周學(xué)興

(湖南省常德市第一中學(xué))

一、教材分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版2020年修訂)指出“發(fā)展‘科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)’是從實(shí)踐層面激勵(lì)學(xué)生勇于創(chuàng)新”,因此在化學(xué)教學(xué)中迫切需要“素養(yǎng)課堂”。而實(shí)驗(yàn)教學(xué)中需要重點(diǎn)關(guān)注學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、證據(jù)意識(shí)、探究與創(chuàng)新意識(shí)。

“氯堿工業(yè)”屬于普通高中教科書(shū)(人教2019年版)化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》(下面簡(jiǎn)稱“教材”)第四章第二節(jié)電解池的內(nèi)容,是第一個(gè)電解應(yīng)用實(shí)例,且提到了離子交換膜。該內(nèi)容旨在引導(dǎo)學(xué)生能夠應(yīng)用電解原理分析具體實(shí)例。創(chuàng)設(shè)真實(shí)工業(yè)生產(chǎn)情境,是素養(yǎng)課堂的基本特點(diǎn),也是學(xué)生深入學(xué)習(xí)的一種途徑。

化學(xué)課堂要注重學(xué)生在各個(gè)環(huán)節(jié)中素養(yǎng)能力的發(fā)展,筆者以氯堿工業(yè)為主題內(nèi)容,采用五線教學(xué)流程進(jìn)行科學(xué)探究教學(xué)。

二、五線教學(xué)流程

本堂課屬于新授課,授課對(duì)象是高二物理方向?qū)嶒?yàn)班的學(xué)生。該部分學(xué)生已經(jīng)掌握了原電池、電解池的工作原理等必備知識(shí),但學(xué)生的科學(xué)探究能力并不高,可利用五線教學(xué)流程進(jìn)行教學(xué)?！扒榫场R(shí)—表達(dá)—評(píng)價(jià)—素養(yǎng)”五線教學(xué)流程,主要是通過(guò)在情境中自然生成必備知識(shí),并由學(xué)生歸納表達(dá)出來(lái),通過(guò)自評(píng)、互評(píng)、作業(yè)等方式評(píng)價(jià)學(xué)生的表現(xiàn),在真實(shí)情境、深層知識(shí)、有效表達(dá)、科學(xué)評(píng)價(jià)中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

本教學(xué)片斷以再次建構(gòu)電解池工作原理,發(fā)展學(xué)生能夠設(shè)計(jì)存在隔膜的電解池的能力為教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)重點(diǎn)為利用電解池原理設(shè)計(jì)電解池,難點(diǎn)為離子交換膜在電解池中的作用。

為實(shí)現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),設(shè)計(jì)了如下五線教學(xué)流程。見(jiàn)圖1。

圖1 氯堿工業(yè)的五線教學(xué)流程

三、課堂實(shí)錄

環(huán)節(jié)一 創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境——電解無(wú)隔膜的氯化鈉溶液

【創(chuàng)設(shè)實(shí)驗(yàn)情境引入】學(xué)生實(shí)驗(yàn):電解氯化鈉溶液(無(wú)隔膜)。見(jiàn)圖2。記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并書(shū)寫(xiě)電極反應(yīng)式和總反應(yīng)的離子方程式。

圖2 電解氯化鈉溶液(無(wú)隔膜)

設(shè)計(jì)意圖:進(jìn)一步鞏固電解原理。通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)感受真實(shí)情境。激發(fā)學(xué)生思考無(wú)隔膜電解氯化鈉溶液能否得到較多的NaOH和Cl2。

【學(xué)生表達(dá)】

宏觀現(xiàn)象:陽(yáng)極附近最初氣泡較多,后逐漸變少;陰極產(chǎn)生氣泡。

電極反應(yīng)式:

表達(dá)意圖:提高學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的能力,為實(shí)驗(yàn)探究能力奠定基礎(chǔ),凸顯了學(xué)生在課堂中的主體地位。

【學(xué)生評(píng)價(jià)】OH-與Cl2因接觸可發(fā)生反應(yīng),上述總反應(yīng)式不能完全表征實(shí)驗(yàn)的微觀變化。Cl2與向陽(yáng)極遷移過(guò)來(lái)的OH-接觸反應(yīng)。

