馬 青 劉琳琳 楊天林 韓曉霞

（寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 寧夏 銀川 750021）

化學(xué)史料輔助“富集在海水中元素氯”的教學(xué)設(shè)計(jì)及實(shí)施

馬 青 劉琳琳 楊天林 韓曉霞

（寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 寧夏 銀川 750021）

利用化學(xué)史進(jìn)行“富集在海水中元素氯”的教學(xué)設(shè)計(jì)，在實(shí)施教學(xué)活動過程中將學(xué)生置身于氯氣研究的歷史進(jìn)程中，對教材內(nèi)容進(jìn)行調(diào)整，設(shè)計(jì)氯氣性質(zhì)和漂白原理等內(nèi)容學(xué)習(xí)的探究方案，采用集中教育的化學(xué)史教育形式把氯氣的知識內(nèi)容按歷史發(fā)展進(jìn)行重新組合的教學(xué)設(shè)計(jì)。

氯氣；化學(xué)史；教學(xué)設(shè)計(jì)

一、教學(xué)分析

“富集在海水中的元素氯”位于人教版高中化學(xué)必修一第四章第二節(jié)。該節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)氧化還原反應(yīng)和金屬的化學(xué)性質(zhì)后，以氯氣的性質(zhì)、用途等內(nèi)容為線索進(jìn)行全面地學(xué)習(xí)和探究。不僅讓學(xué)生了解典型非金屬元素及其化合物的性質(zhì)，而且對學(xué)生全面了解化學(xué)元素的性質(zhì)、認(rèn)識其化學(xué)反應(yīng)的本質(zhì)、掌握正確的學(xué)習(xí)、思考方法等具有重要的作用［1］［2］。食鹽、84消毒液等含氯化合物與實(shí)際生活貼切，易使學(xué)生產(chǎn)生強(qiáng)烈的求知欲；幫助學(xué)生深刻理解實(shí)踐是檢驗(yàn)理論知識的唯一標(biāo)準(zhǔn)，如Cl2與H2O的反應(yīng)是Cl2用于自來水消毒的原理所在等，這也是一項(xiàng)重要的基本技能［3］。

引導(dǎo)學(xué)生提高化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)是基礎(chǔ)教育的重要任務(wù)之一，也是化學(xué)新課程改革的基本理念之一［4］。近年來的研究表明，利用科學(xué)史進(jìn)行化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)教學(xué)是一種可行的方法。結(jié)合人類探索物質(zhì)及其變化的歷史與化學(xué)科學(xué)發(fā)展的趨勢，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)一步學(xué)習(xí)化學(xué)的基本原理和方法，能夠幫助學(xué)生形成化學(xué)學(xué)科的核心觀念。因此，利用化學(xué)史料設(shè)計(jì)氯氣的教學(xué)，將學(xué)生置身于歷史進(jìn)程研究的情景中，引導(dǎo)學(xué)生重溫科學(xué)探究之旅，體驗(yàn)科學(xué)家探索的艱辛與喜悅，以此實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（1）知識與技能：了解Cl2的物理性質(zhì)、漂白粉（液）制備原理；掌握Cl2的化學(xué)性質(zhì)，重點(diǎn)是Cl2與水的反應(yīng)、氯水的漂白原理。

（2）過程與方法：結(jié)合化學(xué)史初步學(xué)習(xí)化學(xué)的思維和方法；通過重溫科學(xué)家發(fā)現(xiàn)氯氣以及探究氯氣性質(zhì)的過程，激發(fā)學(xué)生對科學(xué)探究的信心與興趣。

（3）情感態(tài)度與價(jià)值觀：認(rèn)識化學(xué)發(fā)展的軌跡，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的親切感；體會科學(xué)探索的艱辛和喜悅，了解科學(xué)發(fā)展是不斷進(jìn)步與完善相結(jié)合的過程。

三、教學(xué)重難點(diǎn)

（1）重點(diǎn)：Cl2與水的反應(yīng)、氯水的漂白原理。

（2）難點(diǎn)：以化學(xué)史料為主線的教學(xué)讓學(xué)生知道化學(xué)知識的本質(zhì)來源，對科學(xué)家探究過程中所用科學(xué)的思維、方法、精神的學(xué)習(xí)及運(yùn)用。

四、教學(xué)思路［5］

分析本節(jié)教材內(nèi)容的編排順序。以1774年舍勒偶然發(fā)現(xiàn)“有毒的黃綠色氣體”到1810年戴維最終將其命名為“氯氣”的發(fā)展軌跡為線索、知識線和探究線［6］相結(jié)合的思路設(shè)計(jì)教學(xué)（圖1）。

