基于“歷史線”的模型建構(gòu)教學(xué)

楊祎

摘 要：本節(jié)課通過自制的4個微視頻串聯(lián)起水凈化的歷史時間線，設(shè)置問題驅(qū)動型任務(wù)引入教學(xué)內(nèi)容，通過多種方式讓學(xué)生了解凈水方法及其原理的同時逐步構(gòu)建和完善凈水流程的模型，更好地促進其對知識的理解和應(yīng)用以及化學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：模型建構(gòu);歷史線;生活情境

“水的凈化”一課是通過各種方式讓學(xué)生認識了解沉淀、過濾、吸附、殺菌消毒等凈水方式，學(xué)會過濾操作，并構(gòu)建凈水一般流程的模型，感受化學(xué)與生活的密切聯(lián)系。

在本課之前，學(xué)生對天然水、自來水等概念有一定的感性認識，也有一些相應(yīng)的凈水常識，但對過濾操作、水的硬度、水的凈化具體流程等知識沒有系統(tǒng)的認識，實驗操作的規(guī)范性、根據(jù)材料獲取有效信息的能力、歸納總結(jié)能力還有待進一步提高和培養(yǎng)。

本節(jié)課創(chuàng)設(shè)了真實的生活情境，通過自制的4個微視頻“漉水囊介紹”“明礬的使用和沉降原理”“氯氣殺菌消毒歷史”“蒸餾和反滲透技術(shù)介紹”串聯(lián)起水凈化的歷史時間線，設(shè)置問題驅(qū)動型任務(wù)引入教學(xué)內(nèi)容，通過獲取信息、進行實驗、交流討論、評價總結(jié)等方式讓學(xué)生了解凈水方法及其原理的同時逐步構(gòu)建和完善凈水流程的模型。

一、創(chuàng)設(shè)生活情境，提出問題

【創(chuàng)設(shè)情境】水是生命之源，也是我們每天必須要攝入的一種物質(zhì)，這里有一瓶從我們學(xué)校池塘取得的河水，大家覺得能直接飲用嗎？為什么？

生：不能。因為有泥沙（不溶物）、微生物等。

師：因為有泥沙等不溶物，所以水很渾濁，那如果把它放置一段時間呢？

展示：放置一天的水。

生：泥沙沉入底部，上層稍微澄清了些。

師：所以通過靜置可以使部分泥沙等不溶物沉降下來。

問：但是有沒有完全將不溶物與水分離？

生：沒有。

【問題引導(dǎo)】那我們究竟該通過哪些手段除去水中一些我們所不需要的物質(zhì)，一步步將渾濁的河水變?yōu)轱嬘盟踔潦羌儍羲?？這就是我們今天要學(xué)習(xí)的“水的凈化”。

【通過生活情境提出如何將水凈化這一問題，作為本節(jié)課的知識主線，在學(xué)生已有知識的基礎(chǔ)上進一步引發(fā)學(xué)習(xí)動機?！?/p>

