“素养为本”的高中化学教学设计与实施

曾燕 申燕

摘要：以“SO2的性质”教学为例，分析了如何在教学过程中落实新课标理念，开展素养为本的教学；阐述了如何在教学中创设情境、开展基于实验的探究活动、实现知识的结构化，如何在新课标理念下开展教学评价，为“素养为本”的教学实践提供借鉴。

关键词：素养为本；新课标理念；高中化学教学；SO2的性质

文章编号：1008-0546（2021）10-0037-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.10.009

一、背景介绍

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）提出重视开展“素养为本”的教学基本理念，指出“素养为本”的教学旨在通过学习方式的转变，激发学生的学习兴趣，培养学生的创新精神和实践能力。“素养为本”的教学需重点关注三方面的问题：真实问题情境的创设、以化学实验为主的多种探究活动的开展以及教学内容的结构化设计。

为进一步落实“新课标”的教学理念和具体要求，各个版本的高中化学教材开展修订工作，并于2019年发布使用。教材是将课程标准的要求进一步具体化，是达成国家要求的学科育人目标的主要参考依据。在鲁科版必修第一册教材中，“SO2的性质”是第3章第二节“硫的转化”中“实验室里研究不同价态硫元素之间的转化”的重要内容。比较2019年和2004年两个版本的教材发现，新教材内容在旧教材基础上更加丰富完整，主要表现为：关注性质的完整性，新版教材增加了关于SO2物理性质的描述，使其性质更加充实；增强实验的直观性，新版教材增加了“SO2与H2S溶液的反应”“SO2使品红溶液褪色”两个实验的实物图，为化学实验提供了可观察的现象证据；重视原理的深刻性，旧版教材中，选用SO2使有色小花褪色，说明其能使品红等有色物质褪色，新教材选用SO2使品红溶液褪色，加热后恢复原色，这就为进一步理清其漂白原理提供了空间；突出物质的应用性，新版教材在该部分内容最后介绍SO2的用途及使用规范，与最开始的SO2具有毒性形成鲜明的对比，引导学生形成对物质的辩证认识观。教材修订过程中内容的增补进一步凸显了SO2作为含硫无机物的核心物质的重要性，SO2作为一种酸性氧化物，其处于中间价态的硫元素的化合价可升可降，这就决定了SO2具有丰富的物质类别通性和氧化还原特性等。因此，SO2性质的教学是帮助学生建构和应用“价-类二维”思想的有效载体。为进一步践行“素养为本”的教学理念，笔者以“SO2的性质”为例进行探索，现将教学过程整理成文。

二、教学设计及实施过程

1.教学整体设计

“新课标”对该部分内容的学业要求为，结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解SO2的主要性质，认识其在生产中的应用和对生态环境的影响。为落实学业要求，本节课结合SO2在生产、生活中的应用，结合具体的实验情境，引导学生了解SO2的性质，并应用SO2的性质解决真实问题，其教学过程见表1。

2.“素养为本”理念的体现

（1）情境的创设

单旭峰老师[1]在高考化学学科试题评价中曾指出，“情境是围绕某一特定主题事实，以文字、数据、图表等方式，为设计问题任务、达成测评目标而呈现试题信息的载体。”情境不仅是试题评价的载体，也是推进课堂教学有序进行的必备因素。

本节课主要创设了两大情境。其一，播放自己创制的关于SO2诉求的小视频。人人谈硫色变，却忽略其用途，SO2希望被客观、公正地看待，呼吁学生理解科学技术是一把双刃剑，使用科学的方法才能实现扬功避过、化过为功，以此帮助学生树立正确的学科价值观与社会责任感。此外，视频中有关SO2漂白草帽但长时间暴晒后又恢复原色的介绍，又为学生预测SO2具有漂白性提供了参考，为后续实验的开展提供了重要的依据。该情境的创设不仅为引入教学主题而服务，也为后续的性质预测及实验验证埋下伏笔，帮助学生基于自主推测，完成SO2性质的建构。其二，通过C与浓硫酸反应气体产物的检验这一实验探索情境，通过问题的层层深入，步步铺垫，帮助学生在应用SO2相关性质的过程中，实现思维的提升和能力的进阶。

