江蘇 王海英

一、教學(xué)設(shè)計(jì)背景分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)》(以下簡(jiǎn)稱《課程標(biāo)準(zhǔn)》)指出，必修課程內(nèi)容依據(jù)主題組織，提高課程實(shí)施的整體性。倡導(dǎo)基于學(xué)科核心素養(yǎng)實(shí)施主題式教學(xué)。主題式教學(xué)是圍繞某主題，讓學(xué)生借助各種探究活動(dòng)以及與主題相關(guān)的各種資源，使學(xué)生的認(rèn)知發(fā)生遷移，提高學(xué)生解決問題的能力以及科學(xué)探究精神的有效教學(xué)方式。問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)法是“一種以學(xué)生為主體，以問題為核心規(guī)劃學(xué)習(xí)內(nèi)容，讓學(xué)生圍繞問題尋求解決方案的一種學(xué)習(xí)方法”。通過教學(xué)過程中生成的問題鏈，驅(qū)動(dòng)學(xué)生層層深入分析問題，解決問題，既復(fù)習(xí)鞏固了必備知識(shí)和基本技能，又鍛煉了學(xué)生科學(xué)探究與問題解決的能力，進(jìn)而內(nèi)化為學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

溶液的酸堿性是選擇性必修課程《模塊1 化學(xué)反應(yīng)原理》中“主題3 水溶液中的離子反應(yīng)與平衡”的重要知識(shí)，本節(jié)課通過復(fù)習(xí)溶液的酸堿性來解決“如何處理工業(yè)酸堿性廢水達(dá)標(biāo)排放”這一問題，圍繞解決這一主題性問題，采用“提出問題→設(shè)計(jì)方案→發(fā)現(xiàn)問題→解決問題→歸納思維”模型進(jìn)行教學(xué)活動(dòng)，通過這種方式不僅能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，鍛煉學(xué)生運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力，發(fā)展學(xué)生證據(jù)推理與模型認(rèn)知及科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)，還能培養(yǎng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)，使之感受到化學(xué)是一門實(shí)用的學(xué)科。

二、教學(xué)目標(biāo)設(shè)計(jì)

1.通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)廢水的酸堿性，使學(xué)生掌握檢測(cè)溶液酸堿性的簡(jiǎn)單方法，通過思考“使酸堿指示劑變色能否用來判斷溶液酸堿性”“pH=7的溶液是否一定顯中性”等問題，使學(xué)生辯證地掌握判斷溶液酸堿性的依據(jù)。

2.通過定量計(jì)算調(diào)節(jié)廢水pH使之達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)，使學(xué)生能夠進(jìn)行溶液pH的簡(jiǎn)單計(jì)算，并總結(jié)pH簡(jiǎn)單計(jì)算的思維模型。

3.通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)測(cè)定廢水中酸的準(zhǔn)確濃度，讓學(xué)生熟悉基本的滴定操作，通過定量分析和教師演示手持式技術(shù)進(jìn)行酸堿中和滴定，使學(xué)生能夠理解酸堿指示劑對(duì)中和滴定實(shí)驗(yàn)的意義并能正確進(jìn)行選擇。

4.通過設(shè)計(jì)如何處理工業(yè)酸堿性廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)這樣的真實(shí)情境和解決學(xué)以致用的問題，讓學(xué)生知道測(cè)定和控制溶液的酸堿性在日常生活和工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中的重要意義并提高他們解決實(shí)際問題的能力。

三、教學(xué)過程設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)1：設(shè)計(jì)真實(shí)問題情境導(dǎo)入新課

[情境引入]2021年4月13日，日本政府召開相關(guān)閣僚會(huì)議，正式?jīng)Q定將福島第一核電站核廢水排入大海。日本政府一旦把含有放射性物質(zhì)的核廢水排入大海，其中含有的大量有害物質(zhì)將在幾十天內(nèi)從洋流較強(qiáng)的福島海岸擴(kuò)散到太平洋大部分水域，不僅會(huì)破壞海洋生態(tài)環(huán)境，還會(huì)給沿岸地區(qū)人民的健康和生存造成嚴(yán)重的威脅。

[問題鏈]

