高中化學課堂中指向核心素養的情境探究式教學

摘 要：本節課從“配合物”課堂教學實踐出發，遵循“素養為本”的教學理念，對教學內容進行結構優化設計，倡導真實問題情境創設，把握教學內容的內在聯系，從高中學生現有的認知水平出發，開展以化學實驗為主的多種活動，引導學生進行層層推進的科學探究，建構本節課的核心知識體系，發展學生的多元化學觀，最終全面提升學生的化學核心素養。

關鍵詞：核心素養；情境探究；高中化學；配合物

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準》（2017年版2020年修訂）對于化學學科核心素養的培養，提出了如下要求：“真實、具體的問題情境是學生化學核心素養形成和發展的重要平臺，為學生化學學科核心素養提供了真實的表現機會”[1]，“培養和提升高中化學核心素養，本質上就是要培養和提升學生在特定情境中解決與化學相關問題的

能力”[2]。

化學作為一門以實驗為基礎的學科，理應圍繞實驗活動展開課堂教學。新課程標準倡導素養為本的教學，重視真實問題情境的創設，強調開展以化學實驗為主的多種探究活動，促進學生學習方式的轉變，激發學生的創新精神，培養學生的動手實踐能力。

“配合物”是人教版《物質結構與性質》第三章第四節內容，學習該節內容之前，學生已具備分析原子或離子核外電子排布以及水溶液中離子反應與平衡的能力，同時也具備一定的實驗探究能力。故本節課沒有完全照搬課本內容順序授課，而是將教學內容進行結構優化設計，深度挖掘其內在聯系，從高中學生現有的認知水平和真實學情出發，遵循高中學生的認知規律，充分挖掘化學學科核心素養的內涵，創設有效的問題情境，讓學生進行層層推進的科學探究，從而建構本節課的核心知識體系。通過本節課的學習，幫助學生建立微粒觀、物質轉化觀、分類觀、結構觀、平衡觀、科學價值觀等化學觀，全面發展學生的化學核心素養[3]。

二、教學過程

（一）初探“藍色之謎”——建立配合物的新概念

探究一——創設情境：展示一瓶氯化銅溶液，讓學生觀察顏色。往氯化銅溶液中不斷加水，讓學生觀察現象并分析。

提出問題：氯化銅溶液綠色，加水后卻變成藍色溶液。加水前后陽離子是否有所不同？

猜想與假設：分析銅原子和銅離子的價層電子軌道排布、氯離子和水分子的電子結構，得出：氯化銅溶液中銅離子與氯離子之間存在配位鍵，形成四氯合銅離子陽離子（顯黃色）；而加水后銅離子和水分子之間形成配位鍵，形成四水合銅陽離子（顯藍色），而他們混合的狀態就是綠色溶液（注意：綠=藍+黃）。

設計實驗并驗證：往“藍色”溶液中再加入氯化鈉粉末。

得出實驗結論：溶液顏色又變成綠色，猜想正確。

交流與合作：加水后溶液中的陽離子由四氯合銅陽離子（顯黃色）轉化為四水合銅陽離子（顯藍色），和配體的量（水分子）增加有關。

建構新知——初識“配合物”：板書配合物四氯合銅離子、四水合銅離子的結構示意圖，投影配合物及配位鍵的概念。

評價：從學生熟悉的物質入手，通過常規的稀釋操作讓學生發現“反常”的現象，引入“藍色之謎”，讓學生形成探索欲望，激發了學生對本課的學習興趣和實驗探究欲望，開啟了本節課的探究之旅。探究過程中，學生自己設計實驗方案并驗證，并透過宏觀實驗現象分析其背后的微觀本質，形成了基本的微粒觀、結構觀，發展了學生“宏觀辨析與微觀探析”的化學核心素養，為后面的實驗探究做好了鋪墊。

探究二——創設情境：向盛有4ml0.1mol/L硫酸銅溶液的試管里逐滴滴加1mol/L氨水，邊滴邊振蕩，觀察并記錄實驗現象。

提出問題：實驗現象為什么是先立即有藍色沉淀，繼續滴加又生成深藍色的透明溶液？

猜想與假設：硫酸銅溶液中存在大量四水合銅離子（天藍色），加入幾滴氨水后有藍色沉淀（氫氧化銅沉淀）產生，再繼續滴加氨水，藍色沉淀溶解產生深藍色的透明溶液（含有四氨合銅離子）；陰離子硫酸根離子未發生變化。

設計實驗并驗證：1.分別向天藍色的硫酸銅溶液和上述深藍色的透明溶液中加入鐵釘，觀察現象。2.分別向天藍色的硫酸銅溶液和上述深藍色的透明溶液中滴加稀硝酸，觀察現象。3.分別向天藍色的硫酸銅溶液和上述深藍色的透明溶液中滴加氯化鋇溶液，觀察現象。

