基于化學(xué)史的問題鏈教學(xué)設(shè)計(jì)

鄭蕾

摘要：以高一《化學(xué)1》新課“氯氣的生產(chǎn)原理”為例，從氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法、氯氣的工業(yè)制法、氯氣的應(yīng)用三方面，基于化學(xué)史料，引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)家的研究思路，采用問題鏈形式驅(qū)動(dòng)課堂進(jìn)展，幫助學(xué)生分析掌握本課相關(guān)知識(shí)，以增強(qiáng)課堂趣味性、內(nèi)容性、學(xué)科性，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：化學(xué)史；問題鏈；氯氣的生產(chǎn)原理；教學(xué)設(shè)計(jì)

文章編號(hào)：1008-0546（2017）02-0054-04 中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.017

在教學(xué)過程中，教師通過創(chuàng)設(shè)科學(xué)、合理、邏輯性較強(qiáng)的問題鏈，幫助學(xué)生不斷解決問題、促進(jìn)認(rèn)知，培養(yǎng)積極思維的習(xí)慣。結(jié)合化學(xué)史，從中提取問題，真實(shí)地展現(xiàn)科學(xué)家當(dāng)年所面臨的問題，不僅能夠帶領(lǐng)學(xué)生進(jìn)入真實(shí)的問題解決情境，更能幫助學(xué)到還原當(dāng)時(shí)科學(xué)家研究問題時(shí)的思路和方法，真實(shí)地感受到問題解決的思維歷程。

一、教材分析

《化學(xué)1》專題2中所涉及的元素和物質(zhì)均較為典型，注重貼近生活、結(jié)合實(shí)際，試圖通過海水資源來使元素及其化合物的知識(shí)與社會(huì)實(shí)際相結(jié)合，與化學(xué)學(xué)科發(fā)展的新知識(shí)、新發(fā)現(xiàn)、新方法相結(jié)合，并加深學(xué)生對(duì)“綠色化學(xué)”、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注。

專題2第一單元總共包括4課時(shí)內(nèi)容：氯氣的生產(chǎn)原理、氯氣的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)及溴、碘的提取，其中“氯氣的生產(chǎn)原理”為第一課。教材內(nèi)容以新課程標(biāo)準(zhǔn)為編寫依據(jù)，以遵循學(xué)生的認(rèn)知規(guī)律、培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感為前提，緊扣海水資源這一線索，注重從工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際出發(fā)，采用圖片、實(shí)驗(yàn)等形式引出工業(yè)制備氯氣的方法及原理；穿插介紹化學(xué)史的內(nèi)容，使學(xué)生認(rèn)識(shí)科學(xué)的研究過程、學(xué)習(xí)科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。本課內(nèi)容中關(guān)于工業(yè)制氯氣的學(xué)習(xí)有助于后續(xù)溴、碘提取方法的理解和掌握，氯氣的實(shí)驗(yàn)室制取是學(xué)生在高中階段學(xué)習(xí)實(shí)驗(yàn)室制氣體的開端。因而本課內(nèi)容的教學(xué)旨在完成培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)素養(yǎng)、實(shí)驗(yàn)操作技能，以及分析問題、解決問題能力的教學(xué)任務(wù)。

二、學(xué)情分析

教學(xué)對(duì)象為高一年級(jí)學(xué)生。通過《化學(xué)1》專題1的學(xué)習(xí)，已初步掌握研究化學(xué)物質(zhì)的基本思路和方法，初步養(yǎng)成從宏觀到微觀、從現(xiàn)象到本質(zhì)的思維習(xí)慣，這些為本課的學(xué)習(xí)奠定必要基礎(chǔ)。通過本課的學(xué)習(xí)，學(xué)生在獲取相關(guān)化學(xué)知識(shí)和實(shí)驗(yàn)研究技能的同時(shí)，形成利用自然資源需要化學(xué)科學(xué)的發(fā)展的認(rèn)識(shí)，也為后續(xù)的學(xué)習(xí)提供幫助。

