论文部分内容阅读
【摘要】科学世界里系统、客观的、逻辑的知识并不是一蹴而就的，而是人们在丰富的生活世界里，通过思考、激情和想象等个体的、主观的和漫长的努力而获得的。文章以人教版必修二“硫及其化合物的性质及应用”教学为例，进行基于化学学科核心素养元素化合物认识模型的构建。
【关键词】核心素养;元素化合物;认识模型的构建
【基金项目】增城区教育科学“十三五”规划2017年度立项课题“基于学科核心素养的元素化合物教学研究”阶段性成果。
一、教学案例
（一）学习目标
1.通过实验了解二氧化硫的物理性质，掌握二氧化硫的化学性质（酸性氧化物通性、还原性、漂白性），能运用化学符号描述相关变化，初步形成“性质决定用途”的观念。
2.通过对酸雨成因的探讨，认识到二氧化硫与其他含硫物质间可以相互转化，且需要一定的条件。
3.通过二氧化硫相关实验现象的分析推测二氧化硫的相关性质，形成基于物质类别和价态对物质性质进行预测和检验的认识模型。
4.能对简单化学问题的解决设计实验方案，与同学合作完成实验操作，客观进行记录，对实验现象作出解释。
5.通过重污染条件下空气中二氧化硫含量的测定与防治的主题活动探讨，对二氧化硫性质学以致用，认识到二氧化硫过量排放对环境造成的危害，能从化学的角度提出减少硫酸型酸雨的措施，具有“绿色化学”的观念，培养学生的环保意识和社会责任感，赞赏政府、企业为改善环境所作出的持续努力;通过二氧化硫在生产生活中的应用和对环境影响的学习，辩证分析事物的多面性，培养科学态度和价值观。
（二）评价目标
1.通过对空气中首要污染物二氧化硫转化成硫酸的可能路径交流点评，诊断并发展学生对物质及其转化思路的认识水平（孤立水平、系统水平）。
2.通过对二氧化硫性质的预测及实验方案设计与交流点评，诊断并发展学生探究物质性质的水平（经验水平、概念原理水平）。
3.通过对重度污染天气下空气中二氧化硫含量的测定方案的设计、二氧化硫尾气处理与防治措施、二氧化硫用途的交流点评，诊断并发展学生解决实际问题的能力水平（孤立水平、系统水平）及其对化学价值的认识水平（学科视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。
（三）学情分析
从知识储备来看，通过前面三章及第四章第一节的学习，学生已经学习了人们认识和研究化学物质的分类法、实验探究法以及氧化还原反应、离子反应等基本理论，了解了非金属元素氯、溴、碘、硅及其化合物的性质与应用和金属元素钠、镁、铁、铜及其化合物的性质和应用。从能力层面来看，通过前面的学习初步学会了从价态、类别角度研究和实验探究法研究无机物的性质，为本节课探究性、开放性教学打下良好基础。
（四）教学过程
1.引出话题。展示百度百科资料：2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，二氧化硫在三类致癌物清单中。
2.谈论话题。为什么SO2是大气污染物？来源？如何看待 SO2？其用途有哪些？——學生课前已经查资料了解了二氧化硫的性质、对环境影响及应用。
【教师点拨】二氧化硫是最常见、最简单、有刺激性的硫氧化物。大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体，在许多工业生产过程中也会产生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫元素，因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸。若把亚硫酸进一步在PM2.5存在的条件下氧化，便会迅速高效生成硫酸（酸雨的主要成分）。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。二氧化硫具有漂白性。工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝、草帽等。二氧化硫的漂白作用是由于它（亚硫酸）能与某些有色物质生成不稳定的无色物质。这种无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色，因此用二氧化硫漂白过的草帽辫日久又变成黄色。二氧化硫和某些含硫化合物的漂白作用也被一些不法厂商非法用来加工食品，以使食品增白等。食用这类食品，对人体的肝、肾脏等有严重损伤，并有致癌作用。
