基于真實生活問題情境的化學活動課設計
——以“氯氣的性質與應用”教學為例

姚昊天 陳迪妹

(溫州大學化學與材料工程學院 浙江 溫州 325035)

1 設計背景

1.1 化學活動課現狀

現今我國將基礎課程劃分為基礎型課程、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形式、過程與活動課程緊密聯系。我國自上個世紀90年代提出開設活動課程以來，各地開始注重活動課的研究。[1]在查閱大量資料后發現，雖然活動課程的許多方面已取得較大的進步，但對各學科具體開展的活動課研究較少，專門的理論著作也不多。同時中學的教學課時量大，教學科目多，對開展化學活動課的難度較大。

1.2 重視“素養為本”的教學

根據普通高中化學課程標準(2017年版2020年修訂)指出：倡導真實問題情境的創設，開展以化學實驗為主的多種探究活動，重視教學內容的結構化設計，激發學生學習化學的興趣，促進學生學習方式的轉變，培養他們的創新精神和實踐能力。[2]所以基于學生認知，提倡真實問題的情境，讓學生真正的將化學所學習的知識投入到自己日常生活中，這樣就不會偏離“知識源于生活”這一條基本理論。同時課堂教學是以教師的導和學生的學構成的雙邊活動，充分發揮教師的引導與學生主體的作用。

2 教學過程中出現的問題

中學教學中，許多教師在本節課中一般選擇通過觀看視頻代替課堂演示實驗。究其原因，首先是氯氣的制取與性質實驗需要裝置和器材較多，在課堂中演示所花費的時間較長，這會影響教學進度。其次氯氣是有毒有刺激性的氣體，一旦在課堂中泄露，對學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。

3 教學過程設計

環節一：利用生活情境，引入所學物質

【案例分析1】在每個人的家中，都有“潔廁靈”和“84消毒劑”，它們給我們帶來了干凈的環境。但如果沒有正確使用，就會帶來意想不到的問題，甚至會威脅人的生命安全。(視頻鏈接：https://tv.sohu.com/v/MjAxNTEwMTMvbjQyMzA4MTE1MS5zaHRtbA==.html)

【過渡】“潔廁靈”和“84消毒劑”混合后生成的氣體是什么？其實就是氯氣。雖然大家知道氯氣給人帶來一定的危險，但它在我們的生活中扮演著重要的角色。今天我們就一起學習“氯氣的性質與運用”。

設計意圖：新聞導入本節課的學習主體，能盡快地吸引學生的注意力，激發學生的思考與討論，從而對本節課學習的內容更有興趣。

環節二：創設生活情境，實驗驗證假設

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

【答案預測】氯氣是黃綠色，有刺激性氣味的氣體。

【實驗探究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？我們學習過的方法是扇聞法。因為氣體有一定的毒性，那老師來演示扇聞法的操作過程：用手輕輕在集氣瓶的瓶口扇動，使極少量氣體飄進鼻孔。

【案例分析2】閱讀以下材料，你發現了氯氣的什么物理性質？

1915年4月22日，德軍與英法聯軍在比利時的伊普爾對峙。黎明時分，英法聯軍前線的士兵突然聽到一陣爆炸，緊接著看到一股黃綠色氣體從空中降落下來。很快，戰壕里的士兵們感覺雙眼有強烈地刺激，咳嗽響成一片，數百名英法戰士窒息死亡，數千名士兵雙目失明。這就是戰爭史上的第一次化學戰，從此化學戰作為最邪惡的戰爭被寫入了人類戰爭。

【答案預設】從“黃綠色氣體從空中降落下來”可以看出氯氣的密度比空氣大。

【提問】氯氣能不能溶解在水中？

【實驗探究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，水由無色變為淡黃色。這說明氯氣部分溶解在水中。

【性質總結】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】假如你在現場，該怎么撤離？

新華網報道：2005年3月29日，京滬高速公路淮安段一輛滿載氯氣的液罐車和對面來車相撞，大量氯氣外泄。據目擊者描述：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。

【答案預設】我們應該用水打濕的毛巾捂住口鼻，并向著上風口和高處疏散。

設計意圖：在探究氯氣的物理性質時，教學思路是觀察物質外觀→預測物質性質→實驗與觀察→解釋及結論。用真實案例分析氯氣的物理性質，讓學生樹立起嚴謹的化學態度，同時對學生進行安全教育，提高學生的安全意識。

環節三：性質實驗探究，總結歸納通性

【回顧舊知】大家回憶氯在元素周期表中的位置？你能畫出氯的核外電子排布嗎？

【答案預設】氯位于第三周期VIIA族，核外電子排布為：

我們發現氯最外層電子是7個，容易得到1個電子形成8電子的穩定結構，因此會表現出強氧化性。所以氯氣是一種化學性質非常活潑的氣體單質。

【傳遞思想】在學習中大家要有：“結構決定性質，性質決定用途”的思想。結構給氯氣帶來了活潑的性質，也就有了許多用途。

【實驗探究C】氯氣與金屬、非金屬單質反應(以氯氣與鐵單質反應改進實驗[3]為例)：

(一)實驗器材：

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)實驗步驟：

(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，待產生的黃綠色氣體快蔓延至瓶口時，迅速塞上無鐵絲的橡皮塞。

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

(4)待反應結束后，打開止水夾，用氫氧化鈉溶液吸收多余的氯氣。

(三)實驗現象：

鐵絲在氯氣中燃燒放出大量的熱，同時放出棕黃色煙霧。

【實驗總結】氯氣與金屬、非金屬反應的實驗總結：

表1 不同物質與氯氣反應實驗總結

【過渡】氯氣可以和非金屬單質和金屬單質反應生成相應的氯化物，還有什么物質可以和氯氣反應？

【案例分析4】市政自來水中要保持一定量的余氯，以確保飲用水的微生物指標安全，防止自來水出廠后可能導致“二次污染”。但超過一定量的氯，就會對人體產生危害，且帶有難聞的氣味。自來水余氯含量標準要一直保持在≥0.05mg/L的范圍，這是國家水質標準。

