硫元素的項目式教學實踐

摘" 要：本項目式教學以葡萄保鮮紙的使用為載體，設計四個項目任務，創設實驗探究活動，用驅動性問題串聯學生的學習行為。將二氧化硫的漂白原理、保鮮紙如何釋放二氧化硫、硫元素性質學習及二氧化硫的檢測等知識融會貫通，構建思維模型解決實際問題。在探究過程中培養學生的探究精神和合作意識，發展證據推理與模型認知的學科核心素養。

關鍵詞：項目式教學；葡萄保鮮紙；硫及其化合物；核心素養；食品添加劑

文章編號：

1008-0546（2024）14-0008-03

中圖分類號：

G632.41

文獻標識碼：

B

一、教學主題分析

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱《高中新課標》）在實施建議中指出，真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺，教師在教學中應重視創設真實且富有價值的問題情境，促進學生化學學科核心素養的形成和發展。［1］與傳統教學相比，項目式教學能通過解決實際問題來有效提升學生的思考能力。學生在教師的整體把握和指導下，緊密結合任務進行積極的探究與發現，通過分析實際問題、完成項目任務來構建項目承載的科學知識和科學方法，實現從知識到實踐的遷移，全面發展學生的學科核心素養。

“硫及其化合物”是人教版高中化學必修第二冊的學習內容。對于元素化合物的教學，《高中新課標》的內容要求為：認識元素在物質中可以具有不同價態，可通過氧化還原反應實現含有不同價態同種元素的物質的相互轉化；結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解硫及其重要化合物的主要性質，認識這些物質在生產中的應用和對生態環境的影響。本項目式教學以葡萄保鮮紙的研究和使用為載體，利用任務驅動的方式，設計了“探究SO2的防腐效果”“探究SO2的漂白原理”“探究保鮮紙的反應原理”“殘留SO2的檢驗”四個子任務，學習硫元素、SO2的部分性質及其作為食品添加劑的應用。本次項目式教學通過建立學習小組，開展任務型、合作式學習，學生在問題的解決過程中構建陌生物質轉化的思維模型，建立硫及其化合物物質類別、價態轉換之間的關系，感受化學在實際生活中的應用。

二、項目教學目標

本項目注重研究性學習的具體實踐，驅動學生對已初步形成的物質及其轉化的認識進行遷移應用，完成一系列具有挑戰性的、進階式的任務，指向學生的深度學習。本項目的教學目標具體如下。

（1）通過查閱食品添加劑使用規范等資料，培養學生獲取信息的能力，并能用比較、歸納的方法對獲取的信息進行加工，形成從定性到定量進行科學探究的意識。

（2）通過自主設計對比實驗，探究保鮮紙的防腐效果，形成“實驗目的—實驗操作—預期現象—預期結論”的思維鏈條，構建實驗方案設計思路，培養證據意識和科學探究能力。

（3）通過探究保鮮紙的反應原理，借助實驗及“價—類”二維模型認識焦亞硫酸鈉的化學性質，復習含硫物質的性質及變化的相關知識，構建元素化合物轉化思維模型。

（4）通過討論葡萄保鮮紙的改進方案，培養學生的創新精神，體會化學學科的魅力。

三、項目教學流程

本著問題情境化、任務化、活動化、素養化的設計思路，筆者設計的項目教學流程如圖1所示。

四、項目實施過程

1. 任務一" 探究SO2的防腐效果

活動1：查找SO2在食品保鮮中的應用及作用原理。

［學生］以小組為單位，查閱資料，匯總在生產過程中應用SO2保鮮防腐的食品及原理。

活動2：探究不同濃度SO2作用于葡萄的保鮮防腐效果。

［小組合作］運用控制變量法設計并進行實驗，探究不同濃度SO2對葡萄的保鮮防腐效果。思考該實驗的變量是什么，實驗過程中哪些因素需保持一致。實驗用時十天。

［小組交流討論］實驗設計及結果：①空白對照組，葡萄發霉。②一層保鮮紙（低濃度SO2），葡萄完好。③四層保鮮紙（較高濃度SO2），葡萄有白點。④置于SO2集氣瓶中（高濃度SO2），葡萄脫色。

