李愛琴 張曉梅 陳輝
摘要:對(duì)“氯及其化合物”進(jìn)行單元整體教學(xué)設(shè)計(jì),依據(jù)教材、課標(biāo)和學(xué)情分析,將核心素養(yǎng)的期望具體化為單元的具體教學(xué)目標(biāo),將目標(biāo)融入到含氯消毒液一境到底的真實(shí)情境中,在真實(shí)情境中生成系列探究問題,驅(qū)動(dòng)教學(xué)活動(dòng)實(shí)施,學(xué)生在活動(dòng)中不斷進(jìn)行證據(jù)推理,建構(gòu)“氯及其化合物”的研究模型,促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。
關(guān)鍵詞:?jiǎn)卧w教學(xué);含氯消毒液;化學(xué)核心素養(yǎng)
文章編號(hào):1008-0546(2022)03x-0025-04??? 中圖分類號(hào):G632.41??? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:B
doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.006
一、設(shè)計(jì)的背景
“氯及其化合物”選自2019年人教版化學(xué)必修第一冊(cè)[1],是所有高一學(xué)生都要學(xué)習(xí)的重要內(nèi)容,氯作為典型的非金屬元素,在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應(yīng)用。本單元的學(xué)習(xí)方法為硫、氮等其他非金屬及其化合物的學(xué)習(xí)埋下伏筆,且元素化合物知識(shí)是化學(xué)基本概念和化學(xué)原理的生長(zhǎng)點(diǎn)?!镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017 年版)》要求著力發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng),化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)體現(xiàn)了化學(xué)課程在幫助學(xué)生形成未來發(fā)展需要的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力中所發(fā)揮的重要作用,化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”5個(gè)方面[2]。課標(biāo)對(duì)“氯及其化合物”的內(nèi)容要求是結(jié)合真實(shí)情境中的應(yīng)用實(shí)例或通過實(shí)驗(yàn)探究,了解氯及其重要化合物的主要性質(zhì),認(rèn)識(shí)這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應(yīng)用和對(duì)生態(tài)環(huán)境的影響。課標(biāo)對(duì)“氯及其化合物”的學(xué)業(yè)要求如下:能從物質(zhì)類別、元素價(jià)態(tài)的角度,依據(jù)復(fù)分解反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)原理,預(yù)測(cè)物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)和變化,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行初步驗(yàn)證,并能分析、解釋有關(guān)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。能根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析實(shí)驗(yàn)室、生產(chǎn)、生活及環(huán)境中的某些常見問題,說明妥善保存、合理使用化學(xué)品的常見方法。能說明常見元素及其化合物的應(yīng)用對(duì)社會(huì)發(fā)展的價(jià)值、對(duì)環(huán)境的影響。能有意識(shí)運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)或?qū)で笙嚓P(guān)證據(jù)參與社會(huì)性議題的討論。一境到底式情境教學(xué)[3],是指以一個(gè)真實(shí)的化學(xué)情境為背景統(tǒng)領(lǐng)一節(jié)課的教學(xué),所有的問題探討都圍繞該主題進(jìn)行,最終獲得化學(xué)核心知識(shí)、形成一定的學(xué)科結(jié)論,發(fā)展學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng),使立德樹人的目標(biāo)切實(shí)落地。
