湯群

摘要： ?“探究葡萄酒中的二氧化硫”的項目式教學由真實的問題情境引入，分成四個核心任務，以問題為驅動，帶領學生進行多樣化的活動，對葡萄酒中二氧化硫的作用、制備及含量測定進行探究。在活動過程中，引導學生學會多角度思考問題，自主運用價-類二維的元素化學認知模型解決相關的物質轉化問題，讓元素化學認知思路結構化，提升研究物質性質與轉化的能力，最終形成能遷移應用的問題解決思路和認知模型。

關鍵詞： ?項目式教學; 二氧化硫; 價 類二維模型; 認知模型

文章編號： ?1005 6629（2022）08 0047 06

中圖分類號： ?G633.8

文獻標識碼： ?B

《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱“課程標準”）提出，化學教學要以發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)為主旨，重視開展“素養(yǎng)為本”的教學，倡導真實問題情境的創(chuàng)設，重視教學內容的結構化設計，開展以化學實驗為主的多種探究活動，激發(fā)學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力[1]。項目式學習（PBL）是一種系統(tǒng)的學習組織形式，學生通過經歷事先精心設計的項目和一連串任務，在復雜、真實和充滿問題的學習情境中持續(xù)探索和學習，從而獲取需要的知識，解決項目中的問題，實現有意義的學習[2]。因此，項目式教學被認為是最具有核心素養(yǎng)融合發(fā)展效力的教學方式。本項目式教學是“硫的單質及化合物”單元綜合活動課，是對相關的化學知識、認識思路及學科觀念進行結構化的一次嘗試。本項目對情境、活動和問題解決進行整體設計，通過多樣化的活動，促進學生學習方式的轉變，激發(fā)深度學習，幫助學生在解決“真問題”中培養(yǎng)“真能力”，最終促進學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

1 項目主題內容分析

“硫的單質及化合物”是高中必修課程主題2中“非金屬 及其化合物”的主要內容之一，是高中元素 化學的重點內容，涉及的元素化合物種類繁多、性質瑣碎、反應規(guī)律復雜，導致很多學生前學后忘，產生畏難情緒。以含硫物質家族的核心物質——二氧化硫為“支點”，將次要的非本質的信息濾去，使重要的本質性知識形成清晰的物質相互轉化的知識網絡，納入學生已有的知識體系中，撬動本單元的復習，可以大大提高他們學習的有效性。

本項目式教學“探究葡萄酒中的二氧化硫”利用物質類別通性、氧化還原反應、定量實驗等核心知識探究二氧化硫在葡萄酒中的作用、制備方法及含量測定等問題。在探究葡萄酒中的二氧化硫的制備方法時，啟發(fā)學生從價態(tài)和物質類別兩個角度選取合適的試劑，把其他含硫物質轉化為二氧化硫，以培養(yǎng)學生利用價 類二維模型認識物質轉化的能力。在制定二氧化硫含量測定方案時，引導學生自主調用價-類二維模型把二氧化硫轉化為其他含硫物質進行檢驗，發(fā)展學生對價-類二維模型的遷移應用能力，以解決復雜未知的實際問題，使知識意義化、功能化和素養(yǎng)化。深入理解二氧化硫和其他含硫物質間的相互轉化關系，構建物質相互轉化的知識網絡，使得復雜、細碎的硫的單質及其化合物知識結構化和更具整體性，有利于學生增強“元素觀”“分類觀”“變化觀”等化學觀念，提升元素化學的模型認知。此外，本項目可以幫助學生認識到除了大氣污染物的身份外，二氧化硫在生產生活中還發(fā)揮著眾多的積極作用，有利于學生體會化學指導生產生活的學科價值，學會辯證看待含硫物質的“好壞”，培養(yǎng)良好的“科學態(tài)度”。

本項目式教學課前布置學生分組自釀葡萄酒，課中設置環(huán)環(huán)相扣的四個核心任務，分兩個課時完成。第1課時探討葡萄酒中二氧化硫的作用、探究二氧化硫制備方法、制定二氧化硫含量測定方案;第2課時實驗測定葡萄酒中二氧化硫含量，可以滿足對化學學科有進一步發(fā)展需求的學生。本項目中四個核心任務及其涉及的能力活動和知識進階如圖1所示。