得出實驗結論：1.天藍色的硫酸銅溶液中加入鐵釘后，表面有紅色的物質（金屬銅）析出；而上述深藍色的透明溶液中無明顯現象。故深藍色溶液中陽離子已經不是四水合銅離子（天藍色），而是四氨合銅離子（深藍色）。2.天藍色的硫酸銅溶液滴加稀硝酸之后，無明顯現象；而上述深藍色的透明溶液中滴加稀硝酸后，先產生藍色沉淀（氫氧化銅沉淀），后繼續滴加，藍色沉淀又溶解，形成天藍色溶液。四氨合銅離子（深藍色）在加入稀硝酸后，先轉化為氫氧化銅沉淀，后又轉化成四水合銅離子（天藍色）。3.天藍色的硫酸銅溶液和上述深藍色的透明溶液中滴加氯化鋇溶液，均有白色沉淀產生，均含有硫酸根離子。

交流與合作：氫離子中和了四氨合銅離子中的配體（NH3），而使得四氨合銅離子又轉化為四水合銅離子，而陰離子硫酸根未產生變化。

建構新知：板書配離子四氨合銅離子結構示意圖，對比四氯合銅離子、四水合銅離子，形成配合物中心離子的配體可以相互轉化的思想，同時形成微觀世界的變化觀念和平衡思想。

評價：對深藍色的透明溶液進行探究，學生通過已有知識進行基于證據的推理，提出猜想，設計實驗并進行驗證，最終得出結論：此深藍色的透明溶液中，四氨合銅離子轉化為四水合銅離子，而陰離子硫酸根未產生變化，形成“物質轉化觀”。學生在探究過程中不僅建構了新知“配合物及配位鍵”，還形成了此類型探究的認知模型。這樣的探究活動，培養了學生“證據推理與模型認知”的化學核心素養。

（二）再探“藍色之謎”——解析配合物的結構

探究三——創設情境：展示綠色的溶液（CuCl2溶液）、天藍色的溶液（CuSO4溶液）、深藍色的透明溶液{[Cu（NH3）4]SO4}，對比三份含Cu（Ⅱ）物質形成的溶液的顏色，解釋它們為何呈現出不同的顏色。

提出問題：可能是所含的金屬陽離子不同

所致？

猜想與假設：CuSO4溶液呈天藍色，因含有四水合銅離子（天藍色）；CuCl2溶液呈綠色，因溶液中既含有四氯合銅離子（顯黃色），又含有四水合銅離子（天藍色），而他們混合的狀態就是綠色溶液（注意：綠=藍+黃）；[Cu（NH3）4]SO4溶液為深藍色的透明溶液，因含有四氨合銅離子（深藍色）。

設計實驗并驗證：1.取少量天藍色的溶液（CuSO4溶液）于試管中，加入氯化鈉粉末，觀察現象；2.取少量天藍色的溶液（CuSO4溶液）于試管中，加入1mol/L氨水，觀察現象。

得出實驗結論：1.金屬離子在水溶液中并不是以簡單的離子形式存在，而可能與溶液中的微粒形成配離子，且由于產生作用力的微粒不同，形成的配離子種類也不同。2.配離子的形成與配體的濃度有關，配離子之間也會隨著配體濃度的變化而進行相互轉化。

交流與合作——討論并板書：常見配位體和中心離子。辨析內界（配離子）、外界（離子）、中心離子、配位體、配位原子或離子、配位數。

建構新知：金屬離子在水溶液中并不是以簡單的離子形式存在，配離子的形成與配體的濃度有關，配離子之間也會隨著配體濃度的變化而進行相互轉化。

評價：通過展示不同顏色的含Cu（Ⅱ）物質形成的溶液，讓學生形成質疑，從而提出疑問，形成猜想，設計實驗，運用已學的離子檢驗的方法，分別對溶液中可能的陰、陽離子進行檢驗，從而驗證了不同配離子之間會隨著配體濃度的變化而進行相互轉化，同時也完成了對配合物、配位鍵、中心離子、配位體、配位數、內界和外界等新知的建構。本探究過程進一步鞏固了學生的微粒觀、結構觀、物質轉化觀，同時又發展了學生的分類觀、平衡觀，培養了學生“實驗探究與創新意識”的化學核心素養。

（三）回味“藍色之謎”——探究結構對性質的影響

探究四——創設情境：類似“藍色之謎”中所提及的配合物，日常生活以及工業生產中還有很多，如抗癌藥物中的配合物。展示配合物，化學式為PtCl2（NH3）2的性質，讓學生分析該配合物的中心離子、配位體、配位數。

