魯衍旭 楊華文 黃愛民
(1寶應(yīng)縣安宜高中 江蘇 寶應(yīng) 225800;2寶應(yīng)縣教育局教研室 江蘇 寶應(yīng) 225800)
由于預(yù)習(xí)、由于資料、由于媒體、由于網(wǎng)絡(luò),把許多原先認(rèn)為需要探究,學(xué)生才能知道的內(nèi)容,變成了己知,以至于許多探究演變?yōu)榱恕爸乐i底來(lái)猜謎”,很難真正從心、智、情三方面體驗(yàn)探究。如果把本課定位于酸雨的探究,就可能陷入上述窘境;本課(蘇教版)相對(duì)簡(jiǎn)單的化學(xué)知識(shí),卻能在人類生態(tài)災(zāi)難之一的酸雨問(wèn)題中發(fā)揮重大作用;最近重讀宋心琦教授《什么是化學(xué)學(xué)科的大問(wèn)題》一文中“盡管環(huán)境問(wèn)題的產(chǎn)生和作為自然科學(xué)之一的化學(xué)并無(wú)直接的關(guān)系,但是由于人們?cè)谡劶拔廴締?wèn)題時(shí),多以污染物的存在和危害性為依據(jù)(例如上個(gè)世紀(jì)70年代發(fā)現(xiàn)的與臭氧空洞生成有關(guān)的氟里昂和近日由有毒奶粉引出的三聚氰胺事件),自然會(huì)聯(lián)想到與研究和合成物質(zhì)密切相關(guān)的化學(xué),當(dāng)人們不能嚴(yán)格分清化學(xué)學(xué)科和包含著化學(xué)過(guò)程的物質(zhì)生產(chǎn)過(guò)程之間的差別時(shí),把環(huán)境污染問(wèn)題更多地歸因于化學(xué),應(yīng)當(dāng)是一種可以理解的誤解。所以,依據(jù)一切(化學(xué))物質(zhì)都是化學(xué)的研究對(duì)象,因而簡(jiǎn)單地把化學(xué)物質(zhì)的存在等同于化學(xué),即由所謂“處處有化學(xué)”推衍出來(lái)的“因?yàn)槲覀兩钤谝粋€(gè)物質(zhì)世界中,化學(xué)不可須臾別離,所以化學(xué)是最重要的基礎(chǔ)學(xué)科”和 “因?yàn)樗械奈廴疚锒际腔瘜W(xué)物質(zhì),所以化學(xué)是環(huán)境污染的罪魁禍?zhǔn)住眱煞N極端而片面的看法的同時(shí)存在,就不足為奇了。”這些都給我極大的觸動(dòng),產(chǎn)生了“用酸雨中化學(xué)知識(shí)為素材,讓學(xué)生真實(shí)體會(huì)化學(xué)有功于人類”的設(shè)計(jì)構(gòu)想。
當(dāng)確定了上述構(gòu)想后,另一個(gè)問(wèn)題又冒出來(lái):用酸雨來(lái)承載教材(蘇教版)中二氧化硫的性質(zhì)是合適的,但教材中二氧化硫的性質(zhì)要比多年以考定教所圈定的內(nèi)容要少許多,如:SO2易液化,SO2不能使石蕊試液褪色,SO2有氧化性、與H2S反應(yīng)方程式,氯氣與SO2和H2O或H2SO3反應(yīng)方程式,溴水與SO2的反應(yīng)方程式,高錳酸鉀與SO2的反應(yīng)現(xiàn)象……這些內(nèi)容要補(bǔ)充嗎?最后,考慮到必修課程的性質(zhì)、課堂的容量、學(xué)生的可接受及本課的上述設(shè)計(jì)構(gòu)想,舍棄了;新授課,不能急于求全。
