促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的“溴?碘的提取”教學(xué)

孔琴飛　應(yīng)崇恩　張禮聰

摘要：文章以“溴、碘的提取”為例，以教材體系編排及專題教學(xué)內(nèi)容特點為依據(jù)，以“單元部分感悟，專題整體感知”促進(jìn)學(xué)生自主構(gòu)建學(xué)科觀念，實現(xiàn)學(xué)習(xí)方式轉(zhuǎn)變?yōu)槟繕?biāo)，開展“基于專題整體教學(xué)構(gòu)架下促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識方式發(fā)展”的教學(xué)實踐嘗試。

關(guān)鍵詞：溴、碘的提取；專題；認(rèn)識發(fā)展；整體教學(xué)

文章編號：1008-0546（2017）05-0019-03 中圖分類號：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2017.05.006

一、教材分析

1. 教學(xué)專題特點分析

“溴、碘的提取”是蘇教版《化學(xué)1（必修）》專題2“從海水中獲得重要的化學(xué)物質(zhì)”第一單元教學(xué)內(nèi)容。該專題主要包含“氯、溴、碘的生產(chǎn)原理及性質(zhì)”、“氧化還原及離子反應(yīng)”、“鈉、鎂的提取及應(yīng)用”三個部分。教材以自然資源海水為背景；以工業(yè)上從海水中獲取氯、溴、碘、鈉、鎂及其重要化合物為視角；將元素化合物知識融入到生產(chǎn)生活實際問題的分析解決活動中，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)身邊的化學(xué)物質(zhì)，充分體現(xiàn)化學(xué)的社會應(yīng)用價值，發(fā)揮了元素化合物性質(zhì)知識應(yīng)有的教育教學(xué)功能[1]。同時蘇教版教材將氧化還原和離子反應(yīng)與上述內(nèi)容穿插編排，打破元素化合物知識與概念原理知識分離的傳統(tǒng)，著意發(fā)揮氧化還原、離子反應(yīng)對元素化合物知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性及方法指導(dǎo)作用，有利于學(xué)生實現(xiàn)知識的整合，構(gòu)建物質(zhì)性質(zhì)研究一般思路與方法認(rèn)識。

2. 相關(guān)專題特點比較

專題2上述內(nèi)容體系編排特點在蘇教版《化學(xué)1（必修）》教材專題3“從礦物到基礎(chǔ)材料”的學(xué)習(xí)內(nèi)容中以近乎相同的方式再現(xiàn)。專題3主要包含“鋁土礦到鋁合金”、“鐵、銅的獲取及應(yīng)用”、“含硅礦物與信息材料”三個單元內(nèi)容。該專題以自然資源礦物為視角；以工業(yè)上從礦物中獲取鋁、鐵、銅、硅及其重要化合物為實際解決問題；從學(xué)生已有知識和生活經(jīng)驗出發(fā)，將元素化合物性質(zhì)學(xué)習(xí)置于一定的社會或生活背景之中，從更具實用價值的層面切入物質(zhì)性質(zhì)學(xué)習(xí)，充分體現(xiàn)了元素化合物與自然界和社會生活的密切聯(lián)系，貫徹了“STS”教育觀點，引導(dǎo)學(xué)生以更加綜合的觀點去學(xué)習(xí)和認(rèn)識有關(guān)物質(zhì)，加深學(xué)生對社會生活問題的理解和認(rèn)識[1]。同時專題3延續(xù)了專題2學(xué)法指導(dǎo)思想，凸顯了氧化還原、離子反應(yīng)作為元素化合物知識學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)性和支撐性地位，積極地傳達(dá)了要靈活運用原理性知識，通過遷移類比方式解決生產(chǎn)生活實際問題的學(xué)科學(xué)習(xí)思想觀念。

因此尋找一種能發(fā)揮專題整體學(xué)習(xí)優(yōu)勢的，能夠幫助學(xué)生主動建構(gòu)起“從自然資源中獲取重要化學(xué)物質(zhì)”的元素化合物知識一般學(xué)習(xí)方法和思路的；能夠通過“單元部分感悟，專題整體感知”打破單元內(nèi)容界限的方式，驅(qū)動學(xué)生概括出“工業(yè)上從自然資源到產(chǎn)品”一般工藝流程環(huán)節(jié)認(rèn)識的，感受“從化合物到單質(zhì)”物質(zhì)轉(zhuǎn)化所蘊含的原理性知識應(yīng)用規(guī)律認(rèn)識的，促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展和學(xué)科基本學(xué)科觀念建構(gòu)的教學(xué)方法，成為本課時及專題整體教學(xué)實踐的重要探索舉措。

