基于化學(xué)史的問題鏈教學(xué)設(shè)計

鄭蕾

摘要：以高一《化學(xué)1》新課“氯氣的生產(chǎn)原理”為例，從氯氣的實驗室制法、氯氣的工業(yè)制法、氯氣的應(yīng)用三方面，基于化學(xué)史料，引導(dǎo)學(xué)生感受科學(xué)家的研究思路，采用問題鏈形式驅(qū)動課堂進展，幫助學(xué)生分析掌握本課相關(guān)知識，以增強課堂趣味性、內(nèi)容性、學(xué)科性，提升學(xué)生分析問題、解決問題的能力。

關(guān)鍵詞：化學(xué)史；問題鏈；氯氣的生產(chǎn)原理；教學(xué)設(shè)計

文章編號：1008-0546（2017）02-0054-04 中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.02.017

在教學(xué)過程中，教師通過創(chuàng)設(shè)科學(xué)、合理、邏輯性較強的問題鏈，幫助學(xué)生不斷解決問題、促進認知，培養(yǎng)積極思維的習慣。結(jié)合化學(xué)史，從中提取問題，真實地展現(xiàn)科學(xué)家當年所面臨的問題，不僅能夠帶領(lǐng)學(xué)生進入真實的問題解決情境，更能幫助學(xué)到還原當時科學(xué)家研究問題時的思路和方法，真實地感受到問題解決的思維歷程。

一、教材分析

《化學(xué)1》專題2中所涉及的元素和物質(zhì)均較為典型，注重貼近生活、結(jié)合實際，試圖通過海水資源來使元素及其化合物的知識與社會實際相結(jié)合，與化學(xué)學(xué)科發(fā)展的新知識、新發(fā)現(xiàn)、新方法相結(jié)合，并加深學(xué)生對“綠色化學(xué)”、可持續(xù)發(fā)展的關(guān)注。

專題2第一單元總共包括4課時內(nèi)容：氯氣的生產(chǎn)原理、氯氣的性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)及溴、碘的提取，其中“氯氣的生產(chǎn)原理”為第一課。教材內(nèi)容以新課程標準為編寫依據(jù)，以遵循學(xué)生的認知規(guī)律、培養(yǎng)學(xué)生熱愛科學(xué)的情感為前提，緊扣海水資源這一線索，注重從工業(yè)生產(chǎn)實際出發(fā)，采用圖片、實驗等形式引出工業(yè)制備氯氣的方法及原理；穿插介紹化學(xué)史的內(nèi)容，使學(xué)生認識科學(xué)的研究過程、學(xué)習科學(xué)方法、培養(yǎng)科學(xué)態(tài)度。本課內(nèi)容中關(guān)于工業(yè)制氯氣的學(xué)習有助于后續(xù)溴、碘提取方法的理解和掌握，氯氣的實驗室制取是學(xué)生在高中階段學(xué)習實驗室制氣體的開端。因而本課內(nèi)容的教學(xué)旨在完成培養(yǎng)學(xué)生的實驗素養(yǎng)、實驗操作技能，以及分析問題、解決問題能力的教學(xué)任務(wù)。

二、學(xué)情分析

教學(xué)對象為高一年級學(xué)生。通過《化學(xué)1》專題1的學(xué)習，已初步掌握研究化學(xué)物質(zhì)的基本思路和方法，初步養(yǎng)成從宏觀到微觀、從現(xiàn)象到本質(zhì)的思維習慣，這些為本課的學(xué)習奠定必要基礎(chǔ)。通過本課的學(xué)習，學(xué)生在獲取相關(guān)化學(xué)知識和實驗研究技能的同時，形成利用自然資源需要化學(xué)科學(xué)的發(fā)展的認識，也為后續(xù)的學(xué)習提供幫助。

