基于元素观的“二氧化硫性质”的教学设计

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摘要：培养学生的科学素养是化学教育的核心目标。“元素观”是化学教育的核心观念之一，充分理解元素观是培养学生科学素养的核心成分之一。以“二氧化硫性质”这一教学内容为基点，以元素观为核心观念，进行“二氧化硫性质”的课堂教学设计。

关键词：元素观；二氧化硫；课堂教学设计

文章编号：1005–6629（2016）3–0053–04 中图分类号：G633.8 文献标识码：B

培养学生的科学素养是化学教育的核心目标[1]。“元素观”是化学教育的核心观念之一，充分理解“元素观”是科学素养的核心成分之一。我国《义务教育化学课程标准（2011年版）》指出“引导学生认识物质世界的变化过程，形成基本化学的基本观念”[2]。同时《普通高中化学课程标准（实验）》也指出“认识常见的化学物质，学习重要的化学概念，形成基本的化学观念和科学探究能力”[3]。元素观是对世界本原的回答，同时也体现了化学学科有别于其他学科的独特视角。因此，在化学课堂教学中，应体现出“元素观”的观念，通过课堂教学，有意识地培养、发展和丰富学生的元素观。“元素观”的核心内涵：物质都是由元素组成的，物质可以按照元素组成进行分类，组成相似的物质，性质上具有相似性。物质间可以进行转化，其转化的本质是元素原子间的重新组合，并具有守恒性[4]。物质性质研究一般从两条线索进行：一是物质类别，按照类别物质具有相似性进行研究；二是物质核心元素，分析核心元素价态、同价态核心元素所在物质存在形式进行特性研究。本文将根据上述内容，就“二氧化硫性质”这一教学内容，进行基于“元素观”的课堂教学设计。

1 基于元素观的“二氧化硫性质”的内容分析

二氧化硫性质是苏教版高中化学必修1中专题4“硫、氮和持续发展”的第一单元“含硫化合物的性质和应用”中第一部分“二氧化硫的性质和应用”的第一课时内容。二氧化硫性质与元素组成和核心元素硫元素形态（价态和所在物质存在形式）有密切关系。据此可以形成：分析二氧化硫元素组成对其进行分类认识，得出二氧化硫作为酸性氧化物的一般性质。例如：SO2+H2O H2SO3，SO2+2NaOH=Na2SO3+H2O（二氧化硫量少），SO2+NaOH=NaHSO3（二氧化硫量多），SO2+CaO=CaSO3等。分析二氧化硫的核心元素S元素价态（+4价既可以升高也可以降低）和对同价态S元素所在物质存在形式转化的认识，得出二氧化硫有还原性、氧化性、漂白性的特性。例如：SO2+H2O2=H2SO4，SO2+X2+2H2O=H2SO4+2HX，SO2+H2O H2SO3，5SO2+2KMnO4+2H2O=2MnSO4+K2SO4+2H2SO4等。

2 “二氧化硫性质”的教学目标构建

2.1 知识层面

在初中学完碳及其化合物、高中专题2、3学完卤族元素、硅及其化合物性质的事实基础和氧化还原反应的理论基础上，掌握二氧化硫作为酸性氧化物的一般性质和二氧化硫的特殊性质：还原性、氧化性、漂白性。由此确定知识层面的教学目标如下：

（1）掌握二氧化硫作为酸性氧化物的一般性质；

（2）掌握二氧化硫的特殊性质：氧化性、还原性、漂白性。

2.2 方法层面

很多中学生对元素化合物的学习都停留在对实验事实感知和记忆水平上，缺乏认识和研究物质性质的思路和方法（物质性质研究模型）。物质性质研究一般从两条线索进行：一是从物质元素组成研究一般性，物质按元素组成进行分类，通过具体物质学习类别物质的共性；二是从物质核心元素研究特殊性，分析核心元素价态，判断其氧化性和还原性，实现不同物质间的转化；其次分析同价态核心元素所在物质的形式对物质性质的影响，完成特殊性质学习。从元素视角研究物质的一般思路和方法是元素化合物知识学习的重要方法，在“二氧化硫性质”的学习中，学生进一步掌握并灵活运用物质性质的研究方法。由此确定方法层面的教学目标如下：

