硫元素的项目式教学实践

摘" 要：本项目式教学以葡萄保鲜纸的使用为载体，设计四个项目任务，创设实验探究活动，用驱动性问题串联学生的学习行为。将二氧化硫的漂白原理、保鲜纸如何释放二氧化硫、硫元素性质学习及二氧化硫的检测等知识融会贯通，构建思维模型解决实际问题。在探究过程中培养学生的探究精神和合作意识，发展证据推理与模型认知的学科核心素养。

关键词：项目式教学；葡萄保鲜纸；硫及其化合物；核心素养；食品添加剂

文章编号：

1008-0546（2024）14-0008-03

中图分类号：

G632.41

文献标识码：

B

一、教学主题分析

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称《高中新课标》）在实施建议中指出，真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，教师在教学中应重视创设真实且富有价值的问题情境，促进学生化学学科核心素养的形成和发展。［1］与传统教学相比，项目式教学能通过解决实际问题来有效提升学生的思考能力。学生在教师的整体把握和指导下，紧密结合任务进行积极的探究与发现，通过分析实际问题、完成项目任务来构建项目承载的科学知识和科学方法，实现从知识到实践的迁移，全面发展学生的学科核心素养。

“硫及其化合物”是人教版高中化学必修第二册的学习内容。对于元素化合物的教学，《高中新课标》的内容要求为：认识元素在物质中可以具有不同价态，可通过氧化还原反应实现含有不同价态同种元素的物质的相互转化；结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解硫及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。本项目式教学以葡萄保鲜纸的研究和使用为载体，利用任务驱动的方式，设计了“探究SO2的防腐效果”“探究SO2的漂白原理”“探究保鲜纸的反应原理”“残留SO2的检验”四个子任务，学习硫元素、SO2的部分性质及其作为食品添加剂的应用。本次项目式教学通过建立学习小组，开展任务型、合作式学习，学生在问题的解决过程中构建陌生物质转化的思维模型，建立硫及其化合物物质类别、价态转换之间的关系，感受化学在实际生活中的应用。

二、项目教学目标

本项目注重研究性学习的具体实践，驱动学生对已初步形成的物质及其转化的认识进行迁移应用，完成一系列具有挑战性的、进阶式的任务，指向学生的深度学习。本项目的教学目标具体如下。

（1）通过查阅食品添加剂使用规范等资料，培养学生获取信息的能力，并能用比较、归纳的方法对获取的信息进行加工，形成从定性到定量进行科学探究的意识。

（2）通过自主设计对比实验，探究保鲜纸的防腐效果，形成“实验目的—实验操作—预期现象—预期结论”的思维链条，构建实验方案设计思路，培养证据意识和科学探究能力。

（3）通过探究保鲜纸的反应原理，借助实验及“价—类”二维模型认识焦亚硫酸钠的化学性质，复习含硫物质的性质及变化的相关知识，构建元素化合物转化思维模型。

（4）通过讨论葡萄保鲜纸的改进方案，培养学生的创新精神，体会化学学科的魅力。

三、项目教学流程

本着问题情境化、任务化、活动化、素养化的设计思路，笔者设计的项目教学流程如图1所示。

四、项目实施过程

1. 任务一" 探究SO2的防腐效果

活动1：查找SO2在食品保鲜中的应用及作用原理。

［学生］以小组为单位，查阅资料，汇总在生产过程中应用SO2保鲜防腐的食品及原理。

活动2：探究不同浓度SO2作用于葡萄的保鲜防腐效果。

［小组合作］运用控制变量法设计并进行实验，探究不同浓度SO2对葡萄的保鲜防腐效果。思考该实验的变量是什么，实验过程中哪些因素需保持一致。实验用时十天。

［小组交流讨论］实验设计及结果：①空白对照组，葡萄发霉。②一层保鲜纸（低浓度SO2），葡萄完好。③四层保鲜纸（较高浓度SO2），葡萄有白点。④置于SO2集气瓶中（高浓度SO2），葡萄脱色。

