基于化學(xué)史情境的高中化學(xué)微項(xiàng)目教學(xué)研究
——以“了解純堿的生產(chǎn)歷史”為例

燕聰聰，崔繼文

(佳木斯大學(xué)，黑龍江 佳木斯 154000)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》[1]在對(duì)學(xué)生學(xué)業(yè)要求時(shí)有特別提出：能列舉化學(xué)科學(xué)發(fā)展的重要事件，說(shuō)明其對(duì)推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的貢獻(xiàn)，說(shuō)出其創(chuàng)新點(diǎn)。2016年5月17日，習(xí)近平總書(shū)記在哲學(xué)社會(huì)科學(xué)工作座談會(huì)上的講話中明確指出：“我們說(shuō)要堅(jiān)定中國(guó)特色社會(huì)主義道路自信、理論自信、制度自信，說(shuō)到底是要堅(jiān)定文化自信。文化自信是更基本、更深沉、更持久的力量?！倍瘜W(xué)作為一門(mén)成熟于西方的學(xué)科，西方化學(xué)家事跡較為普遍，若想培養(yǎng)學(xué)生的文化自信，教師應(yīng)在創(chuàng)設(shè)教學(xué)情境過(guò)程中融入中國(guó)化學(xué)家的故事，介紹中國(guó)成就與貢獻(xiàn)，挖掘中華民族優(yōu)秀傳統(tǒng)文化中的創(chuàng)新思想與探究意識(shí)[2]。作為高中重點(diǎn)物質(zhì)之一的純堿，它的發(fā)展是我國(guó)打破國(guó)外卡脖子的一個(gè)典型案例，它的精神是我們后人學(xué)習(xí)的典范，因此了解純堿的發(fā)展歷史很有必要。

微項(xiàng)目教學(xué)作為一種新的教學(xué)模式，汲取了項(xiàng)目式教學(xué)的精華，改進(jìn)了項(xiàng)目式教學(xué)項(xiàng)目實(shí)施時(shí)間長(zhǎng)、內(nèi)容學(xué)科跨度大、學(xué)校教學(xué)課時(shí)有限以及學(xué)生知識(shí)儲(chǔ)備少等問(wèn)題。將項(xiàng)目微型化，通過(guò)在教學(xué)過(guò)程中創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，推動(dòng)學(xué)生在情境中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，小組合作探究并解決問(wèn)題，從而增長(zhǎng)知識(shí)并提高能力。但是微項(xiàng)目教學(xué)中很少涉及化學(xué)史教育，因此，為了既能夠提高學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，培養(yǎng)學(xué)生的學(xué)習(xí)能力，又能夠理解和掌握科學(xué)知識(shí)與本質(zhì)，體會(huì)科學(xué)理論探索的曲折過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法，本研究將化學(xué)史融入到微項(xiàng)目教學(xué)中，并對(duì)其進(jìn)行應(yīng)用研究。

“了解純堿的歷史”是根據(jù)魯科版高中化學(xué)必修1—第一章第一節(jié)課后研究實(shí)踐相關(guān)內(nèi)容進(jìn)行設(shè)計(jì)的，以完成純堿的研究報(bào)告為驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，讓學(xué)生在化學(xué)史情境中，了解路布蘭制堿法、索爾維制堿法、侯氏制堿法的原理及優(yōu)勢(shì)，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法和精神，感受化學(xué)工業(yè)發(fā)展過(guò)程中技術(shù)進(jìn)步的重要性。

1 基于化學(xué)史情境的微項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)和設(shè)計(jì)思路

1.1 教學(xué)目標(biāo)

1)了解三種制堿原理流程圖，分析它們的優(yōu)勢(shì)，增強(qiáng)科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)。

2)嘗試從生態(tài)文明建設(shè)方面思考侯氏制堿法的意義，增強(qiáng)社會(huì)責(zé)任感。

3)運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，完成純堿的研究報(bào)告，體會(huì)科學(xué)理論探索的曲折過(guò)程，領(lǐng)悟科學(xué)探究的方法。

