基于化学史的问题驱动教学

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　　摘 要：介绍了几则与氯气相关的化学史实，深入挖掘化学史，结合化学史创设驱动性问题，学习了氯气的化学性质，促进了思维能力和核心素养的提升。
　　关键词：化学史;问题驱动教学;氯气性质教学过程
　　《普通高中化学课程标准（2017年版）》中指出，课程标准是以发展化学学科核心素养为主旨，构建了全面发展学生化学学科核心素养的高中化学课程目标体系。课程标准的第六部分“实施建议”中指出，“真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会。因此，教师在教学中应重视创设真实且富有价值的问题情境，促进学生化学学科核心素养的形成和发展。真实的STSE问题和化学史实等，都是有价值的情境素材”。
　　在化学1（苏教版）“氯气的性质”一节的教学中，笔者通过对化学家探寻氯气的过程重现，结合化学史的相关记载，设置贴合情境的问题，以设计驱动性问题来推动课堂教学的实施，以此达到提升学生核心素养的教学目标。
　　一、 教材及学情分析
　　“氯气的性质”这部分内容被安排在苏教版化学1专题2的第一单元，从1774年舍勒在实验室发现氯气以来，许多化学家对氯气进行了多角度的深入探究。这些过程中，不乏有趣的故事，感人的史实，激人奋进的传奇，发人深省的反思，以及提示后人的智慧显现。氯元素的价态可变且形成各种物质类别很多，又是学生进入高中阶段最先接触的元素化合物知识。学习难度可想而知，再加上要有些许氧化还原反应和离子反应的分析渗透进来，可谓难上加难。如果能将化学史的相关内容设置成问题，并用这些问题引领学生重走一遍科学家对氯气的认识之路，既可以增加课堂吸引力，达成教学上的知识目标，又能提升学生的科学素养。
　　图1 教学流程
　　二、 教学思想
　　笔者认为，“氯气的性质”教学中包含着丰富的人文精神素材，可在教学中充分挖掘其中的化学史实，努力培养学生的科学视野和人文情怀。教学过程以数学坐标形式展开（图1），以时间为横坐标，教学线索为纵坐标，将史实、知识和方法三条线索相结合，向学生揭示氯气的探究过程。
　　三、 教学片段
　　片段一：
　　【导入化学史】1908年，美国首次使用氯气将饮用水进行消毒处理，大大减少了各种传染性疾病的扩散和由于用水不洁而带来的其他疾病。从此以后，世界各国纷纷效仿，全球数以亿计人口的健康得到了保障。当时著名的《生命》杂志有这样的评论：水的加氯消毒方式，应是20世纪中一项最重要的公共卫生成就。目前，使用氯气消毒仍然是世界上主要的一种饮用水消毒方式。同学们，水是我们人类不可或缺的物质，而氯气帮助我们消灭了饮用水中的常见细菌，给我们带来了健康。那么，大家想了解一下氯气的发现史并深入的探索一下氯气的其他性质吗？
　　【感受实验】让学生观察一下事先制备好的一瓶氯气，并闻一下味道。
　　【学生总结】氯气是黄绿色的气体，并有刺激性气味。
　　【教学情境】1774年瑞典化学家舍勒用浓盐酸与软锰矿反应第一次制得了氯气。那么从首次发现到首次用于饮用水消毒，这一百多年的时间里人们对氯气都做了哪些研究呢？
　　【情境1】法国化学家贝托雷在舍勒发现氯气以后又做了这样的探究。他将氯气通入到水中后发现氯气能溶于水形成溶液，并且此时的溶液在光照下可以分解。经过检测，分解的产物里有盐酸和氧气。
　　【情境2】继舍勒、贝托雷之后，英国科学家台耐特、法国化学家盖·吕萨克分别用氯气制得漂白粉和盐酸;再后来英国化学家戴维大胆的设想这种黄绿色的气体“它会不会是一种单质呢？”。经过反复的实验，戴维最终证实了自己的想法，并把它命名为“氯”。
　　【设计意图】氯气这一节课传统的导入都是以氯气的泄漏事故如何处理或者以战场上化学武器的使用作为学生的直观认知，开启下一阶段的学习，这样往往给学生一些化学学科的负面影响，而通过化学史的查询，事实上氯气在人类发展过程有更多的正面帮助。上述引入课时用到的饮用水消毒就是很好的例子。这更有助于学生从更加积极的、正面的角度看待与欣赏化学学科。另外，通過5位化学家对氯气发现、研究和利用历史的回顾，让学生了解到知识体系的完善、科学的发展、物质在人类社会中的有效利用都需要科学工作者的不断付出，当然也需要严谨的科学态度和合理的假设推理加上反复的实验论证。
　　片段二：
　　【设计驱动问题】贝托雷将氯气通入到水中后形成的溶液，对其进行光照后为什么最后分解出了盐酸和氧气？是不是在氯气溶解于水中的时候，有新的物质产生？发生了新的化学反应呢？如何通过实验证明氯气与水反应产生的新物质是什么呢？
　　【提示】从元素组成看，氯水中含有H、O、Cl元素，可能组成哪些离子？
　　【大胆推测】氯水中可能含有Cl-，可通过滴加硝酸酸化的硝酸银溶液验证;氯水中可能含有H+，可通过滴加酸碱指示剂（如石蕊试剂）或使用pH试纸进行验证。
