生的學(xué)習(xí)比較被動(dòng)，課堂中的學(xué)生實(shí)驗(yàn)也只是按照已給出的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)操作，學(xué)習(xí)過程沒有達(dá)到足夠的思維深度，化學(xué)核心素養(yǎng)目標(biāo)無法在教學(xué)中很好地體現(xiàn)。構(gòu)建元素化合物知識的認(rèn)識模型，是化學(xué)知識骨架的構(gòu)建，對培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新意識和實(shí)踐能力有重要意義，是落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的知識載體。學(xué)習(xí)好元素化合物，有利于學(xué)生構(gòu)建高中化學(xué)知識體系，提高學(xué)生類比同化、歸納演繹、信息加工、分析推理等方面的能力，以及培養(yǎng)學(xué)生的辯證思維和社會責(zé)任[1]。

一、內(nèi)容分析

二氧化硫的性質(zhì)和應(yīng)用是蘇教版高中化學(xué)必修第一冊專題4中第一單元含硫化合物性質(zhì)中的第一課時(shí)，含硫化合物的學(xué)習(xí)在氯和鈉元素的學(xué)習(xí)之后，所以該階段，學(xué)生還沒有建立研究元素化合物學(xué)習(xí)的認(rèn)知模型。新版的這節(jié)課與舊版相比改動(dòng)較大，之前以酸雨的形成來引入二氧化硫相關(guān)知識的學(xué)習(xí)，而新版的這節(jié)內(nèi)容中更注重二氧化硫?qū)θ祟惿畹淖饔谩?/p>

本節(jié)課以生活中常見的“食品添加劑”為背景來激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。學(xué)生在本課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了海水中的化合物和氧化還原反應(yīng)等相關(guān)知識，因而不僅在元素化合物的理論知識學(xué)習(xí)方面有基礎(chǔ)，而且有能力操作一些簡單的實(shí)驗(yàn)和進(jìn)行探究性實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)。

二、教學(xué)目標(biāo)的構(gòu)建

在知識層面上，基礎(chǔ)初中碳及其化合物、高中氯元素和鈉元素化合物性質(zhì)學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)和氧化還原反應(yīng)的理論基礎(chǔ)上，需掌握SO2是一種酸性氧化物，具有酸性氧化物的通性，以及SO2的特殊性質(zhì)——還原性、氧化性和漂白性。

在方法層面上，很多學(xué)生對元素化合物知識的學(xué)習(xí)都是通過死記硬背的方式，缺乏元素化合物性質(zhì)研究模型的認(rèn)識。化合物性質(zhì)的研究一般從兩方面進(jìn)行：一是按元素的組成進(jìn)行分類，歸納出該類型物質(zhì)的一般化學(xué)性質(zhì)；二是從核心元素的價(jià)態(tài)出發(fā)，判斷其性質(zhì)以實(shí)現(xiàn)不同物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化[2]。學(xué)生需要會判斷SO2是酸性氧化物，SO2中的S元素的價(jià)態(tài)為+4價(jià)。

在觀念層面上，化學(xué)基本觀念往往隱藏在教材中，以具體知識為載體來挖掘出隱含其中的觀念。本節(jié)課的教材以生活中SO2的應(yīng)用為載體來體現(xiàn)SO2的特殊性質(zhì)。基于以上分析，由此確定教學(xué)目標(biāo)為：

1.基于物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)對二氧化硫的性質(zhì)作出解釋與預(yù)測；

2.通過觀察和實(shí)驗(yàn)探究，歸納二氧化硫的性質(zhì)；

3.認(rèn)識食品中適量添加二氧化硫的作用，辯證分析二氧化硫與人類生活、社會發(fā)展的關(guān)系。

三、設(shè)計(jì)流程

四、教學(xué)過程

環(huán)節(jié)1：情境創(chuàng)設(shè)

問題引導(dǎo)：你對食品添加劑有何認(rèn)識？

視頻導(dǎo)入介紹食品添加劑。（引出SO2是一種食品添加劑，打破學(xué)生對二氧化硫只是一種空氣污染物的認(rèn)識，引發(fā)學(xué)生對二氧化硫性質(zhì)的學(xué)習(xí)興趣。）

環(huán)節(jié)2：SO2是酸性氧化物的學(xué)習(xí)

師：展示一瓶用塑料瓶裝的二氧化硫氣體。

生：總結(jié)二氧化硫的物理性質(zhì)。

活動(dòng)探究1：老師演示二氧化硫溶于水的實(shí)驗(yàn)，用針筒抽取10mL水注入塑料瓶中，塑料瓶立刻變癟了。

師：二氧化硫溶于水是物理變化還是化學(xué)變化？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)1：根據(jù)提供的藥品：SO2水溶液、紫色石蕊試液、PH試紙，學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證SO2溶于水是化學(xué)變化，即驗(yàn)證二氧化硫的水溶液呈酸性。

