新課標指導(dǎo)下化學(xué)情境素材的開發(fā)與運用

華麗芬

摘要：化學(xué)·情境素材的使用價值在于為學(xué)生的化學(xué)學(xué)習提供化學(xué)材料和知識背景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，促進學(xué)生學(xué)習的遷移和學(xué)習方式的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生獲得化學(xué)知識的同時提升學(xué)科素養(yǎng)。在新課標指導(dǎo)下以“海水淡化”為例探討情境素材的構(gòu)成要素以及開發(fā)流程，并將這一素材運用于教學(xué)實踐。

關(guān)鍵詞：情境素材;海水淡化;循環(huán)經(jīng)濟;模型認知

文章編號：1008-0546（2020）04-0033-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.008

2017年頒布的化學(xué)新課標特別突JJ“情境素材建議”這一板塊，必修課程涉及的情境素材有108個，選擇性必修課程有115個，其中融合STSE理念的素材約占四分之三[1]。新課標明確提出：教師在教學(xué)中應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)真實且富有價值的問題情境，促進學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

一、情境素材的構(gòu)成要素

情境與知識，好似鹽與湯，湯里無鹽，寡淡無味;吃鹽無湯，難以下咽;兩者調(diào)和，謂之佳肴。任何化學(xué)概念的建構(gòu)和化學(xué)知識的呈現(xiàn)都是有情境的，真實的情境為學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展提供了真實的表現(xiàn)機會。畢華林[2]指出化學(xué)情境可分為四種類型：探究型、歷史型、經(jīng)驗型以及敘事型。杜淑賢[3]提出情境創(chuàng)設(shè)需要遵循四大原則：目標性原則，即要把教學(xué)目標有機整合在情境中;主體性原則，即要著眼于學(xué)生身心的和諧發(fā)展;真實性原則，即要貼近學(xué)生生活和認知基礎(chǔ);多樣性原則，即根據(jù)不同學(xué)生對象、不同教材內(nèi)容等使用不同類型的情境。

情境素材是情境教學(xué)的起點，情境素材的使用價值在于為學(xué)生的化學(xué)學(xué)習提供化學(xué)材料和知識背景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，產(chǎn)生情感共鳴，促進學(xué)生學(xué)習的遷移和學(xué)習方式的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生獲得化學(xué)知識的同時提升學(xué)科素養(yǎng)。所以，教師在開發(fā)情境素材時首先要基于學(xué)生的認知水平，從學(xué)生的現(xiàn)實生活中選擇契合教學(xué)目標的素材，然后從素材中提煉出蘊含的學(xué)科問題與核心概念，通過設(shè)計教學(xué)活動給學(xué)生搭建思維平臺，引導(dǎo)學(xué)生進行知識的建構(gòu)和學(xué)習的遷移，驅(qū)動學(xué)生進行高階思維，最終養(yǎng)成學(xué)科態(tài)度。情境素材的構(gòu)成要素見圖1。

二、情境素材的開發(fā)流程

“海水淡化”這一情境素材出現(xiàn)在新課標必修課程主題5的“資源開發(fā)與能源利用”里，同時新課標還建議關(guān)注“循環(huán)經(jīng)濟”與“工業(yè)生態(tài)”案例的實施。雖然新課標給出了指導(dǎo)意見，但是提供的建議比較簡單，需要教師深度挖掘?qū)W生生活中的案例，再加T為能運用到課堂教學(xué)的情境素材。

1.“海水淡化”情境素材的背景介紹

天津北疆發(fā)電廠聯(lián)合下游企業(yè)漢沽鹽場采用“電一水一鹽”聯(lián)合生產(chǎn)方式，實現(xiàn)了“資源一產(chǎn)品一廢棄物一再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟模式[4]，是我國實施海水淡化及濃海水綜合利用項目的示范企業(yè)。海水經(jīng)過預(yù)處理后進入淡化廠，海水淡化有膜法和熱法兩種，膜法即采用反滲透膜，熱法即運用蒸餾原理進行多級閃蒸和低溫多效蒸餾。天津北疆發(fā)電廠利用發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱采用低溫多效蒸餾法進行海水淡化，即在不高于70攝氏度的環(huán)境下采用一系列水平管噴淋降膜蒸發(fā)器進行海水淡化。淡水進入市政自來水管網(wǎng)，剩下的濃海水中溴元素含量較高約為lOOmg/L，采用吹溴工藝的成本比海水直接提溴低約50%[5]，提溴的海水全部流入漢沽鹽場“曬鹽”，不但提高出鹽效率，節(jié)約大量土地資源，也創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟效益。原鹽經(jīng)過精制得到的食鹽有食品級和工業(yè)級兩類，工業(yè)級食鹽是制備燒堿、純堿必不可少的原料，而兩堿是非常重要的化工基礎(chǔ)原料。曬鹽后的苦鹵進入制鹽車間，可以生產(chǎn)氯化鉀、氯化鎂、硫酸鎂等鹽產(chǎn)品。天津北疆發(fā)電廠循環(huán)經(jīng)濟項目生產(chǎn)流程見圖2。

