嚴志燁 黃華文

一、問題的提出

《普通高中化學(xué)課程標準（2017 年版2020 年修訂）》（以下簡稱《新課標》）指出，高中化學(xué)教學(xué)要重視以學(xué)科大概念為核心，使課程內(nèi)容結(jié)構(gòu)化，以主題為引領(lǐng)，使課程內(nèi)容情境化，促進學(xué)科核心素養(yǎng)的落實。可見，《新課標》倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展“主題式”探究活動，研究“大概念教學(xué)、主題式教學(xué)、真實情境教學(xué)”的相關(guān)理論，并將三個理論融合運用于教學(xué)實踐，開拓高中化學(xué)教學(xué)研究的思路，促進學(xué)生學(xué)習方式的轉(zhuǎn)變。因此，研究在大概念統(tǒng)攝下的高中化學(xué)主題式教學(xué)具有現(xiàn)實意義。

以大概念為統(tǒng)攝，充分利用真實情境開展主題式教學(xué)，能夠啟發(fā)學(xué)生從各種真實情境出發(fā)，在解決具體生產(chǎn)生活問題的過程中形成學(xué)科概念；對復(fù)雜的事物、現(xiàn)象或問題進行有意義的高度概括，形成更“生活化”的知識網(wǎng)絡(luò)體系，提升化學(xué)知識結(jié)構(gòu)水平。同時，以大概念為統(tǒng)領(lǐng)，將具體的事實、概念與學(xué)科中普適性更高的大概念建立關(guān)聯(lián)，可以讓學(xué)生從中領(lǐng)悟更有普遍意義、具有持久遷移價值的學(xué)科思想和解決問題的思路方法。

二、大概念統(tǒng)攝下的主題式教學(xué)模型

大概念又稱大觀念，在教育領(lǐng)域，大概念是對概念關(guān)系的表述，是基于事實性知識產(chǎn)生的、具有深刻含義的可遷移觀念，能解釋較大范圍現(xiàn)象、物體與事件的有組織、有結(jié)構(gòu)的知識和模型。主題式教學(xué)是一種以學(xué)生為中心的教學(xué)模式，是圍繞一個具體的、有社會意義的主題展開有目的的學(xué)習的過程。

大概念統(tǒng)攝下的主題式教學(xué)是指教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容先創(chuàng)設(shè)一個真實的情境，如生產(chǎn)情境、生活情境、實驗情境等，然后確定一個“學(xué)習主題”，并將該主題所涉及的相關(guān)學(xué)科知識進行分解，課堂上利用問題驅(qū)動展開教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識來解決相關(guān)問題，最后進行課堂總結(jié)，構(gòu)建知識網(wǎng)絡(luò)的過程。在課堂活動中，學(xué)生在真實情境中發(fā)現(xiàn)問題，然后小組活動并討論，利用學(xué)科知識解決實際問題，構(gòu)建學(xué)科知識網(wǎng)絡(luò)，形成解決此類問題的一般規(guī)律，最終形成學(xué)科大概念，提升學(xué)科素養(yǎng)（大概念統(tǒng)攝下的主題式教學(xué)模型詳見圖1）。

圖1 大概念統(tǒng)攝下的主題式教學(xué)模型

三、基于大概念的微實驗主題式教學(xué)設(shè)計

二氧化硫是一種常見的大氣污染物，本課例通過以酸雨治理為載體開展微實驗主題式探究活動來學(xué)習二氧化硫的性質(zhì)，強化了化學(xué)知識與生活的聯(lián)系，體現(xiàn)了化學(xué)的學(xué)科價值和魅力。從物質(zhì)類別看，二氧化硫是一種典型的酸性氧化物；從價態(tài)看，二氧化硫的硫元素處于中間價態(tài)，既具有氧化性，又具有還原性。在探究酸雨治理方法的過程中，可以充分利用價維和類維展開討論，從而建立研究物質(zhì)性質(zhì)的一般視角，形成價類二維學(xué)科大概念。

（一）教學(xué)背景分析

本節(jié)內(nèi)容關(guān)注人類面臨的與化學(xué)相關(guān)的問題，體現(xiàn)了《新課標》關(guān)于培養(yǎng)學(xué)生社會責任感、參與意識和決策能力的要求。學(xué)生在九年級已初步掌握一些元素及其化合物的知識，初步了解酸雨的危害，知道二氧化硫是導(dǎo)致酸雨的重要因素。同時，經(jīng)過前一段高中學(xué)習之后，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習了物質(zhì)分類、氧化還原、離子反應(yīng)等理論知識，對物質(zhì)性質(zhì)的研究有了初步的認識，為本節(jié)課的學(xué)習提供了理論基礎(chǔ)和研究物質(zhì)的方法基礎(chǔ)，但是學(xué)生尚不能認識到物質(zhì)性質(zhì)既有一般規(guī)律又有特殊性。二氧化硫的學(xué)習可以讓學(xué)生初步構(gòu)建價類二維模型，并學(xué)會從價類二維角度研究物質(zhì)、解決問題。在化學(xué)實驗方面，學(xué)生已經(jīng)有一定的實驗操作能力和觀察分析能力，對化學(xué)實驗興趣濃厚，但是綜合的實驗操作能力、分析能力以及實驗方案設(shè)計能力有待提高。

