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利用豐富素材和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)＊ ———以 “烷烴” 教學(xué)為例發(fā)表時間：2021-01-13 18:07 利用豐富素材和創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)＊ ———以 “烷烴” 教學(xué)為例 周繼敏１ 楊松林２ 王 濤２ 李 強(qiáng)２ 程亞敏３＊＊ （１．開封市基礎(chǔ)教研室 河南開封 ４７５００１；２．河南大學(xué)附屬中學(xué) 河南開封 ４７５００１； ３．河南大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 河南開封 ４７５００１） 摘要 結(jié)合 “烷烴” 一課的特點(diǎn)及教學(xué)現(xiàn)狀， 通過豐富情境素材、創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方式， 進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)。在實(shí)際教學(xué)中， 激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣， 豐富了學(xué)生的感性認(rèn)知， 提升了學(xué)生的理解建構(gòu)，發(fā)展了學(xué)生的宏觀辨識與微觀探析、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)。 關(guān)鍵詞 烷烴 核心素養(yǎng) 教學(xué)設(shè)計(jì) 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn) ＤＯＩ：１０．１３８８４／ｊ．１００３－３８０７ｈｘｊｙ．２０２００５００１３ １ 教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析 １．１ 教學(xué)主題內(nèi)容 高中化學(xué)人教版選修５ 《有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)》第二章第一節(jié)脂肪烴第 １ 課時 “烷 烴”， 是在必修 ２ “甲烷”“烷烴” 的基礎(chǔ)上，進(jìn)行的拓展與延伸。本節(jié)課的主要內(nèi)容包括：（１） 繪制圖像總結(jié)烷烴物理性質(zhì)的相似性與遞變性規(guī)律；（２） 理解烷烴的可燃性與取代反應(yīng)［１］。 在教學(xué)要求上，選修５ “烷烴” 要讓學(xué)生對烷烴的理解由典型代表物向一類有機(jī)物性質(zhì)的層次提升，建立起從個別到類別的認(rèn)知模型。另外，烷烴作為學(xué)生學(xué)習(xí)有機(jī)物的開始，可以為后續(xù)學(xué)習(xí)其他類別有機(jī)物提供思路和方法。 １．２ 教學(xué)現(xiàn)狀 已有的教學(xué)設(shè)計(jì)中， 多采用這樣的方式： （１）結(jié)合教材中 “思考與交流” 活動，動手繪制烷烴物理性質(zhì)變化曲線圖，分析、總結(jié)出烷烴物理性質(zhì)變化規(guī)律［２－４］； （２） 通過回顧甲烷的化學(xué)性質(zhì)［４］， 完成烷烴化學(xué)性質(zhì)的探討。 主要存在以下幾個方面問題：（１） 對于烷烴物理性質(zhì)的探討，僅停留于數(shù)據(jù)、圖像的分析，學(xué)生對烷烴物理性質(zhì)的理解缺乏感性認(rèn)知；（２） 對烷烴化學(xué)性質(zhì) （特別是取代反應(yīng)） 的理解，僅限于典型代表物，不利于學(xué)生從類別角度理解烷烴的化學(xué)性質(zhì)；（３） 缺乏有效的實(shí)驗(yàn)探究活動，無法激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，缺乏實(shí)驗(yàn)探究過程的真實(shí)體驗(yàn)，不利 于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。 ２ 教學(xué)創(chuàng)新點(diǎn) 本節(jié)課的設(shè)計(jì)主要突出 ３ 個方面的創(chuàng)新點(diǎn)： （１） 通過提供大量烷烴素材， 豐富學(xué)生的感性認(rèn)知，同時創(chuàng)設(shè)真實(shí)的問題情境，為發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)提供基礎(chǔ)。（２） 通過創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，帶領(lǐng)學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)探究過程， 增強(qiáng)學(xué)生對科學(xué)探究的理解， 發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究能力。（３） 精心設(shè)計(jì)多種學(xué)生活動、實(shí)驗(yàn)探究及真實(shí)情境中的問題解決活動，發(fā) 展學(xué)生的核心素養(yǎng)。 ３ 教學(xué)目標(biāo) （１） 通過生活中常見的烷烴，感受烷烴在生活、生產(chǎn)中的重要作用，增強(qiáng)合理利用化學(xué)品的意識。 （２） 通過烷烴物理性質(zhì)、化學(xué)性質(zhì)的認(rèn)識過程，建立物質(zhì)性質(zhì)與用途的關(guān)聯(lián)。 （３） 通過實(shí)驗(yàn)探究烷烴的取代反應(yīng)，初步形成基于物質(zhì)類別對物質(zhì)性質(zhì)進(jìn)行預(yù)測和檢驗(yàn)的認(rèn)知模型。 （４） 通過學(xué)以致用，解決實(shí)際問題，感受化學(xué)的價值。 ４ 教學(xué)流程 （見表１） ５ 教學(xué)實(shí)錄 ５．１ 實(shí)驗(yàn)引入，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣 【教師】演示打火機(jī)的充氣實(shí)驗(yàn)。（現(xiàn)象：氣罐中的液體減壓后氣化，進(jìn)入打火機(jī)后液化，可觀察到液面上升，見圖１） 實(shí)驗(yàn)儀器：可充氣打火機(jī)，丁烷氣罐。 ＊２０１８年度河南省教育科學(xué) “十三五” 規(guī)劃教育裝備和實(shí)踐教育專項(xiàng)課題 （ ［２０１８］－ＪＫＧＨＺＢＳＹＺＸ－０１３）； 河南省教育廳２０１９年度教師教育課程改革研究項(xiàng)目 （２０１９－ＪＳＪＹＹＢ－０１３）；２０１８年高中化學(xué)課堂教學(xué)展示與觀摩活動 “示范課” ＊＊ 通信聯(lián)系人，Ｅ－ｍａｉｌ：ｃｈｅｎｇｙａｍｉｎ＠ｈｅｎｕ．ｅｄｕ．ｃｎ · ３４· 化 學(xué) 教 育 （中英文）（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｃｈｅｍｓｏｃ．ｏｒｇ．ｃｎ） ２０２０年第４１卷第２３期 表１ 教學(xué)流程 Ｔａｂｌｅ１ Ｔｅａｃｈｉｎｇｐｒｏｃｅｓｓ
Ｆｉｇ．１ Ｐｉｃｔｕｒｅｏｆａｌｉｇｈｔｅｒｉｎｆｌａｔａｂｌｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 圖１ 打火機(jī)充氣實(shí)驗(yàn)圖片 【教師】打火機(jī)中充入的氣體有什么特點(diǎn)？ 【學(xué)生】常溫下加壓迅速液化， 減壓后立即氣化，引燃后安靜燃燒。 【教師】打火機(jī)中充入的是一種烷烴氣體。到底是哪種烷烴呢？請同學(xué)們結(jié)合烷烴碳原子數(shù)與沸點(diǎn)變化曲線圖，做出大膽的推測，并給出合適的理由。 【多媒體】ＰＰＴ 展示教師繪制的烷烴碳原子數(shù)與沸點(diǎn)變化曲線圖［５］ （見圖２）。 【教師】沸點(diǎn)太低的烷烴行不行？ 沸點(diǎn)太高的 呢？ 【學(xué)生１】沸點(diǎn)太低了不行， 難以液化， 沸點(diǎn)太高了也不行，不易氣化，都不合適。 【學(xué)生２】丁烷的沸點(diǎn)為－０．５ ℃，常溫下加壓易液化，減壓后又迅速氣化，因此丁烷是打火機(jī)的理想填充氣體。 