由此，確定本課時(shí)教學(xué)重難點(diǎn)為：從海水中獲取氯氣的原理和方法、實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的原理和方法、實(shí)驗(yàn)裝置的連接順序和作用。

三、教學(xué)目標(biāo)

1. 知識(shí)與技能

（1）了解從海水中獲取氯的原理和方法，正確書寫對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式；

（2）了解實(shí)驗(yàn)室用二氧化錳和濃鹽酸制取氯氣的原理和方法，正確書寫對(duì)應(yīng)的化學(xué)方程式；

（3）能根據(jù)電解飽和食鹽水實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象，判斷陰、陽兩極的產(chǎn)物；

（4）能用恰當(dāng)?shù)幕瘜W(xué)語言表達(dá)檢查裝置氣密性的方法。

2. 過程與方法

（1）通過觀察、分析實(shí)驗(yàn)過程，形成化學(xué)實(shí)驗(yàn)操作的基本技能，初步了解實(shí)驗(yàn)室用固體、液體物質(zhì)制取氣體的方法；

（2）通過觀察實(shí)驗(yàn)裝置，了解各裝置的連接順序及作用；

（3）通過閱讀相關(guān)化學(xué)史的內(nèi)容，自主獲悉相關(guān)化學(xué)知識(shí)，提高分析、解決問題的能力。

3. 情感態(tài)度與價(jià)值觀

（1）結(jié)合生活，認(rèn)識(shí)到海水是人類的寶貴資源，培養(yǎng)熱愛和保護(hù)大自然的情感；

（2）借助化學(xué)史，感悟科學(xué)家嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的態(tài)度，體會(huì)實(shí)驗(yàn)法在研究化學(xué)物質(zhì)中的重要性。

四、問題鏈設(shè)計(jì)

五、教學(xué)過程

1. 以海洋為家鄉(xiāng)的元素——氯

[圖文]寧海，是一方安樂、祥和、美麗的土地，是我們的家鄉(xiāng)。在寧海的東面是美麗的海洋，浩瀚的大海蘊(yùn)含無數(shù)的寶藏，有80多種元素以海洋為家鄉(xiāng)。其中氯元素的含量不可小覷?？梢钥闯?，在茫茫大海的每一次波濤起伏里，每一滴海水都含有相當(dāng)多的氯化物。

由于氯氣在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著巨大的作用，因而眾多科學(xué)家花費(fèi)精力研究如何從自然界中獲取氯。今天，就讓我們穿越時(shí)空，與科學(xué)家一起“氯”行。

[生]面帶笑容，有學(xué)習(xí)興趣。

2. 乘著“化學(xué)史列車”“氯”行

第一站：古代，煉金術(shù)士

[化學(xué)史料1]古代煉金術(shù)士們?cè)趯?shí)驗(yàn)室里發(fā)現(xiàn)加熱濃鹽酸與濃硝酸的混合液時(shí)，會(huì)產(chǎn)生一種刺激性很強(qiáng)的煙霧。但他們當(dāng)時(shí)一心只為煉金，并不知道這種煙霧就是氯氣。

[師]煉金術(shù)士們錯(cuò)過了發(fā)現(xiàn)氯的機(jī)會(huì)，很可惜，但至少可以說，他們最早接觸了氯。

[生]感嘆惋惜。

第二站：1774年，舍勒

[化學(xué)史料2]我在一家藥房任藥劑師，并從事大量的實(shí)驗(yàn)研究工作。1774年，一個(gè)偶然的機(jī)會(huì)我將軟錳礦（MnO2）與濃鹽酸混合加熱時(shí)，產(chǎn)生了一種黃綠色的氣體，該氣體強(qiáng)烈的刺激性氣味令我的肺部十分難受。我對(duì)它產(chǎn)生了濃厚的興趣，仔細(xì)研究了這種氣體后，我發(fā)現(xiàn)：它能溶于水，其水溶液略顯酸性，且對(duì)紙張、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用；它還能和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

