喬瑩慧，馬占玲

（渤海大學(xué) 化學(xué)與材料工程學(xué)院，遼寧 錦州 121000）

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（20217年版）和《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》（2022年版）都十分強調(diào)學(xué)生的批判思維訓(xùn)練和批判精神培養(yǎng)，而化學(xué)史內(nèi)容的學(xué)習(xí)是批判性思維的重要培養(yǎng)方式［1-2］。IHV是Interactive Historical Vignettes的縮寫，即互動歷史小故事，是由美國學(xué)者Linda和Wandersee等提出的［3］，如圖1所示。該教學(xué)模式重視化學(xué)史在課堂中的融入，且以學(xué)生感興趣的的小品演繹形式展現(xiàn)，將化學(xué)史融入到化學(xué)課程中［4］。

圖1 IHV教學(xué)模式設(shè)計流程

1 教材與內(nèi)容分析

“氯氣的性質(zhì)”是人教版（2017）高中必修第一冊第二章“海水中的重要元素——鈉和氯”第二節(jié)“氯及其化合物”的第一課時［5］。學(xué)習(xí)“氯氣的性質(zhì)”是學(xué)習(xí)非金屬及其化合物的開端，可以幫助學(xué)生建立起從個性到共性、從特殊到一般的歸納能力，可以培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力和證據(jù)推理能力，并幫助其樹立利用化學(xué)知識促進社會發(fā)展的價值觀念。

用氯氣相關(guān)化學(xué)史引入來展開對氯氣性質(zhì)的探究，便于引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)化學(xué)家的探究經(jīng)驗，認(rèn)識并學(xué)習(xí)他們身上的批判精神和科學(xué)探究精神［6］；從氧化還原角度分析氯氣的化學(xué)性質(zhì)，并用氧化還原的方法書寫相關(guān)化學(xué)反應(yīng)方程式，有利于學(xué)生應(yīng)用和鞏固原有的知識技能；對氯氣性質(zhì)的科學(xué)探究和實驗驗證，為之后研究鹵族元素和元素周期律提供知識和方法基礎(chǔ)。人教版新教材從氯氣發(fā)現(xiàn)史引入氯氣的性質(zhì)，并從原子結(jié)構(gòu)角度出發(fā)，深入介紹氯氣，幫助學(xué)生建立“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的化學(xué)思想。

2 學(xué)情分析

學(xué)生在初三化學(xué)的學(xué)習(xí)中已深入掌握了原子結(jié)構(gòu)示意圖的相關(guān)內(nèi)容，具備了問題分析能力和實驗探究能力，但對于科學(xué)探究的方法掌握不足，對具體問題的解決能力有待進一步提升。同時，學(xué)生在此之前學(xué)過的離子反應(yīng)和氧化還原反應(yīng)知識，可以幫助學(xué)生完成相關(guān)化學(xué)方程式書寫和對氯水成分的探究，以及完成從元素化合價的角度分析物質(zhì)變化。因此，滿足從原子結(jié)構(gòu)角度和氧化還原角度出發(fā)，通過實驗驗證和科學(xué)探究來學(xué)習(xí)氯氣性質(zhì)的條件。

3 教學(xué)目標(biāo)分析

1）通過對氯氣化學(xué)史的學(xué)習(xí)和情景演繹，并結(jié)合對相關(guān)原子結(jié)構(gòu)示意圖分析、相關(guān)實驗探究和證據(jù)推理，充分了解氯氣的物理性質(zhì)、強氧化性，以及其與氫氣、水等反應(yīng)的化學(xué)性質(zhì)。

2）通過分析實驗現(xiàn)象及相關(guān)化學(xué)史材料，培養(yǎng)分析、解決問題的能力及信息提取、理解能力；通過對氯氣與水反應(yīng)的實驗探究，掌握科學(xué)探究的思維和方法；通過對氯氣化學(xué)性質(zhì)的探究，培養(yǎng)科學(xué)探究和證據(jù)推理的科學(xué)素養(yǎng)。

3）在對化學(xué)史的解讀、分析和演繹中，深刻體會化學(xué)家科學(xué)探究精神，感受批判精神在科學(xué)發(fā)展中的重要作用，認(rèn)識化學(xué)對人類社會的巨大影響，從而樹立運用化學(xué)知識，促進社會發(fā)展的價值觀。