圖1 三維坐標(biāo)描述氯氣發(fā)展歷史及相應(yīng)制備和性質(zhì)

五、教學(xué)過程

［引入］

（設(shè)計(jì)意圖：創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境，集中學(xué)生的注意力。引入史料使學(xué)生明白舍勒的發(fā)現(xiàn)并不完全是偶然的，是在一定的知識背景下產(chǎn)生的，偶然中存在著必然性，培養(yǎng)學(xué)生辯證思維［7］分析問題、解決問題的能力。）

［提問1］舍勒用什么科學(xué)方法研究氯氣？

［學(xué)生］觀察法、實(shí)驗(yàn)探究法、類比推理法。

［提問2］根據(jù)史料，結(jié)合課本，總結(jié)一下Cl2有哪些物理性質(zhì)？

［展示］裝氯氣的點(diǎn)滴瓶（點(diǎn)滴瓶的瓶塞是橡膠的便于Cl2的取用，防止揮發(fā)影響課堂教學(xué)），引導(dǎo)學(xué)生從氣、色、味、態(tài)等方面進(jìn)行歸納總結(jié)。

［小結(jié)］密度大于空氣、能溶于水的黃綠色有刺激性氣味的有毒氣體。

［過渡］請同學(xué)們動手畫一下氯原子結(jié)構(gòu)示意圖。

［小結(jié)］師生共同碰撞出：氯原子最外層有七個(gè)電子，為達(dá)8電子穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，易從外界得一個(gè)電子，形成Cl-，化合價(jià)降低，Cl2做氧化劑，具有氧化性，現(xiàn)在老師就帶領(lǐng)大家一起來驗(yàn)證我們的分析。

［情境創(chuàng)設(shè)］接下來是魔術(shù)表演時(shí)間，這是一塊被墨汁染了色的布條，然后將神秘水滴到布條上，將布條拿起來甩甩，繞課堂走一圈，同學(xué)們觀察到了什么？（神秘水的配制方法：將氯氣溶于水）。

［學(xué)生］布條上的墨汁褪色。

［提問］神秘水中的什么成分使布條上的墨汁褪色?

［學(xué)生］可能是Cl2、HCl、HClO。

［教師］同學(xué)們認(rèn)為有可能是HCl、HClO使墨汁褪色，那么它們是怎么來的呢？

［投影］

圖3 貝托雷發(fā)現(xiàn)氯水的漂白作用

［提問1］貝托雷用什么科學(xué)方法研究氯氣？

［學(xué)生］實(shí)驗(yàn)探究法，觀察法。

［提問2］通過史料的學(xué)習(xí)，可知氯氣的水溶液具有漂白性。那么起漂白作用的物質(zhì)果真如貝托雷認(rèn)為的那樣嗎？為解決這個(gè)問題，同學(xué)們跟老師一起去貝托雷先生的探究世界看一看。

［投影］實(shí)驗(yàn)用品：長條紅紙、注射器（大）、裝Cl2點(diǎn)滴瓶、蒸餾水

弓閑置不用時(shí)會松弛，弓的強(qiáng)度減弱，弓輔就是用來固定弓的形狀使弓不變形，保持弓的彎度強(qiáng)度，所以可引申出安定的意義。

［學(xué)生活動］根據(jù)老師所給的實(shí)驗(yàn)用品小組討論、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

經(jīng)學(xué)生相互討論、教師指導(dǎo)提出兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案。將學(xué)生分成兩大組（大組再分成若干小組）分別進(jìn)行方案1和方案2（見表1）。

表1 兩個(gè)實(shí)驗(yàn)方案及現(xiàn)象

（設(shè)計(jì)意圖：設(shè)計(jì)采用微型實(shí)驗(yàn)，符合綠色化理念，將污染降到最低；分組實(shí)驗(yàn)的方式既避免了教師演示方式的單一局限性和尷尬局面又體現(xiàn)了學(xué)生的主體性，更重要是培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力，強(qiáng)化合作意識。）

［交流討論］氯水具有漂白作用。

［提問］氯水是混合物，究竟是氯水中的什么成分具有漂白性？

［分組實(shí)驗(yàn)［8］］

［引入新知識］有Cl-和H+存在，但是兩個(gè)物質(zhì)都沒有漂白作用?，F(xiàn)在老師給大家寫出氯氣與水的反應(yīng)方程式Cl2+H2O======HCl+HClO。