　　【感受实验】通过实验操作验证自己的推测。发现新问题：石蕊试剂先变红后褪色了。
　　【设计驱动问题】通过实验可以证明，溶液中存在H+和Cl-，可认为是盐酸。但是盐酸仅仅能使石蕊试液变红。那石蕊试剂怎么又会褪色呢？一定有物质与石蕊发生了反应。是什么物质呢？我们先推测氯气与水反应的化学方程式：Cl2+H2OHCl+  。
　　【大胆推测】Cl2+H2OHCl+HClO
　　【设计意图】以递进式问题串的形式来创设驱动性问题，层层递进，一步一步引导学生进行科学的推测，并通过设计实验进行验证，最终推导出使石蕊褪色的物质是什么。既感受了科学探究的过程乐趣，又体会了结果得以证实的成就感。
　　片段三：
　　【知识介绍】HClO即次氯酸，是一种弱酸，它在溶液中部分电离出H+和ClO-。 　　【设计驱动问题】请同学再次思考并总结一下新制的氯水中有哪些微粒？
　　【总结归纳】新制氯水中的微粒有Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-等。
　　【设计驱动问题】从上述结论来看，能使石蕊褪色的物质可能是Cl2或HClO，请设计实验再次验证你的推测。
　　【提示】以两张红纸为实验用品，红纸和石蕊试剂一样，氯水中存在的某种微粒会使其褪色。请设计实验来确定是Cl2还是HClO使石蕊褪色？
　　【感受实验】氯气和水反应才生成的HClO，而Cl2是可以不用水就存在的。因此，将两张红纸的其中一张润湿，另一张保持干燥，然后分别和氯气接触，观察到湿润的红纸褪色。
　　【归纳总结】通过实验证实了是HClO使石蕊发生了褪色。归其原因是因为HClO具有强氧化性，它可以将有色物质氧化成无色物质。我们把这种性质称为漂白性。用氯气给饮用水消毒，也是利用HClO的强氧化性来杀菌消毒的。
　　【设计驱动问题】新制的氯水在光照下分解产生了盐酸和氧气，这又是哪种物质发生的反应呢？
　　【大胆推测】从新制氯水中所含微粒来看，应该又和HClO有关。
　　【知识介绍】次氯酸不稳定，见光易分解：2HClO光2HCl+O2↑
　　【设计意图】本阶段，创设了新制氯水中起到漂白作用的微粒是什么这样的驱动性问题，引导学生通过大胆推测和逻辑推导，加上合理的实验验证，最终得到科学的结论。帮助学生养成严密的逻辑推理习惯，并且使学生知道如何科学地设计实验来证实自己的推测，学会了初步的科学研究手段和思维方式，提升了学生的科学素养。
　　片段四：
　　【设计驱动问题】氯气和水反应产生了盐酸和次氯酸，英国科学家台耐特利用Cl2与Ca（OH）2制取了漂白粉。你能不能结合这两点尝试书写出这个反应的化学方程式呢？
　　【学生归纳总结】2Cl2+2Ca（OH）2CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O。
　　【大胆尝试】消毒液是利用氯气和NaOH溶液反应来制备，请大家也尝试把该反应写出来。
　　【生活常识】生活中，经常有将消毒液或漂白粉和洁厕剂混合起来使用而导致化学品中毒的情况（图2），那这个是什么原因造成的呢？原来消毒液或者漂白粉中含有ClO-，而洁厕剂主要成分是盐酸。两者混用时会产生有毒的氯气，导致人员中毒。相关的反应方程式：ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O。
　　图2 漫画：消毒液和洁厕剂的混合使用
　　【设计意图】用氯气和水反应为依托，结合台耐特制备漂白粉的化学史情境创设问题，由此总结归纳初氯气和碱的一类反应，由此引出生活中常见的含氯消毒劑的制备方法，再一次体会化学与人类社会的紧密联系。
　　片段五：
　　【设计驱动问题】法国科学家盖·吕萨克研究了用氯气来制备盐酸，请你设想一下这个过程是如何实现的？
　　【知识介绍】盐酸是氯化氢的水溶液，是利用氯化氢气体溶在水中制备的。
　　【学生归纳总结】工业上使用氢气在氯气中燃烧的这个性质来达到实验目的。
　　【设计意图】本节课利用几个和氯气相关的化学史实例，结合课本中氯气的性质的学习流程，通过建立在化学史层面的驱动性问题的设置，将化学史和氯气的性质学习有机地联系到了一起，引导学生一步一步地将氯气的研究发展过程重现于眼前，既体会了科学探究的乐趣，又了解了科学研究工作的重大意义和艰辛程度。同时还学习了科研工作的初步流程，培养了学生的思维能力，促进了学生化学学科核心素养的发展。
　　参考文献：
　　[1]白建娥，刘聪明.化学史点亮新课程[M].北京：清华大学出版社，2012.
　　作者简介：
　　何维峰，江苏省连云港市，江苏省新海高级中学。
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