2 項目教學目標

（1） 能從物質類別、元素價態(tài)的角度，鞏固硫的單質及其化合物的性質和轉化，提升氧化還原理論的應用，形成結構化的知識體系，感悟通過模型認識物質世界的方法。

（2） 能利用硫的單質及其化合物的性質和轉化關系，設計制備、分離、檢驗等任務方案，通過實驗驗證，掌握探究物質性質的一般方法，結合真實情境發(fā)現問題，分析問題，解決問題。

（3） 了解硫的單質及其化合物的應用對社會發(fā)展的價值，提升化學學科認同感，增強社會責任感。

3 項目任務及教學流程

本項目設置四個階梯式漸進任務，以問題為驅動，以一系列豐富的活動為載體，激發(fā)學生的學習興趣，在活動中把知識轉化為能力，實現真實情境下復雜化學問題的解決，最終提升化學學科核心素養(yǎng)。四個核心任務、問題驅動線及活動線如圖2所示。

4 項目實施過程主要環(huán)節(jié)分析

4.1 創(chuàng)設真實問題情境，引出二氧化硫在葡萄酒中不可替代的作用

[學生]展示自釀葡萄酒，分享主要問題（長毛、口感不好，有酸澀味……）。

[教師]展示多種品牌的葡萄酒標簽，引導學生找出其中的奧秘。

[學生]發(fā)現輔料上都有添加二氧化硫或者偏重亞硫酸鉀。

[核心問題]工業(yè)制葡萄酒為何要添加二氧化硫或者偏重亞硫酸鉀？

[資料1]偏重亞硫酸鉀（K2S2O5）的介紹。

[學生]閱讀資料， 了解偏重亞硫酸鉀在葡萄酒中 最終轉化為二氧化硫。

[學生] 查閱文獻，了解二氧化硫在葡萄酒中的作用。

[師生]學習理解二氧化硫的性質和在葡萄酒中用途的關系，總結如圖3所示。

設計意圖： ?讓學生課前自釀葡萄酒，通過真實的體驗激發(fā)學生探究的興趣。通過問題鏈，把真實的問題情境轉化為學科問題，最后聚焦核心物質二氧化硫。通過探討二氧化硫在葡萄酒中的作用與其性質的關系，建立物質性質決定用途的化學觀念，體會化學與生活緊密相關，感受“從生活走向化學，從化學走向社會”的理念。

4.2 探究制備二氧化硫的原料來源及相應的制備原理

4.2.1 討論二氧化硫的制備原理及書寫相應的化學方程式

[問題]如何在葡萄酒中添加二氧化硫？

[學生]有物理方法（如直接加入液化二氧化硫或充氣體）和化學方法。

[核心問題]化學方法中，二氧化硫原料來源有哪些？制備原理是什么？如何才能快速列出各種化學制備方法呢？

[學生]可以利用含硫物質的價-類二維圖。

[師生]探討含硫物質轉化為二氧化硫的價-類二維轉化思路（圖4）。

[教師]根據含硫物質價-類二維的轉化思路，寫出所用試劑及反應的化學方程式。

[學生] 討論并完善含硫物質轉化為二氧化硫的轉化路徑，書寫所用試劑及方程式，總結如表1所示。

4.2.2 討論制備二氧化硫方法的優(yōu)劣性

[核心問題]上述各種制備方法各有哪些優(yōu)劣性？從原料是否廉價易得、原子利用率高低、制備是否方便等方面思考。

[學生]交流討論。

[總結]葡萄酒中直接添加液態(tài)的二氧化硫操作方便，吸收完全，是當前葡萄酒廠最常用的方法。偏重亞硫酸鉀可作為葡萄酒輔料提供二氧化硫，但是它不易保存，易被氧化而失效，目前只有一些規(guī)模小的酒廠，圖其添加方便仍在使用。

