高中化学必修一：基于实验探究的酸碱指示剂核心素养教学设计

高中化学必修一：基于实验探究的酸碱指示剂核心素养教学设计

一、教材与学情分析

（一）教材分析

本节内容选自人教版高中化学必修一第一章《物质及其变化》第三节《氧化还原反应》之前的离子反应相关实验拓展，或作为常见的酸和碱性质应用的深化。在教材体系中，它既是初中阶段酸碱指示剂变色知识的延伸与升华，又是高中阶段深入学习离子反应、水解平衡等核心概念的重要实践基础。【重要】教材编排至此，学生已初步掌握了常见酸、碱的性质，了解了酸碱指示剂（如石蕊、酚酞）在酸碱溶液中的变色规律。然而，初中阶段的认知多停留在“是什么”的记忆层面，对于“为什么”变色的内在机理、指示剂自身的化学本质以及如何系统、科学地探究其性质，尚缺乏深入的思考和实验探究的经历。本节内容正是要以此为切入点，引导学生从定性观察走向定量分析，从单一认知走向规律总结，通过亲历实验探究过程，构建起“物质检验”的学科思想，并为后续学习离子反应、盐类水解等核心知识埋下伏笔。【基础】

（二）学情分析

授课对象为高中一年级学生。知识储备上，他们已经具备基本的酸碱概念，能区分常见的酸和碱，并知道石蕊、酚酞在酸、碱溶液中的颜色变化。技能储备上，经过初三的学习，已初步掌握药品取用、溶液滴加、试管振荡等基本实验操作，具备一定的观察和记录能力。思维特征上，高一学生思维活跃，好奇心强，对化学实验充满兴趣，具备初步的探究欲望，但其科学探究的方法论尚未完全形成，逻辑推理、控制变量、归纳总结等能力仍有待系统培养和提升。【核心素养聚焦点】因此，本教学设计的关键在于引导学生在已有认知的基础上，通过“发现问题—提出假设—设计实验—验证假设—得出结论—交流评价”的完整探究流程，将感性认识上升为理性认知，将零散知识系统化、结构化，从而实现科学探究能力和化学核心素养的同步提升。

二、教学目标与核心素养

基于对教材和学情的分析，结合《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》的要求，制定如下指向化学核心素养的教学目标：

（一）宏观辨识与微观探析

1.通过实验探究，学生能独立观察并准确描述常见酸碱指示剂（石蕊、酚酞、甲基橙）在酸、碱及中性溶液中的颜色变化现象。【基础】

2.【难点】引导学生从微观粒子（H⁺和OH⁻）相互作用的角度，初步理解指示剂变色与溶液酸碱性的内在关联，建立“结构决定性质，性质决定应用”的微观观念。理解指示剂的变色实质是其分子与离子形态之间的平衡移动。

（二）变化观念与平衡思想

3.通过探究不同浓度的酸、碱对指示剂颜色的影响，初步建立溶液酸碱性“度”的概念（定性与定量的过渡），认识到指示剂的变色存在一个特定的pH范围，为后续学习pH和电离平衡奠定基础。【重要】

4.认识到指示剂的颜色变化是动态平衡的结果，建立化学平衡的初步思想。

（三）证据推理与模型认知

5.通过对多种植物花瓣、果皮色素提取液作为指示剂的探究，运用控制变量、对比实验等方法收集证据，基于实验事实进行推理，归纳出作为酸碱指示剂所需具备的一般条件或模型。【高频考点】

6.能够运用“指示剂变色”这一模型，设计简单的实验方案，去检验生活中常见物质的酸碱性，培养模型应用能力。

（四）科学探究与创新意识

7.全程体验“实验探究”的基本过程，在自主设计实验、动手操作、观察记录、分析讨论中，培养问题意识和探究能力。

8.【非常重要】鼓励学生在使用实验室常用指示剂的基础上，大胆尝试利用身边的植物材料自制指示剂，并对不同材料的指示效果进行比较和评价，激发创新意识和科学兴趣，增强将化学知识应用于生活实际的意识。

