化學史料輔助“富集在海水中元素氯”的教學設計及實施

馬 青 劉琳琳 楊天林 韓曉霞

（寧夏大學化學化工學院 寧夏 銀川 750021）

化學史料輔助“富集在海水中元素氯”的教學設計及實施

馬 青 劉琳琳 楊天林 韓曉霞

（寧夏大學化學化工學院 寧夏 銀川 750021）

利用化學史進行“富集在海水中元素氯”的教學設計，在實施教學活動過程中將學生置身于氯氣研究的歷史進程中，對教材內容進行調整，設計氯氣性質和漂白原理等內容學習的探究方案，采用集中教育的化學史教育形式把氯氣的知識內容按歷史發(fā)展進行重新組合的教學設計。

氯氣；化學史；教學設計

一、教學分析

“富集在海水中的元素氯”位于人教版高中化學必修一第四章第二節(jié)。該節(jié)內容是在學生學習氧化還原反應和金屬的化學性質后，以氯氣的性質、用途等內容為線索進行全面地學習和探究。不僅讓學生了解典型非金屬元素及其化合物的性質，而且對學生全面了解化學元素的性質、認識其化學反應的本質、掌握正確的學習、思考方法等具有重要的作用［1］［2］。食鹽、84消毒液等含氯化合物與實際生活貼切，易使學生產生強烈的求知欲；幫助學生深刻理解實踐是檢驗理論知識的唯一標準，如Cl2與H2O的反應是Cl2用于自來水消毒的原理所在等，這也是一項重要的基本技能［3］。

引導學生提高化學學科素養(yǎng)是基礎教育的重要任務之一，也是化學新課程改革的基本理念之一［4］。近年來的研究表明，利用科學史進行化學學科素養(yǎng)教學是一種可行的方法。結合人類探索物質及其變化的歷史與化學科學發(fā)展的趨勢，引導學生進一步學習化學的基本原理和方法，能夠幫助學生形成化學學科的核心觀念。因此，利用化學史料設計氯氣的教學，將學生置身于歷史進程研究的情景中，引導學生重溫科學探究之旅，體驗科學家探索的艱辛與喜悅，以此實現教學目標。

二、教學目標

（1）知識與技能：了解Cl2的物理性質、漂白粉（液）制備原理；掌握Cl2的化學性質，重點是Cl2與水的反應、氯水的漂白原理。

（2）過程與方法：結合化學史初步學習化學的思維和方法；通過重溫科學家發(fā)現氯氣以及探究氯氣性質的過程，激發(fā)學生對科學探究的信心與興趣。

（3）情感態(tài)度與價值觀：認識化學發(fā)展的軌跡，培養(yǎng)學生學習化學的親切感；體會科學探索的艱辛和喜悅，了解科學發(fā)展是不斷進步與完善相結合的過程。

三、教學重難點

（1）重點：Cl2與水的反應、氯水的漂白原理。

（2）難點：以化學史料為主線的教學讓學生知道化學知識的本質來源，對科學家探究過程中所用科學的思維、方法、精神的學習及運用。

四、教學思路［5］

分析本節(jié)教材內容的編排順序。以1774年舍勒偶然發(fā)現“有毒的黃綠色氣體”到1810年戴維最終將其命名為“氯氣”的發(fā)展軌跡為線索、知識線和探究線［6］相結合的思路設計教學（圖1）。

圖1 三維坐標描述氯氣發(fā)展歷史及相應制備和性質

五、教學過程

［引入］

（設計意圖：創(chuàng)設教學情境，集中學生的注意力。引入史料使學生明白舍勒的發(fā)現并不完全是偶然的，是在一定的知識背景下產生的，偶然中存在著必然性，培養(yǎng)學生辯證思維［7］分析問題、解決問題的能力。）

［提問1］舍勒用什么科學方法研究氯氣？

［學生］觀察法、實驗探究法、類比推理法。

［提問2］根據史料，結合課本，總結一下Cl2有哪些物理性質？

［展示］裝氯氣的點滴瓶（點滴瓶的瓶塞是橡膠的便于Cl2的取用，防止揮發(fā)影響課堂教學），引導學生從氣、色、味、態(tài)等方面進行歸納總結。

［小結］密度大于空氣、能溶于水的黃綠色有刺激性氣味的有毒氣體。

［過渡］請同學們動手畫一下氯原子結構示意圖。

［小結］師生共同碰撞出：氯原子最外層有七個電子，為達8電子穩(wěn)定結構，易從外界得一個電子，形成Cl-，化合價降低，Cl2做氧化劑，具有氧化性，現在老師就帶領大家一起來驗證我們的分析。

［情境創(chuàng)設］接下來是魔術表演時間，這是一塊被墨汁染了色的布條，然后將神秘水滴到布條上，將布條拿起來甩甩，繞課堂走一圈，同學們觀察到了什么？（神秘水的配制方法：將氯氣溶于水）。

［學生］布條上的墨汁褪色。

［提問］神秘水中的什么成分使布條上的墨汁褪色?

