《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》明确指出，高中化学教学需来源于真实生活情境，并能解决日常问题和应用于实际生产生活中
［1］，要求教师富有创新性并基于本地地域特色创设真实且富有价值的问题情境进行教学。目前，在实际教学中存在只重视传授化学学科知识，而忽视化学课程的应用价值、创新素养等现象。对此，在传统的教学模式中融入创造性问题解决模型（Creative Problem Solving，CPS），可在学生观察和解决问题的过程中，培养有效解决问题的能力，即在解决问题过程中培养学生的创新思维和创造力。笔者以“云南玫瑰老卤酒”为例设计教学情境，将CPS模型与化学学科特点相结合，开展基于CPS模型的酯化反应教学设计，以此提升学生的科学探究与创新意识。
1 CPS模型的内涵
CPS模型注重学生在解决问题的过程中聚敛思维与发散思维的交替运用、目标和解决问题的开放性、小组交流合作，最终达到学生获得问题解决的能力和培养创造思维的目的
［2］。根据现有的CPS“四成分八阶段模型”构建出的教学框架如
表1所示。笔者以2023年“云南玫瑰老卤酒”申请国家非遗项目为背景话题，结合CPS模型设计“酯化反应”情境问题教学，探索其中化学的应用与价值，训练学生发散思维与聚敛思维，培养学生的创新思维与创造力；通过云南地域特产非遗项目，设计探究性实验和思考性问题，培养学生创新精神和实践能力，同时为教师不过度依赖已有教学素材、寻找新素材提供思路。
2 基于CPS模型的“酯化反应”教学设计
2.1 课标解读
该节“酯化反应”内容属于主题4“简单的有机化合物及其应用”，要求学生认识有机物的结构及其性质与应用，知道有机物的反应类型，认识有机化合物中的官能团及有机化合物在一定条件下是可以转化的，并建议以我国酿酒技术与酒文化为情境素材，采用观察实验现象、联系生产生活实际、归纳总结等策略进行教学，引导学生对生产生活中的实际问题进行分析、讨论和评价
［1］。
2.2 教材分析
酯化反应能帮助学生从认识简单的有机化合物过渡到认识结构较复杂的乙酸乙酯，强化对官能团的认识及有机物的分类，体现化学分类观和结构观“结构决定性质”。酯化反应属于取代反应，可以利用同位素原子示踪法研究其反应机理
［3］。同时，酯化反应与学生的生活实践息息相关，在教学中创造真实情境实际问题，引导学生理解酯化反应在实践中的应用并解释相关现象，一方面帮助学生对目前所学习的化学知识进行有意义的建构，另一方面促其理解合成新物质是有机化学研究价值的重要体现。
2.3 学情分析
2.4 教学目标
（1） 通过问题情境理解酯化反应的概念、正确书写反应方程式，培养学生符号表征能力；利用可视化技术从宏微视角认识酯化反应，培养学生的变化观念与平衡思想、宏观辨识与微观探析的核心素养。
（2） 通过分组实验探究酯化反应机理、验证猜想，培养学生观察实验现象形成实验结论的能力，同时培养其证据推理与“结构决定性质、性质反映结构”的模型认知，训练其实验技能和实践操作能力。
（3） 通过创设问题探究活动、小组合作交流，引导学生思考并寻找答案，体验科学探究的过程，提高其科学探究和创新意识，训练其小组协作和逻辑思维能力。
（4） 以与生活密切联系的酒为背景，帮助学生了解家乡特色酒业，认识化学在生产生活中的作用以及价值，激发学生热爱家乡，增强民族自信心，了解当地经济发展现状，培养学生的科学态度与社会责任的学科核心素养。
2.5 教学设计思路
采用CPS模型的思维进行教学设计。“酯化反应”教学思路设计如
图1所示。
2.6 教学过程
（1） 环节一：寻找时机。