在初中,學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了酸的通性,Cl-的檢測(cè),了解了基本實(shí)驗(yàn)操作。通過必修一前面的學(xué)習(xí),學(xué)生已經(jīng)知道了物質(zhì)類別觀,離子反應(yīng)、氧化還原反應(yīng)的理論基礎(chǔ)。但若不對(duì)元素化合物的知識(shí)進(jìn)行模型化的建構(gòu),這些知識(shí)是碎片化的,容易遺忘和混淆。
化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是隨風(fēng)潛入夜,潤(rùn)物細(xì)無聲的一種過程,不是一節(jié)課兩節(jié)課就能培養(yǎng)形成的,經(jīng)仔細(xì)研讀課程標(biāo)準(zhǔn),深度挖掘教材后,將核心素養(yǎng)的期望具體化為如圖1所示的單元教學(xué)目標(biāo)和評(píng)價(jià)目標(biāo)。教學(xué)重點(diǎn)是氯及其化合物的研究思路和方法的建構(gòu),難點(diǎn)是氯水成分的探究。
二、案例描述與設(shè)計(jì)意圖
1.引入:需要消毒液
19年歲末年初,新冠肺炎爆發(fā),消毒液成為家庭的必備物資,線上線下一度出現(xiàn)供不應(yīng)求,一瓶難求的場(chǎng)景?;瘜W(xué)工業(yè)為疫情防控提供了強(qiáng)有力的物質(zhì)支撐,氯的許多化合物是高效、廣譜的滅菌消毒劑,例如84消毒液。若知道了氯及其化合物的性質(zhì),你也可以自行制備84消毒液,你想自己制備84消毒液?jiǎn)幔拷裉煳覀兙蛠硪黄饘W(xué)習(xí)“氯及其化合物”。
設(shè)計(jì)意圖:創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境,引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注生活中的化學(xué),拉近化學(xué)與生活的距離,體會(huì)化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值。
2.任務(wù)一:消毒液原料Cl2的認(rèn)識(shí)
[教師]想要制備84消毒液首先要知道Cl2的基本性質(zhì),你見過Cl2嗎?知道Cl2長(zhǎng)什么樣?展示一瓶用無色透明礦泉水瓶裝滿的氯氣。
[學(xué)生]聞一聞,觀察總結(jié)Cl2的物理性質(zhì)。
設(shè)計(jì)意圖:展示真實(shí)物質(zhì),在學(xué)生頭腦中留下深刻圖式,學(xué)生無需機(jī)械記背。
[教師]你能推測(cè)Cl2具有哪些化學(xué)性質(zhì)嗎?你推測(cè)的依據(jù)是什么?播放金屬Fe、H2在Cl2中燃燒的實(shí)驗(yàn)視頻進(jìn)行驗(yàn)證。
[學(xué)生]思考并推測(cè);通過觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,對(duì)推測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證;利用虛擬實(shí)驗(yàn)軟件NB進(jìn)行Cl2與其他金屬、非金屬的實(shí)驗(yàn),最后總結(jié)Cl2與金屬、非金屬反應(yīng)的規(guī)律。
設(shè)計(jì)意圖:診斷學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)的水平,引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度推測(cè),然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
3.任務(wù)二:消毒原理探究
[教師]Cl2能否溶于水呢?在水中的溶解度大嗎?
[學(xué)生]猜測(cè)回答(不溶于水∥溶于水,溶解度不大∥極易溶于水)。
[教師]往塑料瓶中注入適量水,振蕩。
[學(xué)生]觀察現(xiàn)象,(瓶變癟了,水有點(diǎn)黃綠色,瓶上方的氣體黃綠色變淺)。
[教師]上述現(xiàn)象說明了什么結(jié)論呢?
[學(xué)生]瓶變癟說明Cl2溶于水,瓶上方還有黃綠色氣體,說明Cl2在水中的溶解度不太大。
[教師]展示Cl2在水中的溶解度數(shù)據(jù),Cl2溶于水得到氯水,Cl2溶于水是物理變化還是化學(xué)變化呢?請(qǐng)?jiān)趫D2當(dāng)中用圖示的形式表示出Cl2溶于水這個(gè)變化過程的微粒變化。
[學(xué)生]按要求畫出微觀粒子的示意圖,小組分享交流。
[教師]引導(dǎo)學(xué)生分析:溶液具有什么特點(diǎn)?(均一、穩(wěn)定且不帶電),檢查自己組畫的示意圖是否呈現(xiàn)出溶液的特點(diǎn)?并修正結(jié)果。
[學(xué)生]各小組修正示意圖。
[教師]引導(dǎo)學(xué)生從粒子種類的角度分析:①Cl2溶于水是物理變化,所以溶液當(dāng)中有Cl2和H2O,②Cl2溶于水是化學(xué)變化,溶液當(dāng)中有Cl2、H2O、H+、Cl-,還有個(gè)別組認(rèn)為還有HClO,怎樣確定是物理變化還是化學(xué)變化呢?怎樣確定其中的微粒呢?
