教师提问:请同学们根据我们学过的知识,预测一下硫可能具有什么样的化学性质?
教师提示:可以从几方面来讨论:可以从氧化还原化合价的角度来讨论;可以从物质的类别角度;或者是从前学过的哪个物质,你认为它可能和硫相似,把它的性质迁移过来。 ??
教师回应:硫单质 0 价是处于?(生:正负化合价中间)正负化合价中间,所以你预测它可能有氧化性,也可能有还原性。那你能不能具体设计一个实验?想证明它有氧化性,证明它有还原性。 学生回答:硫在氧气中燃烧,生成二氧化硫,说明它可以被氧化。 教师回应:你想试试硫和氧气的反应。
学生回答:这样可以证明它是否能被氧化,有没有还原性。如果它能和金属,之前讲钠性质的时候,有硫和钠在一起研磨,能生成硫化钠,说明它可以从 0 价变为负价,也就是说它有氧化性。 教师回应:设计了这样两个实验,还有吗? ??
教师实验:下面呢咱们就做两个实验。
主持人:通过观看案例,我们发现,这位老师要做的演示实验并不是自己决定的,而是由学生通过预测硫单质的性质,让学生来决定的。
徐敏:我们的设计是受到了教材的启示,因为教材在第一章的时候就已经提出了研究物质性质的程序和思路,到了氧化还原的时候,又以铁的转化关系为例,提出如何预测 Fe 2+、Fe3+的性质。
王磊:这些都体现了前面的学习如何为后续学习打基础,我们到后面学习的时候就要有意识、自觉的运用这个基础。如果就硫及其化合物本身来讲,硫单质的性质是非常有价值的,原来我们也没有专门的处理过硫单质,但是在新教材中,选择了硫单质这个代表物,主要有这么几个考虑:第一,在初中已经出现过了,但是没有专门去认识它。第二,是一种很典型的非金属单质,而且还是固体。第三,它的性质线索非常清楚,作为物质类别,它主要表现出来的是非金属单质的通性。但是作为 0 价的物质,它的氧化还原性能够便于学生能够以这个物质为载体,系统的实施和使用前面研究物质的思路和方法。再一个就是这个物质在整个单元的多样化学习方式方面也有很独特的贡献,同时告诉学生基于观察思考、启发讲授的教学方式也是我们学习元素化合物的一种通用的教学方式。 四、如何组织和安排“不同价态硫元素间转化” 活动探究?
1.“不同价态硫元素间转化” 活动探究的实施情况
教师1:在第一轮的时候我们用了 3 课时讲完这一节,感觉问题的开放度不是特别的大,在课堂上基本是领着学生一步一步探究出来的。到了第二轮的时候,因为课时减少了同时我们也想增加开放度,所以我们把探究的过程提前放到课下完成,课上重点展示学生的方案并实施。由于第一次学生对这个问题的认识不到位,设计的方案基本上都是简单的,没有可行性的,因此我们就又让学生设计了一次,给了他们一些提示,比如说给了一些具体的试剂,引导他们看方法导引。
教师2:这一节内容还是按照 3 课时完成的,活动探究占了整整一节课,所以我们的活动探究是在课上设计的,但是在设计活动探究内容的时候,是 4 人一组的小组实验,先设计方案,然后实验,最后总结。在设计过程中,为了降低学生的难度,首先在课件上模拟教材的栏目,给了一些知识支持,列了一些常见的氧化剂和还原剂。其次把这四个方向的转化做了标记,分别为 1 ,2 ,3 ,4 ,做了两种处理:一种处理是每个小组的学生都要设计这四个方向,每个列出一两个方案;第二种因为课时的原因,我们选择了小组间合作,我们分了 4 人一组,又有选择的让他们分了四大部分,每一部分中包括了 3-4 个小组,他们只负责 0-+4 价的转化,其他的部分负责其他价态的转化,把四个方向分解开。
教师3:我觉得处理的方式还是很多样化的,从老师们上课使用的情况来看,有的老师把重点放在了实验方案的设计上,比如课上让学生分组讨论实验方案的设计,课下把实验放在实验室中进行。还有的老师把重点放在了实验试剂的选择上。对于这个栏目来说,探究的目的不一样,实现的效果也不一样。 分组实验的比较多,但有些实验条件不是很好的,就是老师最后做演示实验。一般来说,根据活动探究的栏目,将前面的转化方案、选择试剂、完成实验之后,最后还有一个结论的处理,归结到具体物质的性质上。
