馮穎怡

摘要：以紅酒中的添加劑SO2為情境線索，了解SO2在生活中的功與過，并運用證據(jù)推理與模型認(rèn)知的思維方式，探究SO2的漂白原理、還原性，以及作為酸性氧化物的性質(zhì)，促使學(xué)生習(xí)得結(jié)構(gòu)化的核心知識，并將其轉(zhuǎn)化為解決問題的策略，實現(xiàn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，提高其學(xué)科素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：情境脈絡(luò)；SO2；化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2023）08-0051-05?? 中圖分類號：G632.41?? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2023.08.011

一、境脈式教學(xué)的含義與功能價值

情境脈絡(luò)，簡稱“境脈”（Authentic Context）。美國卡羅拉多學(xué)者威爾遜提出：課堂中有不同的板塊，而板塊間是靠課堂情境的脈絡(luò)發(fā)展聯(lián)結(jié)在一起的。[1]在境脈式教學(xué)中，情境線索、問題線索、活動線索、知識線索與素養(yǎng)線索五者有機(jī)地結(jié)合，這種策略能讓學(xué)生真正參與到問題解決的過程中，深刻地體會化學(xué)知識與生活、化工生產(chǎn)的緊密聯(lián)系，最終指向化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。

本文以紅酒中添加劑 SO2為真實情境，學(xué)生在情境脈絡(luò)中思考紅酒中 SO2的作用，并通過設(shè)計實驗方案，科學(xué)探究，豐富體驗，建立“價-類”視角實現(xiàn)物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化的思想與方法。

二、教學(xué)背景

1.教材分析

本節(jié)課選自2019年人教版高中化學(xué)必修第二冊第五章第二節(jié)，屬于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中必修課程的“常見的無機(jī)物及其應(yīng)用”與“化學(xué)與社會發(fā)展”兩大主題。繼之前的鈉元素、氯元素及其化合物的學(xué)習(xí)，學(xué)生逐步形成元素化合物的學(xué)習(xí)方法與認(rèn)識視角。“硫及其化合物”的內(nèi)容安排在“物質(zhì)結(jié)構(gòu)元素周期律”之后，旨在引導(dǎo)學(xué)生運用“價-類”二維的思想與元素周期律，認(rèn)識硫及其化合物，同時為下一單元“氮及其化合物”的學(xué)習(xí)提供思路與方法。通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，學(xué)生能認(rèn)識 SO2在生活與生產(chǎn)中的作用與危害，綜合運用認(rèn)知模型，有意識地參與酸雨防治的社會性議題，并深化對“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”學(xué)科思想的理解。

2.學(xué)情分析

在初中階段，學(xué)生已初步了解硫單質(zhì)和硫酸的部分性質(zhì)，并通過前幾個單元的學(xué)習(xí)，初步掌握物質(zhì)分類、氧化還原反應(yīng)規(guī)律以及符號表征離子反應(yīng)的技能，也具備一定實驗探究能力與分析能力。

學(xué)生潛在困難是從結(jié)構(gòu)分析、預(yù)測物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，對化學(xué)反應(yīng)的認(rèn)識以宏觀現(xiàn)象為主，而深入微觀探析的思維薄弱。其認(rèn)知發(fā)展點是以類別和價態(tài)的視角，建立硫及其化合物相互轉(zhuǎn)化的認(rèn)知模型，遷移應(yīng)用，參與真實問題的解決。

三、設(shè)計思路

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》要求，“結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例或通過實驗探究，了解硫及其化合物的主要性質(zhì)，認(rèn)識這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對生態(tài)環(huán)境的影響”“結(jié)合實例認(rèn)識物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化在促進(jìn)文明進(jìn)步、環(huán)境保護(hù)中的重要價值?！盵2]因此，教師要挖掘知識背后的價值與意義，立足于學(xué)科理解，精心創(chuàng)設(shè)情景脈絡(luò)與驅(qū)動性學(xué)習(xí)任務(wù)，培養(yǎng)學(xué)生高階思維，提高其化學(xué)核心素養(yǎng)。本節(jié)課以SO2的功與過為情境線索，開展教學(xué)（圖1）。

