以問題驅動讓深度思維真正發生

黃丹

摘要：以模擬侯德榜制純堿為主線，復習幾種常見的鹽，在真實情境問題的驅動下，學生的深度思維被激發和喚醒，在思考中實踐，在實踐中反思，在反思中頓悟創新。

關鍵詞：化學史;真實情境;問題驅動;深度思維;模擬實驗

文章編號：1008-0546（2019）12-0054-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.016

一、問題的提出

氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、碳酸鈣是初中化學教材中幾種重要的鹽，如何找到一個真實有效的教學情境，將零散的知識貫通起來，將知識整合化、系統化，讓學生在真實情境下解決實際問題，并在解決問題時，讓思維碰撞和動手實踐真實發生，是復習課的意義價值之所在。

二、教學主線

情境線：以侯德榜制純堿為主線，將蘇打、小蘇打、食鹽、碳酸鈣串聯起來。

知識線：蘇打、小蘇打、食鹽、碳酸鈣的性質、用途和制備。

問題線：制純堿的原理——原料的獲得——成本產率——經濟效益——工藝流程的步步優化。

實驗線：模擬制純堿的工藝流程以及對產品的檢驗。

三、教學過程

1.遵循反應原理復習氨堿法制堿

【師】展示侯德榜紀念郵票（如圖1），回顧歷史，請同學介紹主人公的生平事跡和在化學上的巨大貢獻。

設計意圖：將化學史、名人簡介融入化學教學中，用意有三：一是可以使學生了解一段史實，二是學生理解對相關問題認識的起點和解決問題的過程，三是可以使學生在歷史回顧中發現在偶然性中蘊含的必然規律。讓學生了解歷史，銘記為推動社會進步執著奉獻的科學家，銘記歷史，尊重深刻影響和改變人們的生產和生活方式的化學這門學科，將人文精神滲透到化學課堂，堅定學生尊重科學，向科學家學習的信仰和信念。

設計意圖：通過計算推理，實現證據推理和真實數據相吻合。數學計算是理科的基礎工具，將數據事實、數學計算應用到化學工藝中，加強學科間的融合。

【師】問題3：反應中的副產品氯化銨如何處理？

【生】氯化銨可以做氮肥。

【師】在當時農業極其落后的背景下，農業急需的氮肥氯化銨，是解決人類溫飽生存的法寶。在特定的年代，這真是一舉雙得的完美方案。隨著社會的發展，氮肥已不再緊俏，氯化銨該如何處理呢？

設計意圖：彰顯學科價值，化學是一門造福人類的科學，根據特定的歷史條件，實現產品的綠色化。

【師】問題4：如何成本最低化地獲得二氧化碳和氨氣？

【生】石灰石來源廣、價格便宜，工業上用高溫煅燒石灰石的方法來制備二氧化碳，再利用生石灰和水反應生成熟石灰，熟石灰和氯化銨反應得到氨氣，氯化銨可以循環使用，成本大大降低。

【師】廢液中的氯化鈣如何處理？煅燒石灰石的能耗大，如何解決？

設計意圖：復習碳酸鈣的性質和用途，物質的循環使用等知識點，讓學生知道化工是在尊重自然界的基礎上改造世界，實現對自然界的控制和利用，解決社會發展過程中遇到的難題。向學生滲透綠色化學精神，工業生產中必須要考慮產率、環保、成本、經濟效益等現實問題，盡可能實現原子的利用率百分百。

【師】目前，世界上主要有氨堿法、聯堿法和天然堿法這3種純堿生產方法。由于我國天然堿資源不豐富，主要的純堿生產方法為氨堿法和聯堿法。

1892年比利時人索爾維以食鹽、二氧化碳、氨氣、水為原料制得了純凈的純堿，該法稱為氨堿法。其主要生產流程如圖2：

【師】引導學生分析氨堿法的優點和從綠色化學的角度存在的問題。

師生交流：氨堿法采用的原料廉價易得、連續生產、無毒無害，氨氣循環使用。但該法原料利用率低、污染嚴重。氯化鈉中的氯離子幾乎全以氯化鈣的溶液形式未加利用而被排棄，氯化鈣、廢渣的處理是個環保難題，成本高，不易長期使用。

【師】20世紀，德國人施賴布提出將氨堿法碳酸氫鈉母液中所含的氯化銨直接制成固體作為產品出售，流程如圖3：

【師】分析此法的優點？如何進一步提升氯化銨的純度？

已知氯化鈉和氯化銨在不同溫度下的溶解度曲線如圖4所示：

師生交流：施賴布氨堿法將氯化銨固體從碳酸氫鈉母液中分離出來，作為成品出售，氯化銨母液則返回制堿。

【師】侯氏制堿法又稱聯合制堿法，我國化學工程專家侯德榜于1943年創立，是把氨堿法和合成氨法兩種工藝聯合起來，同時生產純堿和氯化銨兩種物質，原料是食鹽、氨氣和二氧化碳（合成氨廠用水煤氣法制取氫氣的廢氣）流程見圖5：

