基于学科核心素养的高中化学课堂教学设计实践探究——以“过氧化钠的性质探究”为例

甘肃省天水市教育科学研究所(741000) 陈景乾甘肃省天水市第一中学(741000) 曹永峰

1 教学背景分析

1.1 教材内容分析

“过氧化钠的性质”是人教版《高中化学必修1》第3章第2节“几种重要的金属化合物”的教学内容，教材以1个演示实验(过氧化钠与水反应放出的氧气使带火星的木条复燃)达成对学生设置的教学目标。基于化学学科核心素养的要求，重新审视教材内容，发现该部分内容是培养学生科学探究核心素养很好的素材。结合教学实践，我们设计了能够更加激发学生的理性思维、便于操作、现象明显的几个科学探究实验，并运用多媒体辅助教学手段以增强课堂教学效果。

1.2 学情分析

(1)学生知识储备：学生在学习本节课之前，已经学习了金属钠、氢氧化钠和过氧化钠的相关知识内容，对钠元素及化合物有了一定的了解；学生也掌握了燃烧的三要素(可燃物、助燃剂及着火点)以及氧气知识；也学习了氧化还原反应、质量守恒定律等内容。对于过氧化钠的反应条件及生成物的探究有了最基本的认知基础。

(2)学生特点：现阶段的高中学生对于实验探究方面的题型比较感兴趣，学生自身也具备一定的实验操作能力，但是在实验操作的严谨性、规范性方面还有所不足；能够根据实验现象得出实验结论，在证据推理方面具有一定的逻辑思维，但对于探究目的的方案设计合理性还不够。基于学生目前的知识储备和实验技能，不能客观地进行自主探究，因此教师在实验操作的规范性和操作方案的设计方面应加强指导。

2 教学目标达成

(1)通过实验探究让学生能正确书写过氧化钠与水、过氧化钠与二氧化碳反应的化学方程式，能根据现象推导出反应的本质；能根据性质总结出过氧化钠的用途，并将其用途联系到实际生活中解决问题。

(2)通过探究式课堂教学，激发学生学习化学的兴趣，体验观察现象、比较分析、证据推理等方法在学习和研究物质过程中的应用，培养学生运用化学知识进行科学探究的一般方法。

(3)通过学生分组探究实验培养学生的动手操作能力、观察能力、归纳总结能力，培养学生合作的精神及勤于思考实事求是的科学态度。

3 教学重点和难点

教学重点：过氧化钠与水、过氧化钠与二氧化碳的反应。

教学难点：探究过氧化钠与二氧化碳反应产物的方案设计。

4 教学环节设计

4.1 提出问题，引入新课

多媒体展示：消防员灭火的场景。

问题引导：火给人类带来了文明，但有时候也会给人类带来灾难。通过上一节课的内容学习，我们知道金属钠着火以后不能用水进行灭火。那么同学们考虑一下，金属钠着火能否用CO2来熄灭呢？带着这个问题，我们通过实验走进科学的世界，共同来分享化学知识的无穷趣味。

情境创设：我们生活的自然界里，水和CO2都是常见的物质。水和CO2可以用来灭火，亦可以生火，同学们喜欢“滴水生火”和“吹气生火”的魔术吗？如果喜欢的话，我们请两位同学上台来给大家表演这两个魔术:

魔术1：“滴水生火”：剪1段约3 cm长的滤纸条，放置于干净的石棉网上，用药匙取1药匙左右的Na2O2，将其铺开于滤纸中间位置。取1小团棉花，摊平覆盖于Na2O2上，用胶头滴管吸水向棉花两边的滤纸条上逐滴加入。一般10 s内即可看见棉花团开始燃烧，此现象证明Na2O2和水的反应为放热反应。