表2 探究氯水中具有漂白性的物質(zhì)

（設(shè)計(jì)意圖：造成學(xué)生思維沖突，幫助新知識的引入與同化。）

［教師］所以能使布條褪色的只剩下次氯酸了。我們可以認(rèn)定，就是氯水中的次氯酸具有漂白功能。

［解釋］次氯酸之所以能殺毒、漂白，是因?yàn)樗膹?qiáng)氧化性，能將有機(jī)色素直接氧化、顏色褪掉，且加熱也不會恢復(fù)。

［教師］貝托雷將這種水溶液置于太陽光下，發(fā)現(xiàn)漂白性消失，說明次氯酸和碳酸具有相似“性質(zhì)”，弱酸性、不穩(wěn)定易分解。

［教師］2HClO====光照2HCl+O2↑（強(qiáng)調(diào)反應(yīng)條件）

［設(shè)疑］根據(jù)以上學(xué)習(xí)和探究，同學(xué)們能否辨別出新制氯水和久置氯水的區(qū)別？

［學(xué)生］獨(dú)立思考、交流討論、教師引導(dǎo)。

［小結(jié)］新制氯水：三分子、四離子（H2O、HClO、Cl2；H+、Cl-、ClO-、OH-）

久置氯水：一分子、三離子（便于記憶）（H2O；H+、Cl-、OH-）

［過渡］次氯酸不穩(wěn)定易分解，那生活中我們是如何用它來消毒、殺菌？

［投影］化學(xué)史料3：1789年，英國化學(xué)家臺奈特將Cl2通入石灰乳Ca（OH）2制得漂白粉。

（設(shè)計(jì)意圖：通過化學(xué)史料3使學(xué)生了解漂白粉的原理和歷史由來，幫助學(xué)生建構(gòu)“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的學(xué)科觀念。）

［提問］臺奈特研究漂白粉用什么科學(xué)方法？

［學(xué)生］實(shí)驗(yàn)探究法、觀察法。

［教師］同學(xué)們根據(jù)Cl2與H2O的反應(yīng)寫出Cl2與Ca（OH）2的反應(yīng)方程式。

［學(xué)生］2Cl2+2Ca(OH)2======CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O

［教師］反應(yīng)后的次氯酸鈣是漂白粉的有效成分，這也是工廠批量制取漂白粉的原理所在。同“理”可得：常溫下，將Cl2通入NaOH溶液中可制得有效成分為NaClO的漂白液。

舉例：實(shí)驗(yàn)安全——生活用品：潔廁靈+84消毒液、氯氣工廠泄漏

［投影］化學(xué)史料4：偉大化學(xué)家蓋·呂薩克和泰納把等量的Cl2和H2混合，靜置數(shù)日，或稍微加熱，或放置陽光下，都能化合成鹽酸氣（HCl）。

［啟發(fā)］偉大的化學(xué)家用此方法可制取HCl，我們能否用相同的方法制得HCl？

［Flash動畫］展示Cl2與H2的微觀反應(yīng)歷程。

（設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生能從宏觀辨識和微觀探析相結(jié)合的視角，分析與解決實(shí)際問題的能力。）

［投影］播放：H2在 Cl2中點(diǎn)燃、H2在 O2中點(diǎn)燃［9］［10］的視頻。

［教師］同學(xué)們認(rèn)真觀察現(xiàn)象，回憶“燃燒”的定義，填寫表3。

（設(shè)計(jì)意圖：基于實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的事實(shí)，使學(xué)生對原有知識“燃燒”的概念產(chǎn)生顛覆，形成認(rèn)知沖突，產(chǎn)生強(qiáng)烈的好奇心。）

［學(xué)生］填寫表3。

表3 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及方程式

［教師］1號實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象中的大量白霧就是HCl氣體，極易溶于水，形成鹽酸。

［解疑］通過實(shí)驗(yàn)對比，可以發(fā)現(xiàn)燃燒在沒有氧氣（或空氣）的條件下也能發(fā)生。因此，對“燃燒”要有個(gè)新的認(rèn)識，燃燒的本質(zhì)是發(fā)生氧化還原反應(yīng)。

［總結(jié)］這節(jié)課通過氯氣發(fā)展歷程一步一步引出的方式，學(xué)習(xí)了氯氣的性質(zhì)，并且重點(diǎn)學(xué)習(xí)了氯氣與水的反應(yīng)及氯水的漂白原理；其次學(xué)習(xí)了科學(xué)家采用科學(xué)的方法進(jìn)行科學(xué)探究，科學(xué)探究是獲取知識和認(rèn)識世界的一種有效方法。因此，在學(xué)習(xí)過程中要把科學(xué)史和科學(xué)探究相結(jié)合作為基本的學(xué)習(xí)方法。