［結論］適宜的SO2可以殺滅灰霉菌、孢菌等一些引起葡萄腐爛的病菌，以達到防腐保鮮的目的；同時還可抑制葡萄各部位多酚氧化酶的活性，延緩果實和果梗的褐變和衰老。但若使用不當，局部SO2熏蒸過度，SO2與花青素結合會導致葡萄產生白點。［2］

［設計意圖］本環節主要以自主合作學習的方式進行。在查找資料過程中，學生了解到SO2作為食品添加劑在食品防腐保鮮方面的應用，培養學生信息獲取與加工能力。在設計及進行實驗過程中，學生對葡萄保鮮紙有了初步的認識，體驗到了不同濃度SO2對葡萄的保鮮效果，認識到了反應條件對化學反應的調控。在此過程中促進了學生科學探究與創新意識核心素養的發展。

［子任務成果］學生通過“實驗目的—實驗操作—預期現象—預期結論”的思維鏈條，在課前完成該項任務并形成實驗報告，在課堂中展示及匯報葡萄保鮮的研究過程和研究成果，并能結合查閱到的文獻資料解釋實驗現象，了解葡萄保鮮原理，形成從定性到定量進行科學探究的意識。

2. 任務二" 探究SO2的漂白原理

［情境銜接］保鮮紙若使用不當，局部SO2熏蒸過度，SO2與花青素結合會導致葡萄產生白點，體現了SO2的漂白性。

［演示實驗］SO2水溶液使品紅溶液褪色。

［教師］SO2使品紅褪色還是SO2與水反應的生成物使品紅褪色，如何改進實驗？

［學生］根據提供的實驗藥品及儀器，小組討論出方案后進行實驗，得出結論，并結合課前所查閱到的資料驗證結論。

［結論］SO2不能使品紅褪色，SO2與水反應的生成物使品紅褪色。因保鮮紙使用不當造成葡萄脫色的物質為H2SO3（HSO－3）。

［教師］結合SO2的漂白性，如何恢復葡萄皮的顏色？SO2作為食品添加劑，漂白不同物質的原理是否相同？

［小組討論并總結］SO2的漂白反應可逆，通過加熱可去掉亞硫酸，使花青素再生，恢復原來的顏色。SO2漂白除破壞發色基團外，還有防止食品酶性褐變及非酶褐變等原理。［3］

［設計意圖］通過創設SO2水溶液使品紅褪色的情境，引導學生設計實驗，發展學生對SO2漂白本質的認識進階（物質水平、元素水平、微粒水平）。通過對比實驗現象，加強學生對SO2漂白性的本質理解。該環節在合作探究中讓課堂真正成為學生學習知識、培養能力的場所，培養學生發現問題、分析問題的能力，發展科學探究與創新意識、宏觀辨識與微觀探析的核心素養。

［子任務成果］從宏觀和微觀兩個角度認識SO2的漂白本質，構建物質的變化、性質、結構、用途之間的關系。

3. 任務三" 探究保鮮紙的反應原理

［情境銜接］一定濃度的SO2能夠對葡萄起到保鮮防腐的作用，但氣體的使用不方便，且用量不易控制，一不小心就會漂白，所以工業上會制成固體含硫化合物，如焦亞硫酸鈉、亞硫酸鈉等，這些化合物在使用過程中都會產生SO2，且都是固體，比直接使用SO2方便，易控制使用量。

［教師］保鮮紙的主要成分為焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）。

［資料卡片］①葡萄保鮮時箱子底部放濕潤的吸水紙，最上面放保鮮紙，貯存環境需保持一定的濕度。②焦亞硫酸鈉（Na2S2O5）遇水即生成NaHSO3。③保鮮紙的孔密度影響SO2的釋放速率，孔的數量越多，透氧率越高，酸度越高，SO2釋放速率越快（不考慮Na2S2O5在空氣中的氧化）。④Na2S2O5與H＋反應放出SO2。

