“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”導(dǎo)向下氣體制備的教學(xué)

嚴(yán)西平

摘要：“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”是化學(xué)核心素養(yǎng)之一，是化學(xué)核心素養(yǎng)的實(shí)踐基礎(chǔ)。作者在開展新疆克州地區(qū)高中化學(xué)新課程培訓(xùn)中，發(fā)現(xiàn)這一維度的核心素養(yǎng)最容易被當(dāng)?shù)亟處熚{。為了更好地推進(jìn)核心素養(yǎng)導(dǎo)向的化學(xué)課堂新疆落地實(shí)踐，作者運(yùn)用2017版化學(xué)課標(biāo)理念重構(gòu)了人教版必修一“氯氣的制取”內(nèi)容的教學(xué)設(shè)計(jì)，示范教學(xué)獲得了克州地區(qū)化學(xué)教師的認(rèn)同。

關(guān)鍵詞：科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí);氣體制備;教學(xué)

文章編號(hào)：1008-0546（2020）06-0052-03 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.06.014

2018年8月我參加了國家四部委的“援藏援疆萬人支教教師計(jì)劃”，來到新疆克州地區(qū)（南疆四地州之一，位于祖國西北邊陲）支教。作為克州高中化學(xué)兼職教研員，我在當(dāng)?shù)亟M織的高中化學(xué)新課程培訓(xùn)中，發(fā)現(xiàn)克州地區(qū)化學(xué)教師教學(xué)觀念比較陳舊，五大核心素養(yǎng)的理解和內(nèi)化程度不一，比較容易上手的是“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”。因?yàn)檫@一維度是化學(xué)核心素養(yǎng)的實(shí)踐基礎(chǔ)，于是我選擇了凸顯這一維度的教學(xué)內(nèi)容——?dú)怏w的制備，按照2017版高中化學(xué)課標(biāo)的理念，重新打造了人教版必修一“氯氣的制取”教學(xué)設(shè)計(jì)，從教學(xué)目標(biāo)的敘寫到教學(xué)素材的采擷，從教學(xué)內(nèi)容的組織到“教-學(xué)-評”一體化設(shè)計(jì)，盡可能地反映新課標(biāo)對教學(xué)的統(tǒng)攝，以期用實(shí)實(shí)在在的課堂落實(shí)來促動(dòng)當(dāng)?shù)亟處熃虒W(xué)觀念的轉(zhuǎn)變。

一、教學(xué)目標(biāo)的敘寫

怎樣從三維目標(biāo)過渡到素養(yǎng)目標(biāo)？怎樣引導(dǎo)克州老師學(xué)會(huì)書寫素養(yǎng)目標(biāo)？是不是五大素養(yǎng)目標(biāo)都寫出來？是不是一定要寫五句話？帶著這些疑問，在克州高中化學(xué)教研基地活動(dòng)上，我和當(dāng)?shù)乩蠋熞黄饘W(xué)習(xí)2017版新課標(biāo)附錄2的有關(guān)教學(xué)案例，揣摩樣例中教學(xué)目標(biāo)的敘寫句式（通過…探究/感受/建立/形成…）和涉及的素養(yǎng)目標(biāo)數(shù)（1個(gè)為主，關(guān)聯(lián)2-3個(gè)），模仿敘寫了“氯氣的制取”教學(xué)目標(biāo)（也是三句話）：

（1）通過對氯氣的工業(yè)制法的了解，基于氧化還原反應(yīng)的實(shí)質(zhì)預(yù)測實(shí)驗(yàn)室制氯氣的反應(yīng)原理，并對可能的反應(yīng)進(jìn)行合理的探究。

（2）通過確定實(shí)驗(yàn)室制取氯氣裝置的推理，逐步積累有關(guān)氣體發(fā)生、凈化、收集、尾氣處理等程序性知識(shí)和能力。

（3）通過舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣的史料溫習(xí)，滲透培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度和創(chuàng)新意識(shí)。

上述的教學(xué)目標(biāo)清晰地勾勒出本節(jié)課培養(yǎng)的主要核心素養(yǎng)是“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”，勾連“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”與“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”，融合了知識(shí)技能的學(xué)習(xí)、思想方法的建構(gòu)、科學(xué)態(tài)度的形成和問題解決能力的發(fā)展等方面的需求。

二、教學(xué)素材的采擷

在2007人教版必修一的教材中，有關(guān)氯氣的制取只有一道習(xí)題，沒有反應(yīng)原理的認(rèn)知，缺少反應(yīng)裝置的辨識(shí)，缺失操作步驟的訓(xùn)練，這樣的內(nèi)容充其量就是一道根據(jù)方程式的計(jì)算，根本撐不起氯氣制取的教學(xué)（令人欣慰的是2019版的教材中已經(jīng)增添了相關(guān)內(nèi)容，一定程度上彌補(bǔ)了“無米之炊”的遺憾）。