[學(xué)生]化學(xué)變化有新的物質(zhì)生成,溶液呈淺黃綠色,所以有Cl2和H2O。
[教師]怎樣確定新物質(zhì)呢?請(qǐng)根據(jù)所提供的試劑設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,記錄在表1中。
試劑有:pH試紙,紫色石蕊試液,NaHCO3溶液,Mg條,HNO3溶液,AgNO3溶液。
[學(xué)生]設(shè)計(jì)方案分享交流,各小組根據(jù)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn),分享實(shí)驗(yàn)結(jié)果。
[教師]根據(jù)大家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果,能確認(rèn)Cl2溶于水發(fā)生了化學(xué)反應(yīng),氯水當(dāng)中存在Cl2、H2O、H+、Cl-,怎樣解釋紫色石蕊試液遇到氯水先變紅后褪色呢?
[學(xué)生]變紅是因?yàn)槁人?dāng)中的H+,褪色可能是因?yàn)槠住?/p>
[教師]具有漂白性的的物質(zhì)是什么呢?
[學(xué)生]HCl應(yīng)該沒有漂白性,所以漂白性可能是Cl2。
[教師]往HCl中滴加幾滴紫色石蕊試液。
[學(xué)生]溶液沒有褪色,HCl沒有漂白性。
[教師]怎樣驗(yàn)證Cl2是否有漂白性呢?實(shí)驗(yàn)應(yīng)該注意哪些問題?
[學(xué)生]Cl2有毒,應(yīng)注意實(shí)驗(yàn)裝置的氣密性,減少Cl2對(duì)環(huán)境的污染;Cl2與水能反應(yīng),需要注意通人干燥的Cl2,實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象要明顯……
[教師]事先在針筒中塞上有色紙片,用針筒吸入干燥的Cl2,學(xué)生觀察后,再吸入適量蒸餾水振蕩,觀察現(xiàn)象。
[學(xué)生]干燥的Cl2沒有漂白性,所以具有漂白性的物質(zhì)是Cl2與水反應(yīng)生成的新物質(zhì)。
[教師]Cl2與水反應(yīng)生成具有漂白性的物質(zhì)是什么?請(qǐng)從氧化還原的角度預(yù)測(cè)。
[學(xué)生]Cl2與水反應(yīng)生成了HCl,氯的化合價(jià)降低,必須有元素化合價(jià)升高,可能是氧元素化合價(jià)升高生成O2,也可能是氯元素化合價(jià)升高生成HClO,但是要將H2O氧化為O2,好像比較困難,所以Cl2與水反應(yīng)生成具有漂白性的物質(zhì)應(yīng)該是HClO。
[教師]科學(xué)實(shí)驗(yàn)證實(shí)這種漂白性的物質(zhì)確實(shí)是HClO,請(qǐng)大家閱讀教材,總結(jié)HClO的性質(zhì)。
[學(xué)生]HClO具有強(qiáng)氧化性,是一種弱酸,且不穩(wěn)定。
[教師]引導(dǎo)學(xué)生一起書寫Cl2與H2O反應(yīng)的化學(xué)方程式。
[學(xué)生]書寫化學(xué)反應(yīng)方程式。
[教師]引導(dǎo)學(xué)生從微粒數(shù)量的角度分析,并結(jié)合上述探究再回頭判斷自己畫的氯水當(dāng)中的微粒示意圖是否需要修正?氯水具有哪些性質(zhì),有怎樣的用途?
