基于真實(shí)生活問(wèn)題情境的化學(xué)活動(dòng)課設(shè)計(jì)
——以“氯氣的性質(zhì)與應(yīng)用”教學(xué)為例

姚昊天 陳迪妹

(溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院 浙江 溫州 325035)

1 設(shè)計(jì)背景

1.1 化學(xué)活動(dòng)課現(xiàn)狀

現(xiàn)今我國(guó)將基礎(chǔ)課程劃分為基礎(chǔ)型課程、拓展型課程和研究型課程，其中拓展型課程和研究型課程的教學(xué)形式、過(guò)程與活動(dòng)課程緊密聯(lián)系。我國(guó)自上個(gè)世紀(jì)90年代提出開(kāi)設(shè)活動(dòng)課程以來(lái)，各地開(kāi)始注重活動(dòng)課的研究。[1]在查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，雖然活動(dòng)課程的許多方面已取得較大的進(jìn)步，但對(duì)各學(xué)科具體開(kāi)展的活動(dòng)課研究較少，專(zhuān)門(mén)的理論著作也不多。同時(shí)中學(xué)的教學(xué)課時(shí)量大，教學(xué)科目多，對(duì)開(kāi)展化學(xué)活動(dòng)課的難度較大。

1.2 重視“素養(yǎng)為本”的教學(xué)

根據(jù)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)指出：倡導(dǎo)真實(shí)問(wèn)題情境的創(chuàng)設(shè)，開(kāi)展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的多種探究活動(dòng)，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。[2]所以基于學(xué)生認(rèn)知，提倡真實(shí)問(wèn)題的情境，讓學(xué)生真正的將化學(xué)所學(xué)習(xí)的知識(shí)投入到自己日常生活中，這樣就不會(huì)偏離“知識(shí)源于生活”這一條基本理論。同時(shí)課堂教學(xué)是以教師的導(dǎo)和學(xué)生的學(xué)構(gòu)成的雙邊活動(dòng)，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)與學(xué)生主體的作用。

2 教學(xué)過(guò)程中出現(xiàn)的問(wèn)題

中學(xué)教學(xué)中，許多教師在本節(jié)課中一般選擇通過(guò)觀看視頻代替課堂演示實(shí)驗(yàn)。究其原因，首先是氯氣的制取與性質(zhì)實(shí)驗(yàn)需要裝置和器材較多，在課堂中演示所花費(fèi)的時(shí)間較長(zhǎng)，這會(huì)影響教學(xué)進(jìn)度。其次氯氣是有毒有刺激性的氣體，一旦在課堂中泄露，對(duì)學(xué)生和老師的健康有危害。此外該裝置試劑的使用量較大，造成試劑浪費(fèi)。

3 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)

環(huán)節(jié)一：利用生活情境，引入所學(xué)物質(zhì)

【案例分析1】在每個(gè)人的家中，都有“潔廁靈”和“84消毒劑”，它們給我們帶來(lái)了干凈的環(huán)境。但如果沒(méi)有正確使用，就會(huì)帶來(lái)意想不到的問(wèn)題，甚至?xí){人的生命安全。(視頻鏈接：https://tv.sohu.com/v/MjAxNTEwMTMvbjQyMzA4MTE1MS5zaHRtbA==.html)

【過(guò)渡】“潔廁靈”和“84消毒劑”混合后生成的氣體是什么？其實(shí)就是氯氣。雖然大家知道氯氣給人帶來(lái)一定的危險(xiǎn)，但它在我們的生活中扮演著重要的角色。今天我們就一起學(xué)習(xí)“氯氣的性質(zhì)與運(yùn)用”。

設(shè)計(jì)意圖：新聞導(dǎo)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)主體，能盡快地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的思考與討論，從而對(duì)本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容更有興趣。

環(huán)節(jié)二：創(chuàng)設(shè)生活情境，實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證假設(shè)

