基于化學核心素養的課堂教學分析
———以“濃硫酸與碳反應產物的實驗探究課”為例

◇ 山東 孫惠林

(作者單位:山東省濟南市章丘區第五中學)

高中化學學科核心素養包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”5個維度的內容.在化學課堂教學中,教師應圍繞這5個維度的內容開展有組織的教學活動.在近幾年的高考中,為適應新課程改革,試題在命制時也常以考查學生5個維度的核心素養而展開.下面筆者以“濃硫酸與碳反應產物的實驗探究課”為例,就基于化學核心素養的課堂教學進行分析探討.

1 創設探究實驗教學的設想

強氧化性是濃硫酸的一個重要特性,教材為此編排了“濃硫酸與銅反應”的演示實驗,并通過“濃硫酸使蔗糖碳化”所發生的實驗現象進一步說明了濃硫酸具有強氧化性,但教材并未就實驗的相關過程做詳細的表述.筆者充分利用這一機會,引導學生自己設計實驗和操作實驗過程,以驗證濃硫酸具有強氧化性這一特征,并借此機會培養學生的化學核心素養.

2 “證據推理與模型認知”核心素養的培養

“證據推理”素養指的是學生能夠通過收集各種數據,并對數據進行加工和處理,從而對物質的性質及其變化做出合理的猜想,同時通過實驗給予驗證,判斷猜想正確與否.本節課中,首先讓學生根據演示實驗“濃硫酸與銅反應”,結合濃硫酸的強氧化性,猜測“濃硫酸與碳反應”的生成物.然后分析在“濃硫酸與銅反應”中,S 元素由＋6 價降低為＋4 價,因此,生成SO2氣體,據此推測在“濃硫酸使蔗糖碳化”中很有可能生成了CO2氣體,再根據物質守恒定律推斷還有可能生成了H2O,然后將推測的結果寫成化學方程式:C＋2H2SO4(濃)＝CO2↑＋2SO2↑＋2H2O.最后引導學生根據化學方程式設計實驗進行驗證,實驗過程既包括實驗試劑和儀器的選用,也包括實驗步驟、實驗結果記錄和分析等過程.此過程培養了學生的“證據推理”素養,要求學生能夠根據已有證據進行分析推理,并提出該驗證實驗可能會出現的實驗結果,為進一步自己動手設計實驗過程提供思路和依據.

“模型認知”作為一種有效的認知工具,可以幫助學生把有效的知識高度濃縮,將次要的非本質的信息濾去,使重要的本質性知識形成清晰的知識框架,納入學生已有的知識體系中.很多學生在解答化學問題時常常感到困難,甚至無從下手,往往是因為不懂得化學本源知識,腦海中沒有構建相應的原理模型,所以無法實現舉一反三、觸類旁通.近幾年高考化學實驗探究題越來越靈活,學生普遍感覺到難以適應.因而,幫助學生建立化學實驗探究題的認知模型具有十分重要的意義.前面所述的課堂教學過程,就很好地讓學生自己體驗和建立了探究實驗的基本模型框架,即“實驗目的—理論依據—假設猜測—設計實驗—實驗驗證”.

3 “科學探究與創新意識”素養的培養

在學生討論完初步的設計方案后,筆者設置了層層遞進的幾個探究問題讓學生思考:(1)分別用什么樣的物質,采用什么方法檢驗生成的產物H2O(g)、SO2、CO2? (2)在檢驗產物 H2O(g)、SO2、CO2時的順序是什么? (3)CO2氣體中混有SO2,應用什么物質除去? (4)如何證明CO2氣體中混有的SO2氣體已經除盡? 經過學生小組的充分討論和反復修改,各小組達成共識,設計了如圖1所示實驗流程.

圖1

在討論過程中,學生積極發言,不斷創新.例如,有學生提出:裝置中第一個品紅溶液可以撤去,因為CO2沒有還原性,KMnO4溶液既能除去SO2,又能驗證SO2的存在.還有學生提出:后一個品紅溶液也可以撤去,因為如果KMnO4溶液沒有完全褪色,說明KMnO4是過量的,從而說明SO2已除盡.在討論中,大家在碰撞中交流、互相學習、共同成長.

4 “宏觀辨識與微觀探析”素養的培養

在教學中,要培養學生的化學思維方式,讓學生掌握從宏觀上把握物質在形態、顏色等方面的變化特征,并從微觀方面能夠對物質的組成、結構等進行分析,從而揭示物質變化的本質.在實驗過程中,要求學生通過宏觀方面觀察和辨識物質在反應前后的物理、化學變化,如形態、顏色等,思考相關問題.具體表現在:通過觀察品紅溶液是否褪色以識別SO2的存在與否;通過觀察澄清石灰水是否變渾濁以識別CO2的存在與否;然后引導學生從微觀方面進行探析,如分析濃硫酸與碳反應時電子的轉移情況,確定氧化劑、還原劑、氧化產物和還原產物.

5 “變化觀念與平衡思想”素養的培養

物質是不斷運動和變化的,但必須在一定的條件下才會引起物質的變化,讓學生從哲學的角度去審視量變與質變的關系,并能從內因與外因等方面深入分析物質的變化,從而樹立動態平衡的化學核心素養.在本堂課的探究實驗教學過程中,培養了學生的“變化觀念與平衡思想”素養.例如,隨著反應的不斷進行,反應物濃硫酸的濃度逐漸變小,減小到一定程度時,就變成了稀硫酸,強氧化性變成了弱氧化性,反應逐漸終止.在此過程中,學生會從“量變”與“質變”的角度對化學反應過程進行分析與探究,會利用“動態平衡”的理念對反應前后物質的變化從微觀方面進行預判.

6 “科學態度與社會責任”素養的培養

從培養學生嚴謹求實的科學態度出發,要求學生樹立實事求是的探究意識,并認識到化學學科對于社會發展所帶來的巨大貢獻,同時讓學生關注社會熱點問題,并能夠運用所學的化學知識對社會熱點問題作出正確的判斷,樹立可持續發展的科學理念.在本課堂探究實驗教學中,要求學生猜測濃硫酸與碳的反應生成物,并設計實驗對這一推斷進行驗證,讓學生體驗科學研究的方法,培養了學生探索未知和崇尚真理的科學意識;在設計和優化實驗裝置的過程中,讓學生對CO2、SO2的檢驗過程進行了重新審視和思考,培養了學生嚴謹求實的科學態度,也培養了學生善于質疑、勤于思考的科學品質.

在近幾年的高考考試大綱中,都對考查學生的化學學科核心素養提出了具體的要求,高考試題命制工作也在朝著這個方向在探索中努力前行.高中化學核心素養的培養不是短期內就可以達成的,需要教師在日常的教學中,把握好機會,潛移默化地逐漸滲透,通過不斷訓練,最終讓學生形成必要的化學核心素養,從而在高考中能夠輕松應對,并為后續的人生發展奠定良好的基礎.