核心素養(yǎng)下的元素化合物單元教學

李愛琴 張曉梅 陳輝

摘要：對“氯及其化合物”進行單元整體教學設(shè)計，依據(jù)教材、課標和學情分析，將核心素養(yǎng)的期望具體化為單元的具體教學目標，將目標融入到含氯消毒液一境到底的真實情境中，在真實情境中生成系列探究問題，驅(qū)動教學活動實施，學生在活動中不斷進行證據(jù)推理，建構(gòu)“氯及其化合物”的研究模型，促進學生化學核心素養(yǎng)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：單元整體教學;含氯消毒液;化學核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2022）03x-0025-04??? 中圖分類號：G632.41??? 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.006

一、設(shè)計的背景

“氯及其化合物”選自2019年人教版化學必修第一冊[1]，是所有高一學生都要學習的重要內(nèi)容，氯作為典型的非金屬元素，在生產(chǎn)生活中有著廣泛的應用。本單元的學習方法為硫、氮等其他非金屬及其化合物的學習埋下伏筆，且元素化合物知識是化學基本概念和化學原理的生長點?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017 年版）》要求著力發(fā)展學生的核心素養(yǎng)，化學學科核心素養(yǎng)體現(xiàn)了化學課程在幫助學生形成未來發(fā)展需要的正確價值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力中所發(fā)揮的重要作用，化學學科核心素養(yǎng)包括“宏觀辨識與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認知”“科學探究與創(chuàng)新意識”“科學態(tài)度與社會責任”5個方面[2]。課標對“氯及其化合物”的內(nèi)容要求是結(jié)合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解氯及其重要化合物的主要性質(zhì)，認識這些物質(zhì)在生產(chǎn)中的應用和對生態(tài)環(huán)境的影響。課標對“氯及其化合物”的學業(yè)要求如下：能從物質(zhì)類別、元素價態(tài)的角度，依據(jù)復分解反應和氧化還原反應原理，預測物質(zhì)的化學性質(zhì)和變化，設(shè)計實驗進行初步驗證，并能分析、解釋有關(guān)實驗現(xiàn)象。能根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)分析實驗室、生產(chǎn)、生活及環(huán)境中的某些常見問題，說明妥善保存、合理使用化學品的常見方法。能說明常見元素及其化合物的應用對社會發(fā)展的價值、對環(huán)境的影響。能有意識運用所學的知識或?qū)で笙嚓P(guān)證據(jù)參與社會性議題的討論。一境到底式情境教學[3]，是指以一個真實的化學情境為背景統(tǒng)領(lǐng)一節(jié)課的教學，所有的問題探討都圍繞該主題進行，最終獲得化學核心知識、形成一定的學科結(jié)論，發(fā)展學生化學核心素養(yǎng)，使立德樹人的目標切實落地。

在初中，學生已經(jīng)學習了酸的通性，Cl^-的檢測，了解了基本實驗操作。通過必修一前面的學習，學生已經(jīng)知道了物質(zhì)類別觀，離子反應、氧化還原反應的理論基礎(chǔ)。但若不對元素化合物的知識進行模型化的建構(gòu)，這些知識是碎片化的，容易遺忘和混淆。

化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是隨風潛入夜，潤物細無聲的一種過程，不是一節(jié)課兩節(jié)課就能培養(yǎng)形成的，經(jīng)仔細研讀課程標準，深度挖掘教材后，將核心素養(yǎng)的期望具體化為如圖1所示的單元教學目標和評價目標。教學重點是氯及其化合物的研究思路和方法的建構(gòu)，難點是氯水成分的探究。

二、案例描述與設(shè)計意圖

1.引入：需要消毒液

19年歲末年初，新冠肺炎爆發(fā)，消毒液成為家庭的必備物資，線上線下一度出現(xiàn)供不應求，一瓶難求的場景。化學工業(yè)為疫情防控提供了強有力的物質(zhì)支撐，氯的許多化合物是高效、廣譜的滅菌消毒劑，例如84消毒液。若知道了氯及其化合物的性質(zhì)，你也可以自行制備84消毒液，你想自己制備84消毒液嗎？今天我們就來一起學習“氯及其化合物”。