【提問(wèn)】取一瓶集滿(mǎn)氯氣的集氣瓶，你能觀察到什么物理性質(zhì)？可以從顏色、狀態(tài)、氣味等角度思考。

【答案預(yù)測(cè)】氯氣是黃綠色，有刺激性氣味的氣體。

【實(shí)驗(yàn)探究A】大家都知道氯氣是有毒氣體，那我們要采用什么方法判斷氣味？我們學(xué)習(xí)過(guò)的方法是扇聞法。因?yàn)闅怏w有一定的毒性，那老師來(lái)演示扇聞法的操作過(guò)程：用手輕輕在集氣瓶的瓶口扇動(dòng)，使極少量氣體飄進(jìn)鼻孔。

【案例分析2】閱讀以下材料，你發(fā)現(xiàn)了氯氣的什么物理性質(zhì)？

1915年4月22日，德軍與英法聯(lián)軍在比利時(shí)的伊普爾對(duì)峙。黎明時(shí)分，英法聯(lián)軍前線的士兵突然聽(tīng)到一陣爆炸，緊接著看到一股黃綠色氣體從空中降落下來(lái)。很快，戰(zhàn)壕里的士兵們感覺(jué)雙眼有強(qiáng)烈地刺激，咳嗽響成一片，數(shù)百名英法戰(zhàn)士窒息死亡，數(shù)千名士兵雙目失明。這就是戰(zhàn)爭(zhēng)史上的第一次化學(xué)戰(zhàn)，從此化學(xué)戰(zhàn)作為最邪惡的戰(zhàn)爭(zhēng)被寫(xiě)入了人類(lèi)戰(zhàn)爭(zhēng)。

【答案預(yù)設(shè)】從“黃綠色氣體從空中降落下來(lái)”可以看出氯氣的密度比空氣大。

【提問(wèn)】氯氣能不能溶解在水中？

【實(shí)驗(yàn)探究B】向裝有氯氣的集氣瓶中加入一些水，塞上橡膠塞搖晃，觀察瓶中的變化。

集氣瓶中的氣體顏色變淡，水由無(wú)色變?yōu)榈S色。這說(shuō)明氯氣部分溶解在水中。

【性質(zhì)總結(jié)】氯氣是一種黃綠色，有毒有刺激性氣味，密度比空氣大，能溶于水的氣體。

【案例分析3】假如你在現(xiàn)場(chǎng)，該怎么撤離？

新華網(wǎng)報(bào)道：2005年3月29日，京滬高速公路淮安段一輛滿(mǎn)載氯氣的液罐車(chē)和對(duì)面來(lái)車(chē)相撞，大量氯氣外泄。據(jù)目擊者描述：一股黃綠色的氣體就像探照燈光一樣，“唰”地射向高空，足有5米高，并有刺鼻的味道。

【答案預(yù)設(shè)】我們應(yīng)該用水打濕的毛巾捂住口鼻，并向著上風(fēng)口和高處疏散。

設(shè)計(jì)意圖：在探究氯氣的物理性質(zhì)時(shí)，教學(xué)思路是觀察物質(zhì)外觀→預(yù)測(cè)物質(zhì)性質(zhì)→實(shí)驗(yàn)與觀察→解釋及結(jié)論。用真實(shí)案例分析氯氣的物理性質(zhì)，讓學(xué)生樹(shù)立起嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕瘜W(xué)態(tài)度，同時(shí)對(duì)學(xué)生進(jìn)行安全教育，提高學(xué)生的安全意識(shí)。

環(huán)節(jié)三：性質(zhì)實(shí)驗(yàn)探究，總結(jié)歸納通性

【回顧舊知】大家回憶氯在元素周期表中的位置？你能畫(huà)出氯的核外電子排布嗎？

【答案預(yù)設(shè)】氯位于第三周期VIIA族，核外電子排布為：

我們發(fā)現(xiàn)氯最外層電子是7個(gè)，容易得到1個(gè)電子形成8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此會(huì)表現(xiàn)出強(qiáng)氧化性。所以氯氣是一種化學(xué)性質(zhì)非?；顫姷臍怏w單質(zhì)。

【傳遞思想】在學(xué)習(xí)中大家要有：“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的思想。結(jié)構(gòu)給氯氣帶來(lái)了活潑的性質(zhì)，也就有了許多用途。