教师1:实际上这个活动探究的教学,从开始到现在,经历了一个不断的变化。04 年刚开始的时候,都认为这样做比较困难,都是想先讲硫、二氧化硫、硫酸的性质,然后再去讲它们的转化。 04 年 11
月份,山东省举行优质课评选,做得都是这节课,做完之后,大家开始意识到这节课可以这样去做,这样做的目的不但能够能学生形成知识网络,而且还能够更好的学习硫、二氧化硫、硫酸等物质的性质。特别是去年,课时减少为 2 课时,老师们就没有更多的课时再去逐个讲解单个物质的性质,这样老师们更感觉到这一课时这样处理的好处,也就更能理解教材的意图。
教师3:我觉得刚才张老师说的,其实也体现了新课程所倡导的一种非常重要的学习方式 —— 探究性学习,原来的课堂以老师的讲为主,现在转变为学生的学。实际上这个活动探究,老师们教学思路的转变也是一种教学方式的转变,从原来直接给出知识,让学生利用这个知识完成转化,而现在恰好相反,让学生通过活动探究自主实现转化,对学生理解这些知识非常有帮助。
主持人:由此可见,一线教师对于“不同价态硫元素间转化”活动的开展有这样几种方式: ? 课时充足,课上设计实验并实施 ? 课时不充足,课下设计课上实施
? 控制开放度,降低难度,限制试剂种类 ? 实验条件较差的学校,改为演示实验
2.“不同价态硫元素间的转化”的活动探究的组织和安排
杨平:根据这几年自己探索经验,我们认为一般要注意以下几个方面:一是关于小组的组成,尽量要小而精,并且成员性格方面老师也要干预,让每一个学生都有发言的机会,不然就光有小组的形式,而没有小组的效果。二是要适当的控制一下试剂的种类和数量,并且选择易于操作、污染少等几个实验让学生动手操作。第三是把握探究的方向,不能放任自流。尤其是一些分组实验,指向性一定要明确,包括操作的程序,仪器的使用。在探究的过程中,要抓一些核心的、重点的、难点的知识让学生去探究。 徐敏:当初我们在实施这个实验的时候是走了一些弯路的,我们把探究点放在了氧化剂、还原剂的选择上,比如什么样的试剂能氧化亚硫酸钠,学生会给出很多种试剂,老师要如何进行选择,同时还能给学生一个交代。实施完了之后,我们就重新反思了这个活动探究的价值。
王磊:这个讨论是非常具有代表性的,因为探究什么是有价值的这个问题现在必须要提出来了。在这一课时中,虽然我们大的探究任务已经确定了,是探究不同价态硫元素之间的转化,但是在内部具体探究点的设计上,依然还面临着这样的选择。另外一个学生是可以在不同层面上参与探究的,比如说学生参与设计,那设计的重点是放在氧化剂、还原剂的选择上,还是放在代表物的选取上,还是转化路径的确定上?我觉得相比这三个设计任务,转化路径的确定和代表物的选取是更有价值的,因为这实际上是培养学生如何用元素观去研究元素的性质,研究具体元素代表物的性质。在实验实施环节,让学生亲自动手实施什么方案,这老师也是需要考量。如果所有学生做得都是一样的实验,那获取的证据过于单一;如果完全放开,尽可能实施所有的实验,那证据就会过于复杂。因此,要有一定的多样性,让不同的学生实施不同的实验操作,获取适当的证据支持学生的假设,便于形成后面的概括和总结。还有一个很重要的探究环节就是拿到证据之后要去论证,这是一个理性的认识过程,它在探究过程中更为重要,但是这个环节的开放度往往比较低。还要注意的就是除了探究转化关系是否成立这个直接的目的之外,还有一个探究目的就是在探究转化关系的背后要得出来典型代表物的重要氧化还原性质。 五、怎样从亚硫酸钠过渡到二氧化硫的性质? 如何将探究活动与演示实验巧妙结合?