（五）科学精神与社会责任

9.通过小组合作实验，培养严谨求实的科学态度和团队协作精神。

10.在自制指示剂的活动中，感悟化学与生活的紧密联系，树立绿色化学、资源再利用的意识。

三、教学重难点

（一）教学重点

1.通过实验探究，掌握石蕊、酚酞、甲基橙三种常用指示剂在酸、碱溶液中的变色规律。【基础】

2.初步学会运用酸碱指示剂检验溶液的酸碱性。【高频考点】

（二）教学难点

3.理解指示剂变色的微观本质（H⁺、OH⁻的作用及平衡移动）。【难点】

4.能够设计完整的实验方案，对自制的植物指示剂在不同酸碱度溶液中的变色情况进行系统探究和评价。【非常重要】

四、教学方法与准备

（一）教学方法

采用“实验探究—引导发现”的教学模式，结合问题驱动法、小组合作学习法。教师作为学习的组织者、引导者和合作者，通过创设问题情境，激发学生的探究欲望；以层层递进的问题链，引导学生自主设计实验、收集证据、建构知识。

（二）教学准备

1.教师准备：教学课件（包含问题情境、实验步骤提示、讨论引导等）；分组实验器材（试管、试管架、胶头滴管、表面皿、玻璃棒、研钵、纱布、烧杯等）；分组实验药品（稀盐酸、稀硫酸、稀硝酸、氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液、蒸馏水、酒精、石蕊试液、酚酞试液、甲基橙试液）；若干种植物材料（如紫甘蓝、牵牛花、月季花、红萝卜皮等，提前洗净、剪碎）；不同pH的缓冲溶液（pH=1、3、5、7、9、11、13）或不同浓度的酸、碱溶液。

2.学生准备：预习教材相关内容；分组收集并带来1-2种当地可得的、有颜色的植物材料（如玫瑰花瓣、紫薯皮、桑葚等）；复习初中阶段关于酸碱指示剂的知识。

五、教学实施过程（核心环节）

【导入新课】（约3分钟）

教师展示两瓶无色透明液体（一瓶为稀盐酸，一瓶为氢氧化钠溶液），提出问题：“同学们，这是两瓶没有标签的试剂，谁能不通过‘品尝’或‘触摸’的方式，快速、安全地将它们区分开来？”学生很自然地联想到使用酸碱指示剂。教师进一步追问：“什么是酸碱指示剂？它们为什么能指示酸和碱？除了课本上提到的石蕊和酚酞，我们身边还有哪些物质可能扮演指示剂的角色？”通过一系列问题，迅速激活学生已有的知识储备，同时引出新的探究课题，激发学生探寻本质、尝试新知的兴趣。

【环节一】重温经典：常见指示剂的变色规律探究（约12分钟）

1.明确任务与方案设计：【基础】教师引导学生明确本环节的核心任务：系统观察石蕊、酚酞、甲基橙在典型酸、碱及中性溶液中的颜色变化。要求学生以小组为单位，讨论并设计实验方案，重点思考几个问题：应该选择哪些溶液作为代表？如何保证实验的准确性（如控制滴加量）？观察并记录哪些内容？教师巡视并参与讨论，对方案中可能忽略的对比实验（如蒸馏水作为中性对照）进行点拨。

2.动手实验与观察记录：学生分组进行实验。取三支洁净试管，分别加入等量（约2mL）的稀盐酸、氢氧化钠溶液和蒸馏水。然后，向每支试管中滴加2-3滴石蕊试液，振荡，观察并记录颜色变化。用同样的方法，分别测试酚酞试液和甲基橙试液在三种溶液中的颜色变化。实验过程中，教师强调规范操作（如滴管的使用、振荡方法），并提醒学生注意观察的准确性和记录的完整性。【重要】