【實(shí)驗(yàn)探究C】氯氣與金屬、非金屬單質(zhì)反應(yīng)(以氯氣與鐵單質(zhì)反應(yīng)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)[3]為例)：

(一)實(shí)驗(yàn)器材：

試劑：高錳酸鉀、鹽酸(10%)、氫氧化鈉溶液、鐵絲

器材：酒精燈、抽濾瓶、橡膠塞、止水夾、滴管、氣球

(二)實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)在氣球中加入一定量的氫氧化鈉溶液，將其固定在支管處并夾上止水夾。向抽濾瓶中加入1g高錳酸鉀。

(2)用試管向抽濾瓶中滴加半滴管鹽酸，待產(chǎn)生的黃綠色氣體快蔓延至瓶口時(shí)，迅速塞上無(wú)鐵絲的橡皮塞。

(3)另取連有螺旋狀鐵絲的橡皮塞,加熱鐵絲至紅熱狀態(tài),替換步驟(3)中橡皮塞，觀察現(xiàn)象。

(4)待反應(yīng)結(jié)束后，打開(kāi)止水夾，用氫氧化鈉溶液吸收多余的氯氣。

(三)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

鐵絲在氯氣中燃燒放出大量的熱，同時(shí)放出棕黃色煙霧。

【實(shí)驗(yàn)總結(jié)】氯氣與金屬、非金屬反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)總結(jié)：

表1 不同物質(zhì)與氯氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)總結(jié)

【過(guò)渡】氯氣可以和非金屬單質(zhì)和金屬單質(zhì)反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物，還有什么物質(zhì)可以和氯氣反應(yīng)？

【案例分析4】市政自來(lái)水中要保持一定量的余氯，以確保飲用水的微生物指標(biāo)安全，防止自來(lái)水出廠后可能導(dǎo)致“二次污染”。但超過(guò)一定量的氯，就會(huì)對(duì)人體產(chǎn)生危害，且?guī)в须y聞的氣味。自來(lái)水余氯含量標(biāo)準(zhǔn)要一直保持在≥0.05mg/L的范圍，這是國(guó)家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

【提問(wèn)】為什么氯氣溶解在水中能殺菌消毒？這是因?yàn)槁葰饪梢耘c水發(fā)生反應(yīng)：

生成的HClO是弱酸，但它具有強(qiáng)氧化性，會(huì)殺死細(xì)菌和病毒，從而起到凈化水質(zhì)的作用。

【提問(wèn)】在次氯酸中還具有一個(gè)新的特性——漂白性。觀察思考書(shū)本P43實(shí)驗(yàn)2-8(1)，想一想兩張有色紙條各會(huì)有什么樣的變化？

【答案預(yù)測(cè)】濕潤(rùn)的有色紙條會(huì)褪色，而干燥的有色紙條不會(huì)褪色。因?yàn)闈駶?rùn)有色紙條中的水會(huì)與氯氣反應(yīng)生成次氯酸，從而讓紙條的顏色褪去。

【提問(wèn)】想一想在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中有什么不足之處？

【答案預(yù)測(cè)】

(1)用兩個(gè)集氣瓶做兩次實(shí)驗(yàn)，對(duì)比的效果不好；

(2)做完實(shí)驗(yàn)后剩余的氯氣沒(méi)有及時(shí)處理，有泄漏的風(fēng)險(xiǎn)；

(3)氯氣需要提前制取，有保存等問(wèn)題。

【小組討論】探討本實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，并小組匯報(bào)，選出最佳方案進(jìn)行演示實(shí)驗(yàn)。(預(yù)設(shè)小組討論時(shí)間為10分鐘)

【實(shí)驗(yàn)探究D】氯氣漂白性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)：

(一)實(shí)驗(yàn)器材：

試劑：高錳酸鉀、鹽酸(10%)、氫氧化鈉溶液

器材：抽濾瓶、橡膠塞、氣球、止水夾、注射器、燃燒匙、淀粉碘化鉀試紙、兩張藍(lán)色石蕊試紙

(二)實(shí)驗(yàn)裝置：

圖1 氯氣漂白性實(shí)驗(yàn)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)