实验室研究不同价态硫元素的转化的具体教学片断
教师提问:第四个实验在做之前,我想问一个非常简单的问题:铜和稀硫酸反应吗? 学生回答:不反应。
教师回应:铜是氢末金属,不反应。
教师实验:下面我们来看一下演示实验。试管中已经放好了铜片,我先介绍一下实验的装置。本来试管做得是有一定倾斜度的 45 °,但是在这显现的倾斜度不够,应该是 45 °左右。这里面有品红试纸,有就是滴有品红的,品红的作用呢是检验二氧化硫,因为二氧化硫的特性具有漂白性,使品红退色,当然这个退色之后加热有可以恢复,也就是退色实际上是生成不太稳定的物质。如果品红检验了二氧化硫的存在,我们这儿放了一块酸性高锰酸钾的试纸,刚才同学们可是做实验了,亚硫酸钠是不是可以使酸性高锰酸钾紫色退去?二氧化硫中的硫是不是也是 +4 价,那二氧化硫会不会有类似的性质呢?待会我们实验中可以看一下。最后碱石灰的干燥管实际上是吸收有毒的气体,就是说有毒的气体可能是二氧化硫。
??
教师讲解:以上我们做了四个实验,我们先把实验结果做一个整理。我们实验中实际上设计到三种物质一种是亚硫酸钠,一种是浓硫酸,刚才在铜和浓硫酸的实验中,我们还生成了一种气体,谁?(生:二氧化硫)二氧化硫。下面我们就对硫元素家族中的两个核心成员二氧化硫和浓硫酸的氧化还原性做一个总结。
徐敏:原来讲浓硫酸具有强氧化性的时候,我们就要做铜和浓硫酸反应的实验,并且已经在试管内壁贴上了这两张小纸条,所以现在就迁移到了这一节中来,发现迁移之后还很巧妙,自然而然就引出了二氧化硫的性质。
王磊:实际上就是原来实验的一种创新,原来是为了证明浓硫酸被还原了,并不是为了讲二氧化硫的性质,而现在则正好可以用来讲二氧化硫的性质。
主持人:我们发现,老师在活动探究之后还使用了一个素材,就是工业制硫酸,但是对于这个素材的处理又与原来老师们熟悉的不一样,她是介绍了工业制硫酸的大体情况之后,让学生自主的分析硫元素价态。
王磊:这个内容是一个很具有联系实际意义的素材,很多老师一看这个内容就会想到原来教学中有专门的一课时去讲硫酸的工业生产,所以我们在初期的时候也看到有的老师会将这个素材放大,用他原有的经验处理。因此在新课程中,我们要注意到联系实际也有一个深广度的问题,并不是联系实际就都是好的,都是合适的。在这个内容中,硫酸的工业生产其实主要是挖掘它的原理,主要抓住不同价态硫元素的转化在生产原理中的具体体现和应用。至于工艺、经济等的问题,我们在这就暂时规避到了。 六、关于酸雨内容,教师融入了大量的情感教育,教师是如何挖掘相关素材的?
