基于发展学生化学学科核心素养的实验教学
中图分类号：G633.8 文献标识码：A 文章编号：1671-0568（2017）10-0067-02
一、问题的提出
2014年3月教育部颁发的《关于全面深化课程改革落实立德树人根本任务的意见》明确提出，基础教育阶段应该帮助学生形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力。“核心素养”被置于进一步深化课程改革、落实立德树人目标的基础地位。基础教育的学科教学，其终极目标发展为促进学生学科核心素养的形成。高中化学课程标准修订组根据“中国学生发展核心素养（征求意见稿）”和高中化学课程特点，提出包含“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认识”“实验探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等5个要素的高中化学核心素养。学生学科核心素养的形成，需要在真实性的问题情境中，与学习环境的持续互动与作用。基于发展学生化学学科核心素养的教学方式，必然要实现从以“教”为中心向以“学”为中心的转变，实现以“知识教学为本”向以“观念建构为本”的转变。
化学是一门以实验为基础的自然科学，其本质特征是“在原子、分子的微观水平上研究物质及其变化”。培养学生运用实验、假说、模型、分类等方法，通过动手实验、调查与资料获取，运用归纳、概括、推理论证等逻辑思维方法，通过小组交流、讨论和反思等活动形式开展物质及其变化的研究，并从元素的宏观视角认识物质及其变化的规律、从粒子的微观层面揭示物质及其变化的本质，能从化学的视角解决与化学有关的社会问题，参与和化学有关的社会决策，秉持可持续发展和绿色化学理念，是帮助学生形成适应个人终身发展和社会发展需要的必备品格和关键能力的必由之路。因此，积极开展实验教学是培育和发展学生化学学科核心素养的重要途径。
二、设计的背景
乙烯是学生学习甲烷、烷烃之后的另一类重要的有机物，是烯烃的典型代表物。本节课的学习将为学生继续学习乙炔、苯和选修5“有机化学基础”相关内容做铺垫。本节课的重点是乙烯的结构特点、乙烯的化学性质与加成反应概念；学习的障碍点是乙烯分子结构中碳碳双键为什么有一根键容易断裂，先前概念取代反应对加成反应概念的形成造成干扰。从教材的编写意图和学生已有认知水平分析，对乙烯化学性质开展实验探究教学，有利于学生基于实验产生的宏观现象，借助模型认知等途径从微观分析和符号表征，能凸显教学重点、化解难点，更为重要的是在实验探究过程中学生真切地体悟和掌握了研究有机物结构和性质的一般思路与方法，形成了“结构决定性质”的基本观念，发展了学生的化学学科核心素养。
三、教学目标
1. 通过自主学习和问题解决等方式了解乙烯的物理性质和用途。
2. 通过模型搭建、问题解决和实验探究等活动，经历“宏观―微观―符号”三重表征的思维方式，理解乙烯的结构和化学性质，初步树立“结构决定性质”的基本观念。
3. 通过实验探究活动，?w验实验探究的一般过程和乐趣，认识到化学实验不仅是获取实验事实的途径，而且是认识事物本质的重要方法。
四、教学过程
环节一：创设情境，引发学习兴趣
【创设情境】为什么青苹果和熟香蕉放在一起会大大缩短青苹果变熟的时间？
【拓展延伸】呈现相关资料和图片，展现乙烯利（乙烯磷）在农业上是优质高效的植物生长调节剂；一定条件下，乙烯利可以释放出乙烯，具有促进果实成熟等功效。
【设计意图】从生活走进化学，让学生体会到化学就在我们身边，能真实地感悟到化学学科在人类生产、生活中的重要作用。
环节二：模型认知，探究结构特征
【自主学习】根据教师提供的素材，了解乙烯的物理性质和用途及其化学式。
【模型搭建】探究乙烯的结构特征，并写出其电子式和结构式。
【设计意图】让学生在自主学习中提高对有效信息的获取和加工能力；通过模型搭建，让学生在“做中学”，亲身经历探究的过程，实现化学知识和思维的双重建构。
环节三：创新实验，探究化学性质
1. 乙烯的制取实验
【创新实验】用一支针筒吸入1mL40%的乙烯利溶液，注入另一支下端套有橡皮套，且内装有少量NaOH固体的针筒中（如图1）。
【设计意图】通过设计微型化的实验，引导学生发现该实验不仅无需加热，反应速度快，产生的乙烯气体纯度高，而且安全度高，节约时间和成本，体会实验创新带来的乐趣和价值。