（二）教學(xué)目標

為了達成課改提出的“立德樹人”“必備知識”“關(guān)鍵能力”等培養(yǎng)目標，本節(jié)課以“酸雨治理”為主題，引導(dǎo)學(xué)生以一位問題解決者的身份思考、構(gòu)建解決問題所需要的基本策略及方法。通過分組微型實驗，在探究酸雨治理的過程中學(xué)習二氧化硫的性質(zhì)，構(gòu)建“物質(zhì)分類觀和氧化還原觀”兩個化學(xué)學(xué)科核心大概念。

同時，因二氧化硫是一種大氣污染物，本節(jié)課采用改裝后的礦泉水瓶盛裝二氧化硫氣體。改裝的原因是礦泉水瓶蓋被針管扎過后，由于塑料蓋彈性不夠，會導(dǎo)致瓶內(nèi)的氣體逸散到空氣中。因此，實驗中改用橡膠塞塞住礦泉水瓶，并在分組實驗中采用針管和點滴板進行微量實驗，解決了氣體泄漏問題。通過實驗創(chuàng)新，讓學(xué)生形成科學(xué)的探究意識，培養(yǎng)社會責任感。

最后，在知道二氧化硫會導(dǎo)致酸雨的基礎(chǔ)上，認知二氧化硫的用途，體會化學(xué)的學(xué)科價值，提升辯證看待事物的能力。

（三）教學(xué)思路

教學(xué)中以“酸雨”為主題展開教學(xué)，利用問題驅(qū)動開展微型、環(huán)保的實驗探究，探討酸雨的解決方案，完成從生活情境到知識概念的轉(zhuǎn)化，在問題解決中進一步構(gòu)建硫元素及化合物的價類二維模型，形成高中化學(xué)重要的價類思維（同價態(tài)轉(zhuǎn)化和不同價態(tài)轉(zhuǎn)化）學(xué)科大概念。在介紹二氧化硫?qū)Νh(huán)境、健康帶來的負面影響的同時，引導(dǎo)學(xué)生認識二氧化硫在生產(chǎn)生活中還有著重要的作用，讓學(xué)生明確物質(zhì)的兩面性，有助于培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和價值觀，明確學(xué)科價值，滲透哲學(xué)思想。具體設(shè)計思路如圖2 所示：

圖2 “酸雨”主題教學(xué)設(shè)計思路

（四）教學(xué)過程

1.設(shè)置生活情境，構(gòu)建課時主題

從酸雨著手設(shè)置生活情境，以“治理酸雨”構(gòu)建本節(jié)課的主題。同時，充分調(diào)動學(xué)生已有的認知，為后期研究二氧化硫的性質(zhì)與轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生找到研究物質(zhì)性質(zhì)的一般規(guī)律，達成學(xué)科大概念打下基礎(chǔ)。

環(huán)節(jié)一：酸雨危害

［引課］視頻:酸雨的危害。

［提出問題］導(dǎo)致酸雨形成的物質(zhì)是什么？我們應(yīng)該如何處理它？

［學(xué)生］SO?？梢詫⑺D(zhuǎn)為其他無毒的物質(zhì)。

2.設(shè)計驗證實驗，歸納類比提升

學(xué)生在初中階段學(xué)習過二氧化碳的性質(zhì)，知道二氧化碳能溶于水并能和堿溶液反應(yīng)。教學(xué)中引導(dǎo)學(xué)生通過類比思考，分析二氧化硫氣體的吸收方法并設(shè)計微實驗驗證。在實驗中，為防止氣體污染，通過注射器吸取一定量的水和氫氧化鈉溶液，依次注入裝有二氧化硫氣體的礦泉水瓶中進行實驗驗證。實驗現(xiàn)象明顯，能給學(xué)生帶來強烈的視覺和聽覺沖擊。

環(huán)節(jié)二：酸雨治理

［提出問題］研究物質(zhì)的一般方法和程序是怎樣的？

［探究活動一］從物質(zhì)類別角度分析酸雨的治理方法。

［教師］引發(fā)學(xué)生思考：①從元素組成看，二氧化硫與我們學(xué)過的什么物質(zhì)相似？②根據(jù)推測的性質(zhì)，可以采取哪些方法除去SO產(chǎn)生的酸雨污染？并設(shè)計相關(guān)微實驗驗證。