魔术2：“吹气生火”：用棉花团包住适量的Na2O2粉末放在1块铁片上，然后在1个干燥管的中间装上适量的CaCl2固体作干燥剂，干燥管的两端放入少量的棉花，将干燥管细口一端对准包有Na2O2的棉花团，用嘴对着干燥管粗口一端进行吹气。因为使用了干燥剂，就可以减少和Na2O2接触的CO2中的水汽量，棉花团剧烈燃烧起来。

问题引导：同学们，在“滴水生火”和“吹气生火”的实验中，说明了一个什么现象呢？根据生活经验，我们知道水和CO2是不可能将棉花点燃的，那么在这个实验中的棉花能够被点燃，说明棉花中一定隐藏着某种特殊的物质，这种物质在与水或者CO2接触的瞬间会放出热量，当温度达到棉花的着火点时，棉花很快就会被点燃，这种特殊的物质就是我们今天要探究的物质——Na2O2。它就在我们的实验台上，仔细观察Na2O2的颜色状态。

学生回答：淡黄色的粉末。

板书：过氧化钠的性质。

教师讲解：Na2O2中O元素的化合价为-1价；其阳离子与阴离子个数比为2∶1。

设计意图：学生通过“滴水生火”和“吹气生火”的小实验，能够很轻松地明白水和CO2既能灭火，亦能生火的认知冲突，使学生感到无比的新鲜，能够很快地进入课堂情境，提高学生对探究Na2O2性质的欲望。

4.2 实验探究“滴水生火”的原理

提出问题：为什么在Na2O2上滴水后会生火？Na2O与水反应生成了NaOH，试想一下Na2O2与水反应后会生成什么？用什么方法检验？下面，我们对这一问题作进一步的科学探究。

教师引导：根据学生已掌握的可燃物燃烧知识和元素质量守恒知识，总结Na2O2与水反应可能的产物及检验方法，教师根据学生提出的探究方案进行优化设计，然后用多媒体展示探究目的、实验步骤(见图1)及药品用量。同时，教师要提醒学生在进行实验时应注意环保性和安全性。

多媒体展示探究目的：①探究Na2O2与水反应的能量变化；②探究Na2O2与水反应生成的气体；③探究反应后的溶液是否存在NaOH。

学生活动：按照优化的方案设计和探究目的，同学们利用实验台上现有的药品和仪器，以6人1个小组为单位通过实验探究“滴水生火”的原因。

学生总结：通过实验得出“滴水生火”的真正原因是棉花中放有固体Na2O2粉末。将Na2O2粉末溶于水后，触摸试管外壁是热的；②发现固体粉末Na2O2溶解时产生大量气泡，该气体能够使带火星的木条复燃；③加入酚酞溶液变成红色。结论：Na2O2与水反应放出O2并且此过程放热，反应后的溶液显碱性。

设计意图：让学生进行合作探究，不是将“滴水生火”的原因或结论直接呈现给学生，而是先提出问题，引出要探究的任务，让学生在自主探究的学习过程中观察现象、分析比较、证据推理，透过宏观现象审视变化的微观本质。

4.3 实验探究“吹气生火”的原理

提出问题：Na2O2与水反应生成了NaOH和O2，找到了“滴水生火”的原因。那么“吹气生火”又是怎么回事？Na2O2与CO2反应生成了什么？用什么方法检验？下面对此再次进行探究。

教师引导：根据学生已探究的Na2O2与水反应生成物的判断，学生很容易进行知识迁移，总结出Na2O2与CO2反应可能生成的产物及检验方法。根据学生讨论得到的探究方案进行优化设计，提出“双烛异象”的探究原理，实验装置如图2所示。

学生活动：同学们利用实验台上现有的药品和仪器，以小组为单位进行实验探究。该实验需提前制作8～10个CO2气球和盛有玻璃棉的干燥管，以备使用。

设计意图：探究Na2O2和CO2的反应物是本节课的难点。为了充分发挥实验的探究功能，将Na2O2和CO2的反应设计成“双烛异象”实验，是体现“证据推理与模型认知”的良好实验素材。这个实验现象比较明显，节约时间，烧杯可以用废弃塑料瓶或小纸筒代替。