將SO2性質(zhì)的學(xué)習(xí)與酸雨問(wèn)題的思考進(jìn)行有機(jī)融合,以尋找和設(shè)計(jì)驗(yàn)證酸雨問(wèn)題解決中所用化學(xué)知識(shí)的方式,讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)是如何在其中發(fā)揮作用的,感受有功于人類的化學(xué),從理性層面上,形成對(duì)化學(xué)學(xué)科穩(wěn)定、持久的美好情感;并以此美好情感來(lái)促進(jìn)對(duì)SO2性質(zhì)的學(xué)習(xí)。具體流程如下:
知識(shí)與技能:知道硫酸型酸雨的形成原因、過(guò)程;掌握SO2主要性質(zhì)。
過(guò)程與方法:通過(guò)閱讀、思考、交流、討論,理解在解決酸雨問(wèn)題中發(fā)揮作用的化學(xué)知識(shí),并用實(shí)證的方法驗(yàn)證這些知識(shí)的可信度。
情感態(tài)度與價(jià)值觀:通過(guò)“酸雨產(chǎn)生不是化學(xué)之過(guò),酸雨解決化學(xué)在發(fā)揮積極作用”的體驗(yàn),讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)有功于人類社會(huì),形成對(duì)化學(xué)的美好情感。
酸雨污染每年給我國(guó)造成損失超過(guò)1100億元:
據(jù)新華社北京2004年10月9日電:中國(guó)環(huán)境科學(xué)研究院、清華大學(xué)等單位的研究結(jié)果表明,由二氧化硫等導(dǎo)致的酸雨污染每年給我國(guó)造成損失超過(guò)1100億元,整個(gè)大氣污染所造成的損失每年約占我國(guó)GDP的2%至3%。 (投影l(fā))
酸雨襲擊南極:
令人震驚的是,南極也觀測(cè)到了酸雨,而且是比較強(qiáng)的酸雨。例如,中國(guó)南極長(zhǎng)城站1998年4月曾先后8次觀測(cè)到酸雨,其中最低pH值只有4.45。長(zhǎng)城站的鐵質(zhì)房屋和塔臺(tái)被銹蝕得成層剝落,有的不得不進(jìn)行更新。為了減緩腐蝕,每年要刷2-3次油漆。(投影2)
知識(shí)回顧:
初中我們己經(jīng)知道 “人們通常把pH小于5.6的降雨稱為酸雨”?!拔覈?guó)的能源消耗中,燃煤約占70%,燃煤排放的二氧化硫進(jìn)入大氣后,形成硫酸型酸雨”;“20世紀(jì)90年代末,我國(guó)酸雨區(qū)面積高達(dá)200萬(wàn)平方千米,是世界三大酸雨區(qū)之一。”(投影3)
“酸雨危害很大,它進(jìn)入湖泊、江河會(huì)導(dǎo)致魚類死亡,影響水生生物的生長(zhǎng)和繁殖;它進(jìn)入農(nóng)田會(huì)使土壤酸化,導(dǎo)致礦物營(yíng)養(yǎng)元素流失,破壞農(nóng)作物和森林的生長(zhǎng);酸雨還能使橋梁、藝術(shù)品、建筑物、機(jī)器等腐蝕損壞;酸雨更會(huì)危害人體的健康?!保ㄍ队?)