(1)核廢水為何不能直接排放？

(2)工業(yè)廢水能否隨意排放？

(3)工業(yè)酸堿性廢水是最常見的廢水，如何處理才能排放呢？

[設(shè)計(jì)意圖]以真實(shí)的STSE問題導(dǎo)入新課，引發(fā)學(xué)生思考，增強(qiáng)學(xué)生環(huán)保意識(shí)，激發(fā)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決這一問題的欲望，并以此引入新課。

環(huán)節(jié)2：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)工業(yè)廢水的酸堿性

[探究任務(wù)]以實(shí)驗(yàn)室鹽酸與氫氧化鈉反應(yīng)后的廢液模擬工業(yè)廢水，請(qǐng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案檢驗(yàn)廢水A、廢水B的酸堿性。

[學(xué)生活動(dòng)]分組討論，總結(jié)匯報(bào)。

[分組實(shí)驗(yàn)]學(xué)生根據(jù)提供的試劑和用品：廢水A、廢水B、甲基橙、酚酞、pH試紙、pH計(jì)等，動(dòng)手操作驗(yàn)證方案的可行性。

[問題鏈]實(shí)驗(yàn)過程中生成五個(gè)問題：

(1)滴加幾滴酚酞未變紅的溶液一定顯酸性么？

(2)滴加幾滴甲基橙呈黃色的溶液一定顯堿性么？

(3)pH=7的溶液一定顯中性么？

(4)判斷溶液酸堿性的依據(jù)是什么呢？

(5)用實(shí)驗(yàn)方法檢驗(yàn)溶液酸堿性需要注意什么呢？

[設(shè)計(jì)意圖]通過學(xué)生設(shè)計(jì)并動(dòng)手操作檢驗(yàn)廢水的酸堿性，提高學(xué)生綜合運(yùn)用知識(shí)、技能解決問題的能力，實(shí)驗(yàn)過程中生成的問題鏈引發(fā)學(xué)生思考，從本質(zhì)上認(rèn)識(shí)溶液的酸堿性，從定性到定量判斷，從粗略到精確測(cè)定溶液的酸堿性，為酸堿中和滴定定量分析溶液埋下伏筆。

環(huán)節(jié)3：處理工業(yè)酸堿性廢水達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)

[查閱資料]我國對(duì)排放工業(yè)廢水pH的要求。

[問題鏈]

(1)廢水A、廢水B能否直接排放呢？

(2)若廢水A不能直接排放，如何達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)呢？

[探究任務(wù)]請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)處理廢水A達(dá)到排放標(biāo)準(zhǔn)。

[學(xué)生活動(dòng)]分組討論，總結(jié)匯報(bào)。

[分組實(shí)驗(yàn)]學(xué)生根據(jù)提供的試劑和用品：廢水A、碳酸鈣固體、碳酸鈉溶液、氫氧化鈉溶液、蒸餾水、pH試紙等，動(dòng)手操作驗(yàn)證方案的可行性。

(3)能否通過加水稀釋實(shí)現(xiàn)排放標(biāo)準(zhǔn)呢？

[計(jì)算]常溫下，1.0 L pH=2.0的污水(只含強(qiáng)酸)若直接用水稀釋至達(dá)排放標(biāo)準(zhǔn)，需要加入水的體積約為多少(忽略體積相加的誤差)？

(4)通過中和法實(shí)現(xiàn)排放標(biāo)準(zhǔn)需要注意什么呢？

[計(jì)算]常溫下，1.0 L pH=2.0的污水(只含強(qiáng)酸)若加入生石灰0.56 g進(jìn)行中和處理(忽略溶液體積變化)，該溶液符合排放標(biāo)準(zhǔn)嗎？若要符合排放標(biāo)準(zhǔn)，需要加生石灰多少克呢？

[學(xué)生活動(dòng)]通過計(jì)算，分析、思考形成結(jié)論并歸納總結(jié)計(jì)算思維模型如圖1所示。

圖1 pH計(jì)算思維模型

[計(jì)算]酸性污水中和處理經(jīng)常采用的兩種中和劑生石灰和碳酸鈉，上網(wǎng)查出兩種中和劑的價(jià)格，判斷分別用兩種中和劑將廢水pH從2.0調(diào)到6.0時(shí)，哪種性價(jià)比高呢？