二、教學(xué)思路

高中化學(xué)課程教學(xué)關(guān)注提高學(xué)生的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，在重視事實性知識及核心概念學(xué)習(xí)的同時，更強調(diào)學(xué)生認(rèn)識方式的發(fā)展。所謂認(rèn)識方式，是指在具體事實性知識之上的，學(xué)生在思考和處理化學(xué)問題時，所表現(xiàn)出來的傾向于使用某種思維模式來認(rèn)識或解決問題的信息處理對策或模式[2]。這就要求我們在把脈化學(xué)課堂教學(xué)時“要更多思考學(xué)科知識在學(xué)生認(rèn)識發(fā)展中的作用，重視學(xué)科知識在學(xué)生認(rèn)識角度增加、認(rèn)識深度發(fā)展、認(rèn)識思路構(gòu)建中的價值，要將化學(xué)課堂教學(xué)從知識獲得教學(xué)轉(zhuǎn)變?yōu)榇龠M(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的教學(xué)”[3]。這也在實踐操作層面指導(dǎo)著我們的化學(xué)課堂教學(xué)“要讓學(xué)生在掌握具體事實性化學(xué)知識的基礎(chǔ)上，培養(yǎng)學(xué)生深層次、批判性、創(chuàng)造性綜合思維技能，通過多種途徑積極引導(dǎo)學(xué)生用超越事實的思維方式對所學(xué)知識內(nèi)容進(jìn)行意義構(gòu)建，不斷概括提煉形成深層的、可遷移的化學(xué)學(xué)科觀念性知識，讓學(xué)科基本方法、思想、觀念成為學(xué)生繼續(xù)認(rèn)識化學(xué)物質(zhì)指導(dǎo)性行為”[1]。基于教材專題內(nèi)容及前后專題教學(xué)內(nèi)容編排特點，基于“學(xué)科知識要進(jìn)一步促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展和學(xué)科觀念性認(rèn)識構(gòu)建”的教學(xué)理念的探索，筆者開展了促進(jìn)學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的“溴、碘的提取”教學(xué)實踐嘗試。教學(xué)過程如下：

三、教學(xué)過程

1. 聯(lián)系生活，認(rèn)識價值

[情境]

①展示生活中兩幅圖片：碘酒、止咳藥（氨溴特羅）。

②展示并且點亮碘鎢燈。（學(xué)生興奮）

[舉例]結(jié)合生活實際，說說溴、碘及其化合物的重要用途。

（設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)從生活實例出發(fā)，學(xué)生通過聯(lián)系生活，感受溴、碘及其化合物實際社會生產(chǎn)、生活價值，為溴、碘的提取必要性認(rèn)識奠定基礎(chǔ)，同時激發(fā)學(xué)生興趣，激起了學(xué)生想知道工業(yè)上溴、碘是如何提取的求知欲。）

2. 實驗探究，認(rèn)識原理

[提問]溴、碘及其化合物有巨大社會和經(jīng)濟價值，我們有必要學(xué)習(xí)溴、碘的提取。你知道溴、碘是如何提取的嗎？（學(xué)生困惑）

[史話]碘的發(fā)現(xiàn)：1811年某天，法國人庫特瓦偶然將海藻濃縮液（含Iˉ）與濃硫酸混合，迅速反應(yīng)并產(chǎn)生了美麗的紫色蒸氣給我們啟示。

[實驗]海帶浸泡濃縮液注入濃硫酸中反應(yīng)。

[問題]濃硫酸在本實驗中作用是什么？

[學(xué)生]強氧化性將Iˉ氧化為碘單質(zhì)。

[資料]海水中含有豐富的碘元素，據(jù)估計，海水中碘的總量可達(dá)8×1010t；地球上99%以上的溴蘊藏在大海中，海水中溴的總儲量高達(dá)1×1014t；且海水中碘、溴以I-、Br-形式存在。（海水部分元素儲量如下表）

[思考]那如何實現(xiàn)將I-轉(zhuǎn)化成I2？Br-轉(zhuǎn)化為Br2？

[學(xué)生]加入氧化劑，如濃硫酸、氯氣等。

[實驗]

