指向教学评一致性的教学实例：以“硫和二氧化硫”教学为例

“境脉链接，模型建构”促进核心素养落地本课时主要内容包括硫和二氧化硫。在这之前，教材已经安排学习了原子结构教学月刊(教学参考),2019(7-8):68-72.化硫的化学性质(酸性氧化物通性、还原性、漂白性),能用化学方程式描述酸雨3.通过二氧化硫相关实验现象的分析推测二氧化硫的通过文献检索，现有与二氧化硫相关的教学设计思路主要有以下几种类型：(1)以酸雨的形成与防治为主题素材，将二氧化硫的相关性质融合其中；(2)以葡萄酒中二氧化硫作用为贯(3)以模拟法庭审判的过程为线索，尝试把知识学习、观念领悟进行一体化教学设计。质处理及尾气排放是国家环保部门和民众关注重点。(1)教学立意高远。2017版课程标准强调元素化合物知识对社会发展的价值、(2)构建认识模型。高中化学把“证据推理与模型认知”作为核心素养之一，从元素化合物学习角度来看，通过本节课的学习学生应建立物质类别、元素价态的认识角度，面对陌生物质时能依据认识角度预测物质性质，设计实验方案并获取事实证据，若事实与理论不符，则需修正认识模型。从环境主题学习角度来看，通过本节课的学习学生应能从化学的视角认识和分析环境问题，具体包括：环境问题的危害是由物质的什么性质引起的；从物质性质和物质变化视角分析、解释环境问题的产生机理和形成过程；针对环境问题的形成过程和条件，根据物质性质和物质变化，寻找对应的解决办法。类别、价态类别、价态性质指导危害成因防治修正3.整体构思情境线索问题线索与环境问题相关的元素化合物认识、实践模型知识线索素养线索活动线索知识线索素养线索含硫物质间的相互转含硫物质间的相互转化；二氧化硫的氧化性；二氧化硫的来源化硫的酸性氧化物通性、还原性二氧化硫性质的综合应用设计实验方案检二氧化硫的漂白性；二验混合气体中含氧化硫的用途；二氧化有二氧化硫；二硫性质的综合应用预测二氧化硫转化为硫酸的路径并设计实验方案、动手守验讨论二氧化硫尾气的处理方化环保科科长镇海炼化实时二氧化硫数据：镇海炼化白鹭满园图片学态度与社认知镇海炼化等石化企业用克劳斯法处理含硫烟气二氧化硫如何转变成硫酸型酸宏观辨识；变化观念；证据推理；科学探究宏观辨识；变化观念；社会责任文献资料；机制文献炼化厂尾气中二氧化硫是如何产生的?克劳斯法文献资料；镇海炼化尾气处理学态度与社会责任如何监测二氧化硫尾气?如何处理二氧化硫尾气?阅读克劳斯法基本原理表1教学评价目标、评价方式及评价标准评价目标评价方式评价标准(1)通过对二氧化硫转化成硫酸的可能路径设计与交流点评，诊断并发展学生对物质及其转化思路的认识水平(孤立水平、系统水平)【提问】大气中的二氧化硫是如何转化成硫酸的?请写出可能的转化路径并说明依据水平1:能够说出一条转化路径，从经验事实角度说明依据；水平2:能够说出一条转化路径，从类别、价态角度说明转化依据：水平3:能够说出常见的二条转化路径，从类别、价态角度说明转化依据(2)通过对二氧化硫转化成硫酸的实验方案设计与交流点评，诊断并发展学生探究物质性质的水平(孤立水平、系统水平)(提问】如何利用实验室现有条件探究：二氧化硫→亚硫酸→硫酸这条转化路径?