本節(jié)課的教、學(xué)、評價目標(biāo)如表1所示。

四、教學(xué)實錄

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設(shè)情境，引入課題

【教師】素材展示：公元1世紀(jì)，羅馬的物理學(xué)家普利尼編寫的人類第一本百科全書《自然歷史》，里面記載了有關(guān)釀酒的話題。釀酒師首先在木桶中點燃硫磺，防止葡萄酒接觸空氣后變質(zhì)，使之能保存更長時間。提出問題：點燃硫磺過程中涉及什么化學(xué)反應(yīng)？

【學(xué)生】觀看材料，回顧硫單質(zhì)燃燒的化學(xué)方程式。

【教師】展示現(xiàn)代市售紅酒的成分表——標(biāo)注“contain sulfites”，即含亞硫酸鹽，或?qū)懼昂趸颉保?/p>

從古至今，釀造紅酒時都人為添加 SO2，試分析 SO2的添加起到哪些作用？

【學(xué)生】思考問題，結(jié)合生活常識大膽猜想 SO2的作用。

【教師】紅酒中添加的SO2是用作防腐劑，SO2在酒中會發(fā)生一系列的化學(xué)變化，本節(jié)課我們以此為線索，圍繞 SO2的功與過，學(xué)習(xí)硫及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系。首先，請同學(xué)們自主繪制硫元素的“價-類”二維圖，并補充其他常見的含硫物質(zhì)。

【學(xué)生】依據(jù)物質(zhì)類別、元素化合價，自主畫圖、填寫。

設(shè)計意圖：以歷史上的釀酒方法與現(xiàn)代紅酒中的成分表切入，創(chuàng)設(shè)真實的問題情境，調(diào)動學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣與探究欲望，引出本節(jié)課的主題，建立硫元素的存在形式多種多樣的元素視角。

環(huán)節(jié)二：設(shè)疑引導(dǎo)，探求新知

【教師】播放視頻《紅酒世界》。SO2是常用的食品防腐劑，食品制造中，可以起到防止變色的作用。查閱資料可知，SO2具有漂白性，如何利用已有儀器、試劑，設(shè)計實驗方案，驗證其漂白性？

探究活動1：SO2的制備與漂白性實驗

【學(xué)生】觀看視頻后，小組交流討論，設(shè)計方案并互評。

【教師】點評方案，演示如圖3所示的實驗。

【學(xué)生】預(yù)測實驗現(xiàn)象，認(rèn)真觀察，記錄現(xiàn)象并解釋原因。得出結(jié)論：SO2具有漂白性，但只是暫時漂白，其效果并不穩(wěn)定。

【教師】小結(jié)SO2特殊性質(zhì)：漂白性，簡介其用途。

設(shè)計意圖：不采用常規(guī)的試管，而是Y型試管進(jìn)行實驗探究，現(xiàn)象明顯，對比清晰。首先利用氣球的膨脹證明 SO2的生成，并通過品紅溶液的褪色，證明了 SO2具有漂白性。品紅受熱后紅色重現(xiàn)，氣球再度膨脹，據(jù)此學(xué)生還能推斷出 SO2的漂白效果不穩(wěn)定的特點。創(chuàng)新的實驗裝置開展科學(xué)探究，發(fā)展了學(xué)生獲取證據(jù)與推理的分析能力，同時還培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識，SO2的漂白性也在學(xué)生腦海中留下深刻的印象。

探究活動2：SO2的還原性

【教師】紅酒釀造過程中人工添加 SO2，可以阻止酒液與氧氣接觸，是因為SO2優(yōu)先與氧氣反應(yīng)：SO2+O2? SO3，從而保護(hù)紅酒，達(dá)到抗氧化的作用。提出問題：SO2中 S元素的價態(tài)？結(jié)合氧化還原規(guī)律，SO2具有怎樣的化學(xué)性質(zhì)？如何驗證之？

