新課標指導下化學情境素材的開發與運用

華麗芬

摘要：化學·情境素材的使用價值在于為學生的化學學習提供化學材料和知識背景，激發學生學習興趣，促進學生學習的遷移和學習方式的轉變，讓學生獲得化學知識的同時提升學科素養。在新課標指導下以“海水淡化”為例探討情境素材的構成要素以及開發流程，并將這一素材運用于教學實踐。

關鍵詞：情境素材;海水淡化;循環經濟;模型認知

文章編號：1008-0546（2020）04-0033-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.008

2017年頒布的化學新課標特別突JJ“情境素材建議”這一板塊，必修課程涉及的情境素材有108個，選擇性必修課程有115個，其中融合STSE理念的素材約占四分之三[1]。新課標明確提出：教師在教學中應重視創設真實且富有價值的問題情境，促進學生化學學科核心素養的形成和發展。

一、情境素材的構成要素

情境與知識，好似鹽與湯，湯里無鹽，寡淡無味;吃鹽無湯，難以下咽;兩者調和，謂之佳肴。任何化學概念的建構和化學知識的呈現都是有情境的，真實的情境為學生的素養發展提供了真實的表現機會。畢華林[2]指出化學情境可分為四種類型：探究型、歷史型、經驗型以及敘事型。杜淑賢[3]提出情境創設需要遵循四大原則：目標性原則，即要把教學目標有機整合在情境中;主體性原則，即要著眼于學生身心的和諧發展;真實性原則，即要貼近學生生活和認知基礎;多樣性原則，即根據不同學生對象、不同教材內容等使用不同類型的情境。

情境素材是情境教學的起點，情境素材的使用價值在于為學生的化學學習提供化學材料和知識背景，激發學生學習興趣，產生情感共鳴，促進學生學習的遷移和學習方式的轉變，讓學生獲得化學知識的同時提升學科素養。所以，教師在開發情境素材時首先要基于學生的認知水平，從學生的現實生活中選擇契合教學目標的素材，然后從素材中提煉出蘊含的學科問題與核心概念，通過設計教學活動給學生搭建思維平臺，引導學生進行知識的建構和學習的遷移，驅動學生進行高階思維，最終養成學科態度。情境素材的構成要素見圖1。

二、情境素材的開發流程

“海水淡化”這一情境素材出現在新課標必修課程主題5的“資源開發與能源利用”里，同時新課標還建議關注“循環經濟”與“工業生態”案例的實施。雖然新課標給出了指導意見，但是提供的建議比較簡單，需要教師深度挖掘學生生活中的案例，再加T為能運用到課堂教學的情境素材。

1.“海水淡化”情境素材的背景介紹

天津北疆發電廠聯合下游企業漢沽鹽場采用“電一水一鹽”聯合生產方式，實現了“資源一產品一廢棄物一再生資源”的循環經濟模式[4]，是我國實施海水淡化及濃海水綜合利用項目的示范企業。海水經過預處理后進入淡化廠，海水淡化有膜法和熱法兩種，膜法即采用反滲透膜，熱法即運用蒸餾原理進行多級閃蒸和低溫多效蒸餾。天津北疆發電廠利用發電過程中產生的余熱采用低溫多效蒸餾法進行海水淡化，即在不高于70攝氏度的環境下采用一系列水平管噴淋降膜蒸發器進行海水淡化。淡水進入市政自來水管網，剩下的濃海水中溴元素含量較高約為lOOmg/L，采用吹溴工藝的成本比海水直接提溴低約50%[5]，提溴的海水全部流入漢沽鹽場“曬鹽”，不但提高出鹽效率，節約大量土地資源，也創造了更高的經濟效益。原鹽經過精制得到的食鹽有食品級和工業級兩類，工業級食鹽是制備燒堿、純堿必不可少的原料，而兩堿是非常重要的化工基礎原料。曬鹽后的苦鹵進入制鹽車間，可以生產氯化鉀、氯化鎂、硫酸鎂等鹽產品。天津北疆發電廠循環經濟項目生產流程見圖2。