由此，確定本課時教學(xué)重難點為：從海水中獲取氯氣的原理和方法、實驗室制取氯氣的原理和方法、實驗裝置的連接順序和作用。

三、教學(xué)目標

1. 知識與技能

（1）了解從海水中獲取氯的原理和方法，正確書寫對應(yīng)的化學(xué)方程式；

（2）了解實驗室用二氧化錳和濃鹽酸制取氯氣的原理和方法，正確書寫對應(yīng)的化學(xué)方程式；

（3）能根據(jù)電解飽和食鹽水實驗的現(xiàn)象，判斷陰、陽兩極的產(chǎn)物；

（4）能用恰當?shù)幕瘜W(xué)語言表達檢查裝置氣密性的方法。

2. 過程與方法

（1）通過觀察、分析實驗過程，形成化學(xué)實驗操作的基本技能，初步了解實驗室用固體、液體物質(zhì)制取氣體的方法；

（2）通過觀察實驗裝置，了解各裝置的連接順序及作用；

（3）通過閱讀相關(guān)化學(xué)史的內(nèi)容，自主獲悉相關(guān)化學(xué)知識，提高分析、解決問題的能力。

3. 情感態(tài)度與價值觀

（1）結(jié)合生活，認識到海水是人類的寶貴資源，培養(yǎng)熱愛和保護大自然的情感；

（2）借助化學(xué)史，感悟科學(xué)家嚴謹治學(xué)的態(tài)度，體會實驗法在研究化學(xué)物質(zhì)中的重要性。

四、問題鏈設(shè)計

五、教學(xué)過程

1. 以海洋為家鄉(xiāng)的元素——氯

[圖文]寧海，是一方安樂、祥和、美麗的土地，是我們的家鄉(xiāng)。在寧海的東面是美麗的海洋，浩瀚的大海蘊含無數(shù)的寶藏，有80多種元素以海洋為家鄉(xiāng)。其中氯元素的含量不可小覷。可以看出，在茫茫大海的每一次波濤起伏里，每一滴海水都含有相當多的氯化物。

由于氯氣在人們的生產(chǎn)生活中發(fā)揮著巨大的作用，因而眾多科學(xué)家花費精力研究如何從自然界中獲取氯。今天，就讓我們穿越時空，與科學(xué)家一起“氯”行。

[生]面帶笑容，有學(xué)習興趣。

2. 乘著“化學(xué)史列車”“氯”行

第一站：古代，煉金術(shù)士

[化學(xué)史料1]古代煉金術(shù)士們在實驗室里發(fā)現(xiàn)加熱濃鹽酸與濃硝酸的混合液時，會產(chǎn)生一種刺激性很強的煙霧。但他們當時一心只為煉金，并不知道這種煙霧就是氯氣。

[師]煉金術(shù)士們錯過了發(fā)現(xiàn)氯的機會，很可惜，但至少可以說，他們最早接觸了氯。

[生]感嘆惋惜。

第二站：1774年，舍勒

[化學(xué)史料2]我在一家藥房任藥劑師，并從事大量的實驗研究工作。1774年，一個偶然的機會我將軟錳礦（MnO2）與濃鹽酸混合加熱時，產(chǎn)生了一種黃綠色的氣體，該氣體強烈的刺激性氣味令我的肺部十分難受。我對它產(chǎn)生了濃厚的興趣，仔細研究了這種氣體后，我發(fā)現(xiàn)：它能溶于水，其水溶液略顯酸性，且對紙張、蔬菜和花都具有永久性的漂白作用；它還能和金屬發(fā)生化學(xué)反應(yīng)。

[師]俗話說：無心插柳柳成蔭，舍勒在實驗室中偶然制得氯氣，而這種方法就是我們現(xiàn)在實驗室制取氯氣的方法。請大家思考下列問題：

[問題鏈1]目標問題：實驗室制取氯氣的原理和方法

具體問題：

問題1：“將軟錳礦（MnO2）與濃鹽酸混合加熱”，制取氯氣選取怎樣的發(fā)生裝置？

問題2：“它能溶于水”，選取怎樣的收集裝置？

問題3：“該氣體強烈的刺激性氣味令我的肺部十分難受”“其水溶液略顯酸性”，如何設(shè)計合適的尾氣處理裝置？

[設(shè)計意圖]化學(xué)家實驗探求到化學(xué)現(xiàn)象之美，能夠激發(fā)化學(xué)家強烈激情與靈感的事物，同樣也可以使學(xué)生產(chǎn)生探索之情。通過學(xué)生自主閱讀、分析化學(xué)史料，借助三個具體的問題組成問題鏈1，引導(dǎo)學(xué)生對實驗室制取氯氣的組成裝置、所用儀器進行思考，選擇和設(shè)計，強化實驗基本知識和基本技能。同時，針對實驗原理、裝置完整性及物質(zhì)性質(zhì)，結(jié)合適當?shù)摹翱茖W(xué)家提示”，由定性到定量，由簡單到復(fù)雜，幫助學(xué)生進行深入思考，設(shè)計具體問題如下：