（2）活动的开展

活动的开展是学生在实践中建构知识的有效途径，为教师引导生生互动、生生评价提供了契机。《新课标》所规定的学生必做实验是“不同价态含硫物质的转化”，并在学习活动建议中说明，可选用不同价态含硫物质的转化、二氧化硫的性质作为学生的实验及探究活动。而SO2是一种有毒气体，往往不被引入课堂开展性质验证实验，但本节课中，将SO2收集于透明塑料瓶中，极大地减少了实验过程逸散于空气中的SO2的量，在减低实验危害的同时极大地方便了实验活动的组织。本节课开展的主要探究活动过程如下：

①活动一：SO2性质的预测与验证

【师】准确掌握SO2的性质，才能更客观公正地看待它。请同学从化合价和物质分类两个角度，预测SO2可能具有哪些性质，并指明你的预测依据。

【生】酸性，因为SO2是酸性氧化物。

【师】SO2是酸性氧化物，是否能说明SO2具有酸性？

【生1】SO2的水溶液具有酸性。

【生2】SO2还具有氧化性和还原性，SO2中硫元素的化合價处于中间价态，化合价可以升高也可以降低，所以预测其既有氧化性又有还原性。

【师】通过观看视频，你还能预测SO2的其他性质吗？

【生】SO2具有漂白性。因为SO2能用来漂白草帽编织物等。

【师】请同学们根据自己的预测，选择合适的试剂（实验供选试剂：透明塑料瓶中装有SO2气体、紫色石蕊试液、品红溶液、H2S溶液、酸性高锰酸钾溶液及稀硫酸溶液）完成实验验证。

教师讲解实验操作方法，学生开展分组实验（图1），并汇报实验结果。

【生1】我们小组向其中一个塑料瓶中加入了紫色石蕊试液，振荡后发现，紫色石蕊试液颜色变红，这就验证了SO2是一种酸性氧化物。

【生2】我们小组加入了酸性高锰酸钾溶液，反应非常快，加入的酸性高锰酸钾溶液迅速就褪色了，这说明SO2具有还原性。此外，我们还在另一个塑料瓶中加入了氢硫酸溶液，振荡后，发现溶液变浑浊。说明SO2具有氧化性。

【师】溶液变浑浊是产生了什么颜色的沉淀？这个沉淀是什么？

【生2】淡黄色沉淀，应该是单质硫。

【师】你的判断依据是什么？

【生2】H2S与SO2发生反应时，其中-2价和+4价的硫变价为0价硫，SO2中硫的化合价降低，表现氧化性。

【生3】我们小组还加入了品红溶液，振荡，品红溶液慢慢褪色。我们认为这个现象体现了SO2的漂白性。

【生4】那为什么SO2能使酸性高锰酸钾溶液褪色，不是体现SO2的漂白性呢？

【生2】在这个反应中，锰从+7价降为+2价，颜色褪去。

【生1】那既然SO2具有漂白性，为什么紫色石蕊溶液是变红，而不是褪色呢？

【师】这就说明SO2的漂白具有局限性，主要是使品红等有色物质褪色。在刚才的视频中，大家有没有观察到，漂白后的草帽经长时间日晒，又恢复了原色。同学们有没有什么启发？

【生】说明褪色不稳定。

【师】其不稳定主要是由受热引起的。请同学们设计实验进行验证。

学生通过小组讨论，设计并完成实验（图2）。

【师】SO2的漂白原理有别于氯水，氯水的漂白利用了其强氧化性，是不可逆转的漂白；而SO2的漂白原理是其与有色物质生成了不稳定的无色物质，加热分解又恢复原色。在刚才的讨论中，有小组同学认为SO2使酸性高锰酸钾溶液褪色，也是其漂白性的表现，现在能否设计实验从侧面说明不是漂白作用？

【生5】可以加热褪色后的溶液，如果颜色能恢复，说明是由于SO2的漂白性导致褪色；如果不能恢复，则说明不是漂白性所致。

设计意图：本活动引导学生从“价-类二维”视角预测SO2的性质，并总结SO2的特性。然后，再引导学生分组合作完成实验验证，分析实验现象，得出实验结论。实验结论和学生预测的一致性，有利于学生内化“价-类二维”的认识思路，形成自觉的分析模型，为之后学习其他元素及其化合物提供了认识视角，有利于繁杂的元素化合物知识学习整体化、系统化。