【提問】為什么氯氣溶解在水中能殺菌消毒？這是因為氯氣可以與水發生反應：

生成的HClO是弱酸，但它具有強氧化性，會殺死細菌和病毒，從而起到凈化水質的作用。

【提問】在次氯酸中還具有一個新的特性——漂白性。觀察思考書本P43實驗2-8(1)，想一想兩張有色紙條各會有什么樣的變化？

【答案預測】濕潤的有色紙條會褪色，而干燥的有色紙條不會褪色。因為濕潤有色紙條中的水會與氯氣反應生成次氯酸，從而讓紙條的顏色褪去。

【提問】想一想在這個實驗中有什么不足之處？

【答案預測】

(1)用兩個集氣瓶做兩次實驗，對比的效果不好；

(2)做完實驗后剩余的氯氣沒有及時處理，有泄漏的風險；

(3)氯氣需要提前制取，有保存等問題。

【小組討論】探討本實驗的改進實驗，并小組匯報，選出最佳方案進行演示實驗。(預設小組討論時間為10分鐘)

【實驗探究D】氯氣漂白性實驗改進：

(一)實驗器材：

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、兩張藍色石蕊試紙

(二)實驗裝置：

圖1 氯氣漂白性實驗改進實驗

(三)實驗步驟：

(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、干燥和濕潤的藍色石蕊試紙，在注射器中加入一定量10%鹽酸，同時將燃燒匙、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象。

(4)實驗結束，打開止水夾，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣。

(四)實驗現象：

實驗裝置中出現黃綠色氣體，潮濕的有色紙條褪色，而干燥的有色紙條沒有發生變化。

【案例分析5】次氯酸是一種強氧化劑, 能殺死水里的細菌，所以自來水常用氯氣 (1L水里通入約0.002g氯氣)來殺菌消毒。次氯酸能使染料和有機色質褪色，一般用作漂白劑、氧化劑、除臭劑和消毒劑。在生物學中，次氯酸被嗜中性白細胞用來殺滅細菌。它被廣泛用于游泳池的含氯消毒劑產品。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。

化學方程式：

設計意圖：在這一環節中，從氯的結構引入，再由“結構決定性質，性質決定用途”這一條途徑開展。在講解新知識的過程中創新了兩個實驗，第一個是鐵絲在氯氣中燃燒，第二個是氯氣漂白性的驗證。在學生小組討論思考下，引導學生改進實驗裝置，之后在討論的結果中選取一個最佳的改進實驗進行演示操作，讓每一位學生能從實驗中感受到氯氣的化學性質，也幫助學生了解掌握氯氣的性質。

環節四：對比物質異同，尋找不同用途

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

【過渡】這給人們的生產生活帶了許多不便。次氯酸容易分解，對保存的環境、溫度等都要求非常多，對人類工業生產不友好，因此人類就開始尋找代替次氯酸的物質。

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

化學方程式：

雖然次氯酸鈉也會分解，但是分解速率遠遠低于次氯酸，比次氯酸穩定得多。

同時，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。

化學方程式：

Ca(ClO)2和CaCl2這兩種物質的混合物叫做漂白精。

【總結歸納】次氯酸、次氯酸鈉、次氯酸鈣的用途比較：

表2 三種物質的用途比較

設計意圖：化學的教學活動必須建立在學生已有的知識水平和認知上，這樣才能激發起學生的學習興趣[5]。從生活中的例子出發，將所學的知識點與課堂知識結合，讓學生知道化學就在我們身邊。

環節五(課外)：實地走訪觀察，了解工業用途

在課后對本節課的探討并沒有結束。課堂中我們學習過了次氯酸鹽等物質是優秀的凈水劑，通過它們可以很好地幫助我們凈化水質，殺菌消毒，而課后就可以通過走訪附近的自來水廠、污水凈水廠等企業，近距離感受這些課本上的物質是如何在我們生產生活中使用的。

初步制定活動的教學目標，教學目標偏向認知方面：

(1)通過走訪調查凈水廠凈水一般步驟，感受氯氣等物質在其中的作用。

(2)通過凈水廠的參觀學習，樹立起節約用水的意識，增強學生保護環境的意識。

在課后可以讓學生撰寫相關的文章，不局限于參觀凈水廠感想，還可以涉及水源水質調查類報告，氯氣在人類生產生活中的其他應用論述小論文，保護水資源的主題海報等內容，將主動權交還給學生，從而培養學生的合作、分析與解決問題的能力。

4 化學活動課程評價

評價是教學活動中不可缺少的部分，在教學過程中對學生和教師也起到了一定的導向作用，活動課程的評價不僅是學業成績的評價，更是對于學生實踐操作能力，問題分析解決能力等方面的綜合評價。如何進行科學有效的評價，讓每位學生都能得到充分的發展，是每位教師需要考慮的問題。

表3 化學活動課程的評價表l

5 總結

在傳統的化學課堂中，教師的主要任務便是幫助學生掌握化學的知識點，督促學生理解所學知識，而這種課堂的氛圍會壓制學生學習的積極性?；顒诱n程的優勢相較于普通課程來說，更多的體現在將課堂的主動權交還給學生，形成“以學生為中心”的課堂氛圍。同時，課堂的形式也不在局限，可以通過課前中后三塊部分來對于學生進行指導，將學習的權利交還給學生自己手上。