[師]俗話說：無心插柳柳成蔭，舍勒在實(shí)驗(yàn)室中偶然制得氯氣，而這種方法就是我們現(xiàn)在實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的方法。請(qǐng)大家思考下列問題：

[問題鏈1]目標(biāo)問題：實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的原理和方法

具體問題：

問題1：“將軟錳礦（MnO2）與濃鹽酸混合加熱”，制取氯氣選取怎樣的發(fā)生裝置？

問題2：“它能溶于水”，選取怎樣的收集裝置？

問題3：“該氣體強(qiáng)烈的刺激性氣味令我的肺部十分難受”“其水溶液略顯酸性”，如何設(shè)計(jì)合適的尾氣處理裝置？

[設(shè)計(jì)意圖]化學(xué)家實(shí)驗(yàn)探求到化學(xué)現(xiàn)象之美，能夠激發(fā)化學(xué)家強(qiáng)烈激情與靈感的事物，同樣也可以使學(xué)生產(chǎn)生探索之情。通過學(xué)生自主閱讀、分析化學(xué)史料，借助三個(gè)具體的問題組成問題鏈1，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的組成裝置、所用儀器進(jìn)行思考，選擇和設(shè)計(jì)，強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)基本知識(shí)和基本技能。同時(shí)，針對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、裝置完整性及物質(zhì)性質(zhì)，結(jié)合適當(dāng)?shù)摹翱茖W(xué)家提示”，由定性到定量，由簡單到復(fù)雜，幫助學(xué)生進(jìn)行深入思考，設(shè)計(jì)具體問題如下：

問題4：在實(shí)際操作過程中含4mol HCl的濃鹽酸能否制得1mol氯氣？

問題5：若用排液法收集氯氣，可否選擇排水法？什么溶液合適呢？

[科學(xué)家提示]氯氣能溶于水（1∶2），難溶于飽和食鹽水。

問題6：教科書中，制取氯氣的實(shí)驗(yàn)裝置完整嗎？若否，有何欠缺之處？如何改進(jìn)？

[科學(xué)家提示]HCl易溶于飽和食鹽水，且HCl和氯氣均能與NaOH溶液反應(yīng)，生成可溶于水的物質(zhì)。

問題7：在實(shí)驗(yàn)制取氯氣之前，如何檢查這套裝置的氣密性？

[生]思考問題并積極回答，有些基礎(chǔ)扎實(shí)的孩子能很快給出問題6的回答。

[視頻]實(shí)驗(yàn)室制取氯氣

[生]興趣高漲，認(rèn)真觀看。

[設(shè)計(jì)意圖]提出問題7之后再播放事先錄制的實(shí)驗(yàn)視頻，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，結(jié)合具體實(shí)驗(yàn)操作及實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象講解此類裝置氣密性的檢查方法，并幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的原理、方法、實(shí)驗(yàn)操作等化學(xué)知識(shí)。

第三站：1810年，戴維

[化學(xué)史料3]從1774年舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣以后，這種氣體的性質(zhì)先后經(jīng)過了貝托霍、拉瓦錫、蓋·呂薩克、貝采里烏斯等人的研究，他們都認(rèn)為這種氣體是化合物，而我認(rèn)為它只是一種單質(zhì)。后來經(jīng)過大量的實(shí)驗(yàn)研究，我終于有力地證明了自己的觀點(diǎn)。1810年，我發(fā)表論說，將這種氣體命名為氯氣（Chlorine），希臘文意為“綠色的”。

