基于項目式學習的氯氣泄漏事故的科學處理教學實踐

北京 丁建華 譚德山

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準(2017版2020年修訂)》明確表示開展“素養為本”的教學，學生在獲取知識和技能的同時形成學科核心素養。“真實、具體的問題情境是學生化學學科核心素養形成和發展的重要平臺，也為學生化學學科核心素養提供了真實的表現機會”。因此選擇與學生的生活環境、知識背景相關的、有社會現實意義的情境進行教學，開展以化學實驗為主的多種探究活動，對于激發學生的化學興趣，促進學生學習方式的轉變具有至關重要的作用。

項目式學習，是理論與實踐的結合，以建構主義理論為指導，以小組合作規劃和解決項目任務為學習方式。秉承“做中學”的理念，讓每個學生在解決真實問題情境中發展“理解和運用化學”的能力，利用化學認知和新視角來識別、分析、解決與化學有關的社會生活和學術問題，鍛煉學科思維。因此項目式學習，更有利于學生學習方式的改變，更能促進學生化學學科核心素養的形成和發展。

課標中還增加了情境素材建議，如氮肥的生產與合理使用；食品中適量添加二氧化硫的作用(去色、殺菌、抗氧化)；含氯消毒劑及其合理使用；氯氣、氨氣等泄漏的處理；酸雨的成因與防治；汽車尾氣的處理等。項目式學習可以使這些情境素材發揮最大的功能。

通過《項目——氯氣泄漏事故的科學處理》的學習，應用氯氣相關性質設計應急救援方案，探秘化學生氧型防毒面具，設計實驗等環節，學生的“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”等學科核心素養得到很好發展。

二、項目主題的選取

氯氣和氯的化合物在生產、生活中被人們廣泛地使用。但是由于氯氣有毒，如果使用或處理不當，可能造成危害及事故，因此使用氯氣和氯的化合物不僅要注意安全，更需要深入的了解、研究氯氣和含氯化合物的性質。社會上氯氣泄漏事件每年都有發生，希望學生能夠利用自己所學的化學知識，掌握有害物質泄漏事故的救生措施及處理方法。

本次教學設計是以氯氣泄漏事故的科學處理為項目的學習活動，以氯氣的部分性質為依據，設計氯氣泄漏事故的緊急救援方案，通過真實的處理過程中遇到的問題不斷改進，并設計實驗方案探究改進的效果，分析原因。基于真實情境提出化學問題，預測性質、設計實驗、繪制實驗裝置探究堿吸收氯氣的效果比水好，融入控制變量，對比實驗等方法，發展學生證據意識、創新意識和實驗探究設計水平。同時通過氯氣有毒的性質、氯氣的用途及過氧化鈉的用途，認識到要學好化學知識并正確運用，才能讓資源更好地為人民服務，從而發展社會參與意識，建立社會責任感。

三、學情分析

對我校部分高中學生進行調研，大多數學生從新聞或網上聽說過氯氣及氯氣泄漏事故，印象更為深刻的是氯氣的危害，但是有較少學生會去思考氯氣泄漏事故涉及的地點廣泛(醫院、自來水廠、魚塘、造紙廠、化工廠、游泳館)的原因，幾乎沒有學生知道當氯氣泄漏之后如何處理，僅是回答跑，逃離現場。可見，雖然學生們已經完成了氯氣部分性質的學習，但多數學生缺乏將所學化學知識應用到實際情境中的能力、分析處理問題的科學態度與社會責任。教學中需要給各個小組提供時間和空間，小組內充分交流，相互補充。

四、項目教學目標

1.通過氯氣泄漏事故的科學處理方案設計和過氧化鈉在呼吸面具中的作用，感受化學物質及其變化的價值，發展并診斷學生解決實際問題的能力和對化學價值的認識水平。

2.通過真實的情境提出化學問題，設計實驗探究氯氣與氫氧化鈉反應，體會實驗對認識和研究物質性質的重要作用，發展證據推理意識。

3.通過實驗探究活動，體會對比實驗和控制變量的方法在學科中的作用，體驗科學探究的過程和研究物質性質的方法，發展學生的實驗探究設計水平和創新意識。

4.通過對含氯物質、過氧化鈉性質和用途的學習，體會化學對生活、環境保護的重要意義，增強學生的社會責任感。

五、項目學習流程規劃

本項目進行了“課前—課中—課后”的學習活動設計：

課前：學生依據情境素材，以小組為單位設計救援方案。

課中：具體流程圖如圖1：

圖1

課后：依據課上的改進措施，完善應急救援方案。

六、實施過程

(一)課前活動

情境：約20年前氯氣泄漏事件，偵查如下：

①一個液氯鋼制儲罐泄漏，儲量0.1噸

②氯氣泄漏后20 m內草木枯黃

③村莊地處半山區，工廠內有水池

④村民500人，附近有小學

活動：

1.各小組扮演消防指揮部，根據偵查結果和氯氣性質設計應急救援方案。

2.思考處理方案的依據是什么？

【設計意圖】讓學生應用所學的部分氯氣的相關知識和生活經驗，在真實的情境中，模擬消防救援過程，體會化學在處理消防事故，保護生命安全方面的重要意義，發展并診斷學生解決實際問題的能力和對化學價值的認識水平。