①取2支試管，分別加入1mL（約1吸管）KI、KBr溶液；

②分別滴加少量新制氯水（3滴），振蕩，觀察現(xiàn)象；

[現(xiàn)象]溶液顏色變深。說明發(fā)生了反應(yīng)，有新的物質(zhì)生成。

[問題]如何進(jìn)一步證明（現(xiàn)象更明顯），有溴、碘單質(zhì)生成？

[學(xué)生]加入CCl4，萃取生成的溴、碘單質(zhì)，呈現(xiàn)特殊的顏色現(xiàn)象。

[實驗]③再分別滴加1mL CCl4，振蕩，觀察現(xiàn)象。

[任務(wù)] 寫出KI與Cl2反應(yīng)、KBr和Cl2的化學(xué)反應(yīng)方程式，并標(biāo)出電子轉(zhuǎn)移的方向和數(shù)目。

[問題]剛才的實驗?zāi)苷f明哪些事實？

[歸納]

①I-、Br-具有還原性；

②氯氣可作為氧化劑，實現(xiàn)將I-轉(zhuǎn)化成I2，Br-轉(zhuǎn)化成Br2；

③Cl2的氧化性比Br2和I2強。

④溴、碘單質(zhì)易溶于CCl4、苯等有機溶劑。

[教師]實際工業(yè)生產(chǎn)中往往用氯氣、雙氧水等氧化劑制備碘和溴單質(zhì)。

（設(shè)計意圖：本環(huán)節(jié)以“工業(yè)上是如何提取溴、碘的呢？”問題為核心，通過化學(xué)史話“碘的發(fā)現(xiàn)”的“實驗?zāi)M”啟示，驅(qū)動學(xué)生分析：要制得溴、碘單質(zhì)，必須運用氧化還原知識解決問題；激活學(xué)生已有知識，理解掌握工業(yè)制備溴、碘的核心化學(xué)知識。依據(jù)學(xué)生推測，實驗探究實證，達(dá)成課時基礎(chǔ)知識教學(xué)目標(biāo)。）

3. 閱讀材料，認(rèn)識工藝

[資料]“海水中部分元素的總儲量及濃度”如下：

[思考]原理問題已解決，是否直接在海水中通入氯氣制備I2、Br2呢？

[學(xué)生]不能，濃度太低，需要富集。

[資料]很多海洋植物具有富集碘的功能，如海帶、黑角菜等。其中干海帶中碘的含量為0.3%～0.5%，比海水中碘的濃度高10萬倍。

[問題]若以海帶為原料，制備碘單質(zhì)，那它的工藝流程又是如何的？

[任務(wù)]閱讀教材P47，圖2-7“從海帶中提取碘的工業(yè)生產(chǎn)過程”，思考每個環(huán)節(jié)的具體目的。

[問題]

①浸泡干海帶的目的是什么？

②如何證明浸泡液中含I-？

[生1]

①浸泡目的是將海帶中碘以I-的形式進(jìn)入水中。

②取浸泡液滴加硝酸銀溶液，會有黃色沉淀產(chǎn)生。

[實驗]海帶浸泡液與硝酸反應(yīng)。（教師順勢介紹Br-檢驗方法）

[問題]

③工藝中加NaOH溶液堿化的目的是什么？

④若不進(jìn)行堿化處理會有怎樣不妥？

[生2]

③堿化的目的是使部分進(jìn)入水中的有機物沉淀除去；

④若不堿化可能導(dǎo)致制得的碘不純，或者導(dǎo)致部分碘溶解在有機質(zhì)中，導(dǎo)致產(chǎn)率降低。

[問題]

⑤你認(rèn)為H2SO4溶液的作用是什么？

⑥若不除去過量的NaOH溶液，有哪些不妥？

[生3]

⑤除去前一步驟中加入的NaOH溶液，使得溶液顯酸性；酸化可能更加有利于氧化劑性質(zhì)發(fā)揮；

⑥NaOH溶液會與氧化劑（氯氣）反應(yīng)；同時可能會導(dǎo)致產(chǎn)品I2損失。

[追問]NaOH溶液不除去，I2為什么會損失？

[生3]I2類似于Cl2性質(zhì)，應(yīng)該能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)。（教師肯定）