設計意圖： 探討制備葡萄酒中SO2的原料來源及原理，引導學生應用含硫物質價-類二維圖，設計其他含硫物質轉化為SO2的路徑，幫助學生增強價-類二維模型認知能力和變化觀念。通過制備原理方程式的書寫及制備方法優(yōu)劣性的探討，外顯學生的思維過程，提升學生多角度看問題的能力，感受化學指導生產生活的意義。

4.3 探究葡萄酒中的二氧化硫含量的測定方案

4.3.1 探討亞硫酸溶液中二氧化硫含量的測定方法

[資料2]國家標準對葡萄酒中SO2含量的規(guī)定[3]。

[資料3] 葡萄酒中二氧化硫含量過多過少的危害[4]。

[學生]閱讀資料2和資料3。

[過渡]為確保葡萄酒廠釀制的二氧化硫含量在允許的范圍內，出廠前葡萄酒需進行含量檢測。

[核心問題]如何定量測定H2SO3溶液中的SO2含量？（若不方便直接測定，可以把該物質轉化為其他物質進行測定）

[學生]自主應用含硫物質的價-類二維圖，探討二氧化硫轉化為其他含硫物質的轉化思路（圖5）。

[學生] 討論并完善測定亞硫酸中SO2含量的反應原理、測定物理量及對應的定量方法，總結如表2所示。

[師生]評價各種測定方法的優(yōu)劣性。

[總結]利用價 類二維圖（圖6）探討二氧化硫和其他含硫物質的相互轉化，可以延伸至其他含硫物質間的相互轉化，把自然界中的硫轉化為生產生活需要的含硫物質，也可以把生產生活中產生的含硫污染物轉化為其他含硫物質，消除污染（例如酸雨），甚至變廢為寶。

設計意圖： 設置探究二氧化硫轉化為其他含硫物質與反過來利用其他含硫物質制備二氧化硫的兩個核心活動，以二氧化硫為支點，從點到線及面，撬動本單元的復習，把含硫物質的相互轉化整體化、結構化和功能化，以提升學生自主運用價-類二維認知模型解決問題的能力。通過師生共同總結含硫物質價-類二維圖的廣泛應用，讓學生認識化學學科的價值，感受其獨特的魅力。

4.3.2 探討葡萄酒中二氧化硫含量的測定方法

[核心問題]葡萄酒中的SO2和亞硫酸水溶液中的SO2含量測定有差異嗎？如何優(yōu)化？

[師生]對比SO2在葡萄酒與亞硫酸中的情境差異并優(yōu)化測定方案，分析總結如圖7所示。

[資料4]食品安全國家標準（食品中二氧化硫的測定）[5]。

[知識拓展]除國家標準采用的滴定法，還可采用離子色譜法、鹽酸副玫瑰苯胺紫外分光比色法測定二氧化硫的含量。

設計意圖： 對比SO2在葡萄酒與亞硫酸溶液中的情境差異，找出問題解決的關鍵點，最終優(yōu)化方案，增強建構解決復雜化學問題的思維能力。通過介紹其他測定二氧化硫的先進化學技術與設備等延伸知識，拓展學生更廣闊的視野。

5 教學反思與成果

5.1 項目式教學需設置真實的問題情境

本項目式活動課中設置的四個核心任務都是基于真實的問題情境。真實的問題情境，把知識與實際生活建立起聯系，大大激發(fā)了學生主動參與探究和解決問題的興趣。在本項目實踐活動中，學生分小組自釀葡萄酒，對成功釀制葡萄美酒并不容易有了親身的體會。一位學生說“我們小組嚴格參照網上視頻步驟操作，可惜并沒有釀成預期的美酒。我們特別想知道怎樣才能釀造出理想的葡萄酒”。

本項目設置的四個核心任務，由淺入深、環(huán)環(huán)相扣，但又具有一定的開放性，把情境體驗和知識學習聯系起來，讓學生浸潤在不斷“發(fā)現問題→探索問題→解決問題”的過程中，發(fā)展“結構化”的化學思維，固化元素化學的價 類二維認知模型，提升解決復雜的元素化學問題的思維模型認知水平，為化學學科素養(yǎng)的形成和發(fā)展提供重要的載體。