【教師】結(jié)合曲線圖， 分析烷烴的沸點(diǎn)與碳原子數(shù)之間存在什么樣的變化規(guī)律？ Ｆｉｇ．２ Ｄｉａｇｒａｍｏｆｔｈｅｎｕｍｂｅｒｏｆｃａｒｂｏｎａｔｏｍｓｉｎａｎａｌｋａｎｅａｎｄ ｉｔｓｂｏｉｌｉｎｇｐｏｉｎｔ 圖２ 烷烴碳原子數(shù)與沸點(diǎn)變化曲線 【學(xué)生】碳原子數(shù)越多， 烷烴的相對原子質(zhì)量越大，范德華力越大，沸點(diǎn)越高。 ５．２ 豐富素材，感受物理通性 【教師】烷烴還有哪些物理性質(zhì)呢？ 隨著碳原子的增加，烷烴的物理性質(zhì)有什么樣的變化規(guī)律？ 【學(xué)生】烷烴的狀態(tài)、氣味、密度、溶解性等。碳原子數(shù)越大，烷烴的相對分子質(zhì)量越大，密度應(yīng) 該會增大。 【教師】請同學(xué)們利用實(shí)驗(yàn)盒 （見圖３） 中提供的物品，結(jié)合分組活動單，完成分組實(shí)驗(yàn)，近距離感受烷烴的沸點(diǎn)、密度、溶解性。利用平板拍照片、延時攝影等手段記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及實(shí)驗(yàn)過程。 【多媒體】ＰＰＴ 展示分組活動單： （１） 涂抹異構(gòu)十二烷 （無毒無害［６］）， 談?wù)勀?/span>的感受。 ２０２０年第４１卷第２３期 化 學(xué) 教 育 （中英文）（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｃｈｅｍｓｏｃ．ｏｒｇ．ｃｎ） · ３５·
Ｆｉｇ．３ Ｓｔｕｄｅｎｔｓ’ｇｒｏｕｐａｃｔｉｖｉｔｙｌａｂｂｏｘ 圖３ 學(xué)生分組活動實(shí)驗(yàn)盒 （２） 將石蠟分別放入水中、異構(gòu)十二烷中，比較其密度。 （３） 將 （２） 中的２ 個小瓶放入熱水浴中， 觀察現(xiàn)象。 【教師】異構(gòu)十二烷涂抹在手上 （見圖４）， 有什么感覺？
Ｆｉｇ．４ Ｓｍｅａｒｉｓｏｍｅｒｉｃｄｏｄｅｃａｎｅａｎｄｆｅｅｌｔｈｅｖｏｌａｔｉｌｉｔｙｏｆａｌｋａｎｅｓ 圖４ 涂抹異構(gòu)十二烷和感受烷烴揮發(fā)性 【學(xué)生】先是有一種滑膩感，過一會兒后揮發(fā)。說明異構(gòu)十二烷是一種油狀物質(zhì)，揮發(fā)性強(qiáng)，可溶解皮膚分泌的油脂。 【教師】石蠟分別放入水、異構(gòu)十二烷中， 有哪些現(xiàn)象？說明了什么？ 【學(xué)生１】實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象是：放在水中的石蠟，浮在水面上，放入異構(gòu)十二烷中的石蠟，沉入底部 （見圖５）。說明石蠟的密度比水小，比異構(gòu)十二烷要大。
Ｆｉｇ．５ Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｉｍａｇｅｓｏｆｐａｒａｆｆｉｎｗａｘｉｎｉｓｏｍｅｒｉｃ ｄｏｄｅｃａｎｅａｎｄｗａｔｅｒ 圖５ 石蠟分別放入異構(gòu)十二烷和水中的實(shí)驗(yàn)圖片 【教師】請結(jié)合烷烴的碳原子數(shù)， 分析烷烴的密度差異。有什么樣的變化規(guī)律呢？ 【學(xué)生２】石蠟的碳原子數(shù)大于１８，與異構(gòu)十二烷相比，隨著烷烴碳原子數(shù)的增多，密度逐漸增大。 【教師】分組活動３中有哪些現(xiàn)象？ 【學(xué)生３】石蠟不溶于水， 但是在熱水浴的異構(gòu)十二烷中石蠟迅速溶解 （見圖６）。
Ｆｉｇ．６ Ｔｈｅｄｉｓｓｏｌｕｔｉｏｎｏｆｐａｒａｆｆｉｎｐａｒａｆｆｉｎｉｎｈｅｔｅｒｏｄｅｃａｎｅｂｙ ｔｉｍｅｄｅｌａｙｐｈｏｔｏｇｒａｐｈ 圖６ 延時攝影拍攝石蠟在異構(gòu)十二烷中的溶解過程 【教師】這些現(xiàn)象也說明烷烴具有良好的溶解性能，可以做工業(yè)溶劑，溶解許多有機(jī)物。 【教師】烷烴的組成有什么特點(diǎn)？ 與烷烴的物理性質(zhì)之間有什么關(guān)系？ 【學(xué)生】烷烴在組成上相差１ 個或多個 ＣＨ２。因此，烷烴的物理性質(zhì)既具有密度小、溶解性能較 好等相似性，又隨碳原子數(shù)增大呈現(xiàn)出遞變的規(guī)律。 【多媒體】ＰＰＴ 展示烷烴的物理性質(zhì)。