1.2 教學(xué)設(shè)計(jì)思路

該微項(xiàng)目以設(shè)計(jì)完成純堿的研究報(bào)告為驅(qū)動(dòng)性任務(wù)，以純堿的生產(chǎn)歷史為情景，讓學(xué)生在了解知識(shí)的來(lái)龍去脈的同時(shí)，能夠探究三種制堿法的原理，比較其優(yōu)勢(shì)，領(lǐng)略其意義。還能夠?qū)W到科學(xué)的思維和探究方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激勵(lì)學(xué)生不斷思考不斷進(jìn)步，教學(xué)設(shè)計(jì)思路圖如圖1所示。

2 基于化學(xué)史情境的微項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施過(guò)程

【項(xiàng)目活動(dòng)導(dǎo)入】同學(xué)們通過(guò)上節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們已經(jīng)了解了純堿的物理性質(zhì)和化學(xué)性質(zhì)，但是有同學(xué)會(huì)問(wèn)純堿是從哪里來(lái)的，那么這節(jié)課就跟著老師一起回到十八世紀(jì)，了解純堿的生產(chǎn)歷史。

【項(xiàng)目活動(dòng)開(kāi)展】

化學(xué)史情境1：十八世紀(jì)工業(yè)革命到來(lái)時(shí)，紡織、造紙、制皂、玻璃、印染等工業(yè)用堿量劇增，依靠天然堿和從草木灰分中提取的量不足，人們開(kāi)始探索用化工方法合成堿。1789年法國(guó)醫(yī)生路布蘭改進(jìn)了前人的制堿方法，制得了純堿，是純堿工業(yè)興起的里程碑。

項(xiàng)目任務(wù)1：探究路布蘭制堿法的原理

【PPT展示】路布蘭制堿法的流程圖如圖2所示。

圖2 路布蘭制堿法的流程圖

教師：查閱資料，結(jié)合以上給出的流程圖，試寫(xiě)出路布蘭制堿法所涉及的方程式。

學(xué)生：(小組為單位交流討論)

【項(xiàng)目成果展示】

其他小組評(píng)價(jià)：

小組3：我覺(jué)得兩個(gè)小組寫(xiě)的都很正確，第1小組將后兩步寫(xiě)到了一起，但是他們遺忘了一個(gè)很重要的點(diǎn)，就是反應(yīng)條件，氯化鈉與硫酸的反應(yīng)需要在加熱的條件下進(jìn)行，硫酸鈉與碳反應(yīng)的需要在高溫條件下進(jìn)行。

小組4：我覺(jué)得第一小組不應(yīng)該將第二步和第三步的所發(fā)生的反應(yīng)寫(xiě)到一起，因?yàn)檫@樣會(huì)使反應(yīng)發(fā)生不完全，從而影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果。

教師評(píng)價(jià)：同學(xué)們的評(píng)價(jià)非常準(zhǔn)確，有道是失之毫厘，差之千里，再細(xì)小的條件都可能成為我們失敗的關(guān)鍵。

教師：如果讓你提些意見(jiàn)，你覺(jué)得路布蘭制堿法有哪些缺點(diǎn)？

小組1：我們覺(jué)得路布蘭制堿法會(huì)損害設(shè)備，因?yàn)樗且詽饬蛩釣樵?，我們都知道硫酸的腐蝕性很強(qiáng)。

小組2：我們覺(jué)得路布蘭制堿法的成本太高了，原料利用也不充分。我們通過(guò)查閱資料發(fā)現(xiàn)氯化鈉跟稀硫酸是不反應(yīng)的，只能跟濃硫酸反應(yīng)，隨著反應(yīng)的進(jìn)行，濃硫酸就會(huì)變稀不再與氯化鈉反應(yīng)，從而造成原料浪費(fèi)。