[學(xué)生活動(dòng)]通過計(jì)算，分析思考形成結(jié)論并總結(jié)歸納中和劑選擇的思維模型如圖2所示。

圖2 中和劑選擇的思維模型

[查閱資料]工業(yè)酸堿性廢水處理的常用方法。

[設(shè)計(jì)意圖]通過學(xué)生設(shè)計(jì)并動(dòng)手操作處理廢水達(dá)標(biāo)的實(shí)驗(yàn)，初步感受工業(yè)上用中和法處理酸堿性廢水的方法，通過探討實(shí)驗(yàn)過程中生成的問題鏈和查閱資料，深入了解工業(yè)處理廢水的復(fù)雜性和進(jìn)行定量分析的必要性，培養(yǎng)學(xué)生靈活、綜合、有效地處理復(fù)雜問題的能力，總結(jié)pH計(jì)算和中和劑選擇的思維模型，有助于提升學(xué)生化學(xué)知識(shí)結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展化學(xué)核心素養(yǎng)。

環(huán)節(jié)4：準(zhǔn)確測(cè)定工業(yè)廢水中酸堿的濃度

[教師過渡]工業(yè)上選擇處理酸堿廢水的方法時(shí)往往要進(jìn)行定量分析確定投料比，如何定量分析溶液中酸或堿的濃度呢？

[探究任務(wù)]準(zhǔn)確測(cè)定廢水A中鹽酸的濃度。

[問題鏈]

(1)用什么方法測(cè)定呢？

(2)利用的原理是什么呢？

(3)中和滴定所需要的主要儀器有哪些？

(4)如何選擇酸堿指示劑呢？滴定終點(diǎn)的現(xiàn)象是什么呢？

(5)中和滴定怎么操作呢？

[分組實(shí)驗(yàn)]學(xué)生根據(jù)提供的試劑：廢水A、0.10 mol·L-1NaOH溶液、酚酞試劑等，測(cè)定廢水A中鹽酸的濃度。

[問題鏈]實(shí)驗(yàn)過程中生成四個(gè)問題：

(1)滴定終點(diǎn)時(shí)酸堿一定恰好中和嗎？

(2)酸堿指示劑的選擇對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果影響大嗎？

[計(jì)算]0.10 mol·L-1NaOH溶液滴定20 mL 0.10 mol·L-1鹽酸，若少滴加半滴(體積大約為0.02 mL)和多滴加半滴pH分別為多少呢？(已知：lg2≈0.3，lg5≈0.7)

[教師演示1]用0.10 mol·L-1NaOH溶液滴定20.00 mL 廢水A溶液，用手持技術(shù)pH計(jì)測(cè)量并繪制pH曲線圖，如圖3所示。

圖3 氫氧化鈉滴定鹽酸pH曲線

[教師演示2]用0.10 mol·L-1NaOH溶液滴定20.00 mL 醋酸溶液，用手持技術(shù)pH計(jì)測(cè)量并繪制pH曲線圖，如圖4所示。

圖4 氫氧化鈉滴定醋酸pH曲線

(3)弱酸或弱堿參與的中和滴定，指示劑該如何選擇呢？

[學(xué)生活動(dòng)]通過討論，分析思考、形成結(jié)論并歸納酸堿指示劑選擇的思維模型如圖5。

圖5 酸堿指示劑選擇的思維模型

(4)若滴定計(jì)算出的鹽酸濃度偏低，可能是哪些因素造成的呢？

[學(xué)生活動(dòng)]通過討論，分析思考形成結(jié)論并歸納中和滴定誤差分析的思維模型如圖6。

圖6 中和滴定誤差分析的思維模型

[設(shè)計(jì)意圖]通過學(xué)生設(shè)計(jì)并動(dòng)手測(cè)定廢水中酸的濃度，復(fù)習(xí)鞏固了酸堿中和滴定的基礎(chǔ)知識(shí)和基本技能，從推理計(jì)算和運(yùn)用手持式技術(shù)進(jìn)行探討指示劑對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差的影響，構(gòu)建理論計(jì)算與實(shí)踐測(cè)量相互證實(shí)的學(xué)科認(rèn)知模型，讓學(xué)生感知科技的進(jìn)步對(duì)學(xué)科研究的幫助，進(jìn)而激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣和熱情。