實(shí)驗(yàn)方案：用針筒抽取1mLSO2水溶液分別擠入裝有紫色石蕊試液的小試劑瓶中和PH試紙上。（用針筒與小試劑瓶做實(shí)驗(yàn)，一方面避免了二氧化硫產(chǎn)生的刺激性氣味，另一方面增強(qiáng)了化學(xué)實(shí)驗(yàn)的趣味性。）

生：得出結(jié)論，SO2的水溶液呈酸性。

（SO2的水溶液呈酸性，讓學(xué)生聯(lián)想到SO2是酸性氧化物，用所學(xué)的相關(guān)知識運(yùn)用到問題解決中，分析二氧化硫作為酸性氧化物所具有的化學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)系統(tǒng)化的關(guān)于元素化合物知識體系的構(gòu)建。）

師：從物質(zhì)分類角度分析，SO2屬于哪類物質(zhì)，有何化學(xué)性質(zhì)？

生：歸納SO2作為酸性氧化物具有的通性并寫出反應(yīng)方程式：與水反應(yīng)；與堿性氧化物反應(yīng)；與堿反應(yīng)。

環(huán)節(jié)3：SO2具有還原性的學(xué)習(xí)

播放視頻：葡萄酒中添加SO2是干嘛的？

（貼合主題，介紹SO2在食品中的作用之一抗氧化作用，引出SO2具有還原性的學(xué)習(xí)。）

師：從元素價(jià)態(tài)角度分析，為什么SO2有抗氧化作用？

生：利用化學(xué)合價(jià)圖分析SO2的性質(zhì)，二氧化硫中S元素價(jià)態(tài)為+4價(jià)，S元素可能具有的價(jià)態(tài)有：-2、0、+6，則二氧化硫中S元素價(jià)態(tài)既可以升高也可以降低；說明SO2應(yīng)該既具有還原性又具有氧化性。

教師補(bǔ)充：從化合價(jià)角度分析得到，二氧化硫既具有氧化性又具有還原性，SO2具有強(qiáng)的還原性，而氧化性很弱。那還原性物質(zhì)都能與哪類物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)2：如何用實(shí)驗(yàn)證明SO2的還原性？

小組討論，根據(jù)提供的藥品：SO2水溶液、BaCl2溶液、H2O2溶液、溴水，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象以及結(jié)論。

生：1.抽取SO2水溶液1mL加入BaCl2溶液中無明顯現(xiàn)象；2.抽取SO2水溶液1mL加入H2O2溶液中無現(xiàn)象；3.抽取SO2水溶液1mL加入溴水中黃色褪去。

分析：二氧化硫水溶液使溴水褪色，即發(fā)生化學(xué)反應(yīng)：

SO2+Br2+2H2O===H2SO4+2HBr

師：如何利用現(xiàn)有的溶劑證明此反應(yīng)是生成了硫酸與溴化氫？

教師補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)1：在加了SO2水溶液的溴水小瓶子中加入BaCl2溶液，有白色沉淀產(chǎn)生，反應(yīng)后的溶液中有SO42-則說明SO2被Br2氧化成了SO42-。

教師補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)2：在加了SO2水溶液的H2O2溶液小瓶子中也加入BaCl2溶液，也有白色沉淀生成，說明SO2被H2O2氧化成了SO42-，SO2+H2O2===H2SO4。

（利用反驗(yàn)證的實(shí)驗(yàn)方式，建立了結(jié)論與證據(jù)之間的邏輯關(guān)系，鍛煉了學(xué)生的證據(jù)推理能力，并培養(yǎng)嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。）

歸納總結(jié)：SO2具有較強(qiáng)的還原性，可被多種氧化劑（如O2、Cl2、Br2、I2、HNO3、KMnO4、H2O2等）氧化。

師：給你們提供的是SO2的水溶液而不是SO2，水溶液中還有亞硫酸，這是否會影響？

（引發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究精神，并聯(lián)系到二氧化硫水溶液的學(xué)習(xí)。）

師：亞硫酸中的硫化合價(jià)也為+4價(jià)，也具有還原性，而且在酸性條件下，亞硫酸的還原性增強(qiáng)，所以亞硫酸容易被氧化。

教師補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)3：打開加了SO2水溶液的BaCl2溶液的小玻璃瓶，晃動(dòng)一下，溶液變渾濁，由于亞硫酸極易被空氣中的氧氣氧化成硫酸。

師：作為弱酸，亞硫酸不僅容易被氧化，還不穩(wěn)定易分解，亞硫酸的分解反應(yīng)可參照碳酸的分解方程式。

生：學(xué)生填寫學(xué)案，總結(jié)關(guān)于亞硫酸的性質(zhì)。（用類比的方式，讓學(xué)生與之前的所學(xué)聯(lián)系，來構(gòu)建元素化合物學(xué)習(xí)的認(rèn)知模型。）

環(huán)節(jié)4：SO2具有漂白性的學(xué)習(xí)