［结论］适宜的SO2可以杀灭灰霉菌、孢菌等一些引起葡萄腐烂的病菌，以达到防腐保鲜的目的；同时还可抑制葡萄各部位多酚氧化酶的活性，延缓果实和果梗的褐变和衰老。但若使用不当，局部SO2熏蒸过度，SO2与花青素结合会导致葡萄产生白点。［2］

［设计意图］本环节主要以自主合作学习的方式进行。在查找资料过程中，学生了解到SO2作为食品添加剂在食品防腐保鲜方面的应用，培养学生信息获取与加工能力。在设计及进行实验过程中，学生对葡萄保鲜纸有了初步的认识，体验到了不同浓度SO2对葡萄的保鲜效果，认识到了反应条件对化学反应的调控。在此过程中促进了学生科学探究与创新意识核心素养的发展。

［子任务成果］学生通过“实验目的—实验操作—预期现象—预期结论”的思维链条，在课前完成该项任务并形成实验报告，在课堂中展示及汇报葡萄保鲜的研究过程和研究成果，并能结合查阅到的文献资料解释实验现象，了解葡萄保鲜原理，形成从定性到定量进行科学探究的意识。

2. 任务二" 探究SO2的漂白原理

［情境衔接］保鲜纸若使用不当，局部SO2熏蒸过度，SO2与花青素结合会导致葡萄产生白点，体现了SO2的漂白性。

［演示实验］SO2水溶液使品红溶液褪色。

［教师］SO2使品红褪色还是SO2与水反应的生成物使品红褪色，如何改进实验？

［学生］根据提供的实验药品及仪器，小组讨论出方案后进行实验，得出结论，并结合课前所查阅到的资料验证结论。

［结论］SO2不能使品红褪色，SO2与水反应的生成物使品红褪色。因保鲜纸使用不当造成葡萄脱色的物质为H2SO3（HSO－3）。

［教师］结合SO2的漂白性，如何恢复葡萄皮的颜色？SO2作为食品添加剂，漂白不同物质的原理是否相同？

［小组讨论并总结］SO2的漂白反应可逆，通过加热可去掉亚硫酸，使花青素再生，恢复原来的颜色。SO2漂白除破坏发色基团外，还有防止食品酶性褐变及非酶褐变等原理。［3］

［设计意图］通过创设SO2水溶液使品红褪色的情境，引导学生设计实验，发展学生对SO2漂白本质的认识进阶（物质水平、元素水平、微粒水平）。通过对比实验现象，加强学生对SO2漂白性的本质理解。该环节在合作探究中让课堂真正成为学生学习知识、培养能力的场所，培养学生发现问题、分析问题的能力，发展科学探究与创新意识、宏观辨识与微观探析的核心素养。

［子任务成果］从宏观和微观两个角度认识SO2的漂白本质，构建物质的变化、性质、结构、用途之间的关系。

3. 任务三" 探究保鲜纸的反应原理

［情境衔接］一定浓度的SO2能够对葡萄起到保鲜防腐的作用，但气体的使用不方便，且用量不易控制，一不小心就会漂白，所以工业上会制成固体含硫化合物，如焦亚硫酸钠、亚硫酸钠等，这些化合物在使用过程中都会产生SO2，且都是固体，比直接使用SO2方便，易控制使用量。

［教师］保鲜纸的主要成分为焦亚硫酸钠（Na2S2O5）。

［资料卡片］①葡萄保鲜时箱子底部放湿润的吸水纸，最上面放保鲜纸，贮存环境需保持一定的湿度。②焦亚硫酸钠（Na2S2O5）遇水即生成NaHSO3。③保鲜纸的孔密度影响SO2的释放速率，孔的数量越多，透氧率越高，酸度越高，SO2释放速率越快（不考虑Na2S2O5在空气中的氧化）。④Na2S2O5与H＋反应放出SO2。