二、初步構(gòu)建并完善模型

過渡：接下來我們就沿著歷史的軌跡，了解一下從古到今的人們在凈水方面做過哪些事。

【播放視頻一】唐代漉水囊的簡介。

【問題引導(dǎo)】竹篾編制的囊的作用是什么？

生：將樹葉、泥沙等不溶物除去。

【引出概念】我們把這種將不溶于水的物質(zhì)和水分離的方式叫作過濾。

結(jié)合書本及已有儀器思考討論：

1.如何用漏斗和濾紙組裝過濾器？

2.如何用過濾器過濾？

【學(xué)生演示】組裝過濾器，搭建過濾裝置。

教師指正：根據(jù)學(xué)生操作補充指正操作中存在的問題。

1.如何將濾紙放入漏斗內(nèi)？（折疊后打開濾紙的一邊）

2.如何保證濾紙緊貼漏斗內(nèi)壁？（濾紙不能緊貼，調(diào)整濾紙折疊角度，用水潤濕）

【分組實驗】搭建過濾裝置并取少量河水進行過濾。

指出問題：即時拍攝學(xué)生操作中出現(xiàn)的問題并投屏至大屏幕。

展示圖片：這些操作是否存在問題？可能導(dǎo)致什么后果？

【交流討論、評價】

1.玻璃棒沿著漏斗內(nèi)壁的濾紙倒入。（液體可能從漏斗和濾紙的空隙流下，未起到過濾效果）

2.漏斗下端沒有緊靠燒杯內(nèi)壁。（液體濺出，影響過濾速度）

3.承接濾液的燒杯不干凈。（濾液渾濁）

4.液面高于濾紙邊緣。（液體從濾紙和漏斗的空隙流下，影響過濾效果）

【總結(jié)】過濾操作注意事項：一貼二低三靠。

【通過唐代漉水囊的介紹，引出過濾的概念，通過演示實驗和分組實驗的方式讓學(xué)生體驗過濾操作，通過即時拍攝學(xué)生操作中存在的問題并投屏，便于學(xué)生通過交流討論、環(huán)節(jié)評價及時發(fā)現(xiàn)操作中的問題并總結(jié)出過濾操作的注意事項，更好地掌握過濾基本操作?！?/p>

【問題引導(dǎo)】通過濾紙進行過濾可以將不溶物和水完全分離，但是在古代用漉水囊等過濾時，仍會有一些細小的泥沙顆粒通過竹篾之間的孔流入水中，影響過濾效果。直到明代，人們發(fā)現(xiàn)了一種神奇的物質(zhì)可以解決這個問題。

【播放視頻二】明礬的發(fā)現(xiàn)、沉降泥沙實驗和沉降原理。

【問題引導(dǎo)】加入明礬后的現(xiàn)象？明礬在凈水時起到了什么作用？

【歸納總結(jié)】明礬可以吸附懸浮在水中的小顆粒，變成大顆粒，通過重力作用而沉降。

問：所以大家覺得加明礬沉降放在過濾前還是過濾后更合適？

生：過濾后，聚成大顆粒后就更便于過濾。

師：我們的自來水廠其實也是先加入絮凝劑沉降不溶物，然后再進行過濾。

【開始初步構(gòu)建水凈化模型：先讓學(xué)生結(jié)合唐代漉水囊和已有經(jīng)驗認識到過濾可以除去不溶物，然后通過明代明礬的發(fā)現(xiàn)及沉降實驗讓學(xué)生意識到先沉降后過濾可獲得更好的效果。通過微視頻解決三個問題：介紹了明代對于明礬的使用歷史;明礬沉降的實驗通過視頻加速播放使得學(xué)生短時間內(nèi)看到明顯現(xiàn)象;通過微觀動畫更直觀地理解明礬沉降的原理?！?/p>

【問題引導(dǎo)】那么在經(jīng)過沉降和過濾之后得到的水是否能直接飲用呢？

生：不能，還含有致病的細菌等微生物。

問：生活中如何殺菌？

生：把水燒開。

【繼續(xù)引導(dǎo)】隨著時代的進步和技術(shù)的發(fā)展，在19世紀，人們發(fā)現(xiàn)了更好的消毒方式，一起來了解一下。

【播放視頻三】氯氣消毒及后續(xù)自來水惡臭事故。

師：通過視頻介紹可知，現(xiàn)在我們常用的消毒手段是什么？

生：氯氣或含氯物質(zhì)。

【繼續(xù)引導(dǎo)】但是如何除去水中的顏色或異味呢？生活中有什么可以除去異味的物質(zhì)？

生：活性炭可以除去裝修產(chǎn)生的甲醛等有毒氣體。

【問題引導(dǎo)】活性炭是否可以用于除去水中的顏色？

【實驗探究】活性炭脫色實驗。

學(xué)生觀察現(xiàn)象：有色溶液變?yōu)闊o色。

問：為什么活性炭具有如此神奇的效果？

圖片展示：掃描電子顯微鏡下活性炭的結(jié)構(gòu)圖。

分析：孔狀結(jié)構(gòu)增大其表面積，增強吸附能力。

總結(jié)：當(dāng)時美國的自來水廠也是用活性炭解決了這一問題，如今自來水廠也會在過濾處理后消毒前加入活性炭吸附環(huán)節(jié)，以提升出廠水的品質(zhì)。

【通過新的問題引導(dǎo)，繼續(xù)構(gòu)建凈水模型，通過歷史線讓學(xué)生了解19世紀氯氣用于消毒的歷史，并結(jié)合現(xiàn)代自來水廠的流程完善凈水模型。通過掃描電子顯微鏡下活性炭的結(jié)構(gòu)圖讓學(xué)生從微觀角度理解活性炭吸附性強的原因，逐步形成宏觀微觀相結(jié)合的思想?！?/p>