请设计实验方案(器材：100mL输液袋(充有二氧化硫)、20mL注射器、10mL试剂瓶若干；试剂：蒸馏水、石蕊、BaCl₂溶液、稀盐酸)水平1:能够根据已有经验设计方案，但方案不严谨，不理解所给器材意图；水平2:能够根据器材与试剂设计实验方案，但方案不严谨；水平3:能够根据器材与试剂设计严密的实验方案，并能从“宏微结合”视角关联预期现象与结论(3)通过对炼油厂二氧化硫尾气处理方案的设计与交流点评，诊断并发展学生解决实际问题的能力水平(孤立水平、系统水平)【提问】既然含有二氧化硫尾气会造成硫酸型酸雨，你们觉得如何处理尾气中的二氧化硫呢?哪一种处理方案较佳?水平1:能结合二氧化硫的某一性质(酸性氧化物通性或还原性)提出处理方案，从单一角度(原料来源、处理效果、处理成本、产物循环利用)比较方案：水平2:能结合二氧化硫的性质(酸性氧化物通性及还原性)提出处理方案，从2~3个角度(原料来源、处理效果、处理成本、产物循环利用)比较方案：水平3:能结合二氧化硫的性质(酸性氧化物通性及还原性)提出处理方案，从学科和社会相结合视角比较方案，具备综合考虑实际问题的能力图3镇海炼化【教师】··炼化前身是浙江炼油厂，现在每年炼油量达到2300万吨。石油炼制过程中烟气的处理是重要一环节，烟气中主要污染物是烟尘、NOx、H₂S,今天这节课我们主要关注含硫物质的处理。目前，镇海炼化采用克劳斯法处理含硫烟气并对硫磺回收利用。【PPT】克劳斯法基本原理空气空气部分氧化转化器图4克劳斯法的基本原理烟气硫磺硫磺罐燃烧炉冷凝尾气【设问】分析流程中硫及其化合物的转化关系，体现了含硫物质怎样的性质?【学生】硫化氢可被氧气氧化为二氧化硫，体现了还原性；二氧化硫与硫化氢归中生成了硫磺，体现了二氧化硫的氧化性。【教师】··是一种重要的化工原料，也具有杀菌消毒功能，在超市中同学们应该都看见过硫磺皂。那硫磺具有哪些化学性质呢?【学生】能与一些金属单质反应，例如钠、铁、铜等；也可以与非金属单质反应，例如氢气、【教师】··两者恰好反应转化成硫，那当然是最完美了，可事实并非这样，看文献资料。【PPT】文献资料4]:“从克劳斯装置排出的尾气中还含有0.8%~1.8%的SO₂(体积分数)。传统克劳斯工艺的尾气中硫化物的排放量已不能满足现行环保标准的要求。”设计意图：作为全国规模最大的炼化厂，镇海炼化在宁波家喻户晓。本节课以镇海炼化的历史经典照片及规模效益数据作为引入，一方面让学生了解镇海炼化的历史、赞赏镇海炼化所作出的贡献，另一方面将生活环境中的化学资源引入教学有助于让学生切身感受化学与生活环境的密切联系，拉近与学生的心理距离。克劳斯法的引入让学生明晰炼油厂尾气中SO₂的来源，同时也体现了二氧化硫的氧化性、废弃物资源化的思想。教学环节二引导探究，突破难点——探究二氧化硫对环境的影响【设问】含有二氧化硫的未达标废气为何不能直接排放?【教师】··化硫是大气中主要污染性气体，有刺激性气味，有毒，特别是对人的呼吸道有刺【活动】大气中的二氧化硫是如何转化成硫酸的?请写出可能的转化路径并说明依据。(用化学【讨论】如何利用实验室现有条件探究：二氧化硫→亚硫酸→硫酸这条转化路径?请设计实验【追问】溶液显红色就一定能说明是亚硫酸?如何证明是亚硫酸?