(三)實(shí)驗(yàn)步驟：

(1)在氣球中裝有氫氧化鈉溶液，并用止水夾夾在抽濾瓶支管處。

(2)向抽濾瓶中加入1g高錳酸鉀，并如圖在燃燒匙貼上淀粉碘化鉀、干燥和濕潤(rùn)的藍(lán)色石蕊試紙，在注射器中加入一定量10%鹽酸，同時(shí)將燃燒匙、注射器插入橡膠塞中。

(3)向下擠壓注射器，觀察記錄抽濾瓶中試紙的現(xiàn)象。

(4)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，打開(kāi)止水夾，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣。

(四)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象：

實(shí)驗(yàn)裝置中出現(xiàn)黃綠色氣體，潮濕的有色紙條褪色，而干燥的有色紙條沒(méi)有發(fā)生變化。

【案例分析5】次氯酸是一種強(qiáng)氧化劑, 能殺死水里的細(xì)菌，所以自來(lái)水常用氯氣 (1L水里通入約0.002g氯氣)來(lái)殺菌消毒。次氯酸能使染料和有機(jī)色質(zhì)褪色，一般用作漂白劑、氧化劑、除臭劑和消毒劑。在生物學(xué)中，次氯酸被嗜中性白細(xì)胞用來(lái)殺滅細(xì)菌。它被廣泛用于游泳池的含氯消毒劑產(chǎn)品。次氯酸主要作為消劑使用，被廣泛用于物體表面、織物等污染物品以及水、果蔬和食飲具、養(yǎng)殖去臭殺菌、衣物異味去除等。

【提醒】次氯酸的用途非常廣泛，但是次氯酸容易分解，只存在于水溶液中。

化學(xué)方程式：

設(shè)計(jì)意圖：在這一環(huán)節(jié)中，從氯的結(jié)構(gòu)引入，再由“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”這一條途徑開(kāi)展。在講解新知識(shí)的過(guò)程中創(chuàng)新了兩個(gè)實(shí)驗(yàn)，第一個(gè)是鐵絲在氯氣中燃燒，第二個(gè)是氯氣漂白性的驗(yàn)證。在學(xué)生小組討論思考下，引導(dǎo)學(xué)生改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，之后在討論的結(jié)果中選取一個(gè)最佳的改進(jìn)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行演示操作，讓每一位學(xué)生能從實(shí)驗(yàn)中感受到氯氣的化學(xué)性質(zhì)，也幫助學(xué)生了解掌握氯氣的性質(zhì)。

環(huán)節(jié)四：對(duì)比物質(zhì)異同，尋找不同用途

【案例分析6】次氯酸極不穩(wěn)定，是很弱的酸。儲(chǔ)存條件也是影響次氯酸穩(wěn)定性非常重要的因素，如溫度、紫外線、包裝容量等。溫度對(duì)次氯酸穩(wěn)定性的影響巨大。超過(guò)40℃時(shí)次氯酸的分解加快，因此低溫有助于次氯酸水保存；紫外線會(huì)加速有效氯的耗散，因此盛放次氯酸的容器應(yīng)避免采用透明瓶；包裝容量對(duì)次氯酸的穩(wěn)定性也有影響，在54℃條件下做加速測(cè)試時(shí)，容量越小的其有效氯濃度下降越快。[4]

【過(guò)渡】這給人們的生產(chǎn)生活帶了許多不便。次氯酸容易分解，對(duì)保存的環(huán)境、溫度等都要求非常多，對(duì)人類(lèi)工業(yè)生產(chǎn)不友好，因此人類(lèi)就開(kāi)始尋找代替次氯酸的物質(zhì)。

人們將Cl2與H2O的反應(yīng)改成了Cl2與NaOH溶液反應(yīng)，得到了一種物質(zhì)也具有漂白性，他就是次氯酸鈉。

化學(xué)方程式：

雖然次氯酸鈉也會(huì)分解，但是分解速率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于次氯酸，比次氯酸穩(wěn)定得多。