設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生對(duì)酸雨的危害有較為深切的感受,為深入思考下面的“在解決酸雨問(wèn)題的過(guò)程中,化學(xué)是怎樣發(fā)揮積極作用的?”營(yíng)造心理層面的動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)。
師:酸雨是一種環(huán)境災(zāi)難,人類社會(huì)是一定要解決酸雨問(wèn)題的;請(qǐng)大家設(shè)想一下:在人類解決酸雨問(wèn)題的過(guò)程中,如果你是化學(xué)家,你可以在哪些環(huán)節(jié)上運(yùn)用化學(xué)知識(shí),參與其中呢?閱讀教材P88-89中有關(guān)酸雨的內(nèi)容,會(huì)對(duì)你有所啟發(fā)。
師板書課題:二氧化硫的性質(zhì)和作用
生:思考、閱讀、討論、交流、歸納整理如下:
在解決酸雨問(wèn)題的過(guò)程中,化學(xué)知識(shí)可以在以下環(huán)節(jié)上發(fā)揮作用:
環(huán)節(jié)1:化學(xué)幫助我們界定了酸雨的概念,并提供了判斷酸雨的實(shí)驗(yàn)方法。
環(huán)節(jié)2:化學(xué)幫助我們尋找酸雨中的危害物(具體以我國(guó)的硫酸型為例,下同)。
環(huán)節(jié)3:化學(xué)幫助我們尋找酸雨中的危害物的來(lái)源
環(huán)節(jié)4:從化學(xué)角度制定了酸雨防和治的思路
師:大家的設(shè)想很好!好在這些環(huán)節(jié)的前后順序體現(xiàn)了問(wèn)題的研究序:是什么(環(huán)節(jié)1)→為什么(環(huán)節(jié)2、3、4)→怎么辦(環(huán)節(jié)5),好在能充分的運(yùn)用化學(xué)視角來(lái)研究問(wèn)題。
設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生在具體的情境中,以“解決酸雨問(wèn)題中的化學(xué)家”的身份,從化學(xué)視角切入問(wèn)題,可極大地發(fā)揮學(xué)生主體作用,在幫助學(xué)生歸納后,采用了言之有物的激勵(lì)評(píng)價(jià),既可激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)熱情,又可幫助學(xué)生深化對(duì)問(wèn)題的理解。
師:下面我們依次進(jìn)入上述各環(huán)節(jié),具體了解化學(xué)知識(shí)發(fā)揮作用的過(guò)程。環(huán)節(jié)1中,提到化學(xué)幫助我們界定了酸雨的概念:人們通常把pH小于5.6的降雨稱為酸雨。這個(gè)概念的具體來(lái)歷在書上并沒(méi)有,不過(guò)從化學(xué)角度看可由兩條路徑,其一是實(shí)驗(yàn)測(cè)量雨水的PH,記錄對(duì)應(yīng)危害情況,找出造成危害的臨界值并以此為界,但這種方法因危害情況難以調(diào)查,無(wú)法實(shí)施;另一方法是先合理推想:地球生態(tài)系統(tǒng),就是在有空氣中CO2溶解雨水參與下形成的,故有空氣中CO2溶解的雨水盡管呈酸性,卻不會(huì)造成生態(tài)災(zāi)難,因此它不是酸雨,是正常降雨;可見酸雨之酸性應(yīng)比正常降雨強(qiáng);再采用實(shí)驗(yàn)法,測(cè)出空氣中CO2溶解水形成飽和液的pH并以此為界。顯然后一思路是可行的,因此,請(qǐng)大家設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)出這個(gè)pH。
生:收集潔凈空氣通入蒸餾水中到飽和,測(cè)飽和液pH。
師:如何收集潔凈空氣?如何讓它順利通入水中?怎么知道飽和?幾個(gè)組測(cè)出的數(shù)據(jù)不同怎么辦?有沒(méi)有更簡(jiǎn)便的方法?
生思考、交流、討論,師參與、點(diǎn)撥,最后師生共同選定兩法:①用大注射器吸入少量蒸餾水后,針尖朝下吸氣,針尖朝上排氣,反復(fù)二十次后,開始用pH試紙測(cè)量pH,以后每十次吸、排氣測(cè)1次,直到pH幾乎相同為止;②將養(yǎng)金魚的小壓縮機(jī)出氣管,插入盛放在小燒杯中的蒸餾水(20mL)中(注意氣管洗凈和固定,防止通氣后氣管滑出),接通電源、打開開關(guān)通氣,通氣2分鐘開始測(cè)量pH,以后每30秒測(cè)1次,直到pH幾乎相同為止。幾個(gè)組測(cè)出的數(shù)據(jù)不同,可以像“中央臺(tái)青歌賽”上一樣,去掉最高、最低值后,算均值。
生實(shí)施實(shí)驗(yàn):由于儀器準(zhǔn)備不足的原因,選擇了前一種方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。
師:酸雨概念的界定由化學(xué)完成了,那么對(duì)真實(shí)的降雨來(lái)說(shuō),判定它是否為酸雨,用什么化學(xué)方法來(lái)做?