師：引出日常攝入的白糖，從白糖中的SO2過渡到接下來的學(xué)習(xí)內(nèi)容。（呼應(yīng)主題，介紹SO2在食品中的作用之漂白劑，引出SO2具有漂白性的學(xué)習(xí)，并從介紹二氧化硫漂白性的性質(zhì)運(yùn)用上，培養(yǎng)學(xué)生的食品安全方面的法律法規(guī)意識。）

師：介紹白糖的工藝流程，二氧化硫用于脫色，這說明了二氧化硫具有漂白性。

學(xué)生實(shí)驗(yàn)3：二氧化硫漂白性的探究

將二氧化硫水溶液注入裝有品紅溶液的小試劑瓶中，品紅溶液褪色。

（實(shí)驗(yàn)得出二氧化硫具有漂白性，與之前學(xué)的具有漂白性的物質(zhì)新制氯水相聯(lián)系，由此對比來得出二氧化硫的漂白性是暫時(shí)的，利用對比的形式學(xué)習(xí)，能讓學(xué)生的印象更深刻，并能更好地理解漂白性原理的差異。）

師：我們之前學(xué)的還有一種具有漂白性的物質(zhì)是誰？還記得新制氯水滴在PH試紙上是什么現(xiàn)象嗎？

生：次氯酸具有漂白性，新制氯水滴在PH試紙上，試紙的中間是白的周圍顯紅色。

師：而二氧化硫水溶液滴在PH試紙上只顯紅色，而且二氧化硫水溶液加入紫色石蕊試液中后，紫色石蕊試液只是變紅了，這就是二氧化硫漂白性的特點(diǎn)，它只能使部分有色物質(zhì)褪色，我們在剛剛的操作上再加一步，我們加熱這液體，看看有什么神奇的現(xiàn)象會發(fā)生。

教師補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)4：取學(xué)生實(shí)驗(yàn)后的溶液倒入試管中，在試管上套上氣球，加熱試管，品紅溶液又恢復(fù)紅色。

師：這就是二氧化硫漂白性的特點(diǎn)，只能使部分有色物質(zhì)褪色而且這個(gè)漂白性是暫時(shí)的，二氧化硫的漂白原理是與有色物質(zhì)發(fā)生化合反應(yīng)，生成一種無色物質(zhì)，而且該無色物質(zhì)不穩(wěn)定，在光照或加熱條件會分解。利用二氧化硫這樣的性質(zhì)，可以用來漂白紙張、草帽，甚至一些不良商家用二氧化硫來漂白一次性筷子。

學(xué)生總結(jié)：二氧化硫與次氯酸的漂白原理不同，二氧化硫的漂白是暫時(shí)性的，而次氯酸的漂白是永久性的，并且SO2不能使指示劑褪色。

（總結(jié)高中涉及的三類漂白原理，讓學(xué)生把前后關(guān)于漂白性的知識進(jìn)行整合，以增強(qiáng)記憶。）

環(huán)節(jié)5：SO2的知識點(diǎn)總結(jié)

最后以價(jià)態(tài)—類別二維圖來進(jìn)行本節(jié)課的知識點(diǎn)總結(jié)。

五、總結(jié)與反思

（一）以課程標(biāo)準(zhǔn)為基礎(chǔ)制定素養(yǎng)目標(biāo)是構(gòu)建元素化合物認(rèn)知模型的前提

課程標(biāo)準(zhǔn)要求中提出結(jié)合真實(shí)情景中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究，了解硫及其重要化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識二氧化硫在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響[3]。依據(jù)課程標(biāo)準(zhǔn)，結(jié)合學(xué)業(yè)要求與學(xué)生的實(shí)際情況，本節(jié)課主要突出學(xué)習(xí)二氧化硫的還原性與漂白性，其他性質(zhì)則一筆帶過，由于本節(jié)課涉及內(nèi)容較多導(dǎo)致容量較大，沒有多余的時(shí)間進(jìn)行課堂練習(xí)。

（二）體驗(yàn)性的實(shí)驗(yàn)是構(gòu)建元素化合物認(rèn)知模型的基礎(chǔ)

核心素養(yǎng)中提出“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”，要求能從問題和假設(shè)出發(fā)，依據(jù)探究目的，設(shè)計(jì)探究方案，運(yùn)用化學(xué)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。本節(jié)課利用針筒與小玻璃瓶作為實(shí)驗(yàn)儀器，在無污染，綠色化學(xué)的條件下激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，利用這樣的微型實(shí)驗(yàn)方式，從實(shí)踐層面激勵(lì)了學(xué)生勇于創(chuàng)新的實(shí)驗(yàn)精神。

（三）多種教學(xué)方式是構(gòu)建元素化合物認(rèn)知模型的保障

本節(jié)課利用多種教學(xué)手段來完成教學(xué)目標(biāo)，如用學(xué)生感興趣的食品添加劑來拉近與學(xué)生之間的距離，用趣味性的實(shí)驗(yàn)操作來引發(fā)學(xué)生對本節(jié)課的學(xué)習(xí)興趣，用師生互動(dòng)性的探究方式培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力，充分發(fā)揮了教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的能動(dòng)性。