②活动二：SO2性质的综合应用

【师】了解了SO2的性质，我们来探究一个实际问题。C与浓硫酸在加热条件下反应，生成CO2、SO2和水蒸气。问题1：如何检验上述气体产物中的SO2？

【生1】将混合气体通入品红溶液。

【师】可否使用酸性高锰酸钾溶液检验混合气体中的SO2？

【生】可以，CO2不会干扰检验。

【师】问题2：如何除去上述气体产物中的SO2？

【生】通入酸性高锰酸钾溶液。

【师】问题3：如何检验上述气体产物中的CO2？

【生1】用澄清石灰水检验。

【生2】我觉得不行，SO2也是一种酸性氧化物，和CO2气体性质相似，它們都能使澄清石灰水变浑浊。

【师】SO2气体会对CO2气体的检验造成干扰，那应该怎么办？

【生】可以利用酸性高锰酸钾溶液先除去SO2气体。

【师】将从酸性高锰酸钾溶液中导出的气体再通入澄清石灰水，若澄清石灰水变浑浊，则说明一定含有CO2气体，对吗？

【生1】已经除去了SO2，使澄清石灰水变浑浊的一定就是CO2。

【生2】感觉这里有些不严谨，虽然用酸性高锰酸钾吸收SO2，但还是需要证明SO2一定是被吸收完全的。

【师】那具体要怎么做呢？

【生】可以将除去SO2后的气体通入品红溶液，检验它是否被除干净。

【师】问题4：请同学们利用以下仪器（图3），仪器可重复使用，设计实验方案实现对上述反应的三种气体的逐一检验。用字母编号表示仪器连接顺序，并注明相应的试剂。

学生小组讨论，并进行方案汇报。

【生1】我们小组选择的装置连接方案是A→C→B1→B2→B3→B4，A为发生装置，其他的装置中依次盛放无水硫酸铜、品红溶液、酸性高锰酸钾溶液、品红溶液和澄清石灰水。先检验水蒸气，接着检验SO2，除去SO2，然后检验SO2是否被除干净，最后检验CO2。

【生2】我们小组的方案是：A→C→B1′→B2′→B3′，跟上组同学的区别是减少了B装置的使用。C中的试剂相同，而B1′中盛放酸性高锰酸钾溶液，检验并除去SO2气体；B2′中盛放品红溶液，检验SO2气体是否除净；B3′盛放澄清石灰水，检验CO2气体。

【生3】我们小组的与前两组同学的都不相同，我们选择：A→C→B1″→B2″→B3″，C中试剂相同，而B1″中盛放品红溶液，检验SO2气体；B2″中盛放酸性高锰酸钾溶液，除去并检验SO2气体是否除净；B3″放入澄清石灰水，检验CO2。

【师】三组方案思路大体是一致的，第二组同学在第一组同学的基础上，省略了B1处的品红溶液，第三组同学在第一组同学的基础上，省略了B3处的品红溶液。这样的省略是否合理？它们的省略又将引起哪些其他的改变？

【生1】是可以的，酸性高锰酸钾溶液本身可用于检验SO2，又可以除去SO2。

【生2】酸性高锰酸钾溶液既用于检验SO2，又用于除去SO2，那就要对它的浓度有要求，如果高锰酸钾溶液浓度过低，溶液很快褪色，可能会造成SO2除不干净；但浓度过大，又可能不便于观察其颜色变化。

【师】同学们的设计都是合理的，通过上述问题的讨论，大家体会多种物质检验的一般思路，同时也会发现物质检验的方式存在着多样性，检验方法也并不是唯一的。

设计意图：本活动在真实的实验情境中挖掘出一系列思维能力要求逐级提升的问题，由最简单的“如何检验SO2？”到“如何除去SO2？”，再到“如何检验CO2？”，最后到“如何逐一检验三种气体？”问题对学生的能力要求由理解掌握到分析评价，最后要求学生创造性地提出综合设计方案。学生在问题的驱动下拾级而上，实现进阶。此外，学生在讨论交流的过程中，不断地质疑、批判、认同，提升了思维的深度。