1.為了完整地學(xué)習(xí)氯氣的制取原理，我引入了觀看氯氣的工業(yè)制法視頻;為了理解氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法反應(yīng)原理，我設(shè)計(jì)了如下的對比實(shí)驗(yàn)：

[思考]①電解食鹽水適合實(shí)驗(yàn)室制取氯氣嗎？

②從含負(fù)一價(jià)的氯離子的HCl、NaCl等到零價(jià)的Cl₂，固定氧化劑，設(shè)計(jì)篩選的對比實(shí)驗(yàn)，見表1：

通過這樣的鋪墊，學(xué)生首先從電解食鹽水中感性認(rèn)識(shí)到氯化物中負(fù)一價(jià)的氯通過失電子的方式變身為氯氣，需要耗費(fèi)大量電能且產(chǎn)生氫氣和氯氣兩種氣體，不適合實(shí)驗(yàn)室制法，但是其中蘊(yùn)含的氧化還原反應(yīng)實(shí)質(zhì)給了學(xué)生思維啟迪：哪種氯化物比較合適實(shí)驗(yàn)室條件下跟二氧化錳的反應(yīng)呢？設(shè)計(jì)對比實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象就能確定下來（是濃鹽酸）。緊接著安排學(xué)生練習(xí)書寫這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式和離子反應(yīng)方程式，并用雙線橋法標(biāo)出電子得失的情況。原本的機(jī)械性學(xué)習(xí)變成充滿趣味的探究和推理，由于掌握了反應(yīng)的實(shí)質(zhì)，學(xué)生書寫方程式的準(zhǔn)確率較高。

2.為了更好地宣揚(yáng)化學(xué)家的歷史貢獻(xiàn)，我播放了舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣的故事和舍勒的名言：世間最大的快樂，莫過于發(fā)現(xiàn)世人從未見過的新物質(zhì)。學(xué)生在用所學(xué)知識(shí)向前輩的發(fā)現(xiàn)致敬的同時(shí)更能感染到“鍥而不舍、一絲不茍”的科學(xué)態(tài)度，領(lǐng)悟名言的寓意。

3.為了更好地認(rèn)知實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的裝置和尾氣處理方法，我設(shè)置了這樣的推理環(huán)節(jié)：

[回顧]實(shí)驗(yàn)室制取某種氣體，需要根據(jù)和____來確定其他的發(fā)生裝置;推斷出制氯氣的發(fā)生裝置是____型。

[推測]氯氣的性質(zhì)：ρ__ρ_空氣;能溶于水（但是在飽和食鹽水中的溶解度很?。?，所以收集氯氣的方法是____。

[聯(lián)想]氯氣__毒，所以需要添加尾氣處理裝置，考慮到氯氣能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，故最好的處理方法是將尾氣通人____中。

在初中化學(xué)學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)掌握了實(shí)驗(yàn)室制取氣體裝置的確定原則，所以采用證據(jù)推理的形式開展教學(xué)，這樣的銜接處理既能鞏固舊知，又能自然衍生出新知，既能溫習(xí)氯氣的性質(zhì)，又能合理地確定氯氣的發(fā)生裝置、收集方法（儀器）和尾氣處理方法。在這個(gè)過程中，學(xué)生又一次增長了“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的素養(yǎng)。

4.為了更完整地掌握氯氣制取的裝置，我增加了如下的設(shè)計(jì)：質(zhì)疑制取氯氣的基本裝置，提出加以改進(jìn)的方案。

[分析]觀看制取氯氣的視頻，提出合理的疑問：這樣制得的氯氣純凈嗎？可能存在哪些雜質(zhì)氣體？

[設(shè)計(jì)]如何改進(jìn)？增加吸收氯化氫氣體的盛有__的洗氣瓶，這一步驟稱為____;還要增加吸收水蒸氣的盛有____的洗氣瓶，這一步驟稱為____;正確的連接順序是先____后____（填操作步驟名稱）