[學(xué)生]因?yàn)镠ClO是弱酸,部分解離出H+和ClO-,所以氯水當(dāng)中還具有ClO-。HClO具有強(qiáng)氧化性,所以氯水具有殺菌消毒,漂白的用途。
[教師]總結(jié)氯水當(dāng)中的微粒有Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、還有水電離出的極少量的OH-,播放Cl2與水反應(yīng)的微觀動(dòng)畫。
設(shè)計(jì)意圖:在氯水成分探究活動(dòng)中,首先讓學(xué)生進(jìn)行預(yù)測(cè),并將預(yù)測(cè)結(jié)果以示意圖的形式呈現(xiàn)出來,此活動(dòng)可以診斷并發(fā)展學(xué)生宏觀辨識(shí)與微觀探析的核心素養(yǎng),同時(shí)學(xué)生在畫示意圖的過程中,對(duì)于微粒的數(shù)量有一定思考,這為學(xué)生以后學(xué)習(xí)化學(xué)反應(yīng)原理,水溶液中的離子反應(yīng)與平衡做了初步鋪墊,培養(yǎng)了學(xué)生定性與定量的化學(xué)思維。然后學(xué)生親歷實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證、獲得結(jié)論的完整科學(xué)探究歷程,提升了學(xué)生的科學(xué)探究能力及證據(jù)推理意識(shí)。氯水漂白性的微型實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì),培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的核心素養(yǎng),環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。最后播放氯氣溶于水的微觀動(dòng)畫,學(xué)生能深刻理解微觀結(jié)構(gòu)揭示宏觀現(xiàn)象,宏觀現(xiàn)象是微觀粒子呈現(xiàn)的結(jié)果,培養(yǎng)了學(xué)生宏微結(jié)合看待問題的思維。
4.任務(wù)三:84消毒液的制備
[教師]氯水確實(shí)具有殺菌消毒的用途,但生活中為什么不用氯水消毒,而是用84消毒液呢,展示84消毒液的標(biāo)簽,84消毒液的有效成分是NaClO,從NaClO所屬類別角度考慮,可以怎樣制備呢?
[學(xué)生]因?yàn)槁人?dāng)中的HClO易分解所以不用氯水殺菌消毒。NaClO在類別上是一種鹽,可以通過酸堿中和反應(yīng)制得:HClO+NaOH=NaClO+NaC1+H2O。
[教師]試寫出Cl2與NaOH、Ca(OH)2反應(yīng)的化學(xué)方程式。
[學(xué)生]書寫化學(xué)方程式。
[教師]Cl2與NaOH反應(yīng)有NaClO生成,將Cl2通入到冷的NaOH溶液中這不就制備了我們常見的84消毒液?jiǎn)幔溥€可以作為漂白液使用。同原理將Cl2通人到石灰乳中就可以獲得以Ca(ClO)2為有效成分的漂白粉。
[學(xué)生]自己動(dòng)手制備家用84消毒液。
設(shè)計(jì)意圖:有了氯氣與水反應(yīng)的鋪墊,在此基礎(chǔ)上書寫Cl2與堿的反應(yīng)就非常輕松,發(fā)展了學(xué)生知識(shí)遷移能力;讓學(xué)生自制家用消毒液,增強(qiáng)學(xué)習(xí)熱情,體會(huì)化學(xué)的學(xué)科價(jià)值,也為下一環(huán)節(jié)做準(zhǔn)備。
5.任務(wù)四:給84消毒液制作標(biāo)簽
[教師]通過前面的探究我們知道了HClO具有殺菌消毒和漂白的用途,84消毒液是如何殺菌消毒的呢?(生活中的經(jīng)驗(yàn):浸泡后漂白效果更好,或者滴加幾滴醋酸漂白效果增強(qiáng)。)
[學(xué)生]思考回答(滴加幾滴醋酸或浸泡是將NaClO轉(zhuǎn)換為HClO),書寫化學(xué)反應(yīng)方程式。
[教師]請(qǐng)給自制的84消毒液制作產(chǎn)品標(biāo)簽,上面應(yīng)該標(biāo)注哪些內(nèi)容呢?
[學(xué)生]結(jié)合經(jīng)驗(yàn)回答(成分、使用注意事項(xiàng)、保存、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期……)
[教師]84消毒液使用時(shí)需要注意哪些事項(xiàng)?(NaClO的性質(zhì)?)你是如何推測(cè)的呢?產(chǎn)品如何保存呢?
