课程思政背景下的高中化学实验教学设计* —— 以“乙烯的制备”为例

 

　　Zhang Zixu, Li Hui, Guo Xiaoliang, Zhang Lianji

　　(Yan Bian University, Yanji 133002, China)

 

　　Abstract: Building virtuous people is the core content of education and teaching. Integrating ideological and political elements into the process of education and teaching to promote students' all-round development has become the inevitable requirement and tendency of creating a new situation in our educational cause. On the basis of a simple analysis of the current research status of "curriculum ideology and politics" in chemistry, this paper selects the high school chemistry experiment "Preparation of ethylene" as an example for teaching design. In the design, a clear fusion point of ideological and political elements is proposed, which not only runs through ideological and political education in the teaching process, In order to provide reference for chemistry experiment teaching in senior high school, an optimized experiment of ethylene preparation with ethephon as raw material was put forward.

 

　　Key words: High school chemistry; curriculum ideological and political; teaching design; preparation of ethylene

 

　　立德树人是教育的根本目的，而高中阶段的学生正处于人生观、世界观和价值观形成的关键阶段。探究并分析高中的学习内容并融入思政元素育，不但可以激发学生的学习热情，而且可以实现立德树人的根本目的。重视并深入理解教学内容中所蕴含的思政元素，努力挖掘与课程内容中相关的思政元素，并将基础知识、技能以及思政内容融会贯通，实现全程育人、全方位育人，这是每一位教师的责任，也是需要持续积极探究的教研问题。

 

 

　　上海市教育主管部门于2014年正式提出了“课程思政”这一概念，其根本目的旨在进一步加强和改进学生思想政治教育工作[1]。由此，上海市开启了学校思想政治教育课程改革的探索之路，课程改革在经历了三个阶段后取得显著的效果，过去思想政治教育工作中存在的“思政课程被认为是德育的主阵地并且也是唯一的阵地”，“教学过程中其它科目的学习与思政教育是完全割裂开”以及“其它科目仅关注于学生智力的培养与发展”等一系列问题得到改善。但近几年，关于“课程思政”文献报道仍主要集中在高等教育教学研究中，针对高中化学与思政内容相结合的研究相对较少。而高中化学课程思政的论文的研究视角主要集中在高中化学课程思政的建设路径[2]、新版教材思政元素的梳理与对比[4]和理论知识与思政相结合的教学设计等方面[5]。

 

　　化学是一门以实验为基础的学科，化学实验的教学在学生的学习阶段中是必不可少的环节。通过实验教学，使学生进一步巩固理解实验中涉及到的相关化学理论知识，能够培养学生综合能力，还能培养正确的价值观和高尚的情操等。但是在“思政课程”这一概念提出以前，化学实验教学中，主要重视知识与能力目标和过程与方法目标的达成，却忽视了情感与价值观目标的达成。这必然不利于学生的全面发展。在“课程思政”提出之后，我们要更加重视情感与价值观目标的达成，提升学生对化学实验课程学习的兴趣和热情，树立正确的价值观，激发学生对中国传统文化以及祖国的热爱之情，并赋予学生正确的历史使命感和责任感，从而实现立德树人的根本教学目的[6]。但目前关于高中化学实验教学与课程思政相结合的研究报道较少，还有待完善与补充。基于以上本文选取高中化学实验“乙烯的制取”，进行教学设计，在设计中充分挖掘实验内容中的思政元素，开展 “思政教育”的实践[7,8]。

 

 

　　本文以高中化学人教版必修二第七章第二节乙烯与高分子材料中“乙烯的制备”这一化学课程为例，通过对课程研究背景及内容的分析探究其存在的思政元素并结合课程的具体知识点来进行教学设计。

 

 

　　化学实验“乙烯与有机高分子材料”的教学内容为乙烯的制备，结构，性质与有机高分子材料。该内容在“认识有机化合物”之后，衔接“甲烷”这一有机物的学习，学习难度由易到难，由简到繁，符合学生的学习习惯和认知规律。在内容编排上，本节内容从乙烯的结构特性出发，通过实验探究来学习乙烯的物理性质及化学性质。教师可以从乙烯的制备到乙烯的性质探究为引，并结合思政元素，使学生认识到乙烯的重要性以及乙烯工业制备过程中存在的环境污染等问题，在学习化学知识的同时提升学生的环境保护与绿色化学意识，并让学生通过查找资料，了解我国乙烯工业发展的历史与先进性，激发同学们民族自豪感。