［酸雨治理微實驗1］實驗步驟：①將裝有二氧化硫氣體的礦泉水瓶用橡膠塞塞好，用針筒從燒杯中吸取3 mL 的水，并從橡膠塞中心處緩緩注入，拔出針筒，搖動瓶子，觀察現(xiàn)象；②繼續(xù)往瓶中注入3 mL 氫氧化鈉溶液，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：①注入水后，礦泉水瓶變癟，同時能聽到瓶子變形時發(fā)出的響聲；②注入氫氧化鈉溶液后，礦泉水瓶變癟程度更嚴重，瓶子中部幾乎貼在一起，響聲更加清脆。

［教師追問］通過實驗我們發(fā)現(xiàn)，用水和氫氧化鈉可以吸收二氧化硫氣體，那么在這個過程中是否發(fā)生了化學(xué)反應(yīng)呢？請設(shè)計相關(guān)微實驗驗證。

［酸雨治理微實驗2］實驗步驟：①往點滴板上的紫色石蕊溶液中注入少量二氧化硫氣體；②往點滴板上滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中注入少量二氧化硫氣體。

實驗現(xiàn)象：①紫色石蕊溶液中注入少量二氧化硫氣體后溶液變紅色；②滴有酚酞的氫氧化鈉溶液中注入少量二氧化硫氣體后溶液基本變成無色。

實驗結(jié)論：二氧化硫具有酸性氧化物的通性：①與水反應(yīng)：SO+ HO = HSO；②與堿溶液反應(yīng)：2NaOH+SO=NaSO+HO；③與堿性氧化物反應(yīng)：CaO+SO=CaSO。

【設(shè)計意圖】經(jīng)過微實驗1，學(xué)生知道了二氧化硫可以溶于水和氫氧化鈉溶液，但是究竟有沒有發(fā)生反應(yīng)，二氧化硫是否具有酸性氧化物的性質(zhì)，還需通過微實驗2 進行驗證。通過實驗，可以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、證據(jù)推理等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，明確同價態(tài)硫元素及化合物的轉(zhuǎn)化，引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別角度建立認知模型，形成分析酸性氧化物性質(zhì)的一般思想和方法，最終建立“類別轉(zhuǎn)化”的學(xué)科概念。

［探究活動二］從氧化還原的角度分析酸雨的治理。

［設(shè)置問題情境］某校科技小組同學(xué)在某城市采集了酸雨樣品,每隔一段時間測定樣品的pH，發(fā)現(xiàn)pH 逐漸增大。

［教師設(shè)置問題引導(dǎo)］引發(fā)學(xué)生思考：①為什么經(jīng)過一段時間后酸雨的酸性會增強呢？②從氧化性和還原性角度分析，如何解決二氧化硫?qū)е碌乃嵊陠栴}？并利用已有藥品設(shè)計微實驗進行驗證。

［學(xué)生］①亞硫酸具有還原性，可能被氧化成硫酸；②二氧化硫中硫元素為+4 價，既有還原性又有氧化性，可將其轉(zhuǎn)化成更高或者更低價態(tài)的無毒物質(zhì)。

［酸雨治理微實驗3］實驗步驟：①用注射器抽取少量二氧化硫氣體，緩慢推入紫紅色酸性KMnO溶液中，觀察現(xiàn)象；②用注射器抽取少量二氧化硫氣體，緩慢推入橙色溴水溶液中，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：紫紅色的酸性KMnO溶液和橙色溴水溶液都褪色。

實驗結(jié)論：二氧化硫具有還原性，5SO+2MnO+2HO=5SO+2Mn+4H，

【設(shè)計意圖】氧化還原觀是研究物質(zhì)性質(zhì)非常重要的一種思維視角，也是中學(xué)化學(xué)極其重要的學(xué)科思想。在研究不同價態(tài)硫元素轉(zhuǎn)化時，以生活情境作為背景，讓學(xué)生借助化合價去分析可能性，引導(dǎo)學(xué)生從氧化還原視角去分析處理二氧化硫的方法，并利用所學(xué)知識從所提供的藥品中選擇合適的氧化劑進行實驗驗證；讓學(xué)生在實驗中探索利用氧化還原知識治理二氧化硫氣體污染的方法，初步認識二氧化硫的還原性；指導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)化學(xué)方程式和離子方程式的書寫。

［酸雨治理微實驗4］用注射器向裝有硫化氫氣體的礦泉水瓶中注入二氧化硫氣體，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：瓶子內(nèi)有水霧，內(nèi)壁有黃色物質(zhì)附著。