一是从元素组成进行分类，通过具体物质演绎类别物质的一般性质，完成共性学习。

二是从核心元素看转化，分析核心元素价态、分析同价态核心元素所在物质的存在形式，完成特性学习。

2.3 观念层面

元素化合物知识的学习中，教材编写通常是以知识的传承为主线，知识内容呈现以螺旋上升为基本方式。而化学基本观念往往是内隐其中的，这就要以具体知识为载体，挖掘隐含的观念。在“二氧化硫性质”的学习中，应进一步加强“元素观核心内涵”中以下基本观念：物质的类别、性质，由组成元素的类别决定，即进一步加强对“物质按元素组成进行分类，组成相似，性质相似”的理解；物质的特殊性质由核心元素决定，即进一步加强对“核心元素在物质间可以相互转化”、“物质元素组成完全相同，其核心元素价态不同，性质不同”、“同价态核心元素所在物质的存在形式不同，性质不同”的理解。由此确定观念层面的教学目标如下：

进一步加强对元素观核心内涵的理解：（1）物质按元素组成进行分类，组成相似，性质具有相似性；（2）同一核心元素在不同物质间可以相互转化；（3）物质元素组成完全相同，核心元素价态不同，其性质不同；（4）同价态核心元素所在物质存在形式不同，其性质不同。

经以上建构，得出的教学目标如下：

（1）掌握二氧化硫的一般性和特殊性；

（2）进一步运用物质性质研究的两条线索；

（3）进一步加强对元素观核心内涵四个方面的理解。

3 教学主题设计

围绕“如何研究二氧化硫性质”的认识展开，形成以下三个主题。

主题一：如何从元素组成研究二氧化硫的一般性质？

在该主题的引导下，以元素组成为线索。以CO2为认知基础，分析二氧化硫的元素组成，通过迁移类比，按元素组成进行分类，将二氧化硫分类为酸性氧化物。类别物质，组成相似，性质相似，则二氧化硫具有酸性氧化物的一般性质。

主题二：如何从核心元素研究二氧化硫的特殊性质？

在该主题的引导下，以核心元素S元素为线索。利用氧化还原反应理论分析S的价态变化，得出二氧化硫既具有还原性又具有氧化性，并结合实验探究，验证其物质间转化；分析同价态核心元素所在物质的存在形式，结合实验探究，在实验事实的基础上，得出二氧化硫以水溶液形式存在具有漂白性的漂白机理。

主题三：通过二氧化硫性质学习，你掌握了哪些知识和方法？

在该主题的引导下，通过总结二氧化硫性质知识学习的过程，梳理研究元素化合物性质的方法，使学生对潜在的元素观念“元素观”核心内涵有了进一步深化认识。

4 教学过程设计

主题一：如何从元素组成研究二氧化硫的一般性质？

[问题引导]组成二氧化硫的元素是什么？该物质的类别是什么？作为类别物质之一，有哪些性质？之前学过类似的物质吗？

[联系旧知] CO2元素组成、物质类别，类别性质。

[迁移类比]二氧化硫与CO2都由非金属元素组成，则类别相同，二氧化硫为酸性氧化物；组成相似，性质相似，二氧化硫也具有酸性氧化物的一般性质，以表格形式呈现。

[实验事实]二氧化硫的水溶液使紫色石蕊试液变红。

[小结归纳]二氧化硫具有酸性氧化物的一般性质：可以与水、碱、碱性氧化物反应。

[显性话语]物质由元素组成，按元素组成进行分类，同类别物质，性质相似。这种分析物质元素组成进行分类并联系已学元素组成相似的类别物质，迁移类比，分析具体物质性质得出共性，这种学习方法就是我们研究元素化合物一般性质的方法。

主题二：如何从核心元素研究二氧化硫的特殊性质？

[问题引导]二氧化硫的核心元素是什么？该元素的可能价态有哪些？

[理论分析]二氧化硫中S元素价态为+4价，S元素可能具有的价态有：-2、0、+6，则二氧化硫中S元素价态既可以升高也可以降低；说明二氧化硫应该既具有还原性又具有氧化性。

[实验探究]

（1）进行实验：

（2）交流讨论：两个实验现象分别表明发生了哪些反应，分析核心元素S元素的价态变化（H2O2起什么作用？），得出二氧化硫具有哪个特性？

（3）得出结论：SO2+H2O H2SO3（+4→+4），H2SO3不与BaCl2反应；SO2+H2O2=H2SO4（+4→+6），H2SO4+BaCl2=BaSO4↓+2HCl，H2O2起氧化作用，那么二氧化硫起还原作用。