【學(xué)生】思考問題，分析硫元素價態(tài)變化，結(jié)合情境預(yù)測SO2具有還原性，并填寫表2。

【學(xué)生】列舉常見的氧化劑：KMnO4、H2O2、溴水等，設(shè)計實驗，驗證SO2的還原性。

【教師】引導(dǎo)學(xué)生基于實驗現(xiàn)象形成認(rèn)識，用符號表征SO2的轉(zhuǎn)化。

設(shè)計意圖：引導(dǎo)學(xué)生在情境中思考 SO2的作用，基于價態(tài)得出SO2有還原性的結(jié)論，再采用POE 策略，即預(yù)測-觀察-解釋策略（Predict-Observe-Explain），讓學(xué)生運用氧化還原規(guī)律，預(yù)測 SO2與常見氧化劑反應(yīng)的現(xiàn)象及產(chǎn)物，并在實驗探究的環(huán)節(jié)認(rèn)真觀察實驗現(xiàn)象，獲取證據(jù)，解釋原因。借助POE 策略，有效增強學(xué)習(xí)活動的目的性，[3]還促進(jìn)發(fā)展了學(xué)生科學(xué)探究、證據(jù)推理的化學(xué)核心素養(yǎng)，培養(yǎng)其嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

探究活動3：酸性氧化物的性質(zhì)

【教師】展示自制葡萄酒的相關(guān)文獻(xiàn)，提出問題：家庭一般沒有SO2，可以改用亞硫酸代替之，為什么？

【學(xué)生】亞硫酸與SO2中的硫元素均為+4價，都有還原性。

【教師】很好，同學(xué)們的回答是從價態(tài)角度分析，若從物質(zhì)類別的角度思考，SO2屬于什么氧化物？

【學(xué)生】SO2是酸性氧化物。

【教師】酸性氧化物有哪些化學(xué)通性？釀酒時把 SO2通入紅酒中，SO2與水有化學(xué)反應(yīng)嗎？怎么證明？

【學(xué)生】思考問題，回憶酸性氧化物的通性，類比 CO2，采用圖4裝置開展驗證實驗，并填寫表3。

設(shè)計意圖：運用類比方法，讓學(xué)生得出 SO2與水、堿、堿性氧化物反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)，建立物質(zhì)類別的認(rèn)識視角，加深理解“同類物質(zhì)具有相似性”的觀念。

環(huán)節(jié)三：歸納總結(jié)，思維建模

【教師】根據(jù)剛才的實驗探究活動，以SO2為中心，探究其漂白性、還原性與酸性氧化物的性質(zhì)，梳理它們的轉(zhuǎn)化關(guān)系，完善硫及其化合物的“價-類”二維圖，思考問題：當(dāng)我們遇到陌生的元素化合物，是否也能應(yīng)用這樣的模型預(yù)測其化學(xué)性質(zhì)？思考的角度有哪些？

【學(xué)生】價態(tài)和物質(zhì)類別。

【教師】物質(zhì)的化合價決定其化學(xué)性質(zhì)，化合價與什么有關(guān)？

【學(xué)生】最外層電子數(shù)。

【教師】+4價的 S元素失去電子升為+6價后，根據(jù)核外電子排布知識可知，S元素達(dá)到8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此SO2有還原性，換個角度思考，SO2中S元素能否降價？若能則體現(xiàn)什么性質(zhì)？

【學(xué)生】思考分析，回答問題。

【教師】失去電子后+6價的 S 元素較穩(wěn)定，因此 SO2主要表現(xiàn)為還原性。小結(jié)：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)（圖5）。

設(shè)計意圖：從元素化合價與物質(zhì)類別兩個維度梳理硫及其化合物，建立結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化的知識體系，形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”學(xué)科思想，順利過渡到下一環(huán)節(jié)，進(jìn)一步理解“性質(zhì)決定用途”。

環(huán)節(jié)四：聯(lián)系生活，學(xué)以致用

【教師】提出問題：若沒有 SO2作紅酒的抗氧化劑，能否使用其他含硫化合物代替？請從“價-類”二維圖中尋找。

【學(xué)生】結(jié)合信息，+4價的含硫物質(zhì)還有亞硫酸鹽、亞硫酸氫鹽。

【教師】市售紅酒中有的還含有焦亞硫酸鉀（如圖6所示）。

【教師】從氧化還原規(guī)律和價態(tài)分析，實驗室如何保存亞硫酸鹽如Na2SO3？

【學(xué)生】密封、陰涼處保存，減少與氧氣接觸。

【教師】小結(jié)SO2的“功”：可用于抗氧化和熏制藥材，但必須控制劑量。

設(shè)計意圖：從價態(tài)視角，尋找替代SO2的其他含硫物質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生舉一反三、知識遷移的能力，運用所學(xué)知識解決問題，增強體驗感與參與感，體會化學(xué)能為人類的美好生活作貢獻(xiàn)。