［知識拓展］請同學(xué)們課后用你們的iphone、ipad等智能可移動設(shè)備，觀看工廠制漂白粉（液）視頻，了解不同歷史時(shí)期漂白粉（液）工業(yè)是怎樣發(fā)展的？（教師發(fā)視頻文件和本節(jié)知識點(diǎn)的思維導(dǎo)圖到班級qq群。有疑問，下節(jié)課我們來討論。）

六、教學(xué)反思

氯氣教學(xué)流程中既有并列關(guān)系，又有遞進(jìn)關(guān)系，像一張知識網(wǎng)一樣，交織錯(cuò)落，將師生覆蓋其中，乍看縱橫交錯(cuò)，像一盤散沙似的教學(xué)流程，其實(shí)是有一條隱形的線索貫穿始終，這就是清晰的教學(xué)思路［11］?；瘜W(xué)史教學(xué)［12］是打開化學(xué)教育大門的另一把秘鑰。以氯氣的發(fā)展歷程為線索，探究線和知識線相結(jié)合的三線式設(shè)計(jì)教學(xué)，學(xué)生急于知道舍勒發(fā)現(xiàn)了什么氣體，這種氣體具有什么性質(zhì)，又是怎樣發(fā)展應(yīng)用等一系列問題，從而迫不及待地順著線索，主動探究，獲取知識，逐步尋求問題解答，除了化學(xué)史料分析，還引入了探究活動、問題驅(qū)動、科學(xué)方法提問等環(huán)節(jié)多維輔助教學(xué)。

該教學(xué)涉及了比較多的化學(xué)史料，如果用“傳授式”的教學(xué)方式，無疑使得課堂教學(xué)乏味無聊，因此在基于化學(xué)史的教學(xué)中教師需要有“說書人”的技能，活用化學(xué)史，但也不能過度演繹歷史，扭曲科學(xué)應(yīng)有的過程與真實(shí)；基于化學(xué)史料的教學(xué)不只是引導(dǎo)學(xué)生對知識的理解和掌握，更重要的是逐步培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究思維和求真務(wù)實(shí)的科研態(tài)度，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)；在以化學(xué)史料輔助教學(xué)時(shí)，我們要強(qiáng)調(diào)以批判創(chuàng)新精神為中心，讓學(xué)生看到時(shí)代科學(xué)與技術(shù)的局限性，培養(yǎng)學(xué)生通過最新科學(xué)觀念及技術(shù)討論、驗(yàn)證經(jīng)典概念，利用實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和結(jié)果批判前人錯(cuò)誤的觀點(diǎn)［13］，不斷將錯(cuò)誤觀點(diǎn)、局限觀點(diǎn)與當(dāng)前最新科學(xué)觀點(diǎn)對比，引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識庫恩［14］“前科學(xué)—常規(guī)科學(xué)—反?！C(jī)—革命—新的常規(guī)科學(xué)”發(fā)展結(jié)構(gòu)。在教學(xué)中，由于教學(xué)內(nèi)容、教學(xué)時(shí)限等因素的限制，教師往往會忽略這一重要內(nèi)容。

［1］ 宋心琦.普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書：化學(xué) 1（必修）［M］.北京：人民教育出版社,2015

［2］ 王磊.學(xué)科能力構(gòu)成及其表現(xiàn)研究——基于學(xué)習(xí)理解、應(yīng)用實(shí)踐與遷移創(chuàng)新導(dǎo)向的多維整合模型［J］.教育研究，2016（9）：83-92

［3］ 王宇.元素化合物知識教學(xué)中教師課堂教學(xué)行為組合特征研究［D］.長春：東北師范大學(xué)，2009

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［11］周倩，熊言林.“初識原電池”教學(xué)設(shè)計(jì)［J］.化學(xué)教學(xué)，2011，11：26-28

［12］陳耀亭，梁慧姝.論化學(xué)史教育［J］.化學(xué)教育，1982（6）：27-30

［13］劉琳琳，楊天林.HPS教學(xué)模式在化學(xué)課堂導(dǎo)入教學(xué)中的應(yīng)用［J］.教學(xué)與管理，2016（28）：67-69

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1008-0546（2017）10-0062-04

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.021

*本文系能力為本的全日制化學(xué)教育碩士培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新（項(xiàng)目編號：YXW201603）研究成果之一。