［學生］可能是Cl2、HCl、HClO。

［教師］同學們認為有可能是HCl、HClO使墨汁褪色，那么它們是怎么來的呢？

［投影］

圖3 貝托雷發(fā)現氯水的漂白作用

［提問1］貝托雷用什么科學方法研究氯氣？

［學生］實驗探究法，觀察法。

［提問2］通過史料的學習，可知氯氣的水溶液具有漂白性。那么起漂白作用的物質果真如貝托雷認為的那樣嗎？為解決這個問題，同學們跟老師一起去貝托雷先生的探究世界看一看。

［投影］實驗用品：長條紅紙、注射器（大）、裝Cl2點滴瓶、蒸餾水

弓閑置不用時會松弛，弓的強度減弱，弓輔就是用來固定弓的形狀使弓不變形，保持弓的彎度強度，所以可引申出安定的意義。

［學生活動］根據老師所給的實驗用品小組討論、設計實驗方案。

經學生相互討論、教師指導提出兩個實驗方案。將學生分成兩大組（大組再分成若干小組）分別進行方案1和方案2（見表1）。

表1 兩個實驗方案及現象

（設計意圖：設計采用微型實驗，符合綠色化理念，將污染降到最低；分組實驗的方式既避免了教師演示方式的單一局限性和尷尬局面又體現了學生的主體性，更重要是培養(yǎng)學生動手操作能力，強化合作意識。）

［交流討論］氯水具有漂白作用。

［提問］氯水是混合物，究竟是氯水中的什么成分具有漂白性？

［分組實驗［8］］

［引入新知識］有Cl-和H+存在，但是兩個物質都沒有漂白作用?，F在老師給大家寫出氯氣與水的反應方程式Cl2+H2O======HCl+HClO。

表2 探究氯水中具有漂白性的物質

（設計意圖：造成學生思維沖突，幫助新知識的引入與同化。）

［教師］所以能使布條褪色的只剩下次氯酸了。我們可以認定，就是氯水中的次氯酸具有漂白功能。

［解釋］次氯酸之所以能殺毒、漂白，是因為它的強氧化性，能將有機色素直接氧化、顏色褪掉，且加熱也不會恢復。

［教師］貝托雷將這種水溶液置于太陽光下，發(fā)現漂白性消失，說明次氯酸和碳酸具有相似“性質”，弱酸性、不穩(wěn)定易分解。

［教師］2HClO====光照2HCl+O2↑（強調反應條件）

［設疑］根據以上學習和探究，同學們能否辨別出新制氯水和久置氯水的區(qū)別？

［學生］獨立思考、交流討論、教師引導。

［小結］新制氯水：三分子、四離子（H2O、HClO、Cl2；H+、Cl-、ClO-、OH-）

久置氯水：一分子、三離子（便于記憶）（H2O；H+、Cl-、OH-）

［過渡］次氯酸不穩(wěn)定易分解，那生活中我們是如何用它來消毒、殺菌？

［投影］化學史料3：1789年，英國化學家臺奈特將Cl2通入石灰乳Ca（OH）2制得漂白粉。

（設計意圖：通過化學史料3使學生了解漂白粉的原理和歷史由來，幫助學生建構“結構決定性質，性質決定用途”的學科觀念。）

［提問］臺奈特研究漂白粉用什么科學方法？

［學生］實驗探究法、觀察法。

［教師］同學們根據Cl2與H2O的反應寫出Cl2與Ca（OH）2的反應方程式。

［學生］2Cl2+2Ca(OH)2======CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O

［教師］反應后的次氯酸鈣是漂白粉的有效成分，這也是工廠批量制取漂白粉的原理所在。同“理”可得：常溫下，將Cl2通入NaOH溶液中可制得有效成分為NaClO的漂白液。

舉例：實驗安全——生活用品：潔廁靈+84消毒液、氯氣工廠泄漏

［投影］化學史料4：偉大化學家蓋·呂薩克和泰納把等量的Cl2和H2混合，靜置數日，或稍微加熱，或放置陽光下，都能化合成鹽酸氣（HCl）。

［啟發(fā)］偉大的化學家用此方法可制取HCl，我們能否用相同的方法制得HCl？

［Flash動畫］展示Cl2與H2的微觀反應歷程。

（設計意圖：培養(yǎng)學生能從宏觀辨識和微觀探析相結合的視角，分析與解決實際問題的能力。）

［投影］播放：H2在 Cl2中點燃、H2在 O2中點燃［9］［10］的視頻。

［教師］同學們認真觀察現象，回憶“燃燒”的定義，填寫表3。

（設計意圖：基于實驗現象的事實，使學生對原有知識“燃燒”的概念產生顛覆，形成認知沖突，產生強烈的好奇心。）

［學生］填寫表3。

表3 實驗現象及方程式

［教師］1號實驗現象中的大量白霧就是HCl氣體，極易溶于水，形成鹽酸。

［解疑］通過實驗對比，可以發(fā)現燃燒在沒有氧氣（或空氣）的條件下也能發(fā)生。因此，對“燃燒”要有個新的認識，燃燒的本質是發(fā)生氧化還原反應。

［總結］這節(jié)課通過氯氣發(fā)展歷程一步一步引出的方式，學習了氯氣的性質，并且重點學習了氯氣與水的反應及氯水的漂白原理；其次學習了科學家采用科學的方法進行科學探究，科學探究是獲取知識和認識世界的一種有效方法。因此，在學習過程中要把科學史和科學探究相結合作為基本的學習方法。

