劉李治

【摘 要】學生學科核心素養(yǎng)的形成，需要在真實性的問題情境中，與學習環(huán)境的持續(xù)互動與作用。積極開展實驗教學是培育和發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的重要途徑。文章以化學2“乙烯的制取及性質(zhì)”為例，就基于發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的實驗教學進行了探討。

【關鍵詞】化學；核心素養(yǎng)；實驗教學

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：A 文章編號：1671-0568（2017）10-0067-02

一、問題的提出

2014年3月教育部頒發(fā)的《關于全面深化課程改革落實立德樹人根本任務的意見》明確提出，基礎教育階段應該幫助學生形成適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力?！昂诵乃仞B(yǎng)”被置于進一步深化課程改革、落實立德樹人目標的基礎地位?；A教育的學科教學，其終極目標發(fā)展為促進學生學科核心素養(yǎng)的形成。高中化學課程標準修訂組根據(jù)“中國學生發(fā)展核心素養(yǎng)（征求意見稿）”和高中化學課程特點，提出包含“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認識”“實驗探究與創(chuàng)新意識”“科學精神與社會責任”等5個要素的高中化學核心素養(yǎng)。學生學科核心素養(yǎng)的形成，需要在真實性的問題情境中，與學習環(huán)境的持續(xù)互動與作用。基于發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的教學方式，必然要實現(xiàn)從以“教”為中心向以“學”為中心的轉(zhuǎn)變，實現(xiàn)以“知識教學為本”向以“觀念建構(gòu)為本”的轉(zhuǎn)變。

化學是一門以實驗為基礎的自然科學，其本質(zhì)特征是“在原子、分子的微觀水平上研究物質(zhì)及其變化”。培養(yǎng)學生運用實驗、假說、模型、分類等方法，通過動手實驗、調(diào)查與資料獲取，運用歸納、概括、推理論證等邏輯思維方法，通過小組交流、討論和反思等活動形式開展物質(zhì)及其變化的研究，并從元素的宏觀視角認識物質(zhì)及其變化的規(guī)律、從粒子的微觀層面揭示物質(zhì)及其變化的本質(zhì)，能從化學的視角解決與化學有關的社會問題，參與和化學有關的社會決策，秉持可持續(xù)發(fā)展和綠色化學理念，是幫助學生形成適應個人終身發(fā)展和社會發(fā)展需要的必備品格和關鍵能力的必由之路。因此，積極開展實驗教學是培育和發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的重要途徑。

二、設計的背景

乙烯是學生學習甲烷、烷烴之后的另一類重要的有機物，是烯烴的典型代表物。本節(jié)課的學習將為學生繼續(xù)學習乙炔、苯和選修5“有機化學基礎”相關內(nèi)容做鋪墊。本節(jié)課的重點是乙烯的結(jié)構(gòu)特點、乙烯的化學性質(zhì)與加成反應概念；學習的障礙點是乙烯分子結(jié)構(gòu)中碳碳雙鍵為什么有一根鍵容易斷裂，先前概念取代反應對加成反應概念的形成造成干擾。從教材的編寫意圖和學生已有認知水平分析，對乙烯化學性質(zhì)開展實驗探究教學，有利于學生基于實驗產(chǎn)生的宏觀現(xiàn)象，借助模型認知等途徑從微觀分析和符號表征，能凸顯教學重點、化解難點，更為重要的是在實驗探究過程中學生真切地體悟和掌握了研究有機物結(jié)構(gòu)和性質(zhì)的一般思路與方法，形成了“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念，發(fā)展了學生的化學學科核心素養(yǎng)。

三、教學目標

1. 通過自主學習和問題解決等方式了解乙烯的物理性質(zhì)和用途。

2. 通過模型搭建、問題解決和實驗探究等活動，經(jīng)歷“宏觀—微觀—符號”三重表征的思維方式，理解乙烯的結(jié)構(gòu)和化學性質(zhì)，初步樹立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念。