 

 

　　知识层面：本节内容位于“烷烃”之后，学生经过“烷烃”的学习已经基本掌握了有机化合物中的碳原子成键特点并了解了有机化合物中同系物与同分异构体的基本概念，具备根据分子结构模型书写简单有机化合物的结构式与分子式的能力。这些都为学生进一步理解物质的结构决定性质以及深入学习结构更为复杂的有机物化合物奠定了基础。值得注意的是

 

　　情感态度层面：学生对于以实验为基础的化学课程有着浓厚的学习兴趣，并且经过学习已经具备一定的科学素养。然而，值得注意的是该阶段的学生正处于世界观和人生观形成的关键时期，在进一步学习化学知识、培养科学态度和提高科学素养的同时，结合反应条件温和、实验现象明显的实验课内容探究其中所蕴含的思政内容，有助帮助学生更好的理解课程内容并树立正确的价值观。

 

 

　　本节教学内容分为4个环节，每个环节依据教育部课标要求学习化学课程的相关知识点并融合思政元素。首先播放关于“俄乌战争导致欧洲能源危机”相关视频，利用社会热点问题吸引学生注意力，激起学生学习的兴趣，由视频内容所映射出的能源问题引出石油及其下游产品，进而引出石油制备乙烯的途径，让学生了解乙烯的来源；随后学生进行乙烯的制备与性质探究实验，通过观察乙烯分别通入溴的四氯化碳溶液和酸性高锰酸钾溶液的实验现象，讨论思考并结合教师关于乙烯结构的讲解进一步学习乙烯的化学性质；经过介绍有关石油裂解制备乙烯所造成环境污染的现状，让学生认识到石化工业所带来的环境污染，帮学生树立节约资源、保护环境的意识；最后通过课后查阅资料，学习了解我国石化工业的进步，激发民族自豪感。

 

 

 

　　① 了解乙烯分子的空间结构，掌握乙烯的成键特点，能够书写乙烯的结构式与分子式。

 

　　② 通过实验探究，学生能够掌握乙烯的物化性质，并且能够书写相关的化学方程式。

 

 

　　① 通过乙烯结构与性质的学习，进一步加强学生在化学学习中物质结构决定性质的意识。

 

　　② 通过小组合作式的实验探究，培养学生科学探究的态度以及根据实验观察所记录的信息进行加工并获得结论的能力。

 

 

　　① 通过对石油制备乙烯所造成环境污染的探讨，帮助学生树立节约资源、保护环境的可持续发展意识。

 

　　② 通过介绍乙烯在工业和生活中的巨大作用，帮助学生理解化学、社会、环境之间的相互关系，并认识到化学学科对于人类生活产生的重大影响。

 

 

　　教学重点：乙烯的制备、结构与性质。

 

　　教学难点：乙烯的化学性质、乙烯的结构决定性质。

 

 

 

　　环节一：新课导入

 

 

　　“俄乌战争导致欧洲能源危机”视频。

 

 

　　石油为何如此重要？这是因为从油中可以得到数百种化工产品，包括燃料、沥青以及润滑油等。由于乙烯在石油化工产品中所占的比例超过75%，所以乙烯的产量被认为是衡量国家石化工业发展程度的重要标志。这节课我们将一起探索关于乙烯的化学结构与性质。

 

　　设计意图：将“俄乌战争”这个社会热点问题引入到“乙烯”课堂中，既能引起学生的关注，也能激发学生的学习兴趣。

 

　　思政元素融合点：辩证唯物主义教育。以国际社会热点问题为依托，进行导课的同时通过战争与能源危机之间的关联性增强世界是一个普遍联系的整体这一辩证观。

 

 

　　【实验准备】实验所需的仪器有：试管、试管、圆底烧瓶、分液漏斗、橡胶管、橡胶塞。实验药品： 40% 的乙烯利水溶液、稀 H2SO4、NaOH、KMnO4、溴水、蒸馏水。