师：云南玫瑰老卤酒，是我们云南正在申请非遗的项目。《昆明县志》记载：早在清朝道光年间，云南人就擅长用玫瑰花酿酒。新中国成立后，昆明啤酒厂独家生产经营的昆明牌玫瑰老卤酒一度成为云南省名酒。为什么称作云南玫瑰老“卤”酒？而不是玫瑰酒呢？
学生认真听教师讲解云南玫瑰老卤酒背景，并根据问题，引发思考。
【设计意图】通过“云南玫瑰老卤酒历史背景和申请非遗”情境的创设，激发学习兴趣，引导学生发现矛盾并引发思考，发挥发散思维的作用，发现并提出问题。
（2） 环节二：寻找资料。
教师播放玫瑰老卤酒制卤视频并提供资料卡片。
【资料卡片】普通玫瑰酒的制作流程：①将鲜玫瑰花瓣和水放入锅内以大火方式煮开，过滤；②加入酵母搅拌均匀后密封发酵；③约10 d后发酵完成，开始蒸馏；④出酒后，测量度数如正常即可饮用
［4］。制酒中的氧化反应主要是空气中的氧不断溶入酒中，与酒中各微量成分缓慢而持续地发生一系列氧化反应。在陈酿阶段，这一氧化过程持续进行，溶解氧与酒中的醇类等组分发生缓慢而持续的氧化反应，且酒中的醇类和酸类物质相互反应生成酯类。在整个发酵过程中，涉及的官能团有羟基、醛基、羧基、酯基。
学生观看视频并阅读资料卡片，结合课本第80页资料思考并回答问题：玫瑰老卤酒的“卤”是怎么出来的？
【设计意图】教师提供玫瑰老卤酒工艺视频和资料卡片，学生根据问题自主查阅资料，搜集相关信息，从而培养学生提取有效信息的能力，以及证据推理能力。
（3） 环节三：生成问题。
师：根据资料，对比普通玫瑰花酒和玫瑰老卤酒制作过程和步骤的不同，根据参与的相关反应及涉及的官能团，可以猜测是发生了什么反应？
生：酯化反应。（学生在教师引导下提出酯化反应这一词，但未知其意）
【设计意图】对资料的阅读分析，能使学生的思维得到发散，锻炼分析能力，培养学生的想象力和创造力。充分尊重学生的主体性，能使学生对该节课的学习方向有清晰的认知。
（4） 环节四：发散思维。
学生认为，玫瑰酒有“卤香”，是因为发生了酯化反应。教师要求学生猜想，酯化反应的产物是什么？学生以小组为单位进行“头脑风暴”，得出以下猜想：①醇类物质；②羧酸类物质；③醛类物质；④酯类物质。
【设计意图】通过“头脑风暴”，充分发挥学生的想象力，提高创造力，有效训练发散思维的能力；在此过程中学生未受到限制，能发挥自己的创新能力，不断获得想法和灵感，从而培养创造性思维。
（5） 环节五：聚敛思维。
根据玫瑰老卤酒的制卤过程，类比常见的醇和酸是乙醇和乙酸，根据教师提供的实验步骤，以小组为单位用乙酸与乙醇进行酯化反应，用实验验证对产物的猜想。
实验步骤：①先取一支大试管，向其中加入几粒碎瓷片；随后加入3 mL乙醇，边振荡大试管边慢慢加入2 mL浓硫酸；再加入2 mL乙酸。②给试管口塞上带有导管的塞子，将其固定在铁架台上；将导管的另一端通入盛有饱和Na
2CO
3溶液的试管中（置于液面上）。③点燃酒精灯，缓慢加热大试管。④一段时间后，观察到饱和Na
2CO
3溶液液面上有一层无色有特殊香味的油状液体。⑤取下右边试管，熄灭酒精灯。反应装置如
图2所示。
学生阅读实验步骤，小组合作搭建实验装置，完成实验，记录实验现象和结果。
师：根据实验现象，能否判断出产物是什么？
生：不能根据油状液体和芳香气味两个现象进行辨别。醇类可能会被氧化成醛类；醇类物质的碳原子数在5个以上的醇是油状液体，酯类物质也有油状液体；部分醛类物质具有芳香气味，如水果的香味一部分来自其中所含的醛类物质。
【设计意图】实验验证猜想，体会科学研究的过程与科学精神，锻炼实验操作能力；通过实验结果聚敛思维，培养学生运用所学知识解决问题或验证猜想的能力，进行学科迁移，建构生物学与化学学科的联系。
（6） 环节六：寻求接受。