酸雨的具体教学片断
教师提问: 全世界有很多这样美丽的小村庄,因为周边建立起工厂,那儿的空气不再是洁净的,天空也不再是湛蓝的,花也凋谢了,树木也枯萎了,甚至连人和小动物都生起了怪病,本来应该是生机盎然的春天,变得向死一般沉寂,难道是有人向这个村庄施了魔法了吗?我想问问我们班同学,你觉得这个魔法师是谁?施了什么样的魔法?
学生回答:我觉得是人,不断的生产一些东西,然后排出了一些废弃物,硫化物,污染了环境。 教师回应:也就是工业污染了环境,大家是这样认为的吗?(生:是)
教师讲解:很好。我刚才给大家描述的是美国的一个著名的海洋学家雷切尔·卡逊,她所撰写的《寂静的春天》这本书中所描写的一个场景。正是这个伟大的女性,也正是她撰写的《寂静的春天》,想一盏启明灯唤起了人类保护自然,保护地球的意识。
教师提问:那么大家来看看,上一节课我们讨论了工业制硫酸,你认为如果不注意环境保护的话,可能会导致什么样的排放到大气当中造成污染呢? 学生回答:二氧化硫
教师回应:二氧化硫,进而会形成(生:酸雨)酸雨。
教师讲解:今天我们的课题第一要来引导大家讨论酸雨的形成奇迹防治。 ??
教师提问:事实上不仅仅是硫酸工业有可能会造成二氧化硫污染环境,还有很多工业生产都有可能排放二氧化硫,大家可以结合前期大家上网查到的材料,和你日常生活经验,各抒己见,想想日常生活中可能会有哪些工业生产会排放二氧化硫?
学生回答:在炼钢炼铁的时候,燃烧排放的气体有二氧化硫。
教师回应:炼钢炼铁的原料可能是含硫的化合物,比如说硫化亚铁。 ??
组织讨论:那么我们就要来讨论了二氧化硫排放到大气当中是怎样形成酸雨的?能否能化学方程式把这个过程表达出来。 ??
教师讲解:咱们来看一组图片,这是酸雨对森林的破坏,也就是说,如果酸雨降落到地面,会影响土壤的酸碱性,那么植物就会枯死,本来应该是茂密的森林,后来在酸雨的腐蚀下,变为一根一根的独木,最后整个森林恐怕成为了一座坟墓。大家再来看,如果酸雨降落在湖泊,甚至说海洋,正常的湖泊和酸化的湖泊连颜色都发生改变了,那么这种影响更为深刻的会是什么样的后果发生呢?
学生回答:到最后整个生态系统会有影响。
教师回应:对整个生态系统的影响,大家看对吗?
教师讲解:太对了,森林也好,湖泊也好,应该是动物的栖息地,是食物的来源地,如果森林也没了,湖泊也没了,我想动物也该灭绝了,据统计,一种植物灭绝,将会导致 10-30 种跟这种植物相关的其他食物、昆虫、甚至于高等动物的灭绝,大家看,这是一种邻家效应,连锁反应,累加的效应,就像多米诺骨牌,我现在想,如果我们动物灭绝的多米诺骨牌一张张倒下的时候,咱们想想人类能避免吗?我们只不过也是这个骨牌当中的一张,甚至有可能我们比我们低等的鼠类还要先倒下。 ??
教师提问:如果酸雨降落在这些石雕身上,你认为会发生什么样的化学反应? 学生回答:碳酸钙和硫酸反应
教师回应:碳酸钙和硫酸反应,生成?(生:二氧化碳)二氧化碳和?(生:硫酸钙)硫酸钙。这不就应该是酸跟盐反应生成新酸和新盐吗?
教师讲解:我们同学提到的能腐蚀金属,全世界钢铁产品约有十分之一是受酸雨腐蚀而报废的。2006 年,我国二氧化硫的排放量达到 2549 万吨,居世界第一位,每年因为酸雨而造成的经济损失高达 1100 亿元。 ??