 

　　【实验步骤】学习实验装置的搭建，了解药品性质，如图1所示，小组合作组装实验装置，并进行小组合作探究实验。将制取的物质分别通入酸性高锰酸钾溶液与溴的四氯化碳溶液中，观察实验现象并记录。

 

　　【问题1】观察到利用乙烯利与氢氧化钠反应制备的乙烯气体通入酸性高锰酸钾溶液或溴的四氯化碳溶液时产生什么实验现象？这一现象出现的原因又是什么呢？

 

　　【回答】制取的乙烯气体通入溴的四氯化碳溶液使其褪色。乙烯双键断裂，与溴发生加成反应，使溴的四氯化碳溶液褪色。

 

　　【投影】乙烯的分子结构（图2），碳碳双键、碳碳单键的键能和断裂键所需要的能量等相关的数据（表1和表2）。

 

　　       表1 碳碳单键、双键的键能

 

  

碳碳键类型	键能（KJ/mol）
C-C	345.6
C=C	610

 

　　表2断裂1mol碳碳键所需能量
 

断键类型	平均所需能量（KJ/mol）
单键	约为264.4
双键	约为345.6

 

　　【交流】乙烯中具有碳碳双键，而双键中单键的键能小，键与键之间不稳定溶易断裂。物质的结构决定性质，因此可以推测出含有碳碳双键的烯烃比含有碳碳单键的烷烃更加活泼且易发生化学反应。

 

　　【投影】播放乙烯与溴发生加成反应的动画视频，进一步加深学生对加成反应本质的认知和了解。

 

　　【问题2】制取的乙烯通入酸性高锰酸钾溶液有何现象？为什么？

 

　　【回答】酸性高锰酸钾溶液褪色。因为乙烯中双键更加活泼，使其能被酸性高锰酸钾氧化，酸性高锰酸钾溶液因为发生氧化还原反应而褪色。

 

　　【追问】请同学们思考讨论若甲烷中混有乙烯，能否用酸性高锰酸钾溶液去除呢？

 

　　【交流】不可以。酸性高锰酸钾溶液虽能与乙烯反应除去乙烯，但其与乙烯反应会生成二氧化碳，引入了新的杂质气体。

 

　　【播放演示实验】点燃纯净乙烯的实验。

 

　　【活动】观察乙烯在空气中燃烧现象，并写出其化学方程式。

 

　　设计意图：基于实验提问，有利于培养学生科学认真的实验态度和学习的兴趣，使同学们更加主动地获取化学知识。并通过展示乙烯的分子结构与动态视频加深学生的对有机化合物结构模型的认知程度。

 

　　思政元素融合点：辩证唯物主义教育、科学人文主义教育。通过设疑，帮助学生树立证据意识，通过分析推理揭示现象的本质；基于乙烯化学性质的探究实验培养学生科学探究、实事求是的精神。

 

 

　　【资料】石油裂解是工业上制备乙烯的主要方法之一，因成本较低，上世纪50年代许多国家采用石油裂解制备乙烯，但该方法在促进石油工业发展的同时也带来了许多废气与污水污染，其中废气包括TSP（总悬浮颗粒物）、SO2、H2S、CO、NOX等。

 

　　【问题3】如果你是化工厂的负责人，结合我们之前所学的关于乙烯的背景及产业制备，请问可以从哪些化学角度去思考如何处理以上由石油裂解所造成的废气污染。 例如SO2、CO等有害气体。

 

　　1.可以运用“固硫”法吸收废气中的SO2 ；

 

　　2.可以利用转化法去除废气中的CO，使CO在高温和催化剂的条件下转化为CO2。

 

　　设计意图：以环境污染、能源、乙烯产业的制备问题为依托，考查学生对之前所学知识的掌握程度，能够将学习到的化学知识应用到生活实际，从而体会到化学对社会的重大贡献，领会学习化学的意义。

 

　　思政元素融合点：生态安全、能源安全、产业安全。基于习近平关于“五大安全”的重要讲话，让同学们了解到乙烯产业制备的重要性及过程中应该实现生态、能源、产业安全，希望同学们能树立国家安全意识，为实现经济社会发展中的安全环境提供助力。

 

 