提出問題：該配合物的中心離子是Pt2+，配位體是NH3和Cl-，配位數是4。那么，它的構型是正方形，還是正四面體？

猜想與假設：配合物化學式為PtCl2（NH3）2可能的構型為：1.正四面體。2.平面正方形。

設計實驗并驗證：1.若構型為正四面體，那么它的結構只有一 種，例如：甲烷的二氯代物只有一種。2.若構型為平面正方形，則有順式反式兩種結構。

得出實驗結論：根據圖片中所提供的性質，配合物【化學式為PtCl2（NH3）2】為平面正方形結構。

交流與合作：1.順式結構中的正負電中心不重合，有極性，叫作順鉑，用作抗癌藥物；反式結構中正負電中心重合，叫作反鉑?？磥?，選擇藥物時要特別注意它的微觀結構。2.配離子的空間結構不同，性質不同，結構決定性質。

建構新知配合物化學式為PtCl2（NH3）2：為平面正方形結構，配合物的性質是由其結構決

定的。

評價：通過呈現圖表中關于配合物化學式為PtCl2（NH3）2的不同性質，讓學生形成質疑、提出猜想——正四面體形或平面正方形，運用已學的關于“同分異構體”的舊有知識進行推理驗證，最終得出結論：配合物化學式為PtCl2（NH3）2為平面正方形結構。過程中教師沒有簡單告知其配合物的結構，而是讓學生自己進行基于證據的推理，從宏觀性質反推微觀結構，進一步鞏固學生的微粒觀、結構觀。對順鉑可用作抗癌藥物等知識的介紹，讓學生感受到配位化學的重要性，同時也讓學生意識到化學與我們的生產生活緊密相關，鼓勵他們參與到與化學有關的社會活動中，培養他們“科學精神與社會責任”的化學核心素養。

探究五——創設情境：展示一氧化碳中毒的各種場景。

提出問題：為什么人體吸入大量的一氧化碳會發生中毒？如何解毒？

猜想與假設：O2分子通過配位鍵與血紅蛋白中的Fe2+結合，所以亞鐵血紅蛋白具有攜氧能力。由于CO中C的電負性弱于O2中O，所以C給出電子的能力強于O，所以當CO濃度較高時，CO通過配位鍵與Fe2+結合，使得血紅蛋白失去攜氧能力而中毒。

設計實驗并驗證：具有一氧化碳中毒癥狀的患者在高壓氧艙中癥狀可以得到明顯的緩解。

得出實驗結論：高壓氧艙中氧氣濃度較大，可以實現血紅蛋白配體的轉化，恢復血紅蛋白的攜氧功能。

交流與合作：我們可以控制配體的濃度，實現向我們所需要的配離子方向轉化。

建構新知：配合物的穩定是相對的，我們可以控制配體的濃度，實現向人們所需要的配離子的方向轉化。

評價：配合物的穩定是相對的，當外界條件（例如：配位體濃度等）改變時，就可能打破其原有的穩定狀態。因此，學生必須多角度、動態分析，形成“科學價值觀”。本探究不僅發展了學生的“平衡觀”“科學價值觀”，還培養了學生“變化觀念與平衡思想”“科學精神與社會責任”的化學核心素養[4]。

結束語

新課程理念倡導“適當融合跨學科知識，發展學生解決綜合問題的能力”。本節課的設計也嘗試滲透其他學科如生物醫藥方面的內容，比如在對配合物【化學式為PtCl2（NH3）2】結構探究的同時，也介紹了順鉑可用作抗癌藥物方面的知識。這讓學生感受到了科學探索領域的無邊界，并領會到了化學在促進人類文明可持續發展中的重要作用。這也大大激發了同學們學習化學的熱情，同時也培養了他們的社會責任感。

本節課中，教師以實驗為抓手，創設情境，讓學生通過“提出問題—猜想與假設—設計實驗并驗證—得出實驗結論—交流與合作”等步驟來實施課堂情境式探究，最終建構了本節課的新知——配合物相關知識。實驗探究中，通過“初探‘藍色之謎’—再探‘藍色之謎’—回味‘藍色之謎’”等一系列層層推進的探究實驗和科學嚴謹的推理論證，讓學生透過宏觀實驗現象探索化學的微觀本質，形成了基于證據的推理能力，同時形成了此類型探究的認知模型。配合物相互轉化的活動探究，讓學生感受到了化學學科的變化觀念與平衡思想，同時也培養了他們的實驗探究能力與創新意識。通過本節課的學習，不僅幫助學生成功建構了配合物的核心知識體系，同時也真正實現了學生化學核心素養的全面提升。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2018：73.

[2]吳星，呂琳.高中化學課程應發展學生學科核心素養[J].中學化學教學參考，2018（5）：1-5.

[3]陳誠，李康，劉影，等.高中化學“探秘配合物”的項目式教學：揭秘人體生命健康中的配合物[J].化學教育（中英文），2024，45（9）：16-23.

[4]李硯耘，謝海婷，鄧陽.基于核心素養發展的高中化學深度教學：探究配合物的性質[J].化學教育（中英文），2023，44（1）：50-55.