[師]從1774年舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣，到1810年總共經(jīng)歷了整整36年。這漫長曲折的歷史中，科學(xué)家們對(duì)氯氣的認(rèn)識(shí)在不斷批判中得以完善，戴維最終確認(rèn)氯氣是一種單質(zhì)并將其命名，氯元素的符號(hào)是Cl。在19世紀(jì)，科學(xué)家們把較大精力花費(fèi)在研究大規(guī)模生產(chǎn)氯氣的方法上。

[生] 感嘆，體會(huì)到要站在巨人肩膀上才看得更遠(yuǎn)，要敢于質(zhì)疑，相信自己。

第四站：1833年，法拉第

[化學(xué)史料4]1813年，我從老師處首先接到的任務(wù)就是制備氯氣，這種有毒氣體在制備時(shí)易發(fā)生爆炸，因此我小心謹(jǐn)慎地進(jìn)行了大量實(shí)驗(yàn)。1833年，終于用電解法制出了氯氣！我發(fā)現(xiàn)當(dāng)將電流作用于氯化鈉溶液時(shí)，也就是電解氯化鈉溶液時(shí)，就獲得了氯氣。1851年，我獲得了一份包括氯氣、氫氧化鈉的生產(chǎn)方法的專利。多么振奮人心！

[師]自然界沒有大量的濃鹽酸存在，并且僅用實(shí)驗(yàn)室制法沒有辦法滿足工業(yè)上對(duì)氯氣的大量需求，而法拉第的電解法為工業(yè)制氯氣創(chuàng)造了可能。我們來模擬一下工業(yè)制取氯氣的操作。

[生]面帶笑容，原來法拉第和化學(xué)也有關(guān)系。

[演示實(shí)驗(yàn)]電解飽和食鹽水

[問題鏈2]目標(biāo)問題：工業(yè)制取氯氣的原理和方法

具體問題：

問題1：“將電流作用于氯化鈉溶液”的實(shí)驗(yàn)裝置是怎樣的？

[師] 觀察這一實(shí)驗(yàn)裝置，U形管中盛放著飽和NaCl溶液，兩端分別插入一個(gè)電極，與外接電源相連接。我們將與電源負(fù)極相連的電極稱為陰極，與電源正極相連的電極稱為陽極。

問題2：陰極和陽極分別觀察到怎樣的現(xiàn)象？

問題3：哪極產(chǎn)生的氣體是氯氣呢？如何證明？

[科學(xué)家提示]氯氣能發(fā)生反應(yīng)：Cl2+2KI2KCl+I2，故氯氣能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍(lán)。

問題4：陰極也產(chǎn)生大量氣泡，可能是什么氣體呢？

問題5：根據(jù)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，Cl-失去電子，化合價(jià)升高，生成Cl2，則另一個(gè)得到電子的元素是氫還是氧？

問題6：如何檢驗(yàn)H2？

[生]對(duì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)特別感興趣，認(rèn)真觀察，積極思考。思維靈活的學(xué)生對(duì)于問題4、問題5的解答比較不錯(cuò)。

[設(shè)計(jì)意圖] 根據(jù)電解飽和食鹽水的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象判斷兩極產(chǎn)物，是課標(biāo)對(duì)學(xué)生的要求，但不要求從電解原理的角度深入講解，為幫助學(xué)生理解并加強(qiáng)分析思考問題的能力，從氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的角度引發(fā)學(xué)生思考。問題5為問題4 的解決提供了思維臺(tái)階，以完成其中一個(gè)教學(xué)重難點(diǎn)的突破。檢驗(yàn)氯氣、氫氣是高中階段重要的氣體檢驗(yàn)的知識(shí)點(diǎn)，借助具體的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，結(jié)合恰當(dāng)?shù)奈淖置枋?，使學(xué)生能掌握。