此外，二氧化硫还能够抑制霉菌和细菌的滋生，可以用作食物和干果的防腐剂，但必须严格按照国家有关范围和标准使用。
应用领域。（1）用作有机溶剂及冷冻剂，并用于精制各种润滑油。（2）主要用于生产三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐、硫代硫酸盐，也用作熏蒸剂、防腐剂、消毒剂、还原剂等。（3）二氧化硫是中国允许使用的还原性漂白剂。对食品有漂白和对植物性食品内的氧化酶有强烈的抑制作用。中国规定可用于葡萄酒和果酒，最大使用量0.25g/kg，残留量不得超过0.05g/kg。（4）农药、人造纤维、染料等工业部门。（5）用于生产硫以及作为杀虫剂、杀菌剂。（6）按照Claude Ribbe在《拿破仑的罪行》一书中的记载，二氧化硫在19世纪早期被一些在海地的君主当作一种毒药来镇压奴隶的反抗。
【学生活动】感受SO2对大气的污染，观看酸雨危害的图片及SO2的用途，体会事物的两面性，从价类二维图中体会SO2如何转化成酸雨。
3.预测与论证SO2的性质。（1）提出问题：要设计SO2含量的测定方法，必先了解SO2的性质。大家觉得学习SO2的性质，我们可以从哪些方面入手呢？——通过前面的学习，学生学习元素及其化合物思维模式初步建立，并能熟练说出研究物质性质的步骤。（2）活动;展示SO2，描述物理性质，并验证溶解性。——可以观看实验视频，不是探究性的实验可以不用分组实验或演示实验。（3）互动：学生通过平板上传自己作的二氧化硫“价态-类别”二维图，预测性质（类别、价态、特殊性），画出性质预测思维导图。（4）讨论：以上预测，我们可以通过怎样的实验方案设计来验证呢？学生分组讨论，代表发言主要观点：基于类别，酸性氧化物，类似CO2的性质;基于中间价态，既有氧化性，又有还原性，侧重于还原性;可能还有某些特殊性。（5）方案设计;提供SO2及相关试剂进行验证。
4.总结。性质小结，介绍可逆反应、物质漂白的几种类型及方程式书写落实。对F层次的学生来说，陌生氧化还原反应的方程式的书写难度还是比较大，花了比较长的时间整理落实，一节课的时间差不多结束，剩下的内容布置课后作业，下节课继续完成。
（五）合作创新
任务。工业生产中规定空气中的二氧化硫允许排放量不得超过0.02mg/m3。请设计实验方案测定某工厂附近区域空气中SO2浓度是否超出标准。
（1）方法1：沉淀法。考虑到实验过程中亚硫酸盐不稳定， 易氧化，故可选择足量H2O2、BaCl2混合溶液吸收SO2， 然后通过测定样品气体的体积、BaSO4沉淀的质量来求得样品中SO2浓度。（2）方法2：滴定法。用NaOH溶液吸收SO2，再用酸性 KMnO4溶液滴定生成的Na2SO3的量。
（六）问题解决
1.过渡。如果空气中的SO2含量超标，将会给我们生产、生活带来巨大影响，那我们应该如何防治呢？
2.讨论交流、代表发言：关于酸雨的防治。（1） 提高石化燃料质量，改进机动车辆废气排放装置，减少废气中SO2含量。（2）限制高污染工厂数量、地点，强制实施废气排放净化。（3） 减少石化燃料的使用，多利用无污染的绿色能源，如水能、潮汐能、太阳能、核能（安全核能）等。
二、教学反思
本节课选择酸雨作为探讨SO2性质的切入口。此外，为了凸显地方课程资源，增强教学内容与学生的亲近感，本节课以重污染条件下二氧化硫的来源、酸雨的形成与防治、工业废气及汽车尾气二氧化硫的监测为明线，以尾气处理技术的变化为暗线，力图使学生以积极的态度、从学科知识的角度理解酸雨的产生、发展和治理过程，让学生切身感受化学与自然环境、生活环境的密切联系，赞赏政府、企业为改善环境所作出的持续努力，为建设美丽中国贡献力量。教学思路包括“课堂活动线、知识结构线、素养水平线”，做到三线合一，相辅相成，实现教学目标。
【参考文献】
[1]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017.