【問題引導(dǎo)】從自來水廠出來的水是否就不含任何雜質(zhì)了呢？

圖片展示：常州自來水廠九月份的水質(zhì)報告

學(xué)生分析報告：總硬度和溶解性總固體兩項數(shù)值較大。

【引入概念】什么叫作硬度呢？

【演示實驗】我們通過實驗來感受一下水的硬度。

學(xué)生實驗：分別取過濾后的水和純凈水，加入一滴管肥皂水后觀察現(xiàn)象。

現(xiàn)象記錄：過濾后的水加肥皂后有白色垢狀物，泡沫少;但純凈水卻沒有垢狀物。

分析總結(jié)：這是因為天然水中溶解有較多含鈣鎂的物質(zhì)，能與肥皂發(fā)生反應(yīng)形成不溶物，這種叫作硬水。

聯(lián)系生活：硬水的危害。

【問題引導(dǎo)】生活中如何將硬水軟化？（轉(zhuǎn)變?yōu)椴蝗苄噪s質(zhì)）

生：煮沸。

評價：煮沸除了將硬水軟化外還起到了殺菌消毒的作用。

過渡：除了可溶性的鈣、鎂等物質(zhì)，水中其他可溶性物質(zhì)可通過哪些手段除去？

【播放視頻四】蒸餾及反滲透技術(shù)原理及普及。

【實驗探究】蒸餾等方式是否確實可以除去可溶性物質(zhì)？

查閱資料：電導(dǎo)率越低，水中可溶性雜質(zhì)也就越低。

【學(xué)生演示】使用數(shù)字化儀器對比測定自來水和蒸餾水的電導(dǎo)率。

對比總結(jié)：蒸餾水的電導(dǎo)率遠低于自來水，該技術(shù)確實可以除去水中可溶性物質(zhì)。

【通過如何從飲用水到純凈水的問題引入了硬度的概念，并以真實的數(shù)據(jù)和實驗的方式讓學(xué)生在合作探究、對比觀察中感受水中存在的可溶性物質(zhì)。通過微視頻中蒸餾以及反滲透技術(shù)原理的介紹讓學(xué)生進一步完善水凈化的模型，同時了解感受科技變革給人類生活帶來的改變，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)精神和社會責(zé)任感，形成正確的科學(xué)態(tài)度價值觀】

三、總結(jié)形成模型

【總結(jié)】今天我們了解了從古到今凈水方式的不斷革新以及除去水中雜質(zhì)的手段，能否請同學(xué)們來總結(jié)凈水的一般流程？（自然界的水—飲用水—純凈水）

結(jié)束語：通過今天的學(xué)習(xí)，大家在掌握知識的同時想必也感受到了科技進步給人們生活帶來的改善和便利，也希望大家學(xué)好科學(xué)知識，在未來不斷開拓創(chuàng)新，讓世界變得越來越好。

教學(xué)反思：“歷史線”是指在講解化學(xué)知識點時，教師以知識的歷史發(fā)展時序為背景展開課堂教學(xué)，即以物質(zhì)的發(fā)現(xiàn)、知識的提出、性質(zhì)的探索、理論或原理的發(fā)現(xiàn)及應(yīng)用推廣的歷史時序展開教學(xué)。基于“歷史線”，通過問題驅(qū)動的方式對水的凈化流程進行模型構(gòu)建有助于學(xué)生對已有知識的加工，建立新舊知識的聯(lián)系并加以整合，形成更為完善的知識結(jié)構(gòu)框架體系，以更好地促進其對知識的理解和應(yīng)用。也讓學(xué)生切身體會到科學(xué)和技術(shù)給人類帶來的便利和改善，從而形成更為正面的科學(xué)態(tài)度和責(zé)任感。此外，在整個教學(xué)過程中各種數(shù)字化軟件及硬件的使用使課堂學(xué)習(xí)形式更加豐富，激發(fā)了學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，有效促進了學(xué)生的合作學(xué)習(xí)和探究學(xué)習(xí)，促進其化學(xué)核心素養(yǎng)的提升。

參考文獻：

張鳳英，劉子忠.化學(xué)史融入中學(xué)化學(xué)課程“四線式”教學(xué)模式的構(gòu)建[J].化學(xué)教育（中英文），2019，40（17）：50-57.