[連接]制備并收集純凈而干燥的氯氣且不造成空氣污染，圖1中裝置的連接順序是：

A→ → → →

設(shè)置真實(shí)情境下氣體收集問題，讓簡單學(xué)習(xí)走向深度學(xué)習(xí)，這樣的增補(bǔ)有助于學(xué)生全面地看待事物，提升問題解決能力。簡單裝置中得到的氯氣必然含有氯化氫和水蒸氣（初中已知用濃硫酸吸收），如何除去氯化氫同時(shí)減少氯氣的溶解吸收呢？學(xué)生就要從素材3中提供的信息尋找答案（飽和食鹽水吸收），這是科學(xué)探究所必須具備的能力（擷取有用信息）訓(xùn)練，同時(shí)也是培養(yǎng)創(chuàng)新意識(shí)一種嘗試。將各功能的儀器從打亂分散到按序重組，使碎片化的知識(shí)結(jié)構(gòu)化、系統(tǒng)化，有利于氣體制備中的凈化一干燥一收集一處理順序的固化，是“實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ驼J(rèn)知與建構(gòu)”的有機(jī)組成。

5.為了進(jìn)一步拓展視野，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)和創(chuàng)新能力，我設(shè)計(jì)了一道思考題：

[資料]事實(shí)上除了用濃鹽酸和MnO₂外，還常用以下三個(gè)反應(yīng)來制取氯氣：

請根據(jù)反應(yīng)物的狀態(tài)和反應(yīng)條件，繪圖設(shè)計(jì)適合三個(gè)反應(yīng)的發(fā)生裝置。

學(xué)生首先能確定反應(yīng)（3）的發(fā)生裝置應(yīng)該就是前面所學(xué)的“固液加熱型”，反應(yīng)（1）和（2）是“固液接觸不需加熱型”，去掉酒精燈可以得到如圖2所示的裝置，如果進(jìn)一步省略鐵架臺(tái)，可以改用平底燒瓶，如圖3所示。

通過簡單繪圖的方式，可以把文本化的創(chuàng)新意識(shí)轉(zhuǎn)化為手腦并重的創(chuàng)新能力。

三、教學(xué)內(nèi)容的組織

如何凸顯科學(xué)探究的實(shí)效、強(qiáng)化創(chuàng)新意識(shí)的培育？我對本節(jié)課所涉及的科學(xué)探究的要素進(jìn)行了如圖4的排序：

例：氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法原理和裝置的探究與創(chuàng)新過程（圖5）。

四、“教-學(xué)-評”一體化設(shè)計(jì)

參照2017版高中化學(xué)課標(biāo)中附錄2教學(xué)與評價(jià)案例，我把每個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)都從“教-學(xué)-評”三個(gè)維度加以設(shè)計(jì)和描述，舉例如下：

例1、教學(xué)環(huán)節(jié)：從電解食鹽水制取氯氣引出濃鹽酸與二氧化錳的反應(yīng)

學(xué)習(xí)任務(wù)：氯氣的實(shí)驗(yàn)室制法的反應(yīng)原理

評價(jià)任務(wù)：診斷并發(fā)展學(xué)生對氧化還原反應(yīng)理解和應(yīng)用水平

檢測方式：能寫出反應(yīng)物、生成物（物質(zhì)水平）

能寫出反應(yīng)的化學(xué)方程式（元素水平）

能寫出反應(yīng)的離子方程式（微粒水平）

例2、教學(xué)環(huán)節(jié)：從實(shí)驗(yàn)室制取氯氣的基本裝置引出制取干燥純凈的氯氣的完整裝置

學(xué)習(xí)任務(wù)：制取干燥純凈的氯氣的完整裝置

評價(jià)任務(wù)：診斷并發(fā)展學(xué)生認(rèn)識(shí)和掌握實(shí)驗(yàn)裝置的能力進(jìn)階

檢測任務(wù)：能識(shí)別含發(fā)生、收集、尾氣處理的基本裝置（初級能力）

能理解吸收水蒸氣和氯化氫的裝置的作用（中級能力）

能選擇并組裝含發(fā)生、凈化干燥、收集、尾氣處理的完整裝置（高級能力）

通過這節(jié)示范課，我和新疆老師都有了新的收獲。一來我雖然是老教師了，但是按照2017版高中化學(xué)課標(biāo)教學(xué)設(shè)計(jì)和展示還是第一次，在磨課的過程中我也積攢了不少體會(huì)，比如“素養(yǎng)為本”的教學(xué)目標(biāo)如何敘寫，“教-學(xué)-評”一體化設(shè)計(jì)如何展開等。二來新疆老師雖然起步比內(nèi)地老師晚，但是研修的積極性很高，這節(jié)課后我布置了一個(gè)任務(wù)：嘗試把以前的課時(shí)三維目標(biāo)改為素養(yǎng)目標(biāo)，每人每個(gè)學(xué)期完成不少于10節(jié)課時(shí)內(nèi)容。不少老師都完成了任務(wù)，雖然寫得比較生硬和稚嫩，但是看到這些教改的粗淺成果，我還是心頭一熱，援疆支教沒有只停留在教書育人上，引領(lǐng)各族老師共同進(jìn)步才是最大的成果！