初探“情境—知識—表達—評價—素養(yǎng)”五線教學(xué)流程
——以“氯堿工業(yè)”實驗教學(xué)片斷為例

周學(xué)興

(湖南省常德市第一中學(xué))

一、教材分析

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)》(2017年版2020年修訂)指出“發(fā)展‘科學(xué)探究與創(chuàng)新意識’是從實踐層面激勵學(xué)生勇于創(chuàng)新”,因此在化學(xué)教學(xué)中迫切需要“素養(yǎng)課堂”。而實驗教學(xué)中需要重點關(guān)注學(xué)生的問題意識、證據(jù)意識、探究與創(chuàng)新意識。

“氯堿工業(yè)”屬于普通高中教科書(人教2019年版)化學(xué)選擇性必修1《化學(xué)反應(yīng)原理》(下面簡稱“教材”)第四章第二節(jié)電解池的內(nèi)容,是第一個電解應(yīng)用實例,且提到了離子交換膜。該內(nèi)容旨在引導(dǎo)學(xué)生能夠應(yīng)用電解原理分析具體實例。創(chuàng)設(shè)真實工業(yè)生產(chǎn)情境,是素養(yǎng)課堂的基本特點,也是學(xué)生深入學(xué)習(xí)的一種途徑。

化學(xué)課堂要注重學(xué)生在各個環(huán)節(jié)中素養(yǎng)能力的發(fā)展,筆者以氯堿工業(yè)為主題內(nèi)容,采用五線教學(xué)流程進行科學(xué)探究教學(xué)。

二、五線教學(xué)流程

本堂課屬于新授課,授課對象是高二物理方向?qū)嶒灠嗟膶W(xué)生。該部分學(xué)生已經(jīng)掌握了原電池、電解池的工作原理等必備知識,但學(xué)生的科學(xué)探究能力并不高,可利用五線教學(xué)流程進行教學(xué)?！扒榫场R—表達—評價—素養(yǎng)”五線教學(xué)流程,主要是通過在情境中自然生成必備知識,并由學(xué)生歸納表達出來,通過自評、互評、作業(yè)等方式評價學(xué)生的表現(xiàn),在真實情境、深層知識、有效表達、科學(xué)評價中發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。

本教學(xué)片斷以再次建構(gòu)電解池工作原理,發(fā)展學(xué)生能夠設(shè)計存在隔膜的電解池的能力為教學(xué)目標(biāo)。教學(xué)重點為利用電解池原理設(shè)計電解池,難點為離子交換膜在電解池中的作用。

為實現(xiàn)教學(xué)目標(biāo),設(shè)計了如下五線教學(xué)流程。見圖1。

圖1 氯堿工業(yè)的五線教學(xué)流程

三、課堂實錄

環(huán)節(jié)一 創(chuàng)設(shè)實驗情境——電解無隔膜的氯化鈉溶液

【創(chuàng)設(shè)實驗情境引入】學(xué)生實驗:電解氯化鈉溶液(無隔膜)。見圖2。記錄實驗現(xiàn)象,并書寫電極反應(yīng)式和總反應(yīng)的離子方程式。

圖2 電解氯化鈉溶液(無隔膜)

設(shè)計意圖:進一步鞏固電解原理。通過學(xué)生實驗感受真實情境。激發(fā)學(xué)生思考無隔膜電解氯化鈉溶液能否得到較多的NaOH和Cl2。

【學(xué)生表達】

宏觀現(xiàn)象:陽極附近最初氣泡較多,后逐漸變少;陰極產(chǎn)生氣泡。

電極反應(yīng)式:

表達意圖:提高學(xué)生記錄實驗現(xiàn)象的能力,為實驗探究能力奠定基礎(chǔ),凸顯了學(xué)生在課堂中的主體地位。

【學(xué)生評價】OH-與Cl2因接觸可發(fā)生反應(yīng),上述總反應(yīng)式不能完全表征實驗的微觀變化。Cl2與向陽極遷移過來的OH-接觸反應(yīng)。