【学生】往加入氯化钡的二氧化硫水溶液中鼓入空气，若有白色沉淀，则说明亚硫酸可以被氧器材：100mL输液袋(充有二氧化硫)、20mL注射器、10mL试剂瓶若干【学生】汇报观察到的实验现象与结论：往充有二氧化硫的输液袋中用注射器注入20mL蒸馏水，轻轻振摇输液袋，输液袋明显变瘪，说明二氧化硫易溶于水；取2~3mL二氧化硫水溶液，滴加3滴紫色石蕊试液，振荡，紫色石蕊变红，说明二氧化硫与水发生了反应，有酸性物质生成；取2~3mL二氧化硫水溶液，滴加1滴管BaCl₂溶液，开始无明显现象，露置空气大约10s,和亚硫酸中心元素相同，价态相同，也具有还原性。二氧化硫用的氧化剂可能有溶解的O₂、O₃、H₂O₂……”化硫转化成硫酸的可能路径并说明依据，这一问题其实也是对学生的评价，探查学生是否有自究实验”,让学生设计实验方案，通过对二氧化硫转化成硫酸的实验方案设计与交流点评，诊断并发展学生设计实验方案、依据现象推测物质性质的能力。双氧水这一氧化剂则是通过文献资料引出，目的在于让学生感知大气中光反应的复杂性、酸雨形成机制的复杂性，激发他们进一步探究愿望。总之，这一教学环节设计和开展多种形式的实验探究活动，有目的、有计划地引教学环节三交流探讨，综合应用——二氧化硫尾气的处理与监测【过渡】既然含有二氧化硫尾气会造成硫酸型酸雨，你们觉得如何处理尾气中的二氧化硫呢?【任务二】设计二氧化硫尾气处理方案(用化学方程式或物质转化关系表示)【学生】可用氢氧化钠、氨水、石灰乳等碱性物质吸收；也可用双氧水、高锰酸钾等氧化性物质吸收。【讨论】从原料来源、处理成本、产物循环利用等角度评析处理方案。【教师】··访了镇海炼化环保科科长，我们来听听镇海炼化的做法及考虑因素。【视频】镇海炼化环保科科长周则飞工程师访谈(注：考虑到国家排放要求不断提高，目前镇海炼化选用氢氧化钠处理二氧化硫尾气，将处理效果放在首要考虑位置)【过渡】那经钠碱法处理后的尾气中二氧化硫含量是否符合国家标准?这就涉及到二氧化硫的脱尘、脱硝尾气脱尘、脱硝图6炼化厂尾气的主要成分【任务三】设计实验方案检验脱尘、脱硝后尾气中含有二氧化硫【学生】品红、酸性高锰酸钾、碘水。【追问】能否用氢氧化钡?【学生】不行，两者都是酸性氧化物，均会产生白色沉淀。【实验】取试管，注入2mL二氧化硫水溶液，滴加品红，观察现象；试管上方套一个气球，加热，观察现象。【教师】··化硫的漂白作用是由于它能跟某些有色物质生成不稳定的无色物质，但这种无色物质容易分解而使有色物质恢复原来的颜色，利用这一性质可以定性检验二氧化硫的存在。工业上常用二氧化硫漂白纸浆、毛、丝、草帽等；其实葡萄酒中也添加有少量二氧化硫，正是利用了它的漂白性和抗氧化性，二氧化硫是国际上通行的食品添加剂，关键是控制好量。所以我们应辩证看待二氧化硫，她既有过但也有功。【过渡】当然，像镇海炼化这样的大公司，它要求做到实时、精确监测，需要精密的仪器设备。前几日，我利用二氧化硫传感器定量检测了镇海炼化除硫装置周围二氧化硫的浓度值。【PPT】SO₂传感器：SO₂气体进入传感器的气室，会发生化学反应，产生与二氧化硫浓度成正比的电流。该电流信号具有线性反应特征，灵敏度高、响应时间短、受温度和湿度影响小【视频】SO₂传感器采集镇海炼化厂空气中SO₂浓度数据【PPT】展示近十年镇海炼化二氧化硫年度排放总量数据(柱状图)图7前后十年镇海炼化二氧化硫年排放量对比【教师】··国家对尾气排放指标要求越来越高，近几年镇海炼化投入巨资改进脱硫技术与设备，所以二氧化硫的排放量与十年前相比锐减，这是企业积极承担社会责任的体现。