3.汇报交流与归纳总结：【高频考点】实验结束后，各小组代表汇报实验结果。教师引导学生将观察结果汇总成表格（口头或板书整理），清晰展示三种指示剂在不同溶液中的颜色。教师提出问题：“通过这张表格，你能总结出这三种指示剂的变色规律吗？它们在检验酸和碱时，效果有什么不同？”学生通过对比发现：石蕊遇酸变红、遇碱变蓝；酚酞遇酸不变色、遇碱变红；甲基橙遇酸变红、遇碱变黄。教师强调，酚酞在酸性和中性溶液中均为无色，这是它与石蕊、甲基橙的重要区别，因此在检验碱时尤为灵敏。此环节旨在让学生通过亲手操作，巩固基础知识，并初步学习归纳总结的科学方法。

【环节二】探本溯源：指示剂变色微观原因的初步探究（约8分钟）

4.创设认知冲突：【难点】在学生掌握了宏观现象后，教师提出深层问题：“指示剂本身是什么物质？它为什么遇到酸或碱就会‘变脸’？这背后隐藏着怎样的微观世界秘密？”以石蕊为例，教师简要介绍石蕊是一种复杂的有机弱酸（或弱碱），用HIn（表示指示剂的分子形式）来表示它的分子。教师板书并提出假设：石蕊分子（HIn）在水溶液中存在着一种电离平衡：HIn（红色分子）⇌H⁺+In⁻（蓝色离子）。当遇到酸（H⁺浓度增大）时，平衡如何移动？当遇到碱（H⁺被消耗）时，平衡又如何移动？

5.小组讨论与推理：学生结合化学平衡移动的原理（勒夏特列原理的初步应用）进行小组讨论。讨论得出：加入酸，增大H⁺浓度，平衡逆向移动，红色分子（HIn）增多，因此溶液显红色；加入碱，H⁺与OH⁻反应生成水，降低了H⁺浓度，平衡正向移动，蓝色离子（In⁻）增多，因此溶液显蓝色。

6.教师深化与模型构建：教师对学生的推理给予肯定和补充，强调指示剂的变色是一个动态平衡的过程，是外界溶液酸碱性变化引起指示剂自身分子和离子形态比例变化的结果。用同样的思路，可以解释酚酞和甲基橙的变色（它们的分子和离子颜色对应关系不同）。通过这一环节，帮助学生初步建立起“宏观现象—微观解释—符号表征”的三重表征思维方式，实现对指示剂认识的深化，突破教学难点。【非常重要】

【环节三】学以致用：自制植物酸碱指示剂的探究（约20分钟）

7.提出问题与猜想：【核心探究】教师引导：“实验室的指示剂是化学家们发现的。其实，在我们身边的大自然中，许多色彩斑斓的植物也可能含有类似的‘酸碱指示剂’。请各小组拿出你们收集的植物材料，大胆猜想一下，用它们来检验酸和碱，可能会发生怎样的颜色变化？”学生的猜想可能多种多样，这极大地激发了他们的好奇心和探究欲。

8.设计实验方案：【非常重要】【高频考点】教师引导学生针对本组的一种或几种植物材料，设计详细的实验探究方案。教师通过问题链引导学生完善方案：我们应该如何提取植物材料中的色素？（研磨、浸泡、加酒精等）为了系统地研究它的变色情况，我们需要准备哪些溶液？（除了稀盐酸和氢氧化钠，为什么还要准备蒸馏水和不同浓度的酸、碱？）如何保证实验结果的可靠性？（控制植物材料的用量、提取液的浓度、滴加的溶液体积相同，同时做空白对照）观察和记录哪些内容？（颜色变化、变化的灵敏度、是否稳定等）各小组讨论并书面（或口述）汇报实验方案，师生共同评价、完善，强调控制变量和对照实验的重要性。