問題4：在實際操作過程中含4mol HCl的濃鹽酸能否制得1mol氯氣？

問題5：若用排液法收集氯氣，可否選擇排水法？什么溶液合適呢？

[科學(xué)家提示]氯氣能溶于水（1∶2），難溶于飽和食鹽水。

問題6：教科書中，制取氯氣的實驗裝置完整嗎？若否，有何欠缺之處？如何改進？

[科學(xué)家提示]HCl易溶于飽和食鹽水，且HCl和氯氣均能與NaOH溶液反應(yīng)，生成可溶于水的物質(zhì)。

問題7：在實驗制取氯氣之前，如何檢查這套裝置的氣密性？

[生]思考問題并積極回答，有些基礎(chǔ)扎實的孩子能很快給出問題6的回答。

[視頻]實驗室制取氯氣

[生]興趣高漲，認真觀看。

[設(shè)計意圖]提出問題7之后再播放事先錄制的實驗視頻，激發(fā)學(xué)生學(xué)習興趣，結(jié)合具體實驗操作及實驗現(xiàn)象講解此類裝置氣密性的檢查方法，并幫助學(xué)生進一步掌握實驗室制取氯氣的原理、方法、實驗操作等化學(xué)知識。

第三站：1810年，戴維

[化學(xué)史料3]從1774年舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣以后，這種氣體的性質(zhì)先后經(jīng)過了貝托霍、拉瓦錫、蓋·呂薩克、貝采里烏斯等人的研究，他們都認為這種氣體是化合物，而我認為它只是一種單質(zhì)。后來經(jīng)過大量的實驗研究，我終于有力地證明了自己的觀點。1810年，我發(fā)表論說，將這種氣體命名為氯氣（Chlorine），希臘文意為“綠色的”。

[師]從1774年舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣，到1810年總共經(jīng)歷了整整36年。這漫長曲折的歷史中，科學(xué)家們對氯氣的認識在不斷批判中得以完善，戴維最終確認氯氣是一種單質(zhì)并將其命名，氯元素的符號是Cl。在19世紀，科學(xué)家們把較大精力花費在研究大規(guī)模生產(chǎn)氯氣的方法上。

[生] 感嘆，體會到要站在巨人肩膀上才看得更遠，要敢于質(zhì)疑，相信自己。

第四站：1833年，法拉第

[化學(xué)史料4]1813年，我從老師處首先接到的任務(wù)就是制備氯氣，這種有毒氣體在制備時易發(fā)生爆炸，因此我小心謹慎地進行了大量實驗。1833年，終于用電解法制出了氯氣！我發(fā)現(xiàn)當將電流作用于氯化鈉溶液時，也就是電解氯化鈉溶液時，就獲得了氯氣。1851年，我獲得了一份包括氯氣、氫氧化鈉的生產(chǎn)方法的專利。多么振奮人心！

[師]自然界沒有大量的濃鹽酸存在，并且僅用實驗室制法沒有辦法滿足工業(yè)上對氯氣的大量需求，而法拉第的電解法為工業(yè)制氯氣創(chuàng)造了可能。我們來模擬一下工業(yè)制取氯氣的操作。

[生]面帶笑容，原來法拉第和化學(xué)也有關(guān)系。

[演示實驗]電解飽和食鹽水

[問題鏈2]目標問題：工業(yè)制取氯氣的原理和方法

具體問題：

問題1：“將電流作用于氯化鈉溶液”的實驗裝置是怎樣的？

[師] 觀察這一實驗裝置，U形管中盛放著飽和NaCl溶液，兩端分別插入一個電極，與外接電源相連接。我們將與電源負極相連的電極稱為陰極，與電源正極相連的電極稱為陽極。

問題2：陰極和陽極分別觀察到怎樣的現(xiàn)象？

問題3：哪極產(chǎn)生的氣體是氯氣呢？如何證明？

[科學(xué)家提示]氯氣能發(fā)生反應(yīng)：Cl2+2KI2KCl+I2，故氯氣能使?jié)駶櫟牡矸跭I試紙變藍。

問題4：陰極也產(chǎn)生大量氣泡，可能是什么氣體呢？

問題5：根據(jù)氧化還原反應(yīng)的本質(zhì)，Cl-失去電子，化合價升高，生成Cl2，則另一個得到電子的元素是氫還是氧？

問題6：如何檢驗H2？

[生]對化學(xué)實驗特別感興趣，認真觀察，積極思考。思維靈活的學(xué)生對于問題4、問題5的解答比較不錯。

[設(shè)計意圖] 根據(jù)電解飽和食鹽水的實驗現(xiàn)象判斷兩極產(chǎn)物，是課標對學(xué)生的要求，但不要求從電解原理的角度深入講解，為幫助學(xué)生理解并加強分析思考問題的能力，從氧化還原反應(yīng)本質(zhì)的角度引發(fā)學(xué)生思考。問題5為問題4 的解決提供了思維臺階，以完成其中一個教學(xué)重難點的突破。檢驗氯氣、氫氣是高中階段重要的氣體檢驗的知識點，借助具體的實驗現(xiàn)象，結(jié)合恰當?shù)奈淖置枋觯箤W(xué)生能掌握。