【关键词】核心素养;元素化合物;认识模型的构建
【基金项目】增城区教育科学“十三五”规划2017年度立项课题“基于学科核心素养的元素化合物教学研究”阶段性成果。
一、教学案例
（一）学习目标
1.通过实验了解二氧化硫的物理性质，掌握二氧化硫的化学性质（酸性氧化物通性、还原性、漂白性），能运用化学符号描述相关变化，初步形成“性质决定用途”的观念。
2.通过对酸雨成因的探讨，认识到二氧化硫与其他含硫物质间可以相互转化，且需要一定的条件。
3.通过二氧化硫相关实验现象的分析推测二氧化硫的相关性质，形成基于物质类别和价态对物质性质进行预测和检验的认识模型。
4.能对简单化学问题的解决设计实验方案，与同学合作完成实验操作，客观进行记录，对实验现象作出解释。
5.通过重污染条件下空气中二氧化硫含量的测定与防治的主题活动探讨，对二氧化硫性质学以致用，认识到二氧化硫过量排放对环境造成的危害，能从化学的角度提出减少硫酸型酸雨的措施，具有“绿色化学”的观念，培养学生的环保意识和社会责任感，赞赏政府、企业为改善环境所作出的持续努力;通过二氧化硫在生产生活中的应用和对环境影响的学习，辩证分析事物的多面性，培养科学态度和价值观。
（二）评价目标
1.通过对空气中首要污染物二氧化硫转化成硫酸的可能路径交流点评，诊断并发展学生对物质及其转化思路的认识水平（孤立水平、系统水平）。
2.通过对二氧化硫性质的预测及实验方案设计与交流点评，诊断并发展学生探究物质性质的水平（经验水平、概念原理水平）。
3.通过对重度污染天气下空气中二氧化硫含量的测定方案的设计、二氧化硫尾气处理与防治措施、二氧化硫用途的交流点评，诊断并发展学生解决实际问题的能力水平（孤立水平、系统水平）及其对化学价值的认识水平（学科视角、社会价值视角、学科和社会价值视角）。
（三）学情分析
从知识储备来看，通过前面三章及第四章第一节的学习，学生已经学习了人们认识和研究化学物质的分类法、实验探究法以及氧化还原反应、离子反应等基本理论，了解了非金属元素氯、溴、碘、硅及其化合物的性质与应用和金属元素钠、镁、铁、铜及其化合物的性质和应用。从能力层面来看，通过前面的学习初步学会了从价态、类别角度研究和实验探究法研究无机物的性质，为本节课探究性、开放性教学打下良好基础。
（四）教学过程
1.引出话题。展示百度百科资料：2017年10月27日，世界卫生组织国际癌症研究机构公布的致癌物清单初步整理参考，二氧化硫在三类致癌物清单中。
2.谈论话题。为什么SO2是大气污染物？来源？如何看待 SO2？其用途有哪些？——學生课前已经查资料了解了二氧化硫的性质、对环境影响及应用。
【教师点拨】二氧化硫是最常见、最简单、有刺激性的硫氧化物。大气主要污染物之一。火山爆发时会喷出该气体，在许多工业生产过程中也会产生二氧化硫。由于煤和石油通常都含有硫元素，因此燃烧时会生成二氧化硫。当二氧化硫溶于水中，会形成亚硫酸。若把亚硫酸进一步在PM2.5存在的条件下氧化，便会迅速高效生成硫酸（酸雨的主要成分）。这就是对使用这些燃料作为能源的环境效果的担心的原因之一。二氧化硫具有漂白性。工业上常用二氧化硫来漂白纸浆、毛、丝、草帽等。二氧化硫的漂白作用是由于它（亚硫酸）能与某些有色物质生成不稳定的无色物质。这种无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色，因此用二氧化硫漂白过的草帽辫日久又变成黄色。二氧化硫和某些含硫化合物的漂白作用也被一些不法厂商非法用来加工食品，以使食品增白等。食用这类食品，对人体的肝、肾脏等有严重损伤，并有致癌作用。
此外，二氧化硫还能够抑制霉菌和细菌的滋生，可以用作食物和干果的防腐剂，但必须严格按照国家有关范围和标准使用。