2.“海水淡化”情境教學的設計思路

查閱文獻發現，運用海水資源開展教學已有不少研究，例如田琪等[6]依據人教版高中化學必修二第四章第一節的教材內容，開展“海水中鹽的開發和利用”“海水提鎂”“海水提溴”的情境教學，設計并實施了多個教學活動實現了“教、學、評”一體化。張燕靜[7]以“海水的綜合利用”為例，通過引導學生整合海水曬鹽、氯堿T業、海水提溴以及海水提碘等知識探索高三化工生產的復習。本案例是高二學業水平合格性考試的一節專題復習課，合格性考試命題體現基礎性、時代性、適切性三原則，難度不大但注重加強與社會實際的聯系，根據學業要求本節課進行如圖3所示的教學設計：

三、情境素材的運用實例

環節一：激活舊知

[情境1]海水中的化學資源極其豐富，人類從海水中提取了哪些物質？以什么方式？什么原理？

[學生活動]趣味搶答（圖4）：圖片題（海水曬鹽、原理）、視頻題（海水淡化、原理）、文字題

[學生表現]能說出海水曬鹽、海水淡化所涉及的原理，能從化合價的角度依據氧化還原反應原理判斷物質間的轉化關系，能寫出制鎂、制氯氣、制溴的核心反應。

設計意圖：采用趣味搶答的形式，激發學生興趣，回顧所學知識。化學實驗是研究物質及其變化的基本方法，是科學探究的一種重要途徑，蒸發結晶和蒸餾是用于物質分離提純的基礎實驗，氧化還原反應是化學核心概念，通過創設情境培養學生根據物質性質的差異選擇物質分離提純方法的思路以及從化合價角度判斷氧化還原反應，利用氧化還原反應原理實現物質間轉化的能力。

環節二：建構模型

[情境2]位于渤海之濱的天津市干旱少雨，人均本地水資源僅為全國平均水平的1/15，如何解決用水問題？海水淡化可以緩解用水問題，但淡化后的濃海水如何處理？直接排放到大海中是否合理？濃海水有無利用價值？

[教師活動]展示濃海水直排口的圖片，連續追問。

[學生表現]能判斷淡化后的濃海水不能直接排人大海，會造成海水局部鹽分過高，影響海洋生態環境。濃海水相當于把原海水濃縮了，可以進一步提取食鹽、溴單質等物質。通過環節一的知識回顧，學生知道溴離子轉化為溴單質的核心反應，但說不清工業上如何提取溴單質，學生掌握的知識是碎片化的，需要在教師引導下進行整合，促進深度學習。

[情境3]海水中資源豐富，這既是大自然對人類的饋贈，同時也給化學工作者帶來難題，如何從眾多元素中提取出目標產物，即從資源到產品如何轉化？

[學生活動]在教師引導下繪制“空氣吹出法”工業提溴的工藝流程圖（圖5），書寫氧化、吸收階段的離子反應方程式。比較海水提鎂的流程和海水提溴的流程，歸納從資源到產品的轉化途徑。

[學生表現]學生能根據所給信息以及氧化還原反應原理書寫離子反應方程式，（氧化）Cl²+2Br=Br²+2Cl-;（吸收）SO²+Br²+2H²0—4H₊+2S0_-2⁴。大部分學生能從溴的提取和鎂的制備中歸納出從資源到產品的兩種轉化途徑：①資源富集一產品制備一產品提純，②資源富集一原料提純一產品制備。

設計意圖：在海水曬鹽、海水淡化原理的基礎上，分析討論從濃海水中提取溴和鎂的工業生產流程，創立一個真實的化工生產情境，使學生在具體情境中體會化學與生產、生活的密切聯系以及工業生產的復雜性，并建構從資源到產品的轉化模型。模型是一種具有描述、分析、預測等功能的科學研究方法，在化學學科中應用模型教學，可以讓學生從化學角度找到解決問題的策略，能夠將所學的氧化還原反應原理、物質分離提純等知識用于解決實際生產問題。