介绍实验室常用的一种验证未知物质组成和结构的方法：红外光谱图，即可以从红外光谱中准确判断相应有机物分子中含有哪种化学键或官能团，进而确定最终产物的结构
［5］。展示红外光谱仪和红外光谱图，根据红外光谱图分析结果得出产物为乙酸乙酯。
根据乙酸乙酯的名称和官能团，书写乙醇和乙酸酯化反应的方程式，并给乙酸乙酯的酯化反应式下一个定义。
学生根据方程式特点总结出酯化反应的定义：酸与醇反应生成酯与水的反应。
师：“结构决定性质”，乙酸乙酯的结构是如何形成的？请思考酯化反应中酸和醇分子内化学键怎样断裂？
生：可能是羧酸脱羟基，醇脱氢，即乙酸断裂C-O键，乙醇断裂O-H键；也可能是羧酸脱氢，醇脱羟基，即乙酸断裂O-H键，乙醇断裂C-O键。
科学家利用生物学中同位素原子示踪法揭开了这个谜题，证明了断键方式是乙酸分子中羧基的羟基与乙醇分子中羟基的氢原子结合成水，其余部分相互结合成酯。可利用口诀简单记为：酸脱羟基，醇脱氢。请根据酯化反应断键的特点，推导酯化反应的通式。
【设计意图】结合信息技术，提供可视化和数字化教学；通过酯基结构推理方程式，引导猜测断键方式，强化“结构决定性质”的观念；引入生物学中同位素原子示踪法跨学科教学，分别从符号和微观角度解释断键现象，培养学生的“宏微符”三重表征观念和核心素养。通过断键方式总结出酯化反应的通式，建构出酯化反应的模型。
（7） 环节七：练习与思考。
请学生根据酯化反应通式写出乙酸与异丙醇的酯化反应方程式。
师：玫瑰老卤酒“卤香”的秘密是什么？乙醇与乙酸酯化反应产物是什么？请总结酯化反应的特点和实质。
生：酒在陈化贮存时发生了酯化反应，酯类物质具有香气；产物是乙酸乙酯；酯化反应特点是酸与醇反应生成酯和水，实质是酸脱羟基，醇脱氢。
课后思考：①在制备乙酸乙酯时，浓硫酸和饱和Na2CO3溶液的作用分别是什么？②在日常生活中还有哪些现象与酯化反应有关？③根据酯化反应的特点，查阅相关资料，在生产和贮存陈酒过程中可以给云南玫瑰老卤酒厂提供哪些建议？
【设计意图】通过酯化反应通式模型的建构书写未知物质的酯化反应方程式，有效实现了知识的迁移和应用；通过小结巩固该课知识，并与课前提问、课后回答形成闭环；布置课后思考以发散学生思维，为后续教学作铺垫；指导学生联系实际生产工艺，充分体现了“从理论到实践”的教学理念，培养了学生的工程思维和社会责任感。
3 教学启示
（1） 基于CPS模型的教学强调以真实情境为依托，将教学内容与生产生活实际问题紧密结合
［6］。这种教学模式能破除教师依赖已有、过时素材的习惯，培养其积极发挥创造性、挖掘新素材的能力，促进其教学创新能力的提升。以“云南玫瑰老卤酒”为例，将地域特色资源转化为优质教学情境素材，既丰富了课堂教学内容，又促进了师生创新能力的协同发展，同时为教师从当地特色、地域文化等角度挖掘教学情境素材提供了可行思路。
（2） CPS模型教学的实施，能有效改善传统课堂教学模式，将“师讲生听”灌输式转变为以学生为主体的教学模式。上述例证系统整合多种高效课堂活动形式，如小组活动、实验探究、可视化教学、模型建构与迁移等，从而多方位训练学生的发散和聚敛思维。这一典型案例，为教师提供了一种能够有效培养学生高阶思维能力和创新素养的新型高效课堂教学方法。
（3） CPS模型教学的内涵与落实学生化学学科核心素养的培养目标相契合。以上述教学设计为例，CPS模型的不同阶段均能与有效培养学生核心素养契合，且五大核心素养均有涉及，并突出强调“科学探究与创新意识”这一素养目标。
中国化学会化学教育委员会“十四五”规划2021年一般课题(HJ2021-0018)
京公网安备11010202008535号
PDF
(500KB)