［小组交流讨论］根据资料卡片信息，推测保鲜纸释放SO2的化学反应方程式。

［讨论思路］结合硫的“价—类”二维图（见图2），猜测Na2S2O5可能具有的性质。

［师生总结］根据葡萄保鲜纸反应原理的探究过程，总结出陌生物质转化的思维模型（见图3）。

［实验验证］在葡萄保鲜纸上分别滴加稀硫酸和水，用品红靠近，观察现象。

［设计意图］在真实情境中通过化学反应探究物质的性质，学生需通过一系列的问题探究来获取相关知识，并运用分析、对比、概括、归纳等方法对所获取的信息进行初步加工和应用，培养学生的信息素养与探究归纳能力。该环节引导学生从物质类别和核心元素价态两方面预测物质性质，通过硫元素的“价—类”二维图找到保鲜纸成分Na2S2O5与所学硫及其化合物之间的联系。通过证据推理代替单一的讲解，让学生体会模型的建立，培养学生证据推理与模型认知的核心素养。

［子任务成果］利用元素化学知识，明确Na2S2O5释放SO2的原理，借助“价—类”二维模型认识焦亚硫酸钠的化学性质，复习了含硫物质的性质及转化的相关知识，并构建了元素化合物转化的思维模型。

4. 任务四" 残留SO2的检验

［情境衔接］SO2是合法的食品添加剂，少量SO2进入体内后最终生成硫酸盐，由尿液排出体外，不会产生毒性作用。但过量添加会对人体造成伤害，它在食品中的使用量及残留量都有严格的限制。

［小组汇报］SO2在不同食品中的允许使用量，SO2超标对人体的危害。

［学生实验］实验室模拟检测葡萄酒中SO2的残留量，通过数据计算该葡萄酒中SO2是否超标。

［教师］用过葡萄保鲜纸的葡萄，SO2是否超标，如何检测？

［学生］小组讨论，设计实验方案，通过实验检测，并结合文献数据，对保鲜纸广告中的“无残留”做出科学性评价。

［小组归纳总结］如何正确使用葡萄保鲜纸，可以在达到葡萄保鲜效果的同时避免葡萄产生白点。根据本节课所学内容，思考如何改进葡萄保鲜纸可使葡萄保鲜更持久且不易残留SO2。

［设计意图］通过课前查阅资料，让学生感悟凡事具有两面性，形成辩证的科学思维，学会全面地看待问题。通过小组合作探讨实验方案，提高学生自主学习、合作学习的能力。通过最后归纳总结保鲜纸的使用及如何改进保鲜纸，让学生真正体会到学习化学的乐趣，培养学生运用所学知识和科学方法分析、解决化学问题的能力，发展科学探究及科学态度与社会责任的核心素养。

［子任务成果］了解食品中残留SO2的检验方法，知道了处理保鲜剂时应注意哪些问题，提升安全、环保意识，强化绿色化学观念。通过实验检测，能对保鲜纸广告做出科学性评价，发展了批判思维和分析推理能力，感悟化学与生活的融合。

五、项目实施思考及启示

本项目以“葡萄保鲜纸的使用研究”这一真实问题为情境，通过建立学习小组，开展任务型、合作式学习，融会贯通二氧化硫的漂白原理、陌生含硫化合物性质及二氧化硫的检测等知识。学生通过阅读、讨论、实验等活动，在解决实际问题的过程中，体会从数据、信息、现象入手推断论证物质的性质；学会遇到陌生物质时，能基于代表物类比的思路或物质组成、结构的特点推测其性质；能从宏观到微观分析解释物质的性质及其相关变化。课后应用所学知识改进保鲜纸，使知识得到应用和提升。

本节课源自生活中的真实情境，项目推进过程中将元素化合物知识与科学、技术、社会、环境问题相融合，引导学生意识到学好元素化合物知识对于解决现实问题具有重要意义。在项目实施过程中通过调动学科核心概念和原理来解决挑战性问题，让学生感受化学在实际生活中的融合应用，感悟到化学学科的社会价值，促进化学学科核心素养的发展。

参考文献

［1］中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）［M］.北京：人民教育出版社，2020．

［2］佟继旭.二氧化硫防腐保鲜处理对红地球葡萄品质影响及风险评估的研究［D］.北京：中国农业科学院，2018．

［3］高彦祥.食品添加剂（第二版）［M］.北京：中国轻工业出版社，2019．