評(píng)價(jià)意圖:通過(guò)生生互評(píng)方式,激發(fā)學(xué)生主動(dòng)思考,有助于必備知識(shí)的掌握,通過(guò)實(shí)驗(yàn)觀察,讓學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)證據(jù)思考微觀變化,發(fā)展學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、證據(jù)意識(shí)。從心理學(xué)視角來(lái)看學(xué)生的相互評(píng)價(jià),有利于形成良好的競(jìng)爭(zhēng)機(jī)制,使得學(xué)生間相互促進(jìn),彌補(bǔ)短板。

環(huán)節(jié)二 電解有隔膜的氯化鈉溶液(一)

【學(xué)生活動(dòng)】各學(xué)習(xí)小組選擇陽(yáng)離子交換膜或陰離子交換膜,展開(kāi)如圖3所示實(shí)驗(yàn)。記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象,并分析離子交換膜兩側(cè)溶液中的微粒變化。

圖3 電解含離子交換膜的氯化鈉溶液

設(shè)計(jì)意圖:創(chuàng)設(shè)有隔膜的電解方案,通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn),在實(shí)驗(yàn)情境中發(fā)現(xiàn)方案的不足。激發(fā)學(xué)生的思考,發(fā)展科學(xué)思維。

【學(xué)生表達(dá)】選擇的是陰離子交換膜。

宏觀現(xiàn)象:陽(yáng)極附近最初氣泡較多,后逐漸變少;陰極產(chǎn)生氣泡。電解過(guò)程中左側(cè)Cl-轉(zhuǎn)化為Cl2,右側(cè)產(chǎn)生H2和OH-,OH-和Cl-通過(guò)陰離子交換膜進(jìn)入左側(cè)溶液。

【學(xué)生表達(dá)】選擇的是陽(yáng)離子交換膜。

宏觀現(xiàn)象:陽(yáng)極附近氣泡較多;陰極產(chǎn)生氣泡。電解過(guò)程中左側(cè)Cl-轉(zhuǎn)化為Cl2,右側(cè)溶液產(chǎn)生H2和OH-,Na+通過(guò)陽(yáng)離子交換膜進(jìn)入右側(cè)溶液。

表達(dá)意圖:升華電解原理的知識(shí),促使學(xué)生通過(guò)微觀變化的思考發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的不足,發(fā)展學(xué)生的實(shí)驗(yàn)探究能力。通過(guò)不同實(shí)驗(yàn)方案的對(duì)比,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案的不足。

環(huán)節(jié)三 電解有隔膜的氯化鈉溶液(二)——設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案

【問(wèn)題情境】上述裝置用陰離子或陽(yáng)離子交換膜,能否得到較為純凈的NaOH溶液。

設(shè)計(jì)意圖:讓學(xué)生感知隨著不同實(shí)驗(yàn)?zāi)康?實(shí)驗(yàn)方案要隨之進(jìn)行修正。

【學(xué)生表達(dá)】陰極區(qū)得到含有NaCl、NaOH的溶液。

【提出問(wèn)題】如何解決存在NaCl雜質(zhì)的問(wèn)題。

【學(xué)生表達(dá)】加入AgNO3溶液。

設(shè)計(jì)意圖:激發(fā)學(xué)生得出除去雜質(zhì)的最直觀的結(jié)論,鞏固舊知。在新情境中,審視自己對(duì)知識(shí)的掌握情況。

【教師評(píng)價(jià)】采取AgNO3溶液固然可除去NaCl溶液,但AgNO3亦與NaOH反應(yīng)且引入NaNO3新的雜質(zhì),明顯不易分離,無(wú)法實(shí)現(xiàn)目標(biāo)。

評(píng)價(jià)意圖:引導(dǎo)學(xué)生從理論遷移實(shí)際,能夠運(yùn)用化學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。發(fā)展學(xué)生的社會(huì)責(zé)任意識(shí)。

【學(xué)生活動(dòng)】結(jié)合上述討論,設(shè)計(jì)制得較為純凈的NaOH溶液和Cl2的合理實(shí)驗(yàn)方案,繪制出工作原理示意圖,并分析微觀變化過(guò)程。

設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)兩次既定實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)踐與師生討論,引導(dǎo)學(xué)生能夠通過(guò)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì),發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí),凸顯了素養(yǎng)的自然發(fā)展。

【學(xué)生方案展示】如圖4。

圖4 電解含離子交換膜的氯化鈉溶液、氫氧化鈉溶液

【教師活動(dòng)】上述過(guò)程即為氯堿工業(yè)的工作原理。其中稀的NaCl溶液有何用呢?