５．３ 分組實(shí)驗(yàn)，探究化學(xué)性質(zhì) 【教師】演示趣味實(shí)驗(yàn)——— “火焰掌”［７］。 （現(xiàn)象：丁烷氣罐吹出的氣泡，點(diǎn)燃后在手掌上燃起熊熊烈火，見圖７） 實(shí)驗(yàn)道具： 玻璃碗、自來水、洗潔精、點(diǎn)火 器、丁烷氣罐。 【教師】“火焰掌”中熊熊燃燒的正是丁烷氣體， 其可燃性也決定了它在食品烹飪中的重要用途。 【多媒體】視頻展示丁烷噴槍的用途 （見圖８）。 【教師】請同學(xué)們想一想， 生活中還有哪些以烷烴為主的燃料？ 【學(xué)生】天然氣、丙烷、石蠟、煤油等 （見圖９）。 【教師】請同學(xué)們利用烷烴的通式寫出其燃燒 · ３６· 化 學(xué) 教 育 （中英文）（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｃｈｅｍｓｏｃ．ｏｒｇ．ｃｎ） ２０２０年第４１卷第２３期
Ｆｉｇ．７ Ｆｌａｍｅｐａｌｍｆｕｎｍａｇｉｃｐｉｃｔｕｒｅｓ 圖７ “火焰掌” 趣味實(shí)驗(yàn)圖片
【教師】到底烷烴能不能發(fā)生取代反應(yīng)呢？ 我們一起通過實(shí)驗(yàn)來探究。教材中甲烷與氯氣取代反 應(yīng)的實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)裝置見圖１０。氣－ 氣混合的形式， 操作繁雜，難以控制，現(xiàn)象也不明顯［８］，造成很少有老師在課堂中演示。請同學(xué)們結(jié)合教材實(shí)驗(yàn)及老 Ｆｉｇ．８ Ｂａｒｂｅｃｕｅｗｉｔｈｂｕｔａｎｅｓｐｒａｙｇｕｎ 圖８ 丁烷噴槍烤肉
Ｆｉｇ．９ Ｃｏｍｍｏｎａｌｋａｎｅｓｉｎｌｉｆｅ 圖９ 生活中常見的烷烴 的化學(xué)方程式。 【學(xué)生】 ３ｎ＋１ 點(diǎn)燃 ｎ ２ｎ＋２＋ ２ Ｏ２ →ｎＣＯ２＋ ｎ＋１ Ｈ２Ｏ 【教師】烷烴都具有可燃性， 這一性質(zhì)決定了烷烴在生活、生產(chǎn)中的重要用途，常用作燃料。烷烴還有其他的化學(xué)性質(zhì)嗎？ 【學(xué)生】在必修２ 中學(xué)習(xí)過甲烷與氯氣的取代反應(yīng)。 【教師】甲烷可以與氯氣在光照下發(fā)生取代反應(yīng)，是不是所有的烷烴都可以與鹵素單質(zhì)發(fā)生取代反應(yīng)呢？請同學(xué)們根據(jù)甲烷與烷烴的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)進(jìn)行分析與推測。 【學(xué)生】烷烴這一類物質(zhì)，碳原子與碳原子以單鍵連接，其余價鍵與氫原子連接，結(jié)構(gòu)上存在相似性。在 師提供的改進(jìn)方向，嘗試提出實(shí)驗(yàn)改進(jìn)方案。
Ｆｉｇ．１０ Ｔｈｅｒｅａｃｔｉｏｎｄｅｖｉｃｅｉｎｔｈｅｔｅｘｔｂｏｏｋ 圖１０ 教材中的反應(yīng)裝置 【多媒體】ＰＰＴ 展示實(shí)驗(yàn)改進(jìn)的思考方向： ① 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)試劑， 尋找液態(tài)的藥品； ② 改進(jìn)實(shí)驗(yàn)儀器，實(shí)現(xiàn)微型化、簡便化、綠色化。 【學(xué)生１】碳原子數(shù)較大的烷烴， 常溫下有以液態(tài)形式存在的， 可以采用液態(tài)烷烴作為反應(yīng)物。鹵素單質(zhì)中也有以液態(tài)形式存在的，比如液溴，可 以用它替換氯氣。 【學(xué)生２】要尋找一種密閉的反應(yīng)容器， 避免有毒物質(zhì)的泄露，保證實(shí)驗(yàn)安全與環(huán)保。 【教師】老師為大家提供了２種試劑：液態(tài)烷烴混合物———煤油，液態(tài)鹵素單質(zhì)———液溴 （見圖１１）。 【多媒體】ＰＰＴ 展示反應(yīng)試劑及資料卡片。 ２０２０年第４１卷第２３期 化 學(xué) 教 育 （中英文）（ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｈｘｊｙ．ｃｈｅｍｓｏｃ．ｏｒｇ．ｃｎ） · ３７·