[師]溶液中的Cl-失電子產(chǎn)生Cl2，H2O中的H+得電子產(chǎn)生了H2，此時(shí)，溶液中存在大量的Na+和OH-。

問題7：OH-會(huì)聚集在陽極還是陰極呢？如何證明？

[演示實(shí)驗(yàn)]向陰陽兩極分別滴加2～3滴酚酞試液。

[師]由實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和問題解決后，我們可以得出工業(yè)制取氯氣的反應(yīng)原理，其中Cl2是陽極產(chǎn)物，H2和NaOH是陰極產(chǎn)物。

問題8：結(jié)合之前實(shí)驗(yàn)室制氯氣的相關(guān)知識(shí)，陽極端不斷產(chǎn)生的Cl2需要做什么處理？

[生]用NaOH溶液進(jìn)行吸收，防止污染環(huán)境。

第五站：1929年，氯堿工業(yè)

[化學(xué)史料5]我國的氯堿工業(yè)開始于20世紀(jì)20年代末， 愛國實(shí)業(yè)家吳蘊(yùn)初在1929年創(chuàng)辦了我國第一家氯堿廠。 1949年新中國成立后，氯堿工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，跨入了一個(gè)新階段。以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品在人民生產(chǎn)生活中具有廣泛的應(yīng)用。

[師]其實(shí)一開始，電解法制氯氣的規(guī)模很小，到19世紀(jì)90年代，有了較好的直流發(fā)電機(jī)，工業(yè)制氯的技術(shù)得到大規(guī)模發(fā)展，也為氯堿工業(yè)奠定了堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。

3. 研究未止，“氯”行延續(xù)

[圖片]“氯”行坐標(biāo)軸。

[師]至此，我們乘著“化學(xué)史列車”，沿著科學(xué)家們的腳步，終于揭開了氯氣的神秘面紗。站在巨人的肩膀上，我們領(lǐng)略科學(xué)發(fā)現(xiàn)的奧秘與艱辛，體會(huì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)的美妙與神奇。

氯氣令眾多的科學(xué)家為之好奇，紛紛展開研究。那么氯氣究竟具有哪些性質(zhì)？它的水溶液為何具有漂白性？它又為什么能在我們的生產(chǎn)生活中大有用途呢？讓我們下次課繼續(xù)研究，繼續(xù)“氯”行！

[生]旅行就這樣結(jié)束啦？（學(xué)生仍有濃厚的興趣）

[設(shè)計(jì)意圖]化學(xué)與生活緊密聯(lián)系，由制法過渡到應(yīng)用，既與課堂之始的氯氣是重要的工業(yè)原料相呼應(yīng)，也使學(xué)生感受到科技的力量、化學(xué)的魅力。本課的知識(shí)點(diǎn)已經(jīng)學(xué)習(xí)，但并不是終結(jié)，也為后續(xù)課程創(chuàng)設(shè)懸疑，維持學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣。

六、反思提煉

學(xué)習(xí)總是從問題開始，問題總是與學(xué)習(xí)伴行，所有問題的解決必定以對(duì)問題存在的認(rèn)識(shí)開始。如何促進(jìn)學(xué)生的有效思考并增強(qiáng)化學(xué)課的魅力？這是在教學(xué)工作中經(jīng)常思考的問題。

為什么學(xué)生要學(xué)習(xí)氯氣？為什么教材編排的順序是從工業(yè)生產(chǎn)引入具體內(nèi)容？蘇教版《化學(xué)1》專題1的名稱是“化學(xué)家眼中的物質(zhì)世界”，專題2是“從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)”，有何用意？筆者認(rèn)為是要學(xué)生能學(xué)著像個(gè)小科學(xué)家一樣去研究化學(xué)物質(zhì)，去感受化學(xué)家們當(dāng)時(shí)的心境。因此，借助化學(xué)史、設(shè)置合理的問題鏈進(jìn)行教學(xué)，考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生在學(xué)習(xí)和掌握具體化學(xué)科學(xué)知識(shí)的同時(shí)，不斷接受科學(xué)方法熏陶，潛移默化地培養(yǎng)科學(xué)的思維模式。

參考文獻(xiàn)

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