教師：之后純堿又是怎么發(fā)展的呢？我們一起接著往下看？

化學(xué)史情境2：后來(lái)，比利時(shí)工業(yè)化學(xué)家索爾維在煤氣廠從事氨水的濃縮工作時(shí)，用鹽水吸收氨和二氧化碳實(shí)驗(yàn)中得到碳酸氫鈉，之后又通過(guò)食鹽、氨和二氧化碳制取了碳酸鈉。這種生產(chǎn)方法被稱為索爾維法。19世紀(jì)80年代，索爾維法逐步取代路布蘭法，成為純堿生產(chǎn)的主要工藝。

項(xiàng)目任務(wù)2：探究索爾維制堿法原理。

【PPT展示】索爾維制堿法的流程圖如圖3所示。

圖3 索爾維制堿法的流程圖

教師：查閱資料，結(jié)合以上給出的流程圖，試寫(xiě)出索爾維制堿法所涉及的方程式。

教師：回答的非常正確，那同學(xué)們?cè)囍治鲆幌滤鳡柧S制堿法與路布蘭制堿法相比具備哪些優(yōu)勢(shì)？

【項(xiàng)目成果展示】

小組1：氨堿法相比較路布蘭法優(yōu)勢(shì)是原料便宜，用的石灰石和食鹽是常見(jiàn)的東西。

小組2：我們組認(rèn)為氨堿法相比較路布蘭法優(yōu)勢(shì)是產(chǎn)品純堿的純度高，副產(chǎn)品氨和二氧化碳都能回收利用，既不造成浪費(fèi)，又不污染環(huán)境，相對(duì)來(lái)說(shuō)比較環(huán)保。

小組3：我們覺(jué)得氨堿法的制作步驟相對(duì)路布蘭法簡(jiǎn)單，適合大規(guī)模生產(chǎn)。

教師評(píng)價(jià)：回答的都很有深度，之后純堿又是怎么發(fā)展的呢？

化學(xué)史情境3：第一次世界大戰(zhàn)后，中國(guó)從歐洲進(jìn)口純堿的道路被阻斷，而當(dāng)時(shí)壟斷中國(guó)純堿市場(chǎng)的英國(guó)卜內(nèi)門(mén)洋堿公司囤積居奇，堿價(jià)暴漲。懷著振興祖國(guó)民族工業(yè)的決心，侯德榜毅然回到永利堿業(yè)公司負(fù)責(zé)技術(shù)開(kāi)發(fā)，在侯德榜的努力下，永利堿廠生產(chǎn)出了“紅三角”牌純堿，并在1926年美國(guó)費(fèi)城萬(wàn)國(guó)博覽會(huì)上榮獲金牌，永利堿廠也成為了亞洲第一大堿廠。

項(xiàng)目任務(wù)3：探究侯氏制堿法的原理

【PPT展示】侯氏制堿法的流程圖如圖4所示。

圖4 侯氏制堿法的流程圖

教師：查閱資料，結(jié)合以上給出的流程圖，試寫(xiě)出侯氏制堿法所涉及的方程式。

教師：寫(xiě)的很正確，不過(guò)有一個(gè)小問(wèn)題，碳酸氫鈉 50 ℃ 的時(shí)候就會(huì)分解，這里煅燒碳酸氫鈉沉淀不需要太高的溫度，加熱就能夠反應(yīng)，所以是碳酸氫鈉在加熱條件下分解生成碳酸鈉和水和二氧化碳。

教師：試著分析一下侯氏制堿法與氨堿法相比優(yōu)勢(shì)是什么？

學(xué)生：通過(guò)查閱資料和分析，發(fā)現(xiàn)侯氏制堿法使食鹽的利用率提高，同時(shí)還得到氮肥氯化銨，不在產(chǎn)生廢渣氯化鈣，減少了環(huán)境污染，降低生產(chǎn)成本。

教師：從生態(tài)文明角度，思考侯氏制堿法的意義？

學(xué)生：減少了對(duì)環(huán)境的污染，有助于環(huán)境保護(hù)和生態(tài)文明建設(shè)，利用率高，降低成本，減少資源的浪費(fèi)和能源的消耗。