2.“海水淡化”情境教學(xué)的設(shè)計思路

查閱文獻發(fā)現(xiàn)，運用海水資源開展教學(xué)已有不少研究，例如田琪等[6]依據(jù)人教版高中化學(xué)必修二第四章第一節(jié)的教材內(nèi)容，開展“海水中鹽的開發(fā)和利用”“海水提鎂”“海水提溴”的情境教學(xué)，設(shè)計并實施了多個教學(xué)活動實現(xiàn)了“教、學(xué)、評”一體化。張燕靜[7]以“海水的綜合利用”為例，通過引導(dǎo)學(xué)生整合海水曬鹽、氯堿T業(yè)、海水提溴以及海水提碘等知識探索高三化工生產(chǎn)的復(fù)習。本案例是高二學(xué)業(yè)水平合格性考試的一節(jié)專題復(fù)習課，合格性考試命題體現(xiàn)基礎(chǔ)性、時代性、適切性三原則，難度不大但注重加強與社會實際的聯(lián)系，根據(jù)學(xué)業(yè)要求本節(jié)課進行如圖3所示的教學(xué)設(shè)計：

三、情境素材的運用實例

環(huán)節(jié)一：激活舊知

[情境1]海水中的化學(xué)資源極其豐富，人類從海水中提取了哪些物質(zhì)？以什么方式？什么原理？

[學(xué)生活動]趣味搶答（圖4）：圖片題（海水曬鹽、原理）、視頻題（海水淡化、原理）、文字題

[學(xué)生表現(xiàn)]能說出海水曬鹽、海水淡化所涉及的原理，能從化合價的角度依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理判斷物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，能寫出制鎂、制氯氣、制溴的核心反應(yīng)。

設(shè)計意圖：采用趣味搶答的形式，激發(fā)學(xué)生興趣，回顧所學(xué)知識?；瘜W(xué)實驗是研究物質(zhì)及其變化的基本方法，是科學(xué)探究的一種重要途徑，蒸發(fā)結(jié)晶和蒸餾是用于物質(zhì)分離提純的基礎(chǔ)實驗，氧化還原反應(yīng)是化學(xué)核心概念，通過創(chuàng)設(shè)情境培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)的差異選擇物質(zhì)分離提純方法的思路以及從化合價角度判斷氧化還原反應(yīng)，利用氧化還原反應(yīng)原理實現(xiàn)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的能力。

環(huán)節(jié)二：建構(gòu)模型

[情境2]位于渤海之濱的天津市干旱少雨，人均本地水資源僅為全國平均水平的1/15，如何解決用水問題？海水淡化可以緩解用水問題，但淡化后的濃海水如何處理？直接排放到大海中是否合理？濃海水有無利用價值？

[教師活動]展示濃海水直排口的圖片，連續(xù)追問。

[學(xué)生表現(xiàn)]能判斷淡化后的濃海水不能直接排人大海，會造成海水局部鹽分過高，影響海洋生態(tài)環(huán)境。濃海水相當于把原海水濃縮了，可以進一步提取食鹽、溴單質(zhì)等物質(zhì)。通過環(huán)節(jié)一的知識回顧，學(xué)生知道溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)的核心反應(yīng)，但說不清工業(yè)上如何提取溴單質(zhì)，學(xué)生掌握的知識是碎片化的，需要在教師引導(dǎo)下進行整合，促進深度學(xué)習。

[情境3]海水中資源豐富，這既是大自然對人類的饋贈，同時也給化學(xué)工作者帶來難題，如何從眾多元素中提取出目標產(chǎn)物，即從資源到產(chǎn)品如何轉(zhuǎn)化？

[學(xué)生活動]在教師引導(dǎo)下繪制“空氣吹出法”工業(yè)提溴的工藝流程圖（圖5），書寫氧化、吸收階段的離子反應(yīng)方程式。比較海水提鎂的流程和海水提溴的流程，歸納從資源到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化途徑。

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生能根據(jù)所給信息以及氧化還原反應(yīng)原理書寫離子反應(yīng)方程式，（氧化）Cl²+2Br=Br²+2Cl-;（吸收）SO²+Br²+2H²0—4H₊+2S0_-2⁴。大部分學(xué)生能從溴的提取和鎂的制備中歸納出從資源到產(chǎn)品的兩種轉(zhuǎn)化途徑：①資源富集一產(chǎn)品制備一產(chǎn)品提純，②資源富集一原料提純一產(chǎn)品制備。