[推论得出]二氧化硫具有还原性，在一定条件下，还可以与其他氧化剂发生反应（酸性高锰酸钾溶液、溴水、氧气等）。

[实验事实]二氧化硫可以使酸性高锰酸钾溶液褪色，也可以使溴水褪色。

[小结归纳]一定条件下，二氧化硫与具有氧化性的有色物质发生氧化还原反应，使之褪色。

[问题引导]二氧化硫中S元素价态为+4价，那么二氧化硫会发生S元素化合价降低的反应吗？

[观察实验事实]常温常压下，二氧化硫气体与H2S气体发生反应生成黄色物质S。

[交流讨论]分析反应中二氧化硫与H2S核心元素S元素的价态变化，得出二氧化硫具有哪个特性？

[得出结论] 2H2S+SO2=3S↓+2H2O（二氧化硫+4→0，H2S-2→0）二氧化硫具有氧化性。

[显性话语]二氧化硫中核心元素S元素为+4价，既可以升高又可以降低，使二氧化硫表现为既具有还原性又具有氧化性。那么同一核心元素价态不同可以在不同物质间实现相互转化，这种从核心元素价态判断物质是否具有还原性和氧化性的方法是学习元素化合物特殊性质的方法之一。

[问题引导]按物质元素组成进行分类，二氧化硫和SO3都属于酸性氧化物，但从还原性、氧化性角度分析两者，性质相同吗？

[推论基础]二氧化硫和SO3都为酸性氧化物，但二氧化硫既具有还原性又具有氧化性，SO3只具有氧化性。

[推论得出]二氧化硫和SO3元素组成完全相同，唯一不同的是核心元素S元素价态，分别为+4和+6。核心元素价态对元素组成相同、价态不相同的物质而言，也有性质影响。

[显性话语]物质元素组成完全相同，核心元素价态不同，其性质不同。

[问题引导]生活中常接触二氧化硫漂白的物品，那么二氧化硫以哪种形式存在，有漂白作用吗？

[实验探究]

（1）进行实验：向少量二氧化硫水溶液中加入适量品红溶液，振荡，品红溶液褪色，然后加热该混合溶液，又变回原色（品红是有机色素）。

（2）预测：二氧化硫水溶液漂白了有机色素物质。

（3）质疑：干燥的二氧化硫气体能漂白含有机色素物质吗？

（4）设计实验：

a.干燥的二氧化硫气体与干燥的含有机色素有色布条反应

b.二氧化硫水溶液与干燥的含有机色素有色布条反应

（5）交流讨论：干燥的二氧化硫气体不能漂白含有机色素物质，那么二氧化硫水溶液中有哪些物质，到底哪种物质能漂白含有机色素物质？

（6）得出结论：二氧化硫水溶液中有二氧化硫、H2O、H2SO3。H2SO3能漂白含有机色素物质，但这种漂白作用不稳定。

[显性话语]同价态核心元素所在物质的存在形式不同，使反应机理不同，则性质表现不同。分析同价态核心元素所在物质的存在形式，探究反应本质，得出物质特殊性质的方法是学习元素化合物特殊性质的方法之二。

[小结归纳]从二氧化硫的还原性、氧化性，漂白性完成了以S元素为核心元素的特殊性质学习。

[问题引导]与二氧化硫作用能使之褪色的物质，褪色原理都相同吗？

[交流讨论]褪色原理不同的话，从褪色原理和褪色稳定性两方面进行比较。

[得出结论]对比与二氧化硫作用褪色的物质。

二氧化硫与不同类别的有色物质发生褪色反应，褪色机理和褪色稳定性不同。

主题三：通过二氧化硫性质学习，你掌握了哪些知识和方法？

[总结归纳]

（1）二氧化硫的性质：

一般性质：具有酸性氧化物的共性

特殊性质：还原性、氧化性、漂白性

（2）学习元素化合物一般性质的方法是：分析元素组成分类。

学习元素化合物特殊性质的方法是：分析核心元素价态、分析同价态核心元素所在物质存在形式。

[显性话语]通过本节课“二氧化硫性质”的学习，我们有以下认识：元素组成相似的物质，性质具有相似性；物质之间可以进行转化，转化的本质是元素原子间的重新组合。那么学习元素化合物是以元素组成和核心元素为线索，进一步巩固以元素为主导思想研究物质性质的方法。

5 作业设计

参考文献：

[1]梁永平.化学科学理解的基本视角及其核心观念[J].化学教育，2011，32（6）：4～6.

[2]中华人民共和国教育部制定.义务教育化学课程标准（2011年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2011.

[3]中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（实验）[S].北京：人民教育出版社，2003.

[4]梁永平.论中学生化学元素观的建构[J].化学教育，2007，（11）：10～14.

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