(二)課中活動

教學環節1：2014—2019年我國氯氣的產量及增速圖像

圖2

【教師】從這張圖中你能看出什么信息？

【學生】從2014—2019年我國液氯的產量情況整體呈遞增的趨勢，而且產量很大。

思考：氯氣有毒，但產量高，說明什么？

【學生】氯氣用途廣泛，是重要的化工原料，用于制備鹽酸、消毒劑、漂白粉、農藥等。但氯氣有毒，如果使用不當就會發生安全事故。

【設計意圖】通過數據事實和生活舉例，讓學生感受氯及其化合物在社會生產、生活中的廣泛應用和重要作用，彰顯化學科學的社會價值。

教學環節2：氯氣泄漏應急救援方案展示

學生活動1：學生根據本組方案匯報，小組間相互評價、補充、形成思路。

匯總梳理思路如圖3所示：

圖3

【設計意圖】鞏固氯氣相關知識，依據氯氣性質，圍繞氯氣的處理、科學防護、疏散救人三個方面展開應急救援方案設計，感受學以致用，并形成處理有害物質污染的思路，增強社會責任感。

教學環節3：探究氯氣與堿的反應

情境：消防員開始如我們設想的一樣，將液氯罐取出，投入水池中，并不斷噴水，但效果并不理想，地上聚集了大量黃綠色的液體，水池中半小時后也開始冒黃綠色氣泡。專家提出建議，向水中添加某種物質解決上述問題。

圖4

思考：從氯氣與水反應的產物看，加入的白色粉末是哪類物質？

【學生】由于氯氣與水反應生成兩種酸，因此可能加入的是堿。

學生活動2：設計實驗證明堿溶液比水吸收氯氣的效果好(設計實驗方案，繪制實驗裝置圖)。

溫馨提示：氯氣有毒，設計實驗要注意防止漏氣；現象明顯；對比實驗要注意控制變量。

學生小組討論，設計實驗，繪制實驗裝置圖，展示結果，并根據結果評價出最優方案。

圖5

教師按照學生的最優方案演示：分別向兩個裝滿氯氣的礦泉水瓶中，注入5 mL氫氧化鈉溶液和蒸餾水，充分振蕩，觀察。

【學生】觀察到注入氫氧化鈉溶液的礦泉水瓶黃綠色消失明顯，瓶變癟程度大。說明消耗氯氣多，因此實驗證明堿溶液比水吸收氯氣的效果好。

歸納：探究物質性質的方法：提出假設—設計實驗—完成實驗—獲取證據—得出結論

思考：為什么用堿液吸收效果好呢？

圖6

【教師】化學中有很大一類反應，不能反應徹底，如果生成物與其他物質繼續反應，則該反應能進行徹底。

思考：為什么氫氧化鈣也能用于吸收氯氣？嘗試寫出氯氣與氫氧化鈣的反應。

【學生】氫氧化鈣與氫氧化鈉都是堿，利用氯氣與氫氧根離子反應。

思考：為什么處理現場撒的是熟石灰而不是氫氧化鈉粉末？

【學生】氫氧化鈣的價格更加便宜，生產、生活中更為常見。

【設計意圖】學生體會在真實情境下提出化學問題，建立與化學知識的聯系，預測性質、利用對比思想設計實驗方案、繪制實驗裝置和觀察實驗、獲取證據等過程，體驗研究物質性質的方法，體會科學探究的過程，發展學生證據意識、創新意識和實驗探究設計水平。同時樹立學生安全意識、環保意識、社會責任感。

教學環節4：探秘過氧化鈉在呼吸面具中的作用

情境：戴了過濾式防毒面具，卻仍有多位戰士中毒倒地。

【資料】化學事故中，若毒氣濃度過高時會“擊穿”濾毒罐，幾分鐘內便失去濾毒效果，另外氧氣含量低于18%時亦不可使用，必須采用隔離式呼吸面具。

思考：請簡單分析隔離式呼吸面具的特點。

【學生】①隔離密封②保證呼吸

【資料】有一種化學生氧型呼吸面具，其中物質只有Na2O2，佩戴者只需要呼吸就可解決供氧問題。

學生活動3：設計實驗證明過氧化鈉可以和呼出的物質反應并且有氧氣產生。

視頻演示：過氧化鈉與水反應

【設計意圖】初步了解基于真實問題情境研究物質性質的思路方法，再次感受化學科學與技術應用在解決和保障人類生產生活方面的重要意義。

(三)課堂小結

項目小結：隨著科技的進步，我國處理氯氣泄漏事故的措施日漸成熟。

圖7

反思：這個事故處理給了我們什么啟示？

【學生】討論可能的答案：了解物質的性質，學以致用。對化學藥品要有安全意識等等。

【設計意圖】幫助學生再認識化學與人類生活的密切關系，用理論解決實際問題的能力。同時展示化學對國家發展的貢獻，在保護人類安全方面起到的重要作用。

課后作業：制定完善的氯氣泄漏的應急方案。

學生作業展示：

圖8

圖9

七、教學反思

(一)在項目式學習中落實化學學科核心素養

項目式學習倡導以學生為主體，讓學生在真實的問題情境中去實踐，在獲取知識的同時落實學科核心素養。本節課在氯氣泄漏事故的科學處理的項目主題下，讓學生扮演消防指揮部設計救援方案，了解有害化學品泄漏的處理思路，將所學的化學知識用于解決實際問題，引導學生主動參與與化學相關的社會議題，發展“科學態度與社會責任”的學科核心素養。通過對氯氣泄漏處理方案的完善，學生以小組合作的方式展開討論，進行實驗方案的設計，強化學生的“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”學科核心素養。

(二)突出化學的價值，更好地服務社會

項目式學習中，利用所學知識解決實際問題，讓學生體會化學在生活中的重要價值。合理、有效的手段和方法，不僅可以避免氯氣毒性的危害，更可以化害為利，讓其為我們的生產、生活服務。