評價意圖:通過生生互評方式,激發(fā)學(xué)生主動思考,有助于必備知識的掌握,通過實驗觀察,讓學(xué)生通過實驗證據(jù)思考微觀變化,發(fā)展學(xué)生的問題意識、證據(jù)意識。從心理學(xué)視角來看學(xué)生的相互評價,有利于形成良好的競爭機制,使得學(xué)生間相互促進,彌補短板。

環(huán)節(jié)二 電解有隔膜的氯化鈉溶液(一)

【學(xué)生活動】各學(xué)習(xí)小組選擇陽離子交換膜或陰離子交換膜,展開如圖3所示實驗。記錄實驗現(xiàn)象,并分析離子交換膜兩側(cè)溶液中的微粒變化。

圖3 電解含離子交換膜的氯化鈉溶液

設(shè)計意圖:創(chuàng)設(shè)有隔膜的電解方案,通過學(xué)生實驗,在實驗情境中發(fā)現(xiàn)方案的不足。激發(fā)學(xué)生的思考,發(fā)展科學(xué)思維。

【學(xué)生表達】選擇的是陰離子交換膜。

宏觀現(xiàn)象:陽極附近最初氣泡較多,后逐漸變少;陰極產(chǎn)生氣泡。電解過程中左側(cè)Cl-轉(zhuǎn)化為Cl2,右側(cè)產(chǎn)生H2和OH-,OH-和Cl-通過陰離子交換膜進入左側(cè)溶液。

【學(xué)生表達】選擇的是陽離子交換膜。

宏觀現(xiàn)象:陽極附近氣泡較多;陰極產(chǎn)生氣泡。電解過程中左側(cè)Cl-轉(zhuǎn)化為Cl2,右側(cè)溶液產(chǎn)生H2和OH-,Na+通過陽離子交換膜進入右側(cè)溶液。

表達意圖:升華電解原理的知識,促使學(xué)生通過微觀變化的思考發(fā)現(xiàn)實驗方案的不足,發(fā)展學(xué)生的實驗探究能力。通過不同實驗方案的對比,引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)實驗方案的不足。

環(huán)節(jié)三 電解有隔膜的氯化鈉溶液(二)——設(shè)計實驗方案

【問題情境】上述裝置用陰離子或陽離子交換膜,能否得到較為純凈的NaOH溶液。

設(shè)計意圖:讓學(xué)生感知隨著不同實驗?zāi)康?實驗方案要隨之進行修正。

【學(xué)生表達】陰極區(qū)得到含有NaCl、NaOH的溶液。

【提出問題】如何解決存在NaCl雜質(zhì)的問題。

【學(xué)生表達】加入AgNO3溶液。

設(shè)計意圖:激發(fā)學(xué)生得出除去雜質(zhì)的最直觀的結(jié)論,鞏固舊知。在新情境中,審視自己對知識的掌握情況。

【教師評價】采取AgNO3溶液固然可除去NaCl溶液,但AgNO3亦與NaOH反應(yīng)且引入NaNO3新的雜質(zhì),明顯不易分離,無法實現(xiàn)目標(biāo)。

評價意圖:引導(dǎo)學(xué)生從理論遷移實際,能夠運用化學(xué)知識解決實際問題。發(fā)展學(xué)生的社會責(zé)任意識。

【學(xué)生活動】結(jié)合上述討論,設(shè)計制得較為純凈的NaOH溶液和Cl2的合理實驗方案,繪制出工作原理示意圖,并分析微觀變化過程。

設(shè)計意圖:通過兩次既定實驗方案的實踐與師生討論,引導(dǎo)學(xué)生能夠通過所學(xué)知識進行實驗方案的設(shè)計,發(fā)展學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識,凸顯了素養(yǎng)的自然發(fā)展。

【學(xué)生方案展示】如圖4。

圖4 電解含離子交換膜的氯化鈉溶液、氫氧化鈉溶液

【教師活動】上述過程即為氯堿工業(yè)的工作原理。其中稀的NaCl溶液有何用呢?