5.2 項目式學習需設置聚焦問題解決的多樣性活動

在發(fā)揮學生主體作用的項目式學習中，具有良好體驗性和過程性的各種活動能大大激發(fā)學生的學習熱情。而聚焦問題解決的探究活動，能更好地讓學生深入理解和靈活運用知識，主動建構和遷移認知思路，從而產生創(chuàng)新性的解決方案，實現真實問題的高效解決，促進深度學習。

在該項目中，學生經歷了分組自制葡萄酒、制作ppt、查閱資料、交流討論、設計實驗方案、辨析方案的優(yōu)劣、動手實驗等一系列有梯度有廣度的活動，發(fā)展了分析、設計、評價、反思、批判等高階思維，提升了團隊協作、語言表達、信息搜索、信息篩選、實驗操作、創(chuàng)新創(chuàng)造的多種能力。聚焦問題解決的多樣性活動，優(yōu)化了學生的認知結構和認知路徑，不但實現了對知識的深度理解，提升了能力，同時也體會到了學習化學知識的功能價值。

5.3 項目式學習涉及學科知識的綜合應用及多種技能訓練

本項目式教學多個活動的開展，除了需要應用本單元含硫相關物質的基本知識，以及氧化還原等基礎理論外，還會涉及跨單元的有機化學知識（如乙醇的還原性會影響葡萄酒中二氧化硫的含量檢測），甚至跨學科的生物學知識（如酶會促進葡萄糖轉化為乙醇）。學生在完成各項任務時，通過集體討論、查閱資料、分析問題、設計方案、動手實驗、處理數據、分析誤差等一系列活動，能同時訓練和發(fā)展具有遷移應用價值的多種學習技能。

5.4 課前“自釀葡萄酒”應提示飲用安全風險

學生自制葡萄酒時，由于葡萄原料和容器的清潔很難達到食品和飲料衛(wèi)生學要求，可能引入其他雜菌（如大腸桿菌等致病菌）和霉菌，在釀制過程中大量繁殖導致總菌落和致病菌超標。如果飲用了致病菌超標的自制葡萄酒可能會引起嘔吐、腹瀉等癥狀。在葡萄發(fā)酵過程中還可能產生少量甲醇，也存在飲用安全風險。教師布置任務時須提示學生不要飲用自制的葡萄酒，應采取觀察顏色變化、渾濁和霉變情況以及嗅聞的方法來體驗葡萄酒釀制過程中的奇妙變化，并思考可能的、相關的化學問題。

此外，在教學中教師也可適當提供一些必要的資料并做適當拓展，以豐富學生的知識、拓展學生的視野。本項目中，教師提供了葡萄酒中SO2含量的國家標準、國家標準測定方法及其他應用先進技術和設備的測定方法，幫助學生認知現實社會和了解技術發(fā)展前沿。

本項目式教學結束之后，筆者設置了“如何去除天然氣中的硫化氫”的長作業(yè)，讓學生分組從循環(huán)、綠色化學等角度設計解決方案。從學生提交的設計方案來看，學生在掌握元素化學核心知識方面有很大提升，尤其是從類別和氧化還原角度研究物質性質與轉化的思路顯著增強;同時，學生對相關物質性質的辨析論證能力、對采納方案原理的分析解釋能力、對化學學科應用價值的思維深度和廣度都有了明顯的拓展。

參考文獻：

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

[ 2 ] 沙莎， 楊笑， 占小紅. 新課標魯科版高中化學必修教材的“微項目”設計研究[J]. 化學教學， 2021， （9）： 21～25.

[ 3 ] 中華人民共和國國家標準（GB2760 2014）. 食品安全國家標準. 食品添加劑使用標準[S].

[ 4 ] 王琳， 劉睿， 孫德鵬， 畢會芳， 孫崳林， 胡明燕. 葡萄酒釀造過程中風險因素的分析研究[J]. 釀酒科技， 2020， 314（8）： 124～125.

[ 5 ] 中華人民共和國國家標準（GB5009. 34 2016）. 食品安全國家標準. 食品中二氧化硫的測定[S].