生齊答:用pH試紙測(cè)pH值。
設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生在探究酸雨界定的“思路形成→實(shí)驗(yàn)原理→實(shí)驗(yàn)方案”過(guò)程中,體驗(yàn)探究的科學(xué)本質(zhì)是依據(jù)(界定思路的合理、可行)和證據(jù)(最好有實(shí)驗(yàn)支撐),感受實(shí)驗(yàn)原理與實(shí)驗(yàn)方案巨大差異,讓學(xué)生注意實(shí)驗(yàn)方案可行和簡(jiǎn)約;通過(guò)環(huán)節(jié)一,驗(yàn)證了初中的知識(shí),清楚了這個(gè)界定的由來(lái),也體會(huì)了化學(xué)在酸雨是什么的問(wèn)題解決立了第一功。
師:對(duì)于環(huán)節(jié)二和環(huán)節(jié)三的結(jié)論,大家可以從書上的圖讀出,請(qǐng)大家全面有條理的將結(jié)論表達(dá)出來(lái)。
生思考、交流、討論、展示:酸雨中的危害物是H2SO4,來(lái)源是化石燃料燃燒、含硫金屬礦物的冶煉、硫酸的生產(chǎn)中產(chǎn)生的釋放到空氣中的SO2,從來(lái)源物SO2到危害物H2SO4的變化過(guò)程,有兩個(gè)并行的途徑①SO2+H2O=H2SO3、2H2SO3+O2=2H2SO4②2SO2+O2=2SO3、SO3+H2O=H2SO4
師:容易體會(huì)到,上述化學(xué)知識(shí)成功地解釋了硫酸型酸雨中的危害物及其產(chǎn)生過(guò)程;如果我們能模擬出這個(gè)過(guò)程,那上述解釋就更為可信了。請(qǐng)大家嘗試設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
生思考、交流、討論,師參與、點(diǎn)撥,最后師生共同擬定下列驗(yàn)證點(diǎn):
①證實(shí)老師提供的氣體確為SO2。
②用雙氧水代替氧氣,來(lái)模擬SO2被氧化為H2SO4的過(guò)程,特別注意檢出是否有SO42-生成。
師:請(qǐng)大家閱讀書P88-89二氧化硫相關(guān)內(nèi)容后,就上述內(nèi)容設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。
生思考、交流、討論,師參與、點(diǎn)撥,最后師生共同認(rèn)定書上P88頁(yè)的觀察與思考中的實(shí)驗(yàn)1、2、3,只要對(duì)其稍加改動(dòng),就是很好的方案;改動(dòng)后的敘述如下:
實(shí)驗(yàn)1:用針筒抽取老師提供的氣體85 mL后,再吸入15mL蒸餾水,用橡皮塞堵住針筒前端,振蕩(這比直接向集氣瓶中加水振蕩要環(huán)保,但老師提供的氣體瓶子最好是質(zhì)地較軟的塑料瓶,以方便抽氣),然后將5mL水溶液加入小燒杯,用pH試紙測(cè)其pH值,記錄,待下課后再測(cè)其pH(目的是通過(guò)pH變化,反映H+濃度變化,進(jìn)而分析其中是否有弱酸H2SO3向強(qiáng)酸H2SO4的轉(zhuǎn)化,這個(gè)比下面“用雙氧水代替氧氣,來(lái)模擬SO2被氧化為H2SO4的過(guò)程”更真實(shí),但因耗時(shí)過(guò)多而被淡化處理)。
實(shí)驗(yàn)2:向試管中加入5mL水溶液,滴加品紅溶液,振蕩,然后套上小氣球加熱試管,觀察加熱前后溶液顏色的變化 (目的是用SO2的漂白性鑒定老師提供的氣體是否為 SO2)。
實(shí)驗(yàn)3:向另一試管加入最后5mL水溶液,滴加氯化鋇溶液,再滴加0.5mL3%的過(guò)氧化氫溶液,振蕩,觀察過(guò)氧化氫加入前后的現(xiàn)象(目的是通過(guò)過(guò)氧化氫加入前無(wú)沉淀、后有沉淀,說(shuō)明在過(guò)氧化氫的氧化下確實(shí)有硫酸生成,增加了酸雨生成解釋的可信度)。