設(shè)計(jì)意圖:引導(dǎo)學(xué)生思考真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)過(guò)程以及原料、產(chǎn)品如何綜合利用。讓學(xué)生參與進(jìn)來(lái),發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【作業(yè)評(píng)價(jià)1】居家可使用84消毒液消毒,可利用電解制備少量NaClO溶液,以NaCl溶液為原料,設(shè)計(jì)電解池。

設(shè)計(jì)意圖:巧設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境,激發(fā)學(xué)生能夠?qū)W以致用。

【提出問(wèn)題】離子交換膜在上述實(shí)驗(yàn)中起到了哪些作用呢?

【學(xué)生建?！?/p>

設(shè)計(jì)意圖:通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案升華學(xué)生的認(rèn)知,發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知的學(xué)科素養(yǎng)。

【作業(yè)評(píng)價(jià)2】請(qǐng)根據(jù)教材第105頁(yè)資料卡片——電有機(jī)合成,繪制其可能的工作原理示意圖。見(jiàn)圖5。

圖5

【學(xué)生作品展示】

【作業(yè)評(píng)價(jià)3】以Na2SO4廢水為原料,電解制得NaOH溶液和H2SO4溶液,設(shè)計(jì)電解池并繪制出工作原理示意圖。見(jiàn)圖6。

圖6

【學(xué)生作品展示】

【教師】大家的表現(xiàn)非常驚艷,具有做化學(xué)工程師的潛質(zhì)。電解應(yīng)用極為廣泛,基于電化學(xué)原理設(shè)計(jì)電解池,是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。實(shí)際上工業(yè)生產(chǎn)還需要設(shè)計(jì)工藝設(shè)備與反應(yīng)條件。

四、教學(xué)反思

(一)自然生成素養(yǎng)

高中化學(xué)教學(xué)中,課堂中常穿插實(shí)驗(yàn)探究環(huán)節(jié),針對(duì)這些環(huán)節(jié),進(jìn)行精巧的教學(xué)片斷設(shè)計(jì)是素養(yǎng)課堂的內(nèi)在要求。本堂課設(shè)計(jì)的亮點(diǎn)主要是基于學(xué)生的認(rèn)知水平不斷設(shè)計(jì)問(wèn)題引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí),學(xué)生不斷運(yùn)用知識(shí)改進(jìn)模型。凸顯了學(xué)生的主體地位,學(xué)生的問(wèn)題意識(shí)、證據(jù)意識(shí)、構(gòu)建模型的能力得到極大的提升。通過(guò)給出兩種實(shí)驗(yàn)方案展開(kāi)實(shí)驗(yàn),讓學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn),并能夠在實(shí)驗(yàn)中生成知識(shí),發(fā)現(xiàn)問(wèn)題,從而最終能夠設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,通過(guò)實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)施,到不斷修正,發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)的學(xué)科核心素養(yǎng)。此外,在一定程度上提供了化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的一種思路。

(二)提升作業(yè)質(zhì)量

教學(xué)過(guò)程中充分利用教材素材巧設(shè)課堂作業(yè),給予學(xué)生學(xué)以致用的機(jī)會(huì)。教育部考試中心指出高考化學(xué)試題命題的整體思路要求“教學(xué)要注重作業(yè)題、練習(xí)題減量提質(zhì),減少機(jī)械刷題,促使教學(xué)把教材內(nèi)容講全講透,提升課堂效果,吸引學(xué)生從校外培訓(xùn)回歸校內(nèi)課堂,是切實(shí)服務(wù)‘雙減落地’的重要手段”。

(三)科學(xué)實(shí)踐模式

五線教學(xué)流程,適用于高中化學(xué)實(shí)驗(yàn)教學(xué)與概念教學(xué)。其中符合“教—學(xué)—評(píng)”一體化的科學(xué)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷的一般設(shè)計(jì)思路見(jiàn)圖7。

圖7 科學(xué)探究式實(shí)驗(yàn)教學(xué)片斷的一般設(shè)計(jì)思路

五線教學(xué)流程中,環(huán)環(huán)相扣,環(huán)環(huán)重要,素養(yǎng)在情境中生成,學(xué)生表達(dá)中錘煉了知識(shí)的掌握,評(píng)價(jià)的多元化是素養(yǎng)發(fā)展的保障。本課例采用了自評(píng)、互評(píng)、師評(píng)、作業(yè)評(píng)價(jià)等方式。