多媒体展示实验步骤：①向填有玻璃棉的干燥管中装入Na2O2粉末；②根据图2组装“双烛异象”实验装置，此时两处止水夹均夹紧;③点燃2根蜡烛，打开未连接干燥管一侧的止水夹，挤压气球缓慢通入CO2气体，观察现象；夹紧该侧止水夹，打开另一止水夹，同样挤压气球缓慢通入CO2气体，观察现象；④取出少许干燥管中的固体粉末，加入试管中，用少量水溶解，再加入2滴CaCl2溶液，观察现象。

学生活动：按照实验步骤，小组进行科学探究。

教师指导：提醒学生在进行实验时应注意环保性和安全性。

学生总结：CO2通入到未连接干燥管的一侧，蜡烛随即熄灭；CO2通入到连接干燥管的一侧，干燥管中的Na2O2粉末开始剧烈反应，同时该侧蜡烛的火光显著变亮。取反应后干燥管中的固体溶于水，无沉淀产生，加入CaCl2溶液，有白色沉淀。学生结合已探究的Na2O2与水反应的生成物及元素质量守恒定律，分析现象得出“吹气生火”的原因：Na2O2与CO2反应放出O2，生成Na2CO3，并且此过程放热。

设计意图：CO2是一种最常用的灭火物质，学生对它并不陌生。但是在Na2O2的作用下，CO2可以反应生成助燃物质氧气。这种由“灭火剂”→“助燃剂”的变化过程，就是一种非常典型的认知冲突情境的构建素材。通过实验，以直观的实验现象为引导，突破难以判断Na2O2与CO2的反应产物这一教学难点。同时加深学生对Na2O2可用于防毒面具或潜水艇在水下工作时作为氧气来源制作的化学反应的理解。

4.4 根据Na2O2的性质，小组讨论Na2O2的用途

学生总结：可用于呼吸面具或潜水艇中作为氧气的来源；实验室可以用Na2O2和水制取少量的O2；生活中还可以根据Na2O2的强氧化性用作漂白剂。

多媒体展示:Na2O2的用途。

板书：Na2O2的用途：供氧剂、漂白剂。

设计意图：此环节使整个课堂首尾呼应，体现了结构决定性质，性质决定应用的化学思想，培养了学生理论联系实际，用所学知识解决生活中常见问题的能力。使学生了解日常生活的应急处理措施，促使学生用化学的视角去关注生活、关注社会。

5 分析评价与反思

(1)教学设计方面：本节课把Na2O2性质的验证性实验设计成为学生的探究性实验，以问题的提出、分析和解决作为知识呈现的逻辑顺序，学生参与课堂教学的积极性明显提高。由于本节课探究的内容较多，时间紧张，一些问题没有得到充分的探究。比如Na2O2与水反应的溶液中加入酚酞，振荡后褪色的原因这一问题未能得到探究。

(2)实验改进方面：在认真研究课标，把握教材的基础上，本节课我们对2个实验都进行了改进，改进后的实验现象效果明显，反应快、试剂用量少，既节约时间，又安全环保，不仅有利于学生探究实验，还能培养学生的环保意识和创新能力。

(3)探究教学方面：在探究性教学中，应注意开放性，即便是对于一些违反常规的设计，也不要马上去否定，应多鼓励学生进行质疑，引导学生分析原因或重新尝试探究效果；开展科学探究教学，不要束缚学生的思维，要敢于让学生动手实践，学会通过实践来解决问题。例如，在Na2O2与CO2的反应探究中，引导学生分析需要解决哪些问题(如何制取二氧化碳、产物是什么、如何检验产物以及检验的可行性等)，然后让学生去思考，同学间交流探究方案，最后得出最佳的方案设计。