【教師】新聞?wù)故?SO2的“過”：工業(yè)生產(chǎn)排放的 SO2，引起了酸雨問題。設(shè)問：SO2是大氣污染物，實驗室制取了 SO2后，如何進(jìn)行尾氣處理？工業(yè)生產(chǎn)中產(chǎn)生的 SO2如何處理？涉及哪些化學(xué)反應(yīng)？

【學(xué)生】從酸性氧化物的性質(zhì)分析，尋找吸收 SO2的化學(xué)試劑，并用符號表征SO2的處理過程。

【教師】SO2是一種有毒的氣體，對環(huán)境有害，但在某些食品中卻能適量添加，起到去色、殺菌、抗氧化等作用，SO2的功與過對我們有什么啟發(fā)？如何看待之？

設(shè)計意圖：從物質(zhì)轉(zhuǎn)化關(guān)系的視角認(rèn)識了硫及其化合物，回歸到本節(jié)課討論的 SO2的用途與危害，通過思考 SO2尾氣處理的措施，讓學(xué)生有意識地運用所學(xué)的知識參與酸雨防治這一社會議題，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任；通過了解 SO2可作為防腐劑，引導(dǎo)學(xué)生辯證看待科學(xué)事物，提升學(xué)生對化學(xué)學(xué)科價值的認(rèn)同感。

五、教學(xué)反思與感悟

1.境脈式教學(xué)提高了知識的結(jié)構(gòu)化水平

元素化合物的教學(xué)內(nèi)容多、細(xì)、繁，學(xué)生學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容時容易死記硬背，學(xué)生的腦海中沒有形成系統(tǒng)、完整的知識網(wǎng)絡(luò)體系，學(xué)了以后很快遺忘。筆者認(rèn)為，教師的授課模式會直接影響學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣、方法乃至對化學(xué)學(xué)科的理解。因此對于元素化合物的內(nèi)容，可采用境脈式教學(xué)，強化學(xué)科實踐，引導(dǎo)學(xué)生在做中學(xué)，加強知識間的內(nèi)在關(guān)聯(lián)，促進(jìn)學(xué)生舉一反三，融會貫通，最終提高學(xué)生的知識結(jié)構(gòu)化水平。

2.境脈式教學(xué)培養(yǎng)了化學(xué)核心素養(yǎng)

真實、具體的問題情境是學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的重要載體，更是學(xué)生形成和發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)的重要手段。[2]本節(jié)課以紅酒中的防腐劑 SO2為情境，探究了 SO2的化學(xué)性質(zhì)，學(xué)生親歷建構(gòu)知識、運用所學(xué)解決問題的過程，印象深刻，理解透徹。主題化的驅(qū)動性任務(wù)發(fā)展了學(xué)生獲取證據(jù)、分析推理能力。課堂中使用 Y 型試管探究SO2的漂白性，培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究、創(chuàng)新意識；改用針筒進(jìn)行微型實驗，驗證SO2的還原性和酸性氧化物的性質(zhì)，鍛煉了學(xué)生的實驗操作能力，同時還滲透了綠色化學(xué)的理念。最后，引導(dǎo)學(xué)生思考如何處理工業(yè)廢氣中的 SO2，發(fā)展了其科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的核心素養(yǎng)。

3.境脈式教學(xué)發(fā)揮了學(xué)科育人的價值

筆者在設(shè)計本節(jié)課之前，翻閱了有關(guān)“硫及其化合物”的文獻(xiàn)資料，對于 SO2的教學(xué)處理，大多是以酸雨為背景。提起 SO2，很多學(xué)生只知道其毒性，即使是高三一輪復(fù)習(xí)后的學(xué)生，也有不清楚 SO2可用作防腐劑。本節(jié)課先從 SO2的“功”說起，再討論 SO2的“過”，讓學(xué)生認(rèn)識到事物是對立統(tǒng)一的，堅持辯證的態(tài)度看待科學(xué)，只要合理使用，化學(xué)能夠為人類創(chuàng)造美好生活。創(chuàng)設(shè)有價值的問題情境，激發(fā)學(xué)生的探索精神，充分發(fā)揮學(xué)科的育人價值，促進(jìn)學(xué)生知、情、意、行的統(tǒng)一，這是我們化學(xué)教師的責(zé)任，更是我們的使命。

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