4 化學(xué)史故事編制

4.1 編制過程

首先，通過文獻檢索、書籍閱讀及電子媒體搜索，明確氯及其化合物的相關(guān)化學(xué)史材料，將材料按照時間線排列，并找出各素材之間的內(nèi)部聯(lián)系；其次，通過對課標(biāo)、教材、學(xué)情及相關(guān)實踐經(jīng)驗課等資源的分析，全面把握“氯及其化合物”的課題學(xué)習(xí)中學(xué)生所需要掌握的知識和具備的能力，并明確學(xué)生相關(guān)化學(xué)史的基礎(chǔ)，從而選出對應(yīng)史實材料；最后，根據(jù)史實材料內(nèi)部聯(lián)系和學(xué)科知識學(xué)習(xí)的情景需要，將史實材料深度加工為富有趣味的五個化學(xué)史故事片段。

4.2 實施辦法

課前一周，教師將人物介紹和故事片段介紹發(fā)放給學(xué)生，學(xué)生可以根據(jù)人物介紹和個人興趣自行選擇扮演角色，并根據(jù)故事片段相關(guān)介紹組織排練。排練過程中可根據(jù)查閱的資料和自身特點對故事片段進行改編；表演過程中，教師可根據(jù)課程進行的需要打斷表演，增設(shè)證據(jù)推理、實驗演示和實驗探究等活動，來豐富課堂內(nèi)容完善教學(xué)過程；課程接近尾聲時，教師和學(xué)生根據(jù)課堂表演做出討論和分析，對科學(xué)家在科學(xué)探究中所表現(xiàn)出的創(chuàng)新精神和批判性精神等做總結(jié)和感悟分享。

5 IHV融入的教學(xué)設(shè)計

5.1 準(zhǔn)備環(huán)節(jié)

課前一周，發(fā)放人物介紹。

1）舍 勒——（Carl Wilhelm Scheele，1742-1786），一位喜歡“品嘗”化學(xué)元素的天才化學(xué)家，曾任瑞典皇家科學(xué)院院士。他一生完成了近千個實驗，氧、氯、氟、氨、氯化氫、鎢酸、鉬酸和砷酸等都是他發(fā)現(xiàn)的。但他有個不好的習(xí)慣，喜歡親自“品嘗”一下發(fā)現(xiàn)的新物質(zhì)，曾因吸過有毒的氯氣，使身體受到嚴(yán)重傷害［7］。舍勒去世后，從他的死亡證明來看，應(yīng)是死于汞（水銀）中毒，他是一位為化學(xué)獻身的偉大科學(xué)家［8］。

2）貝托萊——（C.L.Berthollet，1748-1822），為質(zhì)量守恒定律和化學(xué)平衡原理的誕生做出過巨大貢獻的化學(xué)家［8］?；瘜W(xué)動力學(xué)和化學(xué)作用力是他畢生的重點研究方向。作為舍勒的好友，他們經(jīng)常在一起討論相關(guān)學(xué)術(shù)話題，因此他深化了舍勒的研究并將氯氣推廣到漂染工業(yè)中，也正是在推廣過程中讓他對真正起漂白作用的物質(zhì)有了突破性認(rèn)識［8］。

3）蓋·呂薩克——（J.L.Gay-Lussac，1778-1850），一位曾與德國化學(xué)家洪堡各國訪問、與英國著名化學(xué)家道爾頓長期進行深刻辯論的化學(xué)家［9］。他在對碘、硼和硫的一系列化學(xué)物質(zhì)的研究中都獲得了重大成果，著名的銀量法就出自他之手［9］。他與好友泰納曾與氯元素的發(fā)現(xiàn)近在咫尺，卻因思維受限與偉大發(fā)現(xiàn)失之交臂。

4）戴維——（H.Davy，1778-1829），一位自學(xué)成才的著名化學(xué)家。15歲他就自學(xué)物理和化學(xué)，從此踏上了為科學(xué)獻身的道路。他一生中成果豐厚，但最偉大的成就離不開它的寶劍——電解法，并用它發(fā)現(xiàn)了很多元素［10］。同樣也是電解法讓他解開了氯元素的面紗，同時氯元素也送給了他一份大禮——在英國皇家學(xué)會上批判性的糾正了拉瓦錫關(guān)于酸的不全面認(rèn)識［10］。