9.动手实验与合作探究：学生分组进行实验。首先，将带来的植物材料（如紫甘蓝叶片）剪碎，放入研钵中，加少量酒精或水研磨，再用纱布过滤，得到色素提取液。然后，取洁净的试管若干（或点滴板），分别加入少量稀盐酸、氢氧化钠溶液、蒸馏水，再分别滴加几滴自制指示剂，振荡，观察并记录颜色变化。鼓励有兴趣和能力的小组，进一步测试其自制指示剂在稀硫酸、氢氧化钙溶液，甚至在不同pH缓冲溶液中的系列颜色变化，记录下变色范围。【热点】

10.成果展示与交流评价：各小组派代表上台展示本组的探究成果，可以是通过投影展示颜色变化的照片或视频，也可以是现场演示。汇报内容包括：使用的植物材料、提取方法、在不同溶液中的颜色变化、小组的发现与困惑等。例如，某小组可能发现紫甘蓝提取液在酸、碱中呈现出从红到紫到蓝到绿的彩虹色，非常漂亮；而另一个小组可能发现月季花提取液变色不明显或颜色很快褪去。教师引导全班同学对不同材料的“指示剂性能”进行评价和讨论，共同归纳总结出作为“指示剂”需要满足的条件：变色明显、颜色稳定、灵敏度高等。【重要】

【环节四】拓展应用与思维升华（约5分钟）

11.解决实际问题：教师出示生活中常见的几种物质（如白醋、柠檬汁、肥皂水、小苏打溶液、食盐水等），请学生利用本节课所学知识，设计一个简单的方案来检验它们的酸碱性。学生提出可以使用实验室指示剂，也可以尝试用自制的、效果较好的植物指示剂（如紫甘蓝汁）。这一活动将课堂知识延伸到生活实际，让学生感受化学的实用价值。

12.课堂总结与评价：教师引导学生对本节课的收获进行回顾和总结。可以从三个方面进行：知识上，学会了三种常用指示剂的变色规律和指示剂变色的微观原理；方法上，经历了完整的科学探究过程，掌握了控制变量和对照实验的方法；情感上，体验了动手实验的乐趣和合作学习的快乐。教师对各小组在实验探究中的表现给予积极评价，特别表扬有创新意识和严谨态度的小组。

13.布置课后作业：【基础】【热点】请各小组利用周末时间，继续寻找身边的植物材料（如不同颜色的菜叶、果皮、花瓣等），自制指示剂，并尝试检验家庭中常见物品（如洁厕灵、洗衣液、矿泉水、果汁等）的酸碱性。撰写一篇简短的科学探究小论文或制作一份化学手抄报，要求包括：探究的问题、实验过程、现象记录、结论与反思。鼓励有条件的同学，尝试用pH试纸或pH计测定溶液的pH，与自己指示剂的变色情况进行对比，加深对“酸碱度”的理解。

六、板书设计

实验探究酸碱指示剂

一、常用指示剂变色规律（宏观辨识）

指示剂酸性溶液（如HCl）中性溶液（H₂O）碱性溶液（如NaOH）

石蕊红紫蓝

酚酞无色无色红

甲基橙红橙黄

（高频考点：酚酞检碱灵敏）

二、变色原因初探（微观探析）

以石蕊为例：HIn（红色）⇌H⁺+In⁻（蓝色）

加酸（H⁺）→平衡左移→红色加深

加碱（OH⁻）→H⁺被消耗→平衡右移→蓝色显现

（难点：动态平衡、分子与离子形态）

三、自制植物指示剂（科学探究）

（一）探究方法：提取（研磨+浸泡）→对照实验（酸/碱/中）→现象记录

（二）评价标准：颜色变化明显、稳定、变色范围（pH）

（非常重要：控制变量、证据推理）

四、应用与意义

检验物质酸碱性→联系生活、服务社会

七、教学反思（预设）

本节课的设计力求改变传统教学中“讲实验