設(shè)計意圖：在海水曬鹽、海水淡化原理的基礎(chǔ)上，分析討論從濃海水中提取溴和鎂的工業(yè)生產(chǎn)流程，創(chuàng)立一個真實的化工生產(chǎn)情境，使學(xué)生在具體情境中體會化學(xué)與生產(chǎn)、生活的密切聯(lián)系以及工業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性，并建構(gòu)從資源到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化模型。模型是一種具有描述、分析、預(yù)測等功能的科學(xué)研究方法，在化學(xué)學(xué)科中應(yīng)用模型教學(xué)，可以讓學(xué)生從化學(xué)角度找到解決問題的策略，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的氧化還原反應(yīng)原理、物質(zhì)分離提純等知識用于解決實際生產(chǎn)問題。

環(huán)節(jié)三：整合工藝

[情境4]為響應(yīng)“一帶一路”倡議，實現(xiàn)京津冀協(xié)同發(fā)展，天津市急需解決用電、用水、用地的矛盾！天津市的漢沽鹽場有上千年歷史，距離漢沽鹽場不遠處建設(shè)了天津北疆發(fā)電廠，發(fā)電廠除了輸出電還會產(chǎn)生大量余熱?，F(xiàn)在發(fā)電廠與鹽場之間規(guī)劃一座海水淡化廠，是否可行（圖6）？淡化后的濃海水如何處理？先“提溴”還是先“曬鹽”？（市場價：海鹽7500元/噸，液溴30000元/噸）

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生認為海水淡化項目可行，因為發(fā)電廠有余熱可以采用蒸餾原理進行海水淡化，淡化后的濃海水流入漢沽鹽場直接曬鹽，不僅得到淡水、食鹽，還可以提高曬鹽效率，節(jié)約土地資源。還有的學(xué)生說海水淡化后的濃海水應(yīng)該先進入溴素廠提取溴單質(zhì)，因為溴的經(jīng)濟價值更高，提溴后的濃海水中氯離子含量更高，還可以進一步提高出鹽率。

設(shè)計意圖：海水曬鹽和海水淡化是學(xué)生比較熟悉的人類對海水利用的實例，從中體現(xiàn)出人類利用能量轉(zhuǎn)化獲取生存所需用品的智慧。隨著社會的發(fā)展，用電、用水、用地等矛盾突出，通過創(chuàng)設(shè)海水曬鹽、海水淡化與溴的生產(chǎn)相結(jié)合的真實情境，讓學(xué)生體會化學(xué)工業(yè)在綜合利用資源、節(jié)約資源等方面的技術(shù)措施，了解化學(xué)研究對化學(xué)工業(yè)發(fā)展的促進作用。

環(huán)節(jié)四：優(yōu)化流程

[情境5]漢沽鹽場生產(chǎn)的食鹽分為食品級和工業(yè)級，工業(yè)級食鹽是重要的化工原料，你認為在鹽場附近還可以布局哪些企業(yè)？曬鹽之后的苦鹵還能提取哪些物質(zhì)？

[學(xué)生表現(xiàn)]有的學(xué)生提出氯堿工業(yè)以食鹽為原料，通過電解飽和食鹽水可以獲得燒堿、氯氣和氫氣，氯氣可以用來制備溴單質(zhì)，實現(xiàn)資源的再利用，可以布局氯堿廠;有的學(xué)生提出純堿生產(chǎn)也以食鹽為原料，侯氏制堿法就是在氨的氯化鈉飽和溶液中通入二氧化碳氣體獲得碳酸氫鈉晶體，然后加熱分解獲得純堿，可以布局純堿廠;還有的學(xué)生提出食鹽是制備金屬鈉的原料，生成的氯氣還可以用作海水預(yù)處理的消毒劑，節(jié)約成本。對于苦鹵可以提取哪些物質(zhì)，學(xué)生提出可以提鉀（鉀肥、金屬鉀）、提鎂（耐火材料氧化鎂、金屬鎂）、提鋰（鋰電池）等。

設(shè)計意圖：將學(xué)生之前所學(xué)的碎片化知識進一步整合成有邏輯、有體系的知識結(jié)構(gòu)并能進行學(xué)習的遷移。培養(yǎng)學(xué)生運用化學(xué)方法解決實際問題的意識，幫助學(xué)生從“化學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境”四位一體的角度實現(xiàn)海水資源的綜合利用，通過具體工業(yè)生產(chǎn)情境的分析，讓學(xué)生感悟真實化工生產(chǎn)涉及許多問題，如化學(xué)原理、原料選擇、能源消耗、生產(chǎn)工藝、環(huán)保措施及經(jīng)濟效益等，從而樹立“綠色化學(xué)”以及可持續(xù)發(fā)展的理念。

四、結(jié)語

知識只是素養(yǎng)的媒介和手段，知識轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的重要途徑是情境，因此，教師要在新課標指導(dǎo)下積極推進情境素材的開發(fā)，構(gòu)建從真實的情境中學(xué)習的認知路徑，知識才會在學(xué)生身上扎根，才會轉(zhuǎn)化為學(xué)生的素養(yǎng)。

參考文獻

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