促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)發(fā)展的情境教學(xué)

陳悅 吳波 李光全

摘要：以真實(shí)造紙工業(yè)流程為載體，創(chuàng)設(shè)“造紙工程師”“環(huán)境監(jiān)測員”“城市規(guī)劃師”三種情境，在解決實(shí)際問題任務(wù)中復(fù)習(xí)堿的化學(xué)性質(zhì)，發(fā)展學(xué)生的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng);造紙術(shù);堿的化學(xué)性質(zhì);復(fù)習(xí)課

文章編號(hào)：1008-0546（2021）02-0057-05 中圖分類號(hào)：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.02.014

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中提出：在化學(xué)教學(xué)中重視開展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)，倡導(dǎo)真實(shí)問題情境的創(chuàng)設(shè)，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計(jì)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力。堿的化學(xué)性質(zhì)在初中化學(xué)新課教學(xué)和復(fù)習(xí)課教學(xué)中都是重點(diǎn)內(nèi)容。教師在進(jìn)行化學(xué)復(fù)習(xí)課教學(xué)時(shí)，應(yīng)注重設(shè)計(jì)多種情境，設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)性問題任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)去解決生產(chǎn)生活的實(shí)際問題，促使學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)化、功能化、素養(yǎng)化。

一、教學(xué)主題內(nèi)容及教學(xué)現(xiàn)狀分析

《義務(wù)化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》中要求：在教學(xué)中要為學(xué)生創(chuàng)設(shè)體現(xiàn)化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境相互關(guān)系的學(xué)習(xí)情境，使學(xué)生初步了解化學(xué)對人類文明發(fā)展的巨大貢獻(xiàn)，增強(qiáng)學(xué)生對自然和社會(huì)的責(zé)任感?；谡n程理念，筆者以真實(shí)造紙工業(yè)流程為載體，創(chuàng)設(shè)了“造紙工程師”“環(huán)境監(jiān)測員”“城市規(guī)劃師”三種情境，幫助學(xué)生建構(gòu)堿的化學(xué)性質(zhì)結(jié)構(gòu)化知識(shí)。

“堿的化學(xué)性質(zhì)”的主要內(nèi)容包括：（1）堿能和酸堿指示劑作用，能使紫色石蕊溶液變藍(lán)，使無色酚酞溶液變紅;（2）堿能和酸反應(yīng)生成鹽和水;（3）堿能和某些非金屬氧化物反應(yīng)生成鹽和水;（4）堿能和某些鹽溶液反應(yīng)生成新堿和新鹽。

在檢索到的相關(guān)教學(xué)設(shè)計(jì)中，對“堿的化學(xué)性質(zhì)”的復(fù)習(xí)重點(diǎn)都落在氫氧化鈉變質(zhì)問題的探究上，因?yàn)闅溲趸c的變質(zhì)問題一直都是中考的熱門考點(diǎn)。但是，一節(jié)復(fù)習(xí)課只探究氫氧化鈉的變質(zhì)，情境不夠新穎，無法吸引學(xué)生的興趣。且過于注重知識(shí)本身，忽略了堿的化學(xué)性質(zhì)在生產(chǎn)和生活中的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。因此，在復(fù)習(xí)課堂中，如何設(shè)計(jì)新穎的情境和問題任務(wù)活動(dòng)讓學(xué)生在學(xué)會(huì)堿的化學(xué)性質(zhì)的基礎(chǔ)上，利用堿的化學(xué)性質(zhì)解決生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題變得尤為重要。

二、“堿的化學(xué)性質(zhì)”復(fù)習(xí)課教學(xué)設(shè)計(jì)

1.學(xué)情分析

知識(shí)和技能：在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，學(xué)生已經(jīng)學(xué)習(xí)了酸、堿、鹽等元素化合物的化學(xué)性質(zhì)，已經(jīng)知道了物質(zhì)的分類方法，能對物質(zhì)進(jìn)行分類學(xué)習(xí)。學(xué)生已經(jīng)掌握了初步的實(shí)驗(yàn)操作技能，會(huì)從多方面觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

心理特征：初三學(xué)生具有敏感好動(dòng)的特點(diǎn)，具有發(fā)散思維，喜歡動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)。但是在復(fù)習(xí)階段可能感到有點(diǎn)疲憊，因此需要有趣的活動(dòng)吸引學(xué)生。

局限和不足：學(xué)生對知識(shí)的整合能力和遷移能力較弱，不具備化學(xué)學(xué)習(xí)的高階思維，不能自主將知識(shí)結(jié)構(gòu)化、功能化，因此需要教師幫助學(xué)生對知識(shí)進(jìn)行遷移和運(yùn)用。

2.教學(xué)目標(biāo)

基于學(xué)情分析，從“素養(yǎng)為本”的角度，確立了本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)為：