5）哈伯——（Fritz Haber，1868-1934），一位歷史上最具爭論的化學(xué)家，或稱為天使與惡魔并存的化學(xué)家。他既是用空氣制造面包的圣人，又是用化學(xué)武器給人類帶來痛苦、死亡和災(zāi)難的的惡魔［11］。他一生在電化學(xué)還原、電極過程的本質(zhì)、燃料本質(zhì)、鐵的腐蝕、固氮方法等很多方面都做出了巨大貢獻［11］。但是，他卻不顧妻子勸阻，做出了最不人道的行為，將幾代化學(xué)家歷經(jīng)磨難發(fā)現(xiàn)的氯氣用于第一次世界大戰(zhàn)，遭到各國人民一致譴責(zé)。

5.2 第一課時

環(huán)節(jié)一：故事展示，史實重現(xiàn)。

故事片段一講述人：舍勒。講解內(nèi)容：18世紀(jì)70年代，瑞典化學(xué)家貝格曼 （T.Bergman，1735-1784）每天沉迷于對軟錳礦的研究，但毫無進展，于是他找到了我。我出于對化學(xué)的熱愛，在他的推薦下對軟錳礦一研究就是三年。三年后一天，我突然發(fā)現(xiàn)把軟錳礦和濃鹽酸混合加熱，能反應(yīng)生成一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，搞得我肺部極其難受，而且這種氣體還可以將附近的葉子和花朵漂白。我猜測這種氣體有毒，于是將其收集起來，放入了一只蚱蜢，很快，蚱蜢就奄奄一息。但由于當(dāng)時的我虔信燃素學(xué)說，認(rèn)為這是由于“脫燃素的錳”從鹽酸中奪去了“燃素”而產(chǎn)生了這種氣體，因此我將這種氣體取名為“脫燃素的鹽酸”。

故事片段二講述人：哈伯。講解內(nèi)容：在舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣的一百多年后的1915年，正是第一次世界大戰(zhàn)期間，此時德軍沉浸在準(zhǔn)備武器的壓抑氣氛中。德軍將領(lǐng)找到我，希望我能用化學(xué)方法幫幫他們，我猶豫了一下還是答應(yīng)了。我考慮到氯氣毒性較強，且密度比空氣大，只要英法聯(lián)軍是處于下風(fēng)口，我們釋放這種氣體，就能不費一彈一槍獲得勝利。于是第二天，在伊普爾第一次大規(guī)模使用化學(xué)武器，一萬一千多名英法士兵中毒身亡。但是，第三天對加拿大軍隊同樣釋放氯氣時卻沒有效果，后來得知是加拿大化學(xué)家發(fā)現(xiàn)了我方的手段后，便讓士兵提前帶上了濕毛巾，并告訴士兵們，一旦發(fā)現(xiàn)有黃綠色氣體，就用濕毛巾捂口鼻，往高處走。

環(huán)節(jié)二：提出問題，開展討論

【教師】指出該黃綠色氣體就是氯氣，并提出以下問題：

1）通過故事和直觀感受氯氣，氯氣可能具有哪些物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)？2）實驗室聞氯氣應(yīng)該怎么聞？3）為什么一定要英法聯(lián)軍的士兵處于下風(fēng)口？4）加拿大士兵為什么要用濕毛巾捂口鼻，往高處走？

【學(xué)生】就以上問題進行討論，得到氯氣是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體、密度大于空氣的物理性質(zhì)和氯氣有毒且具有漂白性的化學(xué)性質(zhì)，并推測氯氣可溶于水或與水發(fā)生反應(yīng)。

環(huán)節(jié)三：復(fù)演歷史，制備氯氣

【教師】根據(jù)學(xué)生得到的氯氣相關(guān)性質(zhì)引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)制備氯氣的注意事項，并對除雜和尾氣處理等各個環(huán)節(jié)做出提示。

【學(xué)生】學(xué)生根據(jù)教師提示和史實描述，自行設(shè)計制備氯氣的實驗裝置，完成制備氯氣的實驗。

5.3 第二課時

環(huán)節(jié)一：結(jié)構(gòu)出發(fā)，明確性質(zhì)

【教師】引導(dǎo)學(xué)生畫出氯原子的結(jié)構(gòu)示意圖，并提問相關(guān)性質(zhì)。

【學(xué)生】從結(jié)構(gòu)示意圖中推斷出氯氣是一種很活潑的非金屬單質(zhì)，具有強氧化性。

【教師】演示氯氣和鈉、鐵、銅單質(zhì)點燃的實驗，提問相關(guān)性質(zhì)，引導(dǎo)學(xué)生完成相關(guān)化學(xué)方程式書寫。