【PPT】宁波：千只白鹭定居炼化厂【教师】··的镇海白鹭满园，白鹭对水质、空气的要求极高，称为大自然的“生态检验师”。设计意图：任务二的目的在于让学生自主调用认识物质性质及转化关系的思路方法，从原料来源、处理成本、产物利用、处理效果等多角度评判方案，发展并诊断学生解决实际问题的能力。访谈视频的引入有利于增强教学内容真实性、说服力和教学形式活泼性。任务三“尾气中二氧化硫的检学生综硫的检学生综碳与二性，自的特性合运用本节课所容，明晰二氧化氧化硫性质差异然引出二氧化硫 质决定用途，简单介绍二氧化硫的用途，从而使学生能够辩证看待二氧化硫。从定性检验到定量监测，利用二氧化硫传感器现场检测镇海炼化空气中SO₂含量，呈现前后十年二氧化硫排放量对比数据以及白鹭满园图片，目的在于增进学生对石化企业的理解，赞赏政府、企业为改善环境所作出的持续努力。教学环节四小结提炼，完善结构——促进知识关联、认识思路结构化【教师】··这节课我们从价态、类别、特性三个角度认识了二氧化硫的化学性质，今后遇到一种陌生无机物你将如何预测、研究其性质?(指向板书) 【PPT】图2【教师】··无机物来说，我们通常从价态、类别两个角度认识物质的性质、指导我们的实践：预测性质、设计实验、获取证据，如果事实与理论不符，修正我们的认识模型。此外，本节课学习主题与环境问题密切相关，对于环境问题我们通常从危害、成因、防治三个角度展开研究，它与物质的性质紧密相连(环境问题的危害是由什么性质引起的；从物质性质和物质变化分析、解释环境问题的产生机理；从而控制污染物产生的化学反应的发生、借助化学反应将污染物转化成无污染物质)。环境问题的解决离不开化学，化学不是问题之源，恰恰相反，化学是解决问【结语】宁波镇海炼化的技术创新、环境改善，也是当前中国技术创新、改善环境的一个缩影，相信在政府、企业、社会大众及我们在坐同学共同努力下，美丽中国这个目标一定能实现。设计意图：认知科学实验证明，结构化的知识便于学生记忆、概括和理解，有助于解决问题。本节课小结时利用设计的三维坐标板书分别表示认识无机物的三个角度，突出重点,清晰明了，以使学生达到知识关联的结构化、认识思路的结构化。最后让学生尝试概括认识陌生无机物的角度、思路与方法，目的在于诊断学生是否形成了结构化的认识。教师提炼、呈现与环境主题密切相关的无机物认识模型、实践模型，目的在于外显本节课中蕴含的认识思路、核心观念和研究方法，促使学生认识思路的结构化，迁移、解决新情境下陌生问题，实现从化学学科知识向化学学科核心素养的转化。七、板书设计“境脉反思链接，模型建构”教学模式的实施关键在于情境素材的选取和驱动性任务的设计，链接核心知识间为本”教学的变迁。教学实施过程中，考虑到课堂时间等要素，不必纠结于非核心知识(二氧化硫的物理性质、用途及酸雨的其他防治措施等),可通过课下自学完成。(1)炼油过程中含硫物质处理石油的炼制过程主要分为3个阶段，它们分别是原油蒸馏、二次加工、油品精多数炼油企业采用克劳斯法(Claus)硫回收工艺，其基本原理如图3所示。其工艺的利用率[6]。根据《石油化学工业污染物排放标准》,二氧化硫的排放上限为(2)酸雨及其危害酸雨的定义酸雨正式的名称是为酸性沉降，它可分为“