Ｆｉｇ．１１ Ｋｅｒｏｓｅｎｅ，ｌｉｑｕｉｄｂｒｏｍｉｎｅ 圖１１ 煤油， 液溴 【教師】通過資料卡片， 我們了解到， 液溴有毒且易揮發(fā)。為了確保實(shí)驗(yàn)的安全與環(huán)保，老師為大家提供了進(jìn)樣瓶和微量進(jìn)樣器 （如圖１２）。帶硅膠墊的進(jìn)樣瓶，保證了實(shí)驗(yàn)的密閉性，用微量進(jìn)樣器添加液溴，可有效防止液溴泄露。
Ｆｉｇ．１２ Ｓａｍｐｌｅｂｏｔｔｌｅ（ｗｉｔｈｒｅｓｅｒｖｅｄｍｏｕｔｈａｎｄｓｉｌｉｃｏｎｅｐａｄ）， ｔｒａｃｅｉｎｊｅｃｔｏｒ 圖１２ 微量進(jìn)樣瓶 （帶預(yù)留口和硅膠墊） （左）、微量進(jìn)樣器 （右） 【多媒體】ＰＰＴ 展示反應(yīng)裝置 【教師】煤油與液溴的反應(yīng)需要什么條件呢？ 【學(xué)生】甲烷與氯氣的取代反應(yīng)需要光照， 也應(yīng)該需要光照。 【教師】同學(xué)們可以利用平板的 ＬＥＤ 燈作為光源，選擇合適的角度照射反應(yīng)容器。反應(yīng)一定需要光照嗎？如何驗(yàn)證你的猜測呢？ 【學(xué)生】可以用黑紙包裹一個進(jìn)樣瓶， 避光處理，作對比實(shí)驗(yàn)。 【教師】請同學(xué)們根據(jù)分組實(shí)驗(yàn)單，完成分組實(shí)驗(yàn)，仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并用平板記錄實(shí)驗(yàn)過程。 【多媒體】ＰＰＴ 展示分組活動單 （１） 操作步驟： ① 取出２個盛有６ ｍＬ 煤油的進(jìn)樣瓶 ； ② 用黑色塑料紙包裹其中一個進(jìn)樣瓶； ③ 佩戴護(hù)目鏡，用微量進(jìn)樣器抽取４０μＬ液溴； ④ 向進(jìn)樣瓶中分別注入２０μＬ 液溴， 用手機(jī) ＬＥＤ 燈照射不避光進(jìn)樣瓶； ⑤ 取下黑色塑料紙，對比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 （２）觀察記錄： 仔細(xì)觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，并用平板做好記錄。 【學(xué)生】小組內(nèi)同學(xué)協(xié)作完成煤油與液溴的取代反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，使用ｉＰａｄ記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。 【教師】實(shí)驗(yàn)中有哪些現(xiàn)象？說明了什么？ 【學(xué)生】有氣泡產(chǎn)生， 說明反應(yīng)中產(chǎn)生了氣體物質(zhì) （圖１３）；紅棕色逐漸變淺， 振蕩之后很快褪去，說明液溴參與了反應(yīng)；避光對比的進(jìn)樣瓶不褪色 （圖１４），說明反應(yīng)需要光照條件。
Ｆｉｇ．１３ Ｋｅｒｏｓｅｎｅｒｅａｃｔｓｗｉｔｈｌｉｑｕｉｄｂｒｏｍｉｎｅ 圖１３ 煤油與液溴反應(yīng)實(shí)驗(yàn)
Ｆｉｇ．１４ Ｌｉｇｈｔ－ｐｒｏｏｆｃｏｎｔｒａｓｔｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ 圖１４ 避光、光照反應(yīng)對比圖 【教師】根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象， 我們發(fā)現(xiàn)液溴與煤油發(fā)生了反應(yīng)。產(chǎn)生的氣體是什么物質(zhì)呢？ 如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)？ 【學(xué)生】如果液溴與煤油發(fā)生取代反應(yīng)， 產(chǎn)生的氣體應(yīng)該是 ＨＢｒ。 可以選擇硝酸銀溶液檢驗(yàn)ＨＢｒ，將會產(chǎn)生淡黃色沉淀。 【教師】可以用硝酸銀來檢驗(yàn)溴化氫， 但是抽取氣體不太方便， 而且由于 ＨＢｒ量少， 現(xiàn)象不太明顯。同學(xué)們類比 ＨＣｌ想一想， 還有什么方式可以檢驗(yàn) ＨＢｒ嗎？ 【學(xué)生】我們之前學(xué)過分別蘸有濃鹽酸、濃氨水的玻璃棒靠近時，會有白煙生成。可以用濃氨水與 ＨＢｒ的發(fā)煙現(xiàn)象來檢驗(yàn)。 【多媒體】ＰＰＴ 展示實(shí)驗(yàn)用品 （圖１５）。 |