設(shè)計意圖：創(chuàng)設(shè)真實情境，引導學生關(guān)注生活中的化學，拉近化學與生活的距離，體會化學學科的社會價值。

2.任務一：消毒液原料Cl₂的認識

[教師]想要制備84消毒液首先要知道Cl₂的基本性質(zhì)，你見過Cl₂嗎？知道Cl₂長什么樣？展示一瓶用無色透明礦泉水瓶裝滿的氯氣。

[學生]聞一聞，觀察總結(jié)Cl₂的物理性質(zhì)。

設(shè)計意圖：展示真實物質(zhì)，在學生頭腦中留下深刻圖式，學生無需機械記背。

[教師]你能推測Cl₂具有哪些化學性質(zhì)嗎？你推測的依據(jù)是什么？播放金屬Fe、H₂在Cl₂中燃燒的實驗視頻進行驗證。

[學生]思考并推測;通過觀察實驗現(xiàn)象，對推測進行驗證;利用虛擬實驗軟件NB進行Cl₂與其他金屬、非金屬的實驗，最后總結(jié)Cl₂與金屬、非金屬反應的規(guī)律。

設(shè)計意圖：診斷學生認識物質(zhì)的水平，引導學生從物質(zhì)結(jié)構(gòu)的角度推測，然后進行實驗驗證。

3.任務二：消毒原理探究

[教師]Cl₂能否溶于水呢？在水中的溶解度大嗎？

[學生]猜測回答（不溶于水∥溶于水，溶解度不大∥極易溶于水）。

[教師]往塑料瓶中注入適量水，振蕩。

[學生]觀察現(xiàn)象，（瓶變癟了，水有點黃綠色，瓶上方的氣體黃綠色變淺）。

[教師]上述現(xiàn)象說明了什么結(jié)論呢？

[學生]瓶變癟說明Cl₂溶于水，瓶上方還有黃綠色氣體，說明Cl₂在水中的溶解度不太大。

[教師]展示Cl₂在水中的溶解度數(shù)據(jù)，Cl₂溶于水得到氯水，Cl₂溶于水是物理變化還是化學變化呢？請在圖2當中用圖示的形式表示出Cl₂溶于水這個變化過程的微粒變化。

[學生]按要求畫出微觀粒子的示意圖，小組分享交流。

[教師]引導學生分析：溶液具有什么特點？（均一、穩(wěn)定且不帶電），檢查自己組畫的示意圖是否呈現(xiàn)出溶液的特點？并修正結(jié)果。

[學生]各小組修正示意圖。

[教師]引導學生從粒子種類的角度分析：①Cl₂溶于水是物理變化，所以溶液當中有Cl₂和H₂O，②Cl₂溶于水是化學變化，溶液當中有Cl₂、H₂O、H⁺、Cl^-，還有個別組認為還有HClO，怎樣確定是物理變化還是化學變化呢？怎樣確定其中的微粒呢？

[學生]化學變化有新的物質(zhì)生成，溶液呈淺黃綠色，所以有Cl₂和H₂O。

[教師]怎樣確定新物質(zhì)呢？請根據(jù)所提供的試劑設(shè)計實驗方案，記錄在表1中。

試劑有：pH試紙，紫色石蕊試液，NaHCO₃溶液，Mg條，HNO₃溶液，AgNO₃溶液。

[學生]設(shè)計方案分享交流，各小組根據(jù)方案進行實驗，分享實驗結(jié)果。

[教師]根據(jù)大家的實驗結(jié)果，能確認Cl₂溶于水發(fā)生了化學反應，氯水當中存在Cl₂、H₂O、H⁺、Cl^-，怎樣解釋紫色石蕊試液遇到氯水先變紅后褪色呢？

[學生]變紅是因為氯水當中的H⁺，褪色可能是因為漂白。

[教師]具有漂白性的的物質(zhì)是什么呢？

[學生]HCl應該沒有漂白性，所以漂白性可能是Cl₂。

[教師]往HCl中滴加幾滴紫色石蕊試液。

[學生]溶液沒有褪色，HCl沒有漂白性。

[教師]怎樣驗證Cl₂是否有漂白性呢？實驗應該注意哪些問題？

[學生]Cl₂有毒，應注意實驗裝置的氣密性，減少Cl₂對環(huán)境的污染;Cl₂與水能反應，需要注意通人干燥的Cl₂，實驗現(xiàn)象要明顯……

[教師]事先在針筒中塞上有色紙片，用針筒吸入干燥的Cl₂，學生觀察后，再吸入適量蒸餾水振蕩，觀察現(xiàn)象。

[學生]干燥的Cl₂沒有漂白性，所以具有漂白性的物質(zhì)是Cl₂與水反應生成的新物質(zhì)。

[教師]Cl₂與水反應生成具有漂白性的物質(zhì)是什么？請從氧化還原的角度預測。

[學生]Cl₂與水反應生成了HCl，氯的化合價降低，必須有元素化合價升高，可能是氧元素化合價升高生成O₂，也可能是氯元素化合價升高生成HClO，但是要將H₂O氧化為O₂，好像比較困難，所以Cl₂與水反應生成具有漂白性的物質(zhì)應該是HClO。