【學(xué)生】討論并總結(jié)出氯氣與變價金屬反應(yīng)會生成金屬高價氯化物。

環(huán)節(jié)二：故事展示，拓展認(rèn)識

故事片段三講述人：蓋·呂薩克。講解內(nèi)容：1809年，偶然之間我和泰納也對這種氣體產(chǎn)生了興趣，由于采用各種方法都無法分解這種氣體，便嘗試將其與氫氣混合，結(jié)果發(fā)現(xiàn)無論是靜置數(shù)日，還是加熱或者露置日光下，都生成了氯化氫，但是卻沒有水產(chǎn)生。因此我們批判了之前的認(rèn)識。但是當(dāng)時我們堅信拉瓦錫的氧化理論中“一切酸中均含有氧”的觀點，沒有尊重實驗事實，而認(rèn)為這種氣體是某種“基”的氧化物。

【教師】演示氯氣在氫氣中燃燒實驗，指出該方法也廣泛應(yīng)用于現(xiàn)代的工業(yè)制鹽酸中；引導(dǎo)學(xué)生對燃燒的定義和條件給出新的解釋。

【學(xué)生】完成方程式，總結(jié)出燃燒是可燃物和助燃物（氧化劑）發(fā)生的劇烈的一種發(fā)光、發(fā)熱的氧化反應(yīng)，不一定要有氧氣參加。

環(huán)節(jié)三：史實出發(fā)，實驗驗證

故事片段四講述人：貝托萊。講解內(nèi)容：在了解舍勒對“脫燃素的鹽酸”的研究后，我將其用于紡織工業(yè)漂白。但是工人實踐中發(fā)現(xiàn)，僅是這種氣體還不能漂白布料，必須將它溶于水才有作用。于是我便做了實驗來驗證，我將這種氣體溶于水中，分別給他加熱和在陽光下觀察，發(fā)現(xiàn)都能生成氯化氫、放出氧氣。因此我又給了它一個新的名稱，鹽酸和氧之間“聯(lián)合松馳的化合物”。

【教師】提示氯氣溶于水則被稱為氯水，其漂白作用的新物質(zhì)是次氯酸（HClO）。并提出一下問題：

1）根據(jù)史實你能找到哪些與氯水成分探究的相關(guān)線索？2）對自己的猜測和實驗驗證你能做出哪些實驗驗證？請完成相關(guān)驗證證明氯水成分。3）請寫出氯氣與水反應(yīng)方程式。4）推測次氯酸性質(zhì)，完成次氯酸分解化學(xué)方程式。

【學(xué)生】小組討論，并設(shè)計實驗探究，解決問題。

5.4 第三課時

環(huán)節(jié)一：情景出發(fā)，內(nèi)容回顧

【教師】用疫情期間使用的84消毒水和校園湖中使用的漂白粉事件引入氯氣與堿的反應(yīng)，引導(dǎo)學(xué)生參考氯氣與水的反應(yīng)完成方程式。

【學(xué)生】對三節(jié)課來所學(xué)習(xí)的氯氣性質(zhì)和制法的學(xué)科知識點進行總結(jié)。

環(huán)節(jié)二：縱觀史實，情感升華

故事片段五講述人：戴維

講解內(nèi)容：眾所周知，我用電解法發(fā)現(xiàn)了很多元素，之后對這種被大家長期質(zhì)疑的氣體也進行了研究。起初我也認(rèn)為氯氣比鹽酸中含有更多的氧，但當(dāng)我用電解法使電流通過氯氣放電幾小時后，發(fā)現(xiàn)該氣體是無法分解的，因此證明它是一種單質(zhì)，并不含有氧氣。但這一研究的結(jié)果竟然出乎了包括我在內(nèi)的所有人的意料，也正是這一研究，讓化學(xué)界對酸的本質(zhì)有了一個更為準(zhǔn)確的認(rèn)識。

【師生】縱觀氯氣發(fā)現(xiàn)史，對化學(xué)史實材料中所體現(xiàn)的科學(xué)探究方法、問題思考角度做出總結(jié)和討論，對每一位科學(xué)家的科學(xué)探究精神、批判精神、為化學(xué)獻身精神做出分析和評價。

6 結(jié)語

在中學(xué)化學(xué)教學(xué)中，存在大量化學(xué)史相關(guān)內(nèi)容，如何開發(fā)和利用好這些資源，需要廣大教師和學(xué)者深入研究。在這個紛繁復(fù)雜的社會環(huán)境中，如何運用化學(xué)史來培養(yǎng)學(xué)生的批判性思維和精神，是需要我們繼續(xù)深入研究的話題。