設(shè)計意圖:引導(dǎo)學(xué)生思考真實的工業(yè)生產(chǎn)過程以及原料、產(chǎn)品如何綜合利用。讓學(xué)生參與進來,發(fā)展科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【作業(yè)評價1】居家可使用84消毒液消毒,可利用電解制備少量NaClO溶液,以NaCl溶液為原料,設(shè)計電解池。

設(shè)計意圖:巧設(shè)真實問題情境,激發(fā)學(xué)生能夠?qū)W以致用。

【提出問題】離子交換膜在上述實驗中起到了哪些作用呢?

【學(xué)生建?！?/p>

設(shè)計意圖:通過實驗方案升華學(xué)生的認(rèn)知,發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知的學(xué)科素養(yǎng)。

【作業(yè)評價2】請根據(jù)教材第105頁資料卡片——電有機合成,繪制其可能的工作原理示意圖。見圖5。

圖5

【學(xué)生作品展示】

【作業(yè)評價3】以Na2SO4廢水為原料,電解制得NaOH溶液和H2SO4溶液,設(shè)計電解池并繪制出工作原理示意圖。見圖6。

圖6

【學(xué)生作品展示】

【教師】大家的表現(xiàn)非常驚艷,具有做化學(xué)工程師的潛質(zhì)。電解應(yīng)用極為廣泛,基于電化學(xué)原理設(shè)計電解池,是工業(yè)生產(chǎn)的重要環(huán)節(jié)。實際上工業(yè)生產(chǎn)還需要設(shè)計工藝設(shè)備與反應(yīng)條件。

四、教學(xué)反思

(一)自然生成素養(yǎng)

高中化學(xué)教學(xué)中,課堂中常穿插實驗探究環(huán)節(jié),針對這些環(huán)節(jié),進行精巧的教學(xué)片斷設(shè)計是素養(yǎng)課堂的內(nèi)在要求。本堂課設(shè)計的亮點主要是基于學(xué)生的認(rèn)知水平不斷設(shè)計問題引導(dǎo)學(xué)生深入學(xué)習(xí),學(xué)生不斷運用知識改進模型。凸顯了學(xué)生的主體地位,學(xué)生的問題意識、證據(jù)意識、構(gòu)建模型的能力得到極大的提升。通過給出兩種實驗方案展開實驗,讓學(xué)生體驗實驗,并能夠在實驗中生成知識,發(fā)現(xiàn)問題,從而最終能夠設(shè)計實驗方案,通過實驗方案的實施,到不斷修正,發(fā)展了學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識的學(xué)科核心素養(yǎng)。此外,在一定程度上提供了化學(xué)實驗教學(xué)的一種思路。

(二)提升作業(yè)質(zhì)量

教學(xué)過程中充分利用教材素材巧設(shè)課堂作業(yè),給予學(xué)生學(xué)以致用的機會。教育部考試中心指出高考化學(xué)試題命題的整體思路要求“教學(xué)要注重作業(yè)題、練習(xí)題減量提質(zhì),減少機械刷題,促使教學(xué)把教材內(nèi)容講全講透,提升課堂效果,吸引學(xué)生從校外培訓(xùn)回歸校內(nèi)課堂,是切實服務(wù)‘雙減落地’的重要手段”。

(三)科學(xué)實踐模式

五線教學(xué)流程,適用于高中化學(xué)實驗教學(xué)與概念教學(xué)。其中符合“教—學(xué)—評”一體化的科學(xué)探究式實驗教學(xué)片斷的一般設(shè)計思路見圖7。

圖7 科學(xué)探究式實驗教學(xué)片斷的一般設(shè)計思路

五線教學(xué)流程中,環(huán)環(huán)相扣,環(huán)環(huán)重要,素養(yǎng)在情境中生成,學(xué)生表達中錘煉了知識的掌握,評價的多元化是素養(yǎng)發(fā)展的保障。本課例采用了自評、互評、師評、作業(yè)評價等方式。