環(huán)節(jié)5：利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問題

[教師過渡]測(cè)定和控制溶液的酸堿性在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中具有重要的意義，下面舉幾個(gè)例子，請(qǐng)同學(xué)們思考。

[問題鏈]

(1)在工業(yè)生產(chǎn)中，溶液的pH是影響產(chǎn)品質(zhì)量和產(chǎn)量的關(guān)鍵因素，查閱Fe3+、Cu2+、Mg2+開始和完全沉淀的pH，思考如何除去氯化鎂溶液中含有的氯化鐵和氯化銅雜質(zhì)。

(2)在醫(yī)學(xué)中，治療胃酸過多可以使用碳酸氫鈉、氫氧化鋁等藥物，原理是什么呢？

(3)在生活中，蚊蟲叮咬皮膚時(shí)會(huì)釋放甲酸刺激皮膚，涂抹哪些物質(zhì)可以緩解痛癢，消退紅腫呢？

(4)在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和園林綠化中，不同農(nóng)作物和綠植花卉對(duì)土壤酸堿性的要求不同，有些花卉，比如繡球花的花色受土壤酸堿度影響：偏堿性的土壤中花色為紅色，偏酸性的土壤中花色為藍(lán)色，土壤酸堿性改變的過程中花色還會(huì)變?yōu)樽仙头凵?。如何根?jù)需求將繡球花進(jìn)行調(diào)色呢？

[學(xué)生活動(dòng)]通過討論，分析思考形成結(jié)論。

[設(shè)計(jì)意圖]通過幾道實(shí)例，不僅讓學(xué)生知道利用測(cè)定和控制溶液的酸堿性在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和日常生活中的重要性，也提高了他們運(yùn)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

環(huán)節(jié)6：歸納總結(jié)自我評(píng)價(jià)

[教師總結(jié)]通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們不僅復(fù)習(xí)了溶液酸堿性的基礎(chǔ)知識(shí)，還掌握了如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、pH的簡(jiǎn)單計(jì)算、酸堿指示劑如何選擇等技能，提升了我們科學(xué)探究和解決問題的能力。請(qǐng)同學(xué)們從以下七個(gè)方面：判斷溶液的酸堿性、檢測(cè)溶液酸堿性的簡(jiǎn)單方法、pH的簡(jiǎn)單計(jì)算、酸堿中和滴定操作、酸堿指示劑的選擇、利用中和法處理工業(yè)酸堿性廢水、利用調(diào)節(jié)pH解決某些實(shí)際問題，從熟練掌握、基本掌握、有困難三個(gè)角度對(duì)自己進(jìn)行評(píng)價(jià)。

[學(xué)生活動(dòng)]總結(jié)反思完成自我評(píng)價(jià)。

[設(shè)計(jì)意圖]引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行總結(jié)反思、自我評(píng)價(jià)，對(duì)學(xué)生存在的普遍問題進(jìn)行針對(duì)性備課，為更好地發(fā)展學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)提供依據(jù)。

四、教學(xué)反思

1.創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境展開教學(xué)。本節(jié)課從工業(yè)廢水直接排放污染環(huán)境這一真實(shí)情境出發(fā)，衍生出三個(gè)學(xué)科問題，將化學(xué)知識(shí)通過情境活動(dòng)與核心素養(yǎng)對(duì)接，幫助學(xué)生形成知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。

2.生成問題鏈驅(qū)動(dòng)教學(xué)。學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案并實(shí)施方案的過程中產(chǎn)生多個(gè)問題，形成問題鏈，在解決問題的過程中，提高學(xué)生應(yīng)用知識(shí)解決實(shí)際問題的能力。

3.歸納思維模型實(shí)現(xiàn)重難點(diǎn)突破。對(duì)解決問題的過程和方法進(jìn)行證據(jù)推理并歸納總結(jié)形成思維模型，幫助學(xué)生形成結(jié)構(gòu)化思維，實(shí)現(xiàn)重難點(diǎn)突破。