组织讨论:现在我们北京的周边可能不止有火力发电厂,甚至有可能有硫酸厂、有色金属冶炼厂,假如你是北京市的市长,你是环保局的局长,你是城市规划办的,请你们来想想策略,怎么来处理这些工厂的尾气最经济,还能保护环境,节约资源? ??
学生回答:我觉的可以把这三个先放一起,然后生成的二氧化硫废气集中处理。 教师回应:怎么集中处理?
学生回答:集中给硫酸厂的话就可以把废的二氧化硫变为有用的。
教师回应:你看这多棒啊,把它们的尾气集中处理,通过净化以后,就成为了哪个厂的原料?(生:硫酸厂)硫酸厂的原料。大家想想你是集中集中这样处理好,还是每家工厂都是进行烟气脱硫好?哪种更为经济?是不是应该这种方式更为经济? ??
教师讲解:如果想要防治酸雨,我们必须从两个方向来着手,第一个要控制酸性物质的排放,第二个要开发新能源。可是有一个奇怪的现象,咱们人类是拥有技术的,我们绝对有技术来控制酸雨的形成,但是为什么偏偏有些工厂不采用这种技术呢?(生:怕花钱)怕花钱,也就是他们要追求自己利益的最大化,是吗?(生:对)那这样会造成什么样的结果?
教师讲解:有一个经济学家教哈丁,他不把这种现象叫做哈丁公用地悲剧,举个例子,比如一个工厂它的产品可能导致它收获的价值是 100 ,但是如果它向外排放污染物,会导致 -200 的损失,但是这 -200 是均分到全世界每一个人的头上,对它来时无关紧要,那我们怎么有防治哈丁公用地悲剧的发生?你说这些人欠缺什么? 学生回答:道德
教师回应:道德,观念。但是光有道德和观念行吗?我觉得不行,为什么?我们不能单单靠一个人的良心发现,用道德让他自觉的去防治环境污染,还需要的是法规,这个法规可能并不仅仅是每一个国家的法规,区域的法规,应该是国际的法规。
徐敏:在设计酸雨及其防治的时候我一直在思考通常我们是怎么来讲这节课?如果我仍然这么去讲,这节课的意义在哪?情感态度价值观目标是我这节课主要的教学目标,然而以前对于情感态度价值观的挖掘都太片面,太肤浅了,并不能达到教育目的,所以我在这节课中就在思考酸雨的危害究竟是什么,我应该让学生对酸雨形成什么样的认识?因此,在知识讲完之后,我还需要让学生认识到这实际上是人和自然的关系没有处理好造成的,并提出一些有价值的问题引发学生思考从而将学生的认识提升到最高点,如我们现在有技术能做到防治酸雨,但是为什么这件事仍然做不好?在课堂实施的时候发现学生对这一点特别的感兴趣,活动完之后,学生的情感态度价值观就到了相应的高度了,所以这些素材的挖掘源于老师本人的认识,如果你达不到这个高度,那你就挖掘不出来。
主持人:徐老师的分析给了我们一个非常大的启示和冲击就是联系生产生活实际不仅仅是事实性的知识,也有观念性的内容。
王磊:新课程对情感态度价值观维度的目标还是非常重视的。目前大家对这个目标的体现,主要是从以下几方面来做的:第一,联系实际。这最起码可以调动学生的学习兴趣。第二,真正用化学的角度和方法分析实际,去解释实际。这时候学生就可以更好的理解自然,理解社会,理解生活,更自主的思考这些问题,参与这些问题的决策和判断。另外一个,当我们给他展现化学不仅可以解释实际,而且还能干预实际,这就是更高水平的联系实际。
七、为何用 1/3 课时总结、整理硫及其化合物的知识?从哪些角度进行归纳整理?