同時(shí)，人們把氯氣通入冷的石灰乳中Ca(OH)2中，也有次氯酸鹽生成。

化學(xué)方程式：

Ca(ClO)2和CaCl2這兩種物質(zhì)的混合物叫做漂白精。

【總結(jié)歸納】次氯酸、次氯酸鈉、次氯酸鈣的用途比較：

表2 三種物質(zhì)的用途比較

設(shè)計(jì)意圖：化學(xué)的教學(xué)活動(dòng)必須建立在學(xué)生已有的知識(shí)水平和認(rèn)知上，這樣才能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。從生活中的例子出發(fā)，將所學(xué)的知識(shí)點(diǎn)與課堂知識(shí)結(jié)合，讓學(xué)生知道化學(xué)就在我們身邊。

環(huán)節(jié)五(課外)：實(shí)地走訪觀察，了解工業(yè)用途

在課后對(duì)本節(jié)課的探討并沒(méi)有結(jié)束。課堂中我們學(xué)習(xí)過(guò)了次氯酸鹽等物質(zhì)是優(yōu)秀的凈水劑，通過(guò)它們可以很好地幫助我們凈化水質(zhì)，殺菌消毒，而課后就可以通過(guò)走訪附近的自來(lái)水廠、污水凈水廠等企業(yè)，近距離感受這些課本上的物質(zhì)是如何在我們生產(chǎn)生活中使用的。

初步制定活動(dòng)的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)目標(biāo)偏向認(rèn)知方面：

(1)通過(guò)走訪調(diào)查凈水廠凈水一般步驟，感受氯氣等物質(zhì)在其中的作用。

(2)通過(guò)凈水廠的參觀學(xué)習(xí)，樹(shù)立起節(jié)約用水的意識(shí)，增強(qiáng)學(xué)生保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。

在課后可以讓學(xué)生撰寫(xiě)相關(guān)的文章，不局限于參觀凈水廠感想，還可以涉及水源水質(zhì)調(diào)查類(lèi)報(bào)告，氯氣在人類(lèi)生產(chǎn)生活中的其他應(yīng)用論述小論文，保護(hù)水資源的主題海報(bào)等內(nèi)容，將主動(dòng)權(quán)交還給學(xué)生，從而培養(yǎng)學(xué)生的合作、分析與解決問(wèn)題的能力。

4 化學(xué)活動(dòng)課程評(píng)價(jià)

評(píng)價(jià)是教學(xué)活動(dòng)中不可缺少的部分，在教學(xué)過(guò)程中對(duì)學(xué)生和教師也起到了一定的導(dǎo)向作用，活動(dòng)課程的評(píng)價(jià)不僅是學(xué)業(yè)成績(jī)的評(píng)價(jià)，更是對(duì)于學(xué)生實(shí)踐操作能力，問(wèn)題分析解決能力等方面的綜合評(píng)價(jià)。如何進(jìn)行科學(xué)有效的評(píng)價(jià)，讓每位學(xué)生都能得到充分的發(fā)展，是每位教師需要考慮的問(wèn)題。

表3 化學(xué)活動(dòng)課程的評(píng)價(jià)表l

5 總結(jié)

在傳統(tǒng)的化學(xué)課堂中，教師的主要任務(wù)便是幫助學(xué)生掌握化學(xué)的知識(shí)點(diǎn)，督促學(xué)生理解所學(xué)知識(shí)，而這種課堂的氛圍會(huì)壓制學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性?；顒?dòng)課程的優(yōu)勢(shì)相較于普通課程來(lái)說(shuō)，更多的體現(xiàn)在將課堂的主動(dòng)權(quán)交還給學(xué)生，形成“以學(xué)生為中心”的課堂氛圍。同時(shí)，課堂的形式也不在局限，可以通過(guò)課前中后三塊部分來(lái)對(duì)于學(xué)生進(jìn)行指導(dǎo)，將學(xué)習(xí)的權(quán)利交還給學(xué)生自己手上。