［小組交流討論］根據資料卡片信息，推測保鮮紙釋放SO2的化學反應方程式。

［討論思路］結合硫的“價—類”二維圖（見圖2），猜測Na2S2O5可能具有的性質。

［師生總結］根據葡萄保鮮紙反應原理的探究過程，總結出陌生物質轉化的思維模型（見圖3）。

［實驗驗證］在葡萄保鮮紙上分別滴加稀硫酸和水，用品紅靠近，觀察現象。

［設計意圖］在真實情境中通過化學反應探究物質的性質，學生需通過一系列的問題探究來獲取相關知識，并運用分析、對比、概括、歸納等方法對所獲取的信息進行初步加工和應用，培養學生的信息素養與探究歸納能力。該環節引導學生從物質類別和核心元素價態兩方面預測物質性質，通過硫元素的“價—類”二維圖找到保鮮紙成分Na2S2O5與所學硫及其化合物之間的聯系。通過證據推理代替單一的講解，讓學生體會模型的建立，培養學生證據推理與模型認知的核心素養。

［子任務成果］利用元素化學知識，明確Na2S2O5釋放SO2的原理，借助“價—類”二維模型認識焦亞硫酸鈉的化學性質，復習了含硫物質的性質及轉化的相關知識，并構建了元素化合物轉化的思維模型。

4. 任務四" 殘留SO2的檢驗

［情境銜接］SO2是合法的食品添加劑，少量SO2進入體內后最終生成硫酸鹽，由尿液排出體外，不會產生毒性作用。但過量添加會對人體造成傷害，它在食品中的使用量及殘留量都有嚴格的限制。

［小組匯報］SO2在不同食品中的允許使用量，SO2超標對人體的危害。

［學生實驗］實驗室模擬檢測葡萄酒中SO2的殘留量，通過數據計算該葡萄酒中SO2是否超標。

［教師］用過葡萄保鮮紙的葡萄，SO2是否超標，如何檢測？

［學生］小組討論，設計實驗方案，通過實驗檢測，并結合文獻數據，對保鮮紙廣告中的“無殘留”做出科學性評價。

［小組歸納總結］如何正確使用葡萄保鮮紙，可以在達到葡萄保鮮效果的同時避免葡萄產生白點。根據本節課所學內容，思考如何改進葡萄保鮮紙可使葡萄保鮮更持久且不易殘留SO2。

［設計意圖］通過課前查閱資料，讓學生感悟凡事具有兩面性，形成辯證的科學思維，學會全面地看待問題。通過小組合作探討實驗方案，提高學生自主學習、合作學習的能力。通過最后歸納總結保鮮紙的使用及如何改進保鮮紙，讓學生真正體會到學習化學的樂趣，培養學生運用所學知識和科學方法分析、解決化學問題的能力，發展科學探究及科學態度與社會責任的核心素養。

［子任務成果］了解食品中殘留SO2的檢驗方法，知道了處理保鮮劑時應注意哪些問題，提升安全、環保意識，強化綠色化學觀念。通過實驗檢測，能對保鮮紙廣告做出科學性評價，發展了批判思維和分析推理能力，感悟化學與生活的融合。

五、項目實施思考及啟示

本項目以“葡萄保鮮紙的使用研究”這一真實問題為情境，通過建立學習小組，開展任務型、合作式學習，融會貫通二氧化硫的漂白原理、陌生含硫化合物性質及二氧化硫的檢測等知識。學生通過閱讀、討論、實驗等活動，在解決實際問題的過程中，體會從數據、信息、現象入手推斷論證物質的性質；學會遇到陌生物質時，能基于代表物類比的思路或物質組成、結構的特點推測其性質；能從宏觀到微觀分析解釋物質的性質及其相關變化。課后應用所學知識改進保鮮紙，使知識得到應用和提升。

本節課源自生活中的真實情境，項目推進過程中將元素化合物知識與科學、技術、社會、環境問題相融合，引導學生意識到學好元素化合物知識對于解決現實問題具有重要意義。在項目實施過程中通過調動學科核心概念和原理來解決挑戰性問題，讓學生感受化學在實際生活中的融合應用，感悟到化學學科的社會價值，促進化學學科核心素養的發展。

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）［M］.北京：人民教育出版社，2020．

［2］佟繼旭.二氧化硫防腐保鮮處理對紅地球葡萄品質影響及風險評估的研究［D］.北京：中國農業科學院，2018．

［3］高彥祥.食品添加劑（第二版）［M］.北京：中國輕工業出版社，2019．