［知識拓展］請同學們課后用你們的iphone、ipad等智能可移動設備，觀看工廠制漂白粉（液）視頻，了解不同歷史時期漂白粉（液）工業(yè)是怎樣發(fā)展的？（教師發(fā)視頻文件和本節(jié)知識點的思維導圖到班級qq群。有疑問，下節(jié)課我們來討論。）

六、教學反思

氯氣教學流程中既有并列關系，又有遞進關系，像一張知識網一樣，交織錯落，將師生覆蓋其中，乍看縱橫交錯，像一盤散沙似的教學流程，其實是有一條隱形的線索貫穿始終，這就是清晰的教學思路［11］?；瘜W史教學［12］是打開化學教育大門的另一把秘鑰。以氯氣的發(fā)展歷程為線索，探究線和知識線相結合的三線式設計教學，學生急于知道舍勒發(fā)現了什么氣體，這種氣體具有什么性質，又是怎樣發(fā)展應用等一系列問題，從而迫不及待地順著線索，主動探究，獲取知識，逐步尋求問題解答，除了化學史料分析，還引入了探究活動、問題驅動、科學方法提問等環(huán)節(jié)多維輔助教學。

該教學涉及了比較多的化學史料，如果用“傳授式”的教學方式，無疑使得課堂教學乏味無聊，因此在基于化學史的教學中教師需要有“說書人”的技能，活用化學史，但也不能過度演繹歷史，扭曲科學應有的過程與真實；基于化學史料的教學不只是引導學生對知識的理解和掌握，更重要的是逐步培養(yǎng)學生的科學探究思維和求真務實的科研態(tài)度，進而培養(yǎng)學生的化學學科素養(yǎng)；在以化學史料輔助教學時，我們要強調以批判創(chuàng)新精神為中心，讓學生看到時代科學與技術的局限性，培養(yǎng)學生通過最新科學觀念及技術討論、驗證經典概念，利用實驗數據和結果批判前人錯誤的觀點［13］，不斷將錯誤觀點、局限觀點與當前最新科學觀點對比，引導學生認識庫恩［14］“前科學—常規(guī)科學—反常—危機—革命—新的常規(guī)科學”發(fā)展結構。在教學中，由于教學內容、教學時限等因素的限制，教師往往會忽略這一重要內容。

［1］ 宋心琦.普通高中課程標準實驗教科書：化學 1（必修）［M］.北京：人民教育出版社,2015

［2］ 王磊.學科能力構成及其表現研究——基于學習理解、應用實踐與遷移創(chuàng)新導向的多維整合模型［J］.教育研究，2016（9）：83-92

［3］ 王宇.元素化合物知識教學中教師課堂教學行為組合特征研究［D］.長春：東北師范大學，2009

［4］ 岳輝，和學新.學科素養(yǎng)研究的進展、問題及展望［J］.教育科學研究，2016（1）：52-59

［5］ 莘贊梅，李明喜.元素化合物教學設計與實施［J］.化學教學，2012（2）：17-19

［6］ 寶秋蘭，劉子忠.基于化學史與多媒體技術整合的氯氣教學設計［J］.化學教育，2015（11）：44-47

［7］ Michael R Matthews，James T.Robinson's Account of Philos?ophy of Science and Science Teaching:Some Lessons for To?day from the 1960s［J］.Science Education，1998（3）

［8］ 周兆彬.氯氣的性質探究實驗設計［J］.化學教與學，2014（11）：75

［9］代云.“富集在海水中的元素——氯”教學之我見［J］.理科考試研究，2016（13）：71

［10］梓釵，衷明華.“富集在海水中的元素——氯”教學設計（第1課時）［J］.中學化學教學參考，2016（2）：41

［11］周倩，熊言林.“初識原電池”教學設計［J］.化學教學，2011，11：26-28

［12］陳耀亭，梁慧姝.論化學史教育［J］.化學教育，1982（6）：27-30

［13］劉琳琳，楊天林.HPS教學模式在化學課堂導入教學中的應用［J］.教學與管理，2016（28）：67-69

［14］胡新和.庫恩“二象性”解讀——論庫恩科學哲學的若干特征［J］.自然辯證法通訊，2013（1）

1008-0546（2017）10-0062-04

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.021

*本文系能力為本的全日制化學教育碩士培養(yǎng)模式的改革與創(chuàng)新（項目編號：YXW201603）研究成果之一。