应用领域。（1）用作有机溶剂及冷冻剂，并用于精制各种润滑油。（2）主要用于生产三氧化硫、硫酸、亚硫酸盐、硫代硫酸盐，也用作熏蒸剂、防腐剂、消毒剂、还原剂等。（3）二氧化硫是中国允许使用的还原性漂白剂。对食品有漂白和对植物性食品内的氧化酶有强烈的抑制作用。中国规定可用于葡萄酒和果酒，最大使用量0.25g/kg，残留量不得超过0.05g/kg。（4）农药、人造纤维、染料等工业部门。（5）用于生产硫以及作为杀虫剂、杀菌剂。（6）按照Claude Ribbe在《拿破仑的罪行》一书中的记载，二氧化硫在19世纪早期被一些在海地的君主当作一种毒药来镇压奴隶的反抗。
【学生活动】感受SO2对大气的污染，观看酸雨危害的图片及SO2的用途，体会事物的两面性，从价类二维图中体会SO2如何转化成酸雨。
3.预测与论证SO2的性质。（1）提出问题：要设计SO2含量的测定方法，必先了解SO2的性质。大家觉得学习SO2的性质，我们可以从哪些方面入手呢？——通过前面的学习，学生学习元素及其化合物思维模式初步建立，并能熟练说出研究物质性质的步骤。（2）活动;展示SO2，描述物理性质，并验证溶解性。——可以观看实验视频，不是探究性的实验可以不用分组实验或演示实验。（3）互动：学生通过平板上传自己作的二氧化硫“价态-类别”二维图，预测性质（类别、价态、特殊性），画出性质预测思维导图。（4）讨论：以上预测，我们可以通过怎样的实验方案设计来验证呢？学生分组讨论，代表发言主要观点：基于类别，酸性氧化物，类似CO2的性质;基于中间价态，既有氧化性，又有还原性，侧重于还原性;可能还有某些特殊性。（5）方案设计;提供SO2及相关试剂进行验证。
4.总结。性质小结，介绍可逆反应、物质漂白的几种类型及方程式书写落实。对F层次的学生来说，陌生氧化还原反应的方程式的书写难度还是比较大，花了比较长的时间整理落实，一节课的时间差不多结束，剩下的内容布置课后作业，下节课继续完成。
（五）合作创新
任务。工业生产中规定空气中的二氧化硫允许排放量不得超过0.02mg/m3。请设计实验方案测定某工厂附近区域空气中SO2浓度是否超出标准。
（1）方法1：沉淀法。考虑到实验过程中亚硫酸盐不稳定， 易氧化，故可选择足量H2O2、BaCl2混合溶液吸收SO2， 然后通过测定样品气体的体积、BaSO4沉淀的质量来求得样品中SO2浓度。（2）方法2：滴定法。用NaOH溶液吸收SO2，再用酸性 KMnO4溶液滴定生成的Na2SO3的量。
（六）问题解决
1.过渡。如果空气中的SO2含量超标，将会给我们生产、生活带来巨大影响，那我们应该如何防治呢？
2.讨论交流、代表发言：关于酸雨的防治。（1） 提高石化燃料质量，改进机动车辆废气排放装置，减少废气中SO2含量。（2）限制高污染工厂数量、地点，强制实施废气排放净化。（3） 减少石化燃料的使用，多利用无污染的绿色能源，如水能、潮汐能、太阳能、核能（安全核能）等。
二、教学反思
本节课选择酸雨作为探讨SO2性质的切入口。此外，为了凸显地方课程资源，增强教学内容与学生的亲近感，本节课以重污染条件下二氧化硫的来源、酸雨的形成与防治、工业废气及汽车尾气二氧化硫的监测为明线，以尾气处理技术的变化为暗线，力图使学生以积极的态度、从学科知识的角度理解酸雨的产生、发展和治理过程，让学生切身感受化学与自然环境、生活环境的密切联系，赞赏政府、企业为改善环境所作出的持续努力，为建设美丽中国贡献力量。教学思路包括“课堂活动线、知识结构线、素养水平线”，做到三线合一，相辅相成，实现教学目标。
【参考文献】
[1]余文森.核心素养导向的课堂教学[M].上海：上海教育出版社，2017.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准[M].北京：人民教育出版社，2017.