（1）通過堿和酸反應(yīng)微觀小球模型、堿和CuSO～溶液反應(yīng)微觀圖片模型掌握堿的化學(xué)性質(zhì)，培養(yǎng)宏觀辨識(shí)與微觀探析素養(yǎng);

（2）通過廢硫酸處理造紙廢水的實(shí)際計(jì)算，運(yùn)用化學(xué)反應(yīng)原理解決簡單的實(shí)際問題，培養(yǎng)變化觀念與平衡思想素養(yǎng);

（3）通過堿的化學(xué)性質(zhì)的復(fù)習(xí)，建立堿的化學(xué)性質(zhì)宏觀模型以及能和OH-發(fā)生反應(yīng)的微觀粒子模型，培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng);

（4）通過實(shí)驗(yàn)探究造紙流程中為什么要加入堿性物質(zhì)以及如何監(jiān)測廢水的酸堿性是否達(dá)標(biāo)，從問題和假設(shè)出發(fā)，完成實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)素養(yǎng);

（5）通過黑液處理方法的思考與討論，樹立起保護(hù)環(huán)境的可持續(xù)發(fā)展意識(shí)，培養(yǎng)科學(xué)精神與社會(huì)責(zé)任素養(yǎng)。

3.教學(xué)流程

本節(jié)課以造紙術(shù)為主線，設(shè)計(jì)了3個(gè)職業(yè)情境將學(xué)習(xí)過程分為了5個(gè)問題活動(dòng)：（1）小組合作，查閱相關(guān)資料;（2）造紙工程師，探究造紙加堿原因;（3）造紙工程師，探究黑液如何處理;（4）環(huán)境監(jiān)測師，探究廢液是否達(dá)標(biāo);（5）城市規(guī)劃師，規(guī)劃工廠位置。整節(jié)課按照圖1的教學(xué)流程展開。

三、教學(xué)實(shí)錄

[環(huán)節(jié)1]小組合作，查閱相關(guān)資料

上課前一周，教師發(fā)布任務(wù)，以小組為單位，利用周末時(shí)間在網(wǎng)上查閱以下資料：1.查閱和歸納古代造紙和現(xiàn)代造紙的流程。2.在“造紙工程師”“環(huán)境監(jiān)測員”和“城市規(guī)劃師”這三種職業(yè)中選擇一個(gè)你感興趣的職業(yè)，查找相關(guān)職業(yè)信息和要求。

[環(huán)節(jié)2]實(shí)驗(yàn)探究，造紙加堿原因

教師引入：2007年，英國《獨(dú)立報(bào)》評出了改變世界的101個(gè)發(fā)明，中國古代四大發(fā)明赫然在列，造紙術(shù)就是其中之一，今天我們就一起學(xué)習(xí)造紙術(shù)中的化學(xué)。課前，同學(xué)們已經(jīng)整理出了古代造紙流程如圖2，現(xiàn)代造紙流程如圖3。

教師：假如十年后，你成為了A市某造紙廠的“造紙工程師”，解決生產(chǎn)線上的技術(shù)難題是你的重要工作。請你解決問題1：找出造紙流程中用到的堿性物質(zhì)，寫出古代造紙中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)方程式。

教師：不管是古代造紙還是現(xiàn)代造紙，步驟1中都要加入堿性物質(zhì)，為什么步驟1中要加入堿性物質(zhì)？

學(xué)生：思考后無法作答。

教師提供參考資料：（1）紙的成分主要是纖維素;（2）樹木中含有纖維素、油脂、木質(zhì)素等成分。

學(xué)生：加入堿性物質(zhì)可能是為了和植物中的油脂等成分反應(yīng)。

學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案：向樹皮中分別加入NaOH溶液和水浸泡，觀察現(xiàn)象。

教師：樹皮和NaOH溶液反應(yīng)時(shí)間較長，且有顏色.干擾，不便于觀察現(xiàn)象，我們可以用同樣富含纖維素的棉花模擬這個(gè)實(shí)驗(yàn)。

學(xué)生小組實(shí)驗(yàn)：向棉花A中加A.NaOH溶液，棉花B中加入水浸泡1分鐘，洗滌烘干后觀察現(xiàn)象，如圖4所示。實(shí)驗(yàn)后用手觸摸，可以很明顯地能夠感知到棉花團(tuán)A表面的油脂被反應(yīng)了，如圖5所示。

學(xué)生得出結(jié)論：NaOH等堿性物質(zhì)可以和油脂反應(yīng)，溶解非纖維素成分，使植物中的纖維素分離出來。

[環(huán)節(jié)3]造紙工程師，探究黑液如何處理

教師：造紙流程中，過濾得到紙漿后剩余了黑液，黑液是呈堿性的。堿性黑液中可能含有哪些物質(zhì)？

教師：同學(xué)們能根據(jù)老師提供的圖片模型找出堿和CuSO4溶液實(shí)際參加反應(yīng)的微粒嗎？圖片見圖9、圖10、圖11。

學(xué)生：堿和CuSO4溶液反應(yīng)的實(shí)質(zhì)是OH-和Cu²⁺反應(yīng)生成cu（OH）2沉淀。兩類反應(yīng)中，OH-都被反應(yīng)掉了，因此溶液從堿性變?yōu)榱酥行?。溶液中自由移?dòng)的離子數(shù)目減少，因此復(fù)分解反應(yīng)可以發(fā)生。