3. 通過實驗探究活動，體驗實驗探究的一般過程和樂趣，認識到化學實驗不僅是獲取實驗事實的途徑，而且是認識事物本質(zhì)的重要方法。

四、教學過程

環(huán)節(jié)一：創(chuàng)設情境，引發(fā)學習興趣

【創(chuàng)設情境】為什么青蘋果和熟香蕉放在一起會大大縮短青蘋果變熟的時間？

【拓展延伸】呈現(xiàn)相關資料和圖片，展現(xiàn)乙烯利（乙烯磷）在農(nóng)業(yè)上是優(yōu)質(zhì)高效的植物生長調(diào)節(jié)劑；一定條件下，乙烯利可以釋放出乙烯，具有促進果實成熟等功效。

【設計意圖】從生活走進化學，讓學生體會到化學就在我們身邊，能真實地感悟到化學學科在人類生產(chǎn)、生活中的重要作用。

環(huán)節(jié)二：模型認知，探究結(jié)構(gòu)特征

【自主學習】根據(jù)教師提供的素材，了解乙烯的物理性質(zhì)和用途及其化學式。

【模型搭建】探究乙烯的結(jié)構(gòu)特征，并寫出其電子式和結(jié)構(gòu)式。

【設計意圖】讓學生在自主學習中提高對有效信息的獲取和加工能力；通過模型搭建，讓學生在“做中學”，親身經(jīng)歷探究的過程，實現(xiàn)化學知識和思維的雙重建構(gòu)。

環(huán)節(jié)三：創(chuàng)新實驗，探究化學性質(zhì)

1. 乙烯的制取實驗

【創(chuàng)新實驗】用一支針筒吸入1mL40%的乙烯利溶液，注入另一支下端套有橡皮套，且內(nèi)裝有少量NaOH固體的針筒中（如圖1）。

【設計意圖】通過設計微型化的實驗，引導學生發(fā)現(xiàn)該實驗不僅無需加熱，反應速度快，產(chǎn)生的乙烯氣體純度高，而且安全度高，節(jié)約時間和成本，體會實驗創(chuàng)新帶來的樂趣和價值。

2. 乙烯的燃燒實驗

【實驗創(chuàng)新】用針筒抽取少量產(chǎn)生的乙烯氣體，在針端直接點燃，學生觀察現(xiàn)象。

【設計意圖】安全性較好，無需驗純，且實驗現(xiàn)象鮮明，比教材中燃燒石蠟油在催化劑、高溫條件下的分解產(chǎn)物（其產(chǎn)物主要是乙烯和其他烷烴的混合物）更有說服力。

3. 乙烯與酸性高錳酸鉀和溴水反應的實驗

【實驗創(chuàng)新】在一小培養(yǎng)皿（直徑為6cm）內(nèi)放置一紅色瓶蓋（加入少許飽和的NaOH溶液）和兩白色瓶蓋（分別滴加一滴酸性高錳酸鉀溶液和溴水），向紅色瓶蓋中加入少許乙烯利溶液，蓋上大表面皿（直徑為9cm）。當兩白色瓶蓋中溶液褪色后，在旁邊再分別滴加一滴酸性高錳酸鉀溶液和溴水。

【觀察思考】根據(jù)學習甲烷性質(zhì)的經(jīng)驗思考酸性高錳酸鉀褪色的原因是什么？

【比較說明】溴水褪色的原因是發(fā)生取代反應嗎？請說明理由？

【證據(jù)推理】提供數(shù)據(jù)（如表1），從化學反應的本質(zhì)判斷原因？引入加成反應的概念。

【模型認知】通過學生自己動手搭建產(chǎn)物的模型，寫出反應的化學方程式；通過類比遷移寫出乙烯與H2、HCl、H2O反應的化學方程式。

【設計意圖】學生在培養(yǎng)皿中進行微型化實驗，現(xiàn)象明顯且形成鮮明的對比，不僅讓學生獲得了直觀的實驗現(xiàn)象，而且讓學生體會到了一種實驗設計的思想。通過問題導學，學生思維不斷深入，學會從不同視角認識加成反應，經(jīng)歷“宏觀—微觀—符號”三重表征的思維方式學習化學，初步樹立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念。