[學(xué)生]從價(jià)態(tài)上考慮,NaClO的中心元素Cl為+1價(jià)具有氧化性,所以不能用具有還原性的金屬容器盛放,從類別上考慮,NaClO是一種鹽,能夠與酸發(fā)生復(fù)分解反應(yīng)。
[教師]展示市售84消毒液的標(biāo)簽供學(xué)生對(duì)比,并引導(dǎo)學(xué)生對(duì)標(biāo)簽上的注意事項(xiàng)用化學(xué)原理進(jìn)行解釋(例如不能與酸性產(chǎn)品如潔廁靈混用)。
設(shè)計(jì)意圖:發(fā)展學(xué)生解決實(shí)際問題的能力,引導(dǎo)學(xué)生調(diào)用認(rèn)識(shí)物質(zhì)性質(zhì)的思路,并強(qiáng)化學(xué)生對(duì)化學(xué)品的正確、安全使用意識(shí)。
6.任務(wù)五:消毒液原料Cl2的來源
[教師]你們自制的家用消毒液所用的Cl2是老師事先準(zhǔn)備的,若需要自己制備,該如何操作呢?說出Cl2的制備原理。
[學(xué)生]閱讀教材“舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣”的科學(xué)史,提取信息。
[教師]知道了制備原理,該如何操作呢?引導(dǎo)學(xué)生回憶初中學(xué)過的制備氣體的方法,再逐層引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行氣體發(fā)生裝置、除雜裝置、干燥裝置、尾氣處理裝置的選擇,最后總結(jié)氣體制備的一般流程。
[學(xué)生]思考討論交流
設(shè)計(jì)意圖:結(jié)構(gòu)決定性質(zhì),性質(zhì)決定物質(zhì)的用途、制備,形成元素化合物學(xué)習(xí)的完整思路。Cl2的制備實(shí)驗(yàn),幫助學(xué)生建構(gòu)實(shí)驗(yàn)室制備氣體的一般思路,為以后學(xué)習(xí)更多物質(zhì)的制備方法奠定基礎(chǔ),同時(shí)培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)的遷移能力,診斷并發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)水平,培養(yǎng)學(xué)生綠色化學(xué)的理念。
7.任務(wù)六:歸納總結(jié)
[教師]請(qǐng)梳理本單元“氯氣及其化合物”的性質(zhì),用圖示的形式呈現(xiàn)(圖3),并表示出主要物質(zhì)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系,寫出對(duì)應(yīng)的化學(xué)反應(yīng)方程式。
[學(xué)生]匯報(bào)交流。
設(shè)計(jì)意圖:將物質(zhì)的性質(zhì)從類別與價(jià)態(tài)角度進(jìn)行建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò),進(jìn)一步發(fā)展學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)的模型,促進(jìn)知識(shí)的結(jié)構(gòu)化,使化學(xué)核心素養(yǎng)得到發(fā)展。
三、教學(xué)反思
化學(xué)核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是隨風(fēng)潛入夜,潤(rùn)物細(xì)無聲的過程,需要仔細(xì)研讀課程標(biāo)準(zhǔn),深度挖掘教材,將核心素養(yǎng)的期望化為具體的教學(xué)目標(biāo),據(jù)此采取合乎核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學(xué)方式,在真實(shí)的教學(xué)情境中,生成系列探究問題,利用實(shí)驗(yàn)探索“氯及其化合物”的性質(zhì)。本教學(xué)設(shè)計(jì)創(chuàng)設(shè)真實(shí)教學(xué)情境,一境到底:需要生產(chǎn)消毒液→消毒液原料Cl2的認(rèn)識(shí)→消毒原理的探究→消毒液的制備→給消毒液制作標(biāo)簽→消毒液原料Cl2的來源。將氯及其化合物的知識(shí)高度融合其中,知識(shí)脈絡(luò)分明:Cl2的性質(zhì)→Cl2與水反應(yīng)→HClO的性質(zhì)→Cl2與NaOH反應(yīng)→NaClO的性質(zhì)→Cl2的實(shí)驗(yàn)室制法。此設(shè)計(jì)將核心素養(yǎng)的要求融入單元整體教學(xué)當(dāng)中,“教、學(xué)、評(píng)”一體化,系列探究活動(dòng)引導(dǎo)學(xué)生將被動(dòng)接受知識(shí)轉(zhuǎn)為自主探究獲取知識(shí),突破氯水成分的難點(diǎn);在活動(dòng)中學(xué)生宏微結(jié)合進(jìn)行邏輯分析,不斷進(jìn)行證據(jù)推理與模型建構(gòu),形成氯及其化合物的研究思路和方法。
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