環節三：整合工藝

[情境4]為響應“一帶一路”倡議，實現京津冀協同發展，天津市急需解決用電、用水、用地的矛盾！天津市的漢沽鹽場有上千年歷史，距離漢沽鹽場不遠處建設了天津北疆發電廠，發電廠除了輸出電還會產生大量余熱。現在發電廠與鹽場之間規劃一座海水淡化廠，是否可行（圖6）？淡化后的濃海水如何處理？先“提溴”還是先“曬鹽”？（市場價：海鹽7500元/噸，液溴30000元/噸）

[學生表現]學生認為海水淡化項目可行，因為發電廠有余熱可以采用蒸餾原理進行海水淡化，淡化后的濃海水流入漢沽鹽場直接曬鹽，不僅得到淡水、食鹽，還可以提高曬鹽效率，節約土地資源。還有的學生說海水淡化后的濃海水應該先進入溴素廠提取溴單質，因為溴的經濟價值更高，提溴后的濃海水中氯離子含量更高，還可以進一步提高出鹽率。

設計意圖：海水曬鹽和海水淡化是學生比較熟悉的人類對海水利用的實例，從中體現出人類利用能量轉化獲取生存所需用品的智慧。隨著社會的發展，用電、用水、用地等矛盾突出，通過創設海水曬鹽、海水淡化與溴的生產相結合的真實情境，讓學生體會化學工業在綜合利用資源、節約資源等方面的技術措施，了解化學研究對化學工業發展的促進作用。

環節四：優化流程

[情境5]漢沽鹽場生產的食鹽分為食品級和工業級，工業級食鹽是重要的化工原料，你認為在鹽場附近還可以布局哪些企業？曬鹽之后的苦鹵還能提取哪些物質？

[學生表現]有的學生提出氯堿工業以食鹽為原料，通過電解飽和食鹽水可以獲得燒堿、氯氣和氫氣，氯氣可以用來制備溴單質，實現資源的再利用，可以布局氯堿廠;有的學生提出純堿生產也以食鹽為原料，侯氏制堿法就是在氨的氯化鈉飽和溶液中通入二氧化碳氣體獲得碳酸氫鈉晶體，然后加熱分解獲得純堿，可以布局純堿廠;還有的學生提出食鹽是制備金屬鈉的原料，生成的氯氣還可以用作海水預處理的消毒劑，節約成本。對于苦鹵可以提取哪些物質，學生提出可以提鉀（鉀肥、金屬鉀）、提鎂（耐火材料氧化鎂、金屬鎂）、提鋰（鋰電池）等。

設計意圖：將學生之前所學的碎片化知識進一步整合成有邏輯、有體系的知識結構并能進行學習的遷移。培養學生運用化學方法解決實際問題的意識，幫助學生從“化學、技術、社會、環境”四位一體的角度實現海水資源的綜合利用，通過具體工業生產情境的分析，讓學生感悟真實化工生產涉及許多問題，如化學原理、原料選擇、能源消耗、生產工藝、環保措施及經濟效益等，從而樹立“綠色化學”以及可持續發展的理念。

四、結語

知識只是素養的媒介和手段，知識轉化為素養的重要途徑是情境，因此，教師要在新課標指導下積極推進情境素材的開發，構建從真實的情境中學習的認知路徑，知識才會在學生身上扎根，才會轉化為學生的素養。

參考文獻

[1] 萬延嵐，李倩.對《普通高中化學課程標準（2017年版）》中“情境素材建議”的分析與啟示[J].化學教學，2019（7）：14-18

[2]畢華林，盧珊珊.化學課程中情境類型與特征分析[J].中國教育學刊，2011（10）：60-63

[3]杜淑賢.中學化學真實情境研究與案例[M].上海：上海教育出版社，2019：11-12

[4] 于海淼，李長如，趙鵬.海洋主要產業循環經濟模式應用與推廣研究[J].海洋經濟，2011（4）：46-51

[5] 王會娟，張仂，顏亞盟.海水淡化濃海水零排放技術研究[J].鹽業與化工，2014（11）：11-15

[6] 田琪，劉江田.基于“教、學、評”一體化的“情境任務”案例研究[J].江蘇教育，2019（19）：19-21

[7]張燕靜.專題整合尋找規律抓住“三基”提升素養——以“海水的綜合利用”為例探索化工生產的復習[J].化學教學，2018（3）：57-61