　　【学生活动】随着技术的发展与全球环境问题的日趋严重，工业制备乙烯的方法得到了改善与创新，通过课后查阅资料，学习了解我国工业制取乙烯的方法创新或者其它更有利于环境保护的方法。

 

　　思政元素融合点：生态环境文明教育、爱国主义教育。基于习近平总书记2021年4月30日关于生态文明建设的重要论述综述。通过实际环境问题，让学生认识到环境保护与资源合理开发应用的重要性，培养学生的绿色化学观与可持续发展观。通过课后查阅资料，了解我国化工工业在制取乙烯方面的先进性，体会到绿色化学的重要性，激发民族自豪感。

 

 

　　高中化学教材中“乙烯的制备实验探究”源于旧版教材中的“石蜡油高温分解制备乙烯”以及选修5《有机化学基础》中“乙醇与浓硫酸的消去反应制备乙烯”，这两个实验反应时间都比较长，并且需要高温的反应条件存在一定的危险性，不适合学生小组进行合作探究。而乙烯利制备乙烯操作简单，反应时间短[7]，适合学生进行合作探究学习，从而培养学生的实验技能、科学探究态度以及团队协作能力。

 

　　在此基础之上，本文优化并改进了利用乙烯利制备乙烯的化学实验，利用一个反应装置实现了反应的制备与检测，反应条件温和、现象明显，能直观的观察到紫色高锰酸钾溶液的褪色，有助于激发学生的学习兴趣和学习热情。此外，我们首次尝试将改改进后的实验应用到教学设计中并挖掘思政元素融入到实验过程中。例如课堂开始 “以石油制备乙烯”为导入新内容，最后以解决石油制备乙烯过程中产生的环境污染为结尾，在学生掌握知识的同时融入思政元素融合点，关注学生思想品德的培养与良好行为习惯的养成，实现立德树人的根本教育目的。

 

 

　　本研究意在探索“课程思政”背景下的高中化学实验的教学设计。在文献研究的基础之上了解其相关研究现状明确“课程思政”的相关概念，优化并改进了“乙烯的制备”化学实验的教学设计的同时并在其中融入相关的思政元素融合点，真正实现了立德树人的教学目的。该教学设计基于培养学生核心素养与发展化学学科科学素养，优化实验的同时详细分析了化学实验教学过程中能够融入的思政元素，设计并完成了融入思政元素的高中化学实验教学设计。在“课程思政”背景下的高中化学实验教学设计具有一定的可行性。

 

 

　　[1]高德毅,宗爱东.课程思政:有效发挥课堂育人主渠道作用的必然选择[J].思想理论教育导刊,2017(01):31-34.

 

　　[2]陈仕功,孙重阳.化学学科思政教育的内涵、困境与路径[J].中学化学教学参考,2021(21):10-12.

 

　　[3]来水利. 以有机化学课程内容为引导,加强课程思政的探索与实践[J]. 云南化工, 2019,46(7):2.

 

　　[4]黄刚,许燕红.新版高中化学必修教材中思政教育内容的比较[J].化学教育(中英文),2022,43(19):13-20.

 

　　[5]宋洁,金东,张浩,王方阔.基于课程思政理念的高中化学教学研究——以“无机非金属材料”为例[J].云南化工,2022,49(10):153-156.

 

　　[6]徐海云, 张明亮, 王涛等. 课程思政元素融入"有机化学实验"教学的探索与实践[J]. 云南化工, 2020, 47(6):3.

 

　　[7]张少文.发展学生化学核心素养的小微实验的改进与研发——以乙烯的制取与性质实验改进为例[J].中国现代教育装备,2020(12):52-53.

 

　　[8]陈彩萍.“乙烯”的教学理解与实验改进[J].中学化学教学参考,2021(22):80-81.

 

　　*基金项目：吉林省高等教育教学改革研究重点课题（20213F25042007K）；吉林省高教学会高教科研课题（JGJX2022D59）；吉林省高教学会高教科研课题（JGJX2022C11）。

 

　　作者简介：张资序，男，吉林长春，博士，讲师，主要从事光电材料的研究。

 

　　通讯作者简介：张莲姬，女，博士，副教授，主要从事化学教育研究。