[問題]⑦通過結(jié)晶、過濾的方法，可得到粗碘，體現(xiàn)了碘單質(zhì)的哪些物理性質(zhì)？

[生4]紫黑色固體、難溶于水、易升華。

[思考]從海帶中提取碘的工業(yè)生產(chǎn)過程看，該流程大致可分為哪幾個環(huán)節(jié)？

[生5]富集、制取、分離提純?nèi)齻€環(huán)節(jié)。（工藝流程及環(huán)節(jié)劃分板書中體現(xiàn)）

（設(shè)計意圖：工業(yè)工藝遠(yuǎn)離學(xué)生實際生活，如何解決對工業(yè)流程理解呢？本環(huán)節(jié)采取學(xué)生資料閱讀、師生互動剖析工業(yè)化學(xué)原理運用，以教師提出問題為主導(dǎo)，學(xué)生解決問題為主體發(fā)生，符合學(xué)生認(rèn)知發(fā)展。同時教師提出一些“挑戰(zhàn)性且并非唯一答案問題”，拓寬學(xué)生思維，發(fā)展學(xué)生思維深刻性。）

4. 能力遷移，應(yīng)用認(rèn)識

[任務(wù)]如何從海水中提取溴單質(zhì)？請依據(jù)碘的提取流程，設(shè)計簡單的流程圖。

[學(xué)生]分組討論，匯報成果。（學(xué)生設(shè)計作品具體見板書）

[問題]

①為什么原料為母液（曬鹽后鹵素）？

②鼓入熱空氣目的是什么？體現(xiàn)了溴單質(zhì)的什么物理性質(zhì)？

[學(xué)生]

①富集及資源綜合利用；

②使溴揮發(fā)，溴常溫下是液體，沸點低易揮發(fā)。

[思考]比較“海帶中提取碘”和“海水中提取溴”工藝，歸納它們的異同。

[學(xué)生]相同點：

①環(huán)節(jié)上包括富集、制取、分離提純的過程；

②從轉(zhuǎn)化形式看（化合價角度），都是利用了氧化還原的原理進(jìn)行解決。

不同點：碘和溴物理性質(zhì)不同，所以分離提純方法有差異。

（設(shè)計意圖：溴的提取與碘提取從工藝和原理上有相似性。因此在本環(huán)節(jié)處理上教師采用任務(wù)驅(qū)動，小組討論，學(xué)生“設(shè)計溴提取工藝流程”方式，既培養(yǎng)了學(xué)生學(xué)習(xí)的自主性，又實現(xiàn)學(xué)生運用知識解決問題，知識活化，能力遷移的目的。并且通過兩個工藝對比方式，幫助學(xué)生形成“自然資源提取常見化學(xué)物質(zhì)”的一般思路、方法和觀念性認(rèn)識。）

5. 主題延伸，提升認(rèn)識

[教師]海洋是一個資源寶庫，除了溴、碘元素的總儲量很大，其實鈉、鎂等元素的總儲量也很大。

[任務(wù)]若以海水為原料，如何提取單質(zhì)Mg呢？

（設(shè)計意圖：同一專題內(nèi)容具有“主體性相同暗線”特點，因此完成課時教學(xué)后，如何進(jìn)一步拓展學(xué)生視野，實踐學(xué)生學(xué)習(xí)鏈的延續(xù)和學(xué)習(xí)力的進(jìn)一步提升？教學(xué)中繼續(xù)以“海水為背景”設(shè)置“如何從海水中提取鎂或鈉”為載體，進(jìn)一步加深學(xué)生獲得的“基本理解”，升華學(xué)生已建立的“基本認(rèn)識”，且為下課時教學(xué)埋下伏筆，開啟另一扇窗戶。）

6. 板書設(shè)計，凸顯認(rèn)識

板書設(shè)計是教師的教學(xué)基本功，也是化學(xué)課堂教學(xué)不可缺少的部分。板書是核心知識的凝煉和濃縮，是教學(xué)內(nèi)容的導(dǎo)讀圖，是知識重難點的顯示屏，也是學(xué)科基本觀念顯性呈現(xiàn)和教學(xué)設(shè)計思想表達(dá)的縮影。精心設(shè)計的板書具有將教學(xué)內(nèi)容精簡化、結(jié)構(gòu)化、觀念化，有減輕學(xué)生記憶負(fù)擔(dān)，加深理解，進(jìn)行學(xué)法指導(dǎo)及增加美感的功能[4]。板書是教學(xué)的主線，是教學(xué)的程序，是學(xué)習(xí)的邏輯，也可以是學(xué)生認(rèn)識發(fā)展的作品展示。因此，課堂板書設(shè)計是展現(xiàn)化學(xué)課堂教學(xué)策略，啟示學(xué)習(xí)方法，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科觀念構(gòu)建及認(rèn)識發(fā)展不可缺少的手段。本課時教學(xué)板書設(shè)計如下（注：碘提取師生共建，溴提取學(xué)生構(gòu)建優(yōu)化。）

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