硫的转化三课时的具体教学片断
教师讲解:二氧化硫从价态的角度来看,应该是既有氧化性又有还原性,从类别的角度来看它应该是酸性氧化物,因此具有相应的通性,当然它还具有一种特殊的性质,就是漂白性。那么也就是说二氧化硫性质的研究方法体现出来了,一个就是说从价态的角度去研究,还有一个 是从类别的角度去研究。利用这两个方法 我们已经探讨了硫家族当中这样几个代表物的性质,硫单质、二氧化硫和浓硫酸,我们是不是都可以从这两个方向来把握 它们 的化学性质呢?现在需要同学们来思考这样一个问题,这三个物质是咱们的核心成员,是代表物,那这个代表物的性质我们认识它了,它对于我们认识硫家族中其它成员的性质,成员和成员之间的相互关系会有什么样的引领作用?比如同学来看纵向,正四价硫所对应的纵向,如果你知道了二氧化硫的性质就应该能推断出亚硫酸和亚硫酸钠可能也具有某种性质,你们说这是为什么?
学生回答:它们的价态是一样的,因此它们 应该可能 具有相似的氧化还原性质。
提出问题:比如我们来举个例子,上一节课大家知道二氧化硫能跟氧气反应生成三氧化硫,那请问你亚硫酸是否也能跟氧气反应? 学生回答:可以。
提出问题:同学们 在实验中当中发现亚硫酸钠跟硫化钠在酸性条件下能发生反应生成硫单质,请你推测 亚硫酸 和氢硫酸能否反应生成硫单质? 学生回答:可以。
教师讲解:二氧化硫和硫化氢反应也可以得到硫单质,同学们是这样的吧。你看代表物的性质知道了,它就起了一种引领作用,我们就没有必要去把每一个物质细致的研究,这就使我们的学习负担得以了减轻,看来方法最重要。大家再来看纵向,正四价硫对应的这一个系列,他们成员和成员之间,二氧化硫跟亚硫酸、亚硫酸钠之间,你认为它们符合什么样的转换关系? 教师提示:它们的价态没变,只是一种单纯的物质类别的转化。 教师讲解:这是初三同学们学过的一个规律,酸碱盐之间的反应规律。也就是说当我们从这个角度来看,我们实际上不仅仅认识的是一个物质的化学性质,而应该认识的是一个物质群的化学性质,这是纵向。下面我们再来看横向,横向这些组员的相互转换关系,突出表现为价态的变化。那么请大家告诉我,由低价向高价转化需要什么样的物质? 学生回答:氧化剂。
提出问题:从高价向低价转化应该需要的是? 学生回答:还原剂。 教师讲解:那么这样一来也就是说,在我们的头脑当中应该形成了一张网,这张网应该具有横、纵坐标,它的横坐标是价态变化为主线,我们去寻找成员和成员之间的关系;而纵向应该是以物质的类别作为坐标,类别之间的转换关系。当你有了这个坐标,那咱们的知识就应该说是系统化了,不再零散了。但是我有这样一个认识,我觉得这张网你要建立好,要让它调理清晰,事实上是对核心成员的性质你必须了解得非常透彻。因此接下来,我想请同学们来做一张关系图,硫是我们的核心成员之一,然后是二氧化硫,然后是三氧化硫,最后是浓硫酸,你能否图示表达出它们之间的转化关系,比如说硫怎么到二氧化硫,怎么接着往下走,需要是么样的物质?
徐敏:首先我们先从各代表物的性质上进行了分析,发现前两个课时,尤其在第二个课时中,没有涉及到二氧化硫的酸性氧化物的通性,而恰恰是在酸雨这一课中,补充了这个知识,所以第三课时必然要承载着对二氧化硫的性质进行一个全面的归纳和总结的功能。其次化学1主要从类别转化和价态转化这两个角度来引导学生进行元素化合物的学习,如果放到硫的转化这一节教学中,这也是很突出的两个维度。所以我们必须要在第三课时花1/3的时间来做这个总结,引导学生考虑这一节的知识线索,从物质类别转化和价态转化两个角度,得出了两个规律,氧化还原反应规律和复分解反应规律。另外从亚硫酸