[教師]科學實驗證實這種漂白性的物質(zhì)確實是HClO，請大家閱讀教材，總結(jié)HClO的性質(zhì)。

[學生]HClO具有強氧化性，是一種弱酸，且不穩(wěn)定。

[教師]引導學生一起書寫Cl₂與H₂O反應的化學方程式。

[學生]書寫化學反應方程式。

[教師]引導學生從微粒數(shù)量的角度分析，并結(jié)合上述探究再回頭判斷自己畫的氯水當中的微粒示意圖是否需要修正？氯水具有哪些性質(zhì)，有怎樣的用途？

[學生]因為HClO是弱酸，部分解離出H⁺和ClO^-，所以氯水當中還具有ClO^-。HClO具有強氧化性，所以氯水具有殺菌消毒，漂白的用途。

[教師]總結(jié)氯水當中的微粒有Cl₂、H₂O、HClO、H⁺、Cl^-、ClO^-、還有水電離出的極少量的OH^-，播放Cl₂與水反應的微觀動畫。

設(shè)計意圖：在氯水成分探究活動中，首先讓學生進行預測，并將預測結(jié)果以示意圖的形式呈現(xiàn)出來，此活動可以診斷并發(fā)展學生宏觀辨識與微觀探析的核心素養(yǎng)，同時學生在畫示意圖的過程中，對于微粒的數(shù)量有一定思考，這為學生以后學習化學反應原理，水溶液中的離子反應與平衡做了初步鋪墊，培養(yǎng)了學生定性與定量的化學思維。然后學生親歷實驗方案設(shè)計、實驗驗證、獲得結(jié)論的完整科學探究歷程，提升了學生的科學探究能力及證據(jù)推理意識。氯水漂白性的微型實驗的設(shè)計，培養(yǎng)學生科學探究與創(chuàng)新意識的核心素養(yǎng)，環(huán)境保護的意識。最后播放氯氣溶于水的微觀動畫，學生能深刻理解微觀結(jié)構(gòu)揭示宏觀現(xiàn)象，宏觀現(xiàn)象是微觀粒子呈現(xiàn)的結(jié)果，培養(yǎng)了學生宏微結(jié)合看待問題的思維。

4.任務三：84消毒液的制備

[教師]氯水確實具有殺菌消毒的用途，但生活中為什么不用氯水消毒，而是用84消毒液呢，展示84消毒液的標簽，84消毒液的有效成分是NaClO，從NaClO所屬類別角度考慮，可以怎樣制備呢？

[學生]因為氯水當中的HClO易分解所以不用氯水殺菌消毒。NaClO在類別上是一種鹽，可以通過酸堿中和反應制得：HClO+NaOH=NaClO+NaC1+H₂O。

[教師]試寫出Cl₂與NaOH、Ca（OH）₂反應的化學方程式。

[學生]書寫化學方程式。

[教師]Cl₂與NaOH反應有NaClO生成，將Cl₂通入到冷的NaOH溶液中這不就制備了我們常見的84消毒液嗎，其還可以作為漂白液使用。同原理將Cl₂通人到石灰乳中就可以獲得以Ca（ClO）₂為有效成分的漂白粉。

[學生]自己動手制備家用84消毒液。

設(shè)計意圖：有了氯氣與水反應的鋪墊，在此基礎(chǔ)上書寫Cl₂與堿的反應就非常輕松，發(fā)展了學生知識遷移能力;讓學生自制家用消毒液，增強學習熱情，體會化學的學科價值，也為下一環(huán)節(jié)做準備。

5.任務四：給84消毒液制作標簽

[教師]通過前面的探究我們知道了HClO具有殺菌消毒和漂白的用途，84消毒液是如何殺菌消毒的呢？（生活中的經(jīng)驗：浸泡后漂白效果更好，或者滴加幾滴醋酸漂白效果增強。）