【師】比較侯氏制堿法和索維爾制堿法的流程圖，分析二者不同之處？

【生】不同過程：用結晶的方法處理氯化銨和氯化鈉，既得到氯化銨，又提高了氯化鈉的利用率，利用合成氨產生的二氧化碳，避免建立石灰石煅燒廠，節約成本。

設計意圖：從歷史的角度來看，由于時代不同，生產環境不同，侯德榜制純堿是氨堿法制純堿法的繼承和發展，同樣，侯德榜制純堿也會因生產和實際需求作調整和改進。另外，侯德榜的循環生產過程，不僅提高原料的利用率，從化學的視角看，符合綠色化學原則。

【師】在1789年，法國醫生呂布蘭以食鹽、濃硫酸、木炭和石灰石為原料，開創了規模化工業制取碳酸鈉的先河，流程如圖6：

【師】請同學分析該方法存在的明顯不足是什么？

【生】產生一氧化碳和氯化氫污染空氣。

設計意圖：在化學教學中，融合化學學科發展歷史的教學，不應僅僅將歷史事件孤立地呈現在學生面前，而應該追溯到偉人的成長，從中感知前人在探索和改造自然的過程中所經歷的認識與思考、徘徊與決斷、挑戰與機遇……這不僅給了學生思維能力與科學方法層面的啟迪，更重要的是讓學生在這些歷史事件的進程中理解了一個人的努力和探索，不管成功與否，都構筑著人類文明進步的階梯，這是一種人格上的完善。回眸歷史，雖然人類研究的過程是具體而曲折的，但是無論是后來者的繼承，還是先行者的開拓，在化學學習或研究中都注重觀察實驗、富于想象、建立思維模型。思維和行動在真實發生著。

2.模擬實驗，體驗氨堿法制堿的真實性

（1）如何制備碳酸氫鈉

實驗操作：①向濃氨水中加入過量的氯化鈉，直至充分溶解，靜置;②向充滿二氧化碳的500mL的燒瓶中加入10mL銨鹽水，塞上瓶塞，輕輕搖晃，在搖晃的過程中，看到瓶壁上出現了晶體。

設計意圖：在一系列的分析推理后，學生的深度思維被喚醒和激發，進一步的實驗驗證讓思維之花落地生根，實現證據推理和模型認知的融合，學生體驗到我思我做我成功的成就感，成就感是讓學生持續保持學科興趣的根本。

（2）如何檢驗生成物是碳酸氫鈉

取出晶體，用濾紙把晶體表面的水分吸干，置于試管中加熱，將產生的氣體通人澄清石灰水，變渾濁，余下的固體中，加入稀鹽酸，有氣體生成，證明生成了碳酸氫鈉。

設計意圖：復習小蘇打、蘇打的化學性質、相互轉化和碳酸根離子的鑒定。在一系列的追問中，學生考慮問題的視角會放大，從化學物質間的反應，逐漸拓展到真實的實驗情境。形成一個全新的、相互聯系的體系，對培養學生的系統思維、從整體的角度理解各種因素既相互影響又相對獨立。進而做出正確的決策和設計，提升學習能力是很有價值的。同時，這樣的教學組織形式，圍繞一個有實際意義的主題，融學科知識、學習技能、知識應用、問題探究的邏輯思路的展開等多種教學元素于一體，使學生能夠切實體會到化學學科的學習特點，在實際教學實踐中不僅受學生歡迎，還非常有價值，有利于培養學生的成長型思維。

四、教學反思

美國教育學者布朗拉格等研究表明，若要引導學生有效參與課堂活動，就必須采用靈活多變的問題去驅動，使所有學生集中注意力并沉浸在學習過程中。問題是課堂教學的靈魂，一切課堂活動都是圍繞問題而有序展開的。這節復習課正是以問題驅動的方式，師生在平等交流中，激發學生探究的潛能，促進學生深度思維的真實發生。但是由于主要針對的是初三學生，學生的學科知識水平和認知能力水平有限，比如對物質的溶解性討論都是基于最簡單的層面，隨著學生知識水平的提升，問題的討論可以擴展延續。以純堿制備這一真實情境為主線，將學科思維方法、社會生活、學科知識、模擬實驗運用到教學中，以活動促思維，重在引導學生認識問題，關注前人的生活，聯系現在的生活，關注科學的發展，關注歷史，關注人文素養，關注學科問知識的融合，培養具有化學核心素養的創新型新人。