[師]溶液中的Cl-失電子產(chǎn)生Cl2，H2O中的H+得電子產(chǎn)生了H2，此時，溶液中存在大量的Na+和OH-。

問題7：OH-會聚集在陽極還是陰極呢？如何證明？

[演示實驗]向陰陽兩極分別滴加2～3滴酚酞試液。

[師]由實驗現(xiàn)象和問題解決后，我們可以得出工業(yè)制取氯氣的反應(yīng)原理，其中Cl2是陽極產(chǎn)物，H2和NaOH是陰極產(chǎn)物。

問題8：結(jié)合之前實驗室制氯氣的相關(guān)知識，陽極端不斷產(chǎn)生的Cl2需要做什么處理？

[生]用NaOH溶液進行吸收，防止污染環(huán)境。

第五站：1929年，氯堿工業(yè)

[化學(xué)史料5]我國的氯堿工業(yè)開始于20世紀20年代末， 愛國實業(yè)家吳蘊初在1929年創(chuàng)辦了我國第一家氯堿廠。 1949年新中國成立后，氯堿工業(yè)技術(shù)不斷發(fā)展，跨入了一個新階段。以氯堿工業(yè)為基礎(chǔ)的化工生產(chǎn)及產(chǎn)品在人民生產(chǎn)生活中具有廣泛的應(yīng)用。

[師]其實一開始，電解法制氯氣的規(guī)模很小，到19世紀90年代，有了較好的直流發(fā)電機，工業(yè)制氯的技術(shù)得到大規(guī)模發(fā)展，也為氯堿工業(yè)奠定了堅實的基礎(chǔ)。

3. 研究未止，“氯”行延續(xù)

[圖片]“氯”行坐標軸。

[師]至此，我們乘著“化學(xué)史列車”，沿著科學(xué)家們的腳步，終于揭開了氯氣的神秘面紗。站在巨人的肩膀上，我們領(lǐng)略科學(xué)發(fā)現(xiàn)的奧秘與艱辛，體會化學(xué)實驗的美妙與神奇。

氯氣令眾多的科學(xué)家為之好奇，紛紛展開研究。那么氯氣究竟具有哪些性質(zhì)？它的水溶液為何具有漂白性？它又為什么能在我們的生產(chǎn)生活中大有用途呢？讓我們下次課繼續(xù)研究，繼續(xù)“氯”行！

[生]旅行就這樣結(jié)束啦？（學(xué)生仍有濃厚的興趣）

[設(shè)計意圖]化學(xué)與生活緊密聯(lián)系，由制法過渡到應(yīng)用，既與課堂之始的氯氣是重要的工業(yè)原料相呼應(yīng)，也使學(xué)生感受到科技的力量、化學(xué)的魅力。本課的知識點已經(jīng)學(xué)習，但并不是終結(jié)，也為后續(xù)課程創(chuàng)設(shè)懸疑，維持學(xué)生學(xué)習的興趣。

六、反思提煉

學(xué)習總是從問題開始，問題總是與學(xué)習伴行，所有問題的解決必定以對問題存在的認識開始。如何促進學(xué)生的有效思考并增強化學(xué)課的魅力？這是在教學(xué)工作中經(jīng)常思考的問題。

為什么學(xué)生要學(xué)習氯氣？為什么教材編排的順序是從工業(yè)生產(chǎn)引入具體內(nèi)容？蘇教版《化學(xué)1》專題1的名稱是“化學(xué)家眼中的物質(zhì)世界”，專題2是“從海水中獲得的化學(xué)物質(zhì)”，有何用意？筆者認為是要學(xué)生能學(xué)著像個小科學(xué)家一樣去研究化學(xué)物質(zhì)，去感受化學(xué)家們當時的心境。因此，借助化學(xué)史、設(shè)置合理的問題鏈進行教學(xué)，考慮學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)，有助于激發(fā)學(xué)生的學(xué)習興趣，使學(xué)生在學(xué)習和掌握具體化學(xué)科學(xué)知識的同時，不斷接受科學(xué)方法熏陶，潛移默化地培養(yǎng)科學(xué)的思維模式。

參考文獻

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