[學生]思考回答（滴加幾滴醋酸或浸泡是將NaClO轉(zhuǎn)換為HClO），書寫化學反應方程式。

[教師]請給自制的84消毒液制作產(chǎn)品標簽，上面應該標注哪些內(nèi)容呢？

[學生]結(jié)合經(jīng)驗回答（成分、使用注意事項、保存、生產(chǎn)日期、保質(zhì)期……）

[教師]84消毒液使用時需要注意哪些事項？（NaClO的性質(zhì)？）你是如何推測的呢？產(chǎn)品如何保存呢？

[學生]從價態(tài)上考慮，NaClO的中心元素Cl為+1價具有氧化性，所以不能用具有還原性的金屬容器盛放，從類別上考慮，NaClO是一種鹽，能夠與酸發(fā)生復分解反應。

[教師]展示市售84消毒液的標簽供學生對比，并引導學生對標簽上的注意事項用化學原理進行解釋（例如不能與酸性產(chǎn)品如潔廁靈混用）。

設(shè)計意圖：發(fā)展學生解決實際問題的能力，引導學生調(diào)用認識物質(zhì)性質(zhì)的思路，并強化學生對化學品的正確、安全使用意識。

6.任務五：消毒液原料Cl₂的來源

[教師]你們自制的家用消毒液所用的Cl₂是老師事先準備的，若需要自己制備，該如何操作呢？說出Cl₂的制備原理。

[學生]閱讀教材“舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣”的科學史，提取信息。

[教師]知道了制備原理，該如何操作呢？引導學生回憶初中學過的制備氣體的方法，再逐層引導學生進行氣體發(fā)生裝置、除雜裝置、干燥裝置、尾氣處理裝置的選擇，最后總結(jié)氣體制備的一般流程。

[學生]思考討論交流

設(shè)計意圖：結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定物質(zhì)的用途、制備，形成元素化合物學習的完整思路。Cl₂的制備實驗，幫助學生建構(gòu)實驗室制備氣體的一般思路，為以后學習更多物質(zhì)的制備方法奠定基礎(chǔ)，同時培養(yǎng)學生知識的遷移能力，診斷并發(fā)展學生的實驗水平，培養(yǎng)學生綠色化學的理念。

7.任務六：歸納總結(jié)

[教師]請梳理本單元“氯氣及其化合物”的性質(zhì)，用圖示的形式呈現(xiàn)（圖3），并表示出主要物質(zhì)間的轉(zhuǎn)換關(guān)系，寫出對應的化學反應方程式。

[學生]匯報交流。

設(shè)計意圖：將物質(zhì)的性質(zhì)從類別與價態(tài)角度進行建構(gòu)知識網(wǎng)絡(luò)，進一步發(fā)展學生認識物質(zhì)的模型，促進知識的結(jié)構(gòu)化，使化學核心素養(yǎng)得到發(fā)展。

三、教學反思

化學核心素養(yǎng)的培養(yǎng)是隨風潛入夜，潤物細無聲的過程，需要仔細研讀課程標準，深度挖掘教材，將核心素養(yǎng)的期望化為具體的教學目標，據(jù)此采取合乎核心素養(yǎng)培養(yǎng)的教學方式，在真實的教學情境中，生成系列探究問題，利用實驗探索“氯及其化合物”的性質(zhì)。本教學設(shè)計創(chuàng)設(shè)真實教學情境，一境到底：需要生產(chǎn)消毒液→消毒液原料Cl₂的認識→消毒原理的探究→消毒液的制備→給消毒液制作標簽→消毒液原料Cl₂的來源。將氯及其化合物的知識高度融合其中，知識脈絡(luò)分明：Cl₂的性質(zhì)→Cl₂與水反應→HClO的性質(zhì)→Cl₂與NaOH反應→NaClO的性質(zhì)→Cl₂的實驗室制法。此設(shè)計將核心素養(yǎng)的要求融入單元整體教學當中，“教、學、評”一體化，系列探究活動引導學生將被動接受知識轉(zhuǎn)為自主探究獲取知識，突破氯水成分的難點;在活動中學生宏微結(jié)合進行邏輯分析，不斷進行證據(jù)推理與模型建構(gòu)，形成氯及其化合物的研究思路和方法。

參考文獻

[1]人民教育出版社，課程教材研究所，化學課程教材研究開發(fā)中心.普通高中教科書（化學必修第一冊）[M].北京：人民教育出版社，2019：41-46.

[2]中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017 年版2020年修訂）[S].北京：人民教育出版社，2020.

[3]孫永輝，周國軍，龔仁宗等.一境到底主題式情境教學模式及其應用[J].化學教與學，2021（7）：2-4.