【提出問題】比較加成反應和取代反應的特點，設計實驗證明乙烯與溴水發(fā)生加成反應？

【比較實驗】依據(jù)兩種反應類型的特點，引導學生瞄準生成物HBr，確定實驗設計的思路，并進行分組實驗：A組用HNO3酸化的AgNO3溶液檢驗Br-；B組用pH試紙測反應前后溶液的pH。

【認知沖突】①在A組學生觀察到產(chǎn)生大量淺黃色沉淀的基礎上引導學生思考一定是生成物HBr導致的嗎？還可能是什么原因？②如果是反應不完全的溴水導致的，請你設計實驗驗證？ 學生通過淀粉-KI試紙檢驗發(fā)現(xiàn)沒有變藍。③B組學生發(fā)現(xiàn)pH試紙變紅，酸性明顯增強。④綜合A、B兩組實驗現(xiàn)象，你又該如何做出合理解釋呢？

【文獻查閱】烯烴可以與氯或溴的稀溶液水溶液發(fā)生加成反應得到β-鹵代醇。

【設計實驗】引導學生進一步思考如何設計實驗證明是否受溶劑水的影響？

【設計意圖】在比較的基礎上設計探究思路，能聚焦學生的思維，做到有的放矢，提高了課堂的學習效率。通過分組實驗創(chuàng)設問題情境，引發(fā)學生的認知沖突，再通過一系列問題驅(qū)動學生的認識不斷發(fā)展和深化，思維能力得到了有效的鍛煉。通過文獻法培養(yǎng)學生獲取信息和加工信息的素養(yǎng)，初步認識到有機化學反應的復雜性特點。最后通過實驗設計使學生的認識能力進一步升華。

環(huán)節(jié)四：對比歸納，學以致用提升

【對比歸納】對比總結(jié)乙烷和乙烯的結(jié)構(gòu)、化學性質(zhì)，如表2所示。

【課堂小結(jié)】歸納總結(jié)研究有機物化學性質(zhì)的一般思路，進一步形成結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)、性質(zhì)反應結(jié)構(gòu)的基本觀念。

【學以致用】水果采摘后會有大量的乙烯產(chǎn)生，乙烯量的增加會加快水果的成熟和腐爛，為延長保存期，請利用本節(jié)課所學知識設計簡單易行的保鮮方案。

【設計意圖】通過乙烷和乙烯的結(jié)構(gòu)、化學性質(zhì)的對比和課堂小結(jié)，引導學生進一步樹立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的基本觀念，最后通過問題解決從化學回歸生活，培養(yǎng)了學生從化學的視角解決實際問題的能力。

五、教學反思

周光召先生在《科學教育的原則和大概念》的序言中指出：科學教育不應該傳授給孩子支離破碎、脫離生活的抽象理論和事實，而是應當慎重選擇一些科學觀念，用恰當、生動的方法，幫助孩子建立一個完整的對世界的理解。本節(jié)課充分利用了微型化的創(chuàng)新實驗，反應速度快，節(jié)約了時間和成本，安全可靠；突破了教材實驗只適合于教師演示，不便于學生分組實驗的弊端；凸顯了化學實驗的功能不僅是激發(fā)學生學習化學的興趣和獲取陳述性知識，而且是為了獲取程序性知識、認識化學本質(zhì)、訓練科學方法、培養(yǎng)科學態(tài)度。在化學實驗探究的過程中，學生不僅了解了有機化學反應具有復雜性的特點，而且認識到了“實驗是化學的最高法庭”，形成了物質(zhì)結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)的基本觀念。本節(jié)課的教學組織與實施過程較好地融合了知識的認知價值、遷移價值和情義價值，可以說是基于發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)的實驗教學的一次有效嘗試。

參考文獻：

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[3] 邢其毅，等.基礎有機化學[M].北京：高等教育出版社，1993，（2）：181.

（編輯：楊 迪）