（3）结构化设计

东北师大的郑长龙教授[2]认为结构化是“将认识环节按照一定的逻辑线索有机地组织起来，形成稳定的认识模型”，结构化的认知有利于学生对化学学科的知识及思维方式形成系统性的认识。本节课在教学过程中，主要从两个角度考虑知识的结构化设计。

①SO2性质的结构化

在本节课中，教师引导学生从“价-类二维”视角预测SO2可能具有的性质，然后开展小组合作实验，对预测的性质进行验证，最后完成以SO2为中心物质的“价-类二维”图的梳理。学生在实验事实与“价-类二维”认识模型的关联和匹配中，逐渐理解“价-类二维”认识模型在元素化合物知识学习中重要作用，并形成运用该模型分析解决问题的主动意识。

②SO2和CO2性质的结构化

作为两种常见的酸性氧化物气体，其检验和除杂必然是教学需关注的重点，在教学过程中，引导学生关注两者性质的异同，利用其差异逐一检验，当因检验方法相同而无法规避时，再次选择利用差异将其中一种除去以排除干扰。在引导学生分析思维的同时，帮助他们建立起混合气体成分的检验模型。

3.教学评价

教学评价应既兼顾过程性又兼顾终结性，力求全面客观评价学生的真实学习情况。本节课教学在活动过程中开展学生与学生、教师对学生的即时性评价，通过评价及时了解学生的知识掌握情况、能力进阶状态以及思维发展阶段，实现在预设和生成中灵动地调整教学。

此外，教学完成后对该班级50名学生以纸笔测试的形式进行问卷调查，以此检测学生达成本节课教学学业要求的情况[3]。

调查问卷的题目（共7题）源于对主题学业内容要求的解读（表2）。采用李克特式五点量表计分法，选项包括：非常同意、同意、一般、不同意和非常不同意，分别记为5、4、3、2、1分。发放问卷50份，回收问卷50份，回收率100%。

采用SPSS 19.0进行定量数据分析（图4），本次调查问卷的Alpha值为0.919，说明各学生的问卷结果一致性较好，可信度高。

由问卷数据统计结果可知（表2），学生认为本节课的学习方法有利于他们描述、辨识SO2的物理和化学性质及实验现象。而在本节教学中，“我能用化学方程式、离子反应方程式正确表示SO2的主要化学性质”得分最低，可归因于教学设计过程中，仅关注SO2相关性质实验的现象证据和结论的匹配，应用SO2的性质进行方案设计，弱化了此部分化学方程式（离子方程式）的书写，因此，在今后的教学中，教师设计实验记录单时，需包含的主要要素不仅有“操作”“现象”“解释”及“结论”，还应要求学生填写相应的化学方程式或离子方程式，以实现宏观现象、微观解释和符号书写的三种表征的关联与统一。此外，学生在SO2的检验等简单任务方案的设计及社会性议题的讨论方面仍不能得心应手，这需要在后续的综合度较高的陌生情境问题的解决中得以强化。

三、总结与反思

总之，落实新课标理念下“素养为本”的教学指向学生素养发展，我们需重点关注教学情境化、情境问题化、问题活动化、评价多元化。以真实且易于学生认同的情境串联教学，基于真实情境挖掘系列具有逻辑关联的任务（问题），学生在解决问题中不断构建和应用知识、培养技能和观念，从而不断地实现自我发展与超越。教师是教学的设计师，是学生学习的引路人，为每位学生的能力提升和素养发展创造机会，是我们教师义不容辞的责任。

参考文献

[1]单旭峰.基于高考评价体系的化学科考试内容改革实施路径[J].中国考试，2019（12）：45-52

[2]郑长龙，孙佳林.“素养为本”的化学课堂教学的设计与实施[J].课程·教材·教法，2018，38（4）：71-78

[3]申燕，杨显江，李迪.在实验探究中发展化学核心素养和关键能力——以“金属的化学性质”为例[J].化學教学，2019（2）：46-50