實驗結(jié)論：二氧化硫具有氧化性，SO+2HS=3S↓+2HO。

【設(shè)計意圖】通過微實驗3，學(xué)生知道了可以用氧化劑吸收二氧化硫氣體，對二氧化硫的還原性有了初步的認識，但是還沒有形成完整的氧化還原體系。在教學(xué)中，教師要引導(dǎo)學(xué)生充分利用化合價變化規(guī)律對二氧化硫是否能被還原進行探索，然后通過微實驗4，學(xué)習二氧化硫的氧化性。構(gòu)建從氧化還原視角研究物質(zhì)性質(zhì)的基本思維方法，形成“價態(tài)轉(zhuǎn)化”的學(xué)科概念。

［探究活動三］鈣基固硫。

［教師設(shè)置問題］可采取哪些措施減少工業(yè)燃煤過程中酸雨的產(chǎn)生?

［學(xué)生］燃煤前，脫硫處理；燃煤后，將二氧化硫吸收后轉(zhuǎn)化為CaSO。

［教師］介紹鈣基固硫。

【設(shè)計意圖】在分析完“類別觀”和“價態(tài)觀”的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生聯(lián)系生產(chǎn)實際進行分析,讓學(xué)生體會化學(xué)源于生活、服務(wù)于生活的學(xué)科魅力。同時，通過探討“鈣基固硫”進一步整合鞏固硫元素的“類別轉(zhuǎn)化”和“價態(tài)轉(zhuǎn)化”思想，讓學(xué)生形成研究物質(zhì)性質(zhì)的價類二維大概念，實現(xiàn)知識的綜合利用，提升解決實際問題的能力。

3.聯(lián)系生產(chǎn)生活，建構(gòu)知識體系

利用紅酒和漂白過的紙張分析二氧化硫在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用，設(shè)計微實驗5 學(xué)習二氧化硫的漂白性，同時引導(dǎo)學(xué)生思考二氧化硫的漂白性是否和次氯酸相同。學(xué)生在認識到二氧化硫能使品紅褪色后，將二氧化硫氣體繼續(xù)通入變紅的石蕊溶液中，發(fā)現(xiàn)溶液并沒有褪色，認識到二氧化硫氣體并不能使所有的有色物質(zhì)都褪色，體會了二氧化硫的選擇性漂白。之后，讓學(xué)生查閱資料，找到二氧化硫的漂白機理。

環(huán)節(jié)三：二氧化硫的用途

［投影］紅酒和紙張圖片。

［設(shè)置問題思考］二氧化硫與它們會有什么聯(lián)系嗎？設(shè)計實驗驗證其漂白性。

［酸雨治理微實驗5］體驗二氧化硫的漂白性。實驗步驟：①往點滴板上滴2 ～3 滴品紅溶液，然后通入二氧化硫氣體，觀察現(xiàn)象；用注射器吸取該溶液并置于試管中加熱，觀察現(xiàn)象。②吸取微實驗2 中變紅的紫色石蕊溶液并置于試管中加熱，觀察現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象：①通入二氧化硫氣體后，品紅溶液褪色，加熱后，恢復(fù)紅色；②往變紅的石蕊溶液中繼續(xù)通入SO，無明顯現(xiàn)象。

實驗結(jié)論：二氧化硫具有漂白性（選擇性、暫時性）。

4.回歸生活情境，培養(yǎng)學(xué)科素養(yǎng)

從化學(xué)走向社會，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會觀察生活并將所學(xué)知識應(yīng)用到實際中，培養(yǎng)學(xué)生正確看待物質(zhì)，能夠區(qū)分物質(zhì)的利弊，體會“善用之則為福，不善用之則為禍”的哲學(xué)思想，增強學(xué)生的社會責任感。

環(huán)節(jié)四：正確看待二氧化硫的功與過

［學(xué)生］自由表達。

四、教學(xué)反思

本節(jié)課基于學(xué)生對元素化合物的認識模型，將物質(zhì)的學(xué)習置于問題的解決過程中，以“酸雨的治理”為主題，充分利用價類二維思維模型進行實驗探究，尋找治理酸雨的合理途徑，形成二氧化硫的性質(zhì)這一學(xué)科知識體系，構(gòu)建價類二維學(xué)科大概念，讓學(xué)生對物質(zhì)的研究有更深刻、更本質(zhì)的認識，提升了學(xué)生的學(xué)科素養(yǎng)。

二氧化硫雖然是大氣污染物，但是也是一種重要的工業(yè)原料，在生產(chǎn)生活中有著廣泛的用途。教學(xué)中圍繞“立德樹人”的教育宗旨，通過探討二氧化硫的“功與過”，引導(dǎo)學(xué)生逐步樹立辯證看待事物的世界觀，以及為發(fā)揮化學(xué)學(xué)科價值而努力拼搏的人生觀。