教師引導(dǎo)學(xué)生總結(jié)：初中階段需要掌握的能和OH-發(fā)生反應(yīng)的微觀粒子如圖12所示。《制漿造紙工業(yè)水污染物排放標(biāo)準(zhǔn)》中要求廢水的pH為6-9，你要如何去監(jiān)測廢水的酸堿性呢？

學(xué)生實(shí)驗(yàn)：用紫色石蕊溶液、無色酚酞溶液監(jiān)測廢水的酸堿性，用pH試紙測量廢水的pH，觀測造紙廠的廢水是否達(dá)標(biāo)。

師生總結(jié)：堿的化學(xué)性質(zhì)主要有四條，總結(jié)如圖13所示。

教師：回到造紙黑液的處理方法，同學(xué)們有什么好方法可以用于處理黑液了嗎？

學(xué)生：處理堿可以加酸或者加某些鹽溶液。其中，酸也可以和碳酸鹽發(fā)生反應(yīng)。因此，處理黑液的合適方法為加酸。

教師：很好。我國現(xiàn)代造紙工業(yè)上處理黑液就是向黑液中加入硫酸中和至中性排放。

[環(huán)節(jié)4]環(huán)境監(jiān)測師，探究廢液是否達(dá)標(biāo)

教師：假如十年后，你成為了A市的環(huán)境監(jiān)測員，你需要監(jiān)測造紙廠排出的廢水的酸堿性是否達(dá)標(biāo)。

[環(huán)節(jié)5]城市規(guī)劃師，規(guī)劃工廠位置

教師：假如十年后，你成為了A市的城市規(guī)劃師，你需要對工業(yè)區(qū)各個(gè)工廠的位置進(jìn)行合理的規(guī)劃。造紙廠、印染廠、火電廠、硫酸廠這幾個(gè)工廠的位置應(yīng)該怎樣分布以達(dá)到環(huán)保的目的？

學(xué)生：方法有很多，造紙廠、印染廠廢水呈堿性，火電廠、硫酸廠廢水呈酸性，只要利用酸堿中和原理就可以處理這幾個(gè)工廠的廢水了。

教師：同學(xué)們完成這個(gè)工業(yè)廢水處理的計(jì)算題。若某造紙廠廢水中NaOH的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為1.6%，現(xiàn)用廢硫酸9.8t（廢硫酸中硫酸的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為20%）將其處理至中性，可以處理的造紙廢水質(zhì)量是多少？

學(xué)生：廢硫酸中H2S04的質(zhì)量為1.96t，通過化學(xué)方程式2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O，可以算出NaOH的質(zhì)量為1.6t，因此可以處理造紙廢水的質(zhì)量是100t。

師生總結(jié)：這節(jié)課中，我們通過造紙工程師、環(huán)境監(jiān)測員、城市規(guī)劃師三種職業(yè)的扮演，復(fù)習(xí)了堿的化學(xué)性質(zhì)，從微觀角度總結(jié)了能和氫氧根離子發(fā)生反應(yīng)的離子，達(dá)到知識(shí)的意義建構(gòu)。

教師：造紙術(shù)經(jīng)過古代人工造紙到如今的機(jī)械造紙，在中國已經(jīng)有幾千年的歷史了，但是造紙行業(yè)沒有一家企業(yè)進(jìn)入中國企業(yè)百強(qiáng)，說明造紙行業(yè)還有很大的發(fā)展空間。同學(xué)們試想一下，在未來，造紙技術(shù)還可以怎樣發(fā)展？

學(xué)生1：技術(shù)提升后，原料可以不用樹木、竹子，可以用草，節(jié)約成本。

學(xué)生2：廢水處理工藝比較貴，可以開發(fā)降低廢水處理成本的新技術(shù)。

學(xué)生3：開發(fā)可以一鍵擦除字跡的紙，一張紙可以循環(huán)使用無數(shù)次。

學(xué)生4：……

教師：同學(xué)門都說得非常好。造紙術(shù)從過去到現(xiàn)在，再到未來的發(fā)展，體現(xiàn)了中國傳統(tǒng)文化需要我們?nèi)鞒小l(fā)展和創(chuàng)新！如果同學(xué)們有條件的話，可以去造紙廠實(shí)地參觀，在參觀過程中用化學(xué)的眼睛看，用化學(xué)的思維思考可以如何節(jié)約原料、減少污染、提高生產(chǎn)效益！