2. 乙烯的燃烧实验
【实验创新】用针筒抽取少量产生的乙烯气体，在针端直接点燃，学生观察现象。
【设计意图】安全性较好，无需验纯，且实验现象鲜明，比教材中燃烧石蜡油在催化剂、高温条件下的分解产物（其产物主要是乙烯和其他烷烃的混合物）更有说服力。
3. 乙烯与酸性高锰酸钾和溴水反应的实验
【实验创新】在一小培养皿（直径为6cm）内放置一红色瓶盖（加入少许饱和的NaOH溶液）和两白色瓶盖（分别滴加一滴酸性高锰酸钾溶液和溴水），向红色瓶盖中加入少许乙烯利溶液，盖上大表面皿（直径为9cm）。当两白色瓶盖中溶液褪色后，在旁边再分别滴加一滴酸性高锰酸钾溶液和溴水。
【观察思考】根据学习甲烷性质的经验思考酸性高锰酸钾褪色的原因是什么？
【比较说明】溴水褪色的原因是发生取代反应吗？请说明理由？
【证据推理】提供数据（如表1），从化学反应的本质判断原因？引入加成反应的概念。 【模型认知】通过学生自己动手搭建产物的模型，写出反应的化学方程式；通过类比迁移写出乙烯与H2、HCl、H2O反应的化学方程式。
【设计意图】学生在培养皿中进行微型化实验，现象明显且形成鲜明的对比，不仅让学生获得了直观的实验现象，而且让学生体会到了一种实验设计的思想。通过问题导学，学生思维不断深入，学会从不同视角认识加成反应，经历“宏观―微观―符号”三重表征的思维方式学习化学，初步树立“结构决定性质”的基本观念。
【提出问题】比较加成反应和取代反应的特点，设计实验证明乙烯与溴水发生加成反应？
【比较实验】依据两种反应类型的特点，引导学生瞄准生成物HBr，确定实验设计的思路，并进行分组实验：A组用HNO3酸化的AgNO3溶液检验Br-；B组用pH试纸测反应前后溶液的pH。
【认知冲突】①在A组学生观察到产生大量浅黄色沉淀的基础上引导学生思考一定是生成物HBr导致的吗？还可能是什么原因？②如果是反应不完全的溴水导致的，请你设计实验验证？ 学生通过淀粉-KI试纸检验发现没有变蓝。③B组学生发现pH试纸变红，酸性明显增强。④综合A、B两组实验现象，你又该如何做出合理解释呢？
【文献查阅】烯烃可以与氯或溴的稀溶液水溶液发生加成反应得到β-卤代醇。
【?O计实验】引导学生进一步思考如何设计实验证明是否受溶剂水的影响？
【设计意图】在比较的基础上设计探究思路，能聚焦学生的思维，做到有的放矢，提高了课堂的学习效率。通过分组实验创设问题情境，引发学生的认知冲突，再通过一系列问题驱动学生的认识不断发展和深化，思维能力得到了有效的锻炼。通过文献法培养学生获取信息和加工信息的素养，初步认识到有机化学反应的复杂性特点。最后通过实验设计使学生的认识能力进一步升华。
环节四：对比归纳，学以致用提升
【对比归纳】对比总结乙烷和乙烯的结构、化学性质，如表2所示。
【课堂小结】归纳总结研究有机物化学性质的一般思路，进一步形成结构决定性质、性质反应结构的基本观念。
【学以致用】水果采摘后会有大量的乙烯产生，乙烯量的增加会加快水果的成熟和腐烂，为延长保存期，请利用本节课所学知识设计简单易行的保鲜方案。
【设计意图】通过乙烷和乙烯的结构、化学性质的对比和课堂小结，引导学生进一步树立“结构决定性质”的基本观念，最后通过问题解决从化学回归生活，培养了学生从化学的视角解决实际问题的能力。
五、教学反思
周光召先生在《科学教育的原则和大概念》的序言中指出：科学教育不应该传授给孩子支离破碎、脱离生活的抽象理论和事实，而是应当慎重选择一些科学观念，用恰当、生动的方法，帮助孩子建立一个完整的对世界的理解。本节课充分利用了微型化的创新实验，反应速度快，节约了时间和成本，安全可靠；突破了教材实验只适合于教师演示，不便于学生分组实验的弊端；凸显了化学实验的功能不仅是激发学生学习化学的兴趣和获取陈述性知识，而且是为了获取程序性知识、认识化学本质、训练科学方法、培养科学态度。在化学实验探究的过程中，学生不仅了解了有机化学反应具有复杂性的特点，而且认识到了“实验是化学的最高法庭”，形成了物质结构决定性质的基本观念。本节课的教学组织与实施过程较好地融合了知识的认知价值、迁移价值和情义价值，可以说是基于发展学生化学学科核心素养的实验教学的一次有效尝试。
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