設(shè)計(jì)意圖:能自學(xué)的內(nèi)容讓學(xué)生自學(xué),但要重視自學(xué)結(jié)果的評(píng)價(jià)(沒(méi)用再現(xiàn),而用了展示和應(yīng)用于酸雨問(wèn)題的方法),這樣才能做到學(xué)生主體作用發(fā)揮的有效、高效。對(duì)知識(shí)進(jìn)行實(shí)證,是一種學(xué)習(xí)方法,也是批判、質(zhì)疑、不盲從的科學(xué)態(tài)度,因此,輕視對(duì)知識(shí)進(jìn)行驗(yàn)證,貶低驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)的價(jià)值是沒(méi)有什么道理的。
師:對(duì)于酸雨防和治,既需要包括化學(xué)在類的各種自然科學(xué)的理論和技術(shù)支撐,又需要人的環(huán)保意識(shí)的提高,還需要國(guó)家的立法、執(zhí)法,最后還要國(guó)際合作。不過(guò)化學(xué)既然可以出力,那么請(qǐng)大家從化學(xué)的視角出發(fā),提出自己的想法,也是應(yīng)該的,大家討論吧!
生思考、交流、討論,師參與、點(diǎn)撥,最后師生共同擬定了下列防和治的思路:
(1)基于元素守恒,如果在燃料中沒(méi)有硫元素,就不會(huì)產(chǎn)生硫酸型酸雨,因此可以①開發(fā)新能源,不用含硫燃料②對(duì)含硫燃料進(jìn)行脫硫處理。
(2)阻斷SO2進(jìn)入大氣,使生成硫酸的反應(yīng)因反應(yīng)物缺失,無(wú)法進(jìn)行①固硫——將SO2變?yōu)榱蛩猁}②分離出SO2加以綜合利用,如制硫酸。
(3)化學(xué)方法中和酸雨帶來(lái)的酸性。
師:酸雨并不是化學(xué)、化學(xué)家造成的,但日常生活中卻常常把環(huán)境污染歸罪于化學(xué),通過(guò)以上分析,我們又知道了酸雨問(wèn)題的解決是需要化學(xué)發(fā)揮作用的,也就是環(huán)境問(wèn)題的解決還要依靠化學(xué),這樣看來(lái):把環(huán)境污染歸罪于化學(xué)是一種誤解,化學(xué)對(duì)于人類社會(huì)有功,化學(xué)將還會(huì)在包括環(huán)境保護(hù)在內(nèi)的各個(gè)方面發(fā)揮其巨大作用。下面請(qǐng)大家把在酸雨問(wèn)題解決中發(fā)揮作用的化學(xué)知識(shí)歸納一下。
生思考、交流、討論、展示:
①SO2無(wú)色、有刺激性氣味的氣體,有毒。
②SO2易溶于水,與水的反應(yīng)為:SO2+H2O=H2SO3水溶液呈酸性,SO2是酸性氧化物。
③SO2能漂白某些有色物質(zhì)(如能漂白品紅溶液,不能漂白pH試紙),漂白是因?yàn)樯晌餆o(wú)色,加熱后恢復(fù)原色則說(shuō)明生成物不穩(wěn)定;這與HClO、H2O2以及活性炭的漂白原理有本質(zhì)的不同。
④SO2能與 O2反應(yīng):2SO2+O2=2SO3, 體現(xiàn)了 SO2的還原性。
⑤H2SO3能與O2、H2O2反應(yīng),體現(xiàn)了H2SO3的還原性,其中與O2的反應(yīng)為2H2SO3+O2=2H2SO4。
設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生在回味有功于人類的化學(xué)的同時(shí),對(duì)化學(xué)知識(shí)進(jìn)行梳理,有美好感情支配下的知識(shí)梳理,應(yīng)該高效。