項(xiàng)目任務(wù)4：以純堿的生產(chǎn)為線索，制作一份研究報(bào)告。(可課下完成，下節(jié)課討論交流)

3 基于化學(xué)史情境的微項(xiàng)目教學(xué)策略

1)以史為境，貫穿整個(gè)項(xiàng)目

化學(xué)史是化學(xué)學(xué)科形成、產(chǎn)生、發(fā)展及演變的歷史。將化學(xué)史融入到微項(xiàng)目教學(xué)中，以化學(xué)知識(shí)的發(fā)展歷程為主線，以史為鏡，融合本節(jié)化學(xué)知識(shí)，推動(dòng)微項(xiàng)目活動(dòng)進(jìn)行，開(kāi)展課堂教學(xué)。在課堂中，學(xué)生通過(guò)了解知識(shí)的來(lái)龍去脈，不僅能夠使學(xué)生深刻地認(rèn)識(shí)到知識(shí)成果的來(lái)之不易，是由許多科學(xué)先驅(qū)經(jīng)歷了無(wú)數(shù)次失敗后才得來(lái)的，而且還能夠?qū)W到科學(xué)的思維和探究方法，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，激勵(lì)學(xué)生不斷思考不斷進(jìn)步。

2)合作探索，開(kāi)闊認(rèn)知視野

微項(xiàng)目教學(xué)基于化學(xué)史情境，設(shè)置驅(qū)動(dòng)問(wèn)題，通過(guò)小組合作共同探究解決問(wèn)題，在獲得知識(shí)的同時(shí)，又能夠體會(huì)到化學(xué)發(fā)展的魅力，拓展知識(shí)面，開(kāi)闊視野。例如，在開(kāi)展《純堿的生產(chǎn)歷史》的微項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，學(xué)生既學(xué)習(xí)了純堿的制造原理，又了解純堿的發(fā)展歷史。

3)成果展示，融會(huì)貫通

以小組為單位對(duì)項(xiàng)目成果進(jìn)行展示、評(píng)價(jià)后，再拓展項(xiàng)目成果，將所學(xué)的知識(shí)和技能與生活實(shí)際融會(huì)貫通，運(yùn)用所學(xué)知識(shí)解釋日常生活中所遇到的化學(xué)問(wèn)題。例如，在開(kāi)展《純堿的生產(chǎn)歷史》的微項(xiàng)目教學(xué)時(shí)，學(xué)生展示完每個(gè)項(xiàng)目成果后，可以知道純堿為什么能夠用作肥皂。

4 結(jié)語(yǔ)

在高中教學(xué)階段實(shí)施基于化學(xué)史情境的微項(xiàng)目教學(xué)活動(dòng)，不僅豐富了化學(xué)史教育的方法，而且順應(yīng)了時(shí)代發(fā)展對(duì)人才培養(yǎng)的要求。開(kāi)展基于化學(xué)史情境的微項(xiàng)目教學(xué)能夠調(diào)動(dòng)學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，充分發(fā)揮學(xué)生的自我效能感，使學(xué)生在學(xué)習(xí)化學(xué)知識(shí)的同時(shí)，還能了解化學(xué)史的發(fā)展進(jìn)程，體會(huì)科學(xué)家的科學(xué)精神，樹(shù)立正確的科學(xué)價(jià)值觀。除此之外，基于化學(xué)史情境的微項(xiàng)目教學(xué)具有較強(qiáng)的靈活性，周期短、項(xiàng)目小的特點(diǎn)降低了項(xiàng)目教學(xué)的難度，使其在常態(tài)教學(xué)中更加便利。了解純堿的生產(chǎn)歷史，讓學(xué)生為純堿的學(xué)習(xí)打下堅(jiān)定的基礎(chǔ)，學(xué)會(huì)用科學(xué)的方法探究純堿的制備過(guò)程，用科學(xué)的眼光看待純堿制備的弊端，感受化學(xué)工業(yè)發(fā)展過(guò)程中技術(shù)進(jìn)步的重要性，為學(xué)生埋下一顆為中華民族而振興的種子。