“科學探究與創新意識”導向下氣體制備的教學

嚴西平

摘要：“科學探究與創新意識”是化學核心素養之一，是化學核心素養的實踐基礎。作者在開展新疆克州地區高中化學新課程培訓中，發現這一維度的核心素養最容易被當地教師吸納。為了更好地推進核心素養導向的化學課堂新疆落地實踐，作者運用2017版化學課標理念重構了人教版必修一“氯氣的制取”內容的教學設計，示范教學獲得了克州地區化學教師的認同。

關鍵詞：科學探究與創新意識;氣體制備;教學

文章編號：1008-0546（2020）06-0052-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.06.014

2018年8月我參加了國家四部委的“援藏援疆萬人支教教師計劃”，來到新疆克州地區（南疆四地州之一，位于祖國西北邊陲）支教。作為克州高中化學兼職教研員，我在當地組織的高中化學新課程培訓中，發現克州地區化學教師教學觀念比較陳舊，五大核心素養的理解和內化程度不一，比較容易上手的是“科學探究與創新意識”。因為這一維度是化學核心素養的實踐基礎，于是我選擇了凸顯這一維度的教學內容——氣體的制備，按照2017版高中化學課標的理念，重新打造了人教版必修一“氯氣的制取”教學設計，從教學目標的敘寫到教學素材的采擷，從教學內容的組織到“教-學-評”一體化設計，盡可能地反映新課標對教學的統攝，以期用實實在在的課堂落實來促動當地教師教學觀念的轉變。

一、教學目標的敘寫

怎樣從三維目標過渡到素養目標？怎樣引導克州老師學會書寫素養目標？是不是五大素養目標都寫出來？是不是一定要寫五句話？帶著這些疑問，在克州高中化學教研基地活動上，我和當地老師一起學習2017版新課標附錄2的有關教學案例，揣摩樣例中教學目標的敘寫句式（通過…探究/感受/建立/形成…）和涉及的素養目標數（1個為主，關聯2-3個），模仿敘寫了“氯氣的制取”教學目標（也是三句話）：

（1）通過對氯氣的工業制法的了解，基于氧化還原反應的實質預測實驗室制氯氣的反應原理，并對可能的反應進行合理的探究。

（2）通過確定實驗室制取氯氣裝置的推理，逐步積累有關氣體發生、凈化、收集、尾氣處理等程序性知識和能力。

（3）通過舍勒發現氯氣的史料溫習，滲透培養科學態度和創新意識。

上述的教學目標清晰地勾勒出本節課培養的主要核心素養是“科學探究與創新意識”，勾連“證據推理與模型認知”與“科學態度與社會責任”，融合了知識技能的學習、思想方法的建構、科學態度的形成和問題解決能力的發展等方面的需求。

二、教學素材的采擷

在2007人教版必修一的教材中，有關氯氣的制取只有一道習題，沒有反應原理的認知，缺少反應裝置的辨識，缺失操作步驟的訓練，這樣的內容充其量就是一道根據方程式的計算，根本撐不起氯氣制取的教學（令人欣慰的是2019版的教材中已經增添了相關內容，一定程度上彌補了“無米之炊”的遺憾）。

1.為了完整地學習氯氣的制取原理，我引入了觀看氯氣的工業制法視頻;為了理解氯氣的實驗室制法反應原理，我設計了如下的對比實驗：

[思考]①電解食鹽水適合實驗室制取氯氣嗎？

②從含負一價的氯離子的HCl、NaCl等到零價的Cl₂，固定氧化劑，設計篩選的對比實驗，見表1：

通過這樣的鋪墊，學生首先從電解食鹽水中感性認識到氯化物中負一價的氯通過失電子的方式變身為氯氣，需要耗費大量電能且產生氫氣和氯氣兩種氣體，不適合實驗室制法，但是其中蘊含的氧化還原反應實質給了學生思維啟迪：哪種氯化物比較合適實驗室條件下跟二氧化錳的反應呢？設計對比實驗，觀察實驗現象就能確定下來（是濃鹽酸）。緊接著安排學生練習書寫這個反應的化學方程式和離子反應方程式，并用雙線橋法標出電子得失的情況。原本的機械性學習變成充滿趣味的探究和推理，由于掌握了反應的實質，學生書寫方程式的準確率較高。

2.為了更好地宣揚化學家的歷史貢獻，我播放了舍勒發現氯氣的故事和舍勒的名言：世間最大的快樂，莫過于發現世人從未見過的新物質。學生在用所學知識向前輩的發現致敬的同時更能感染到“鍥而不舍、一絲不茍”的科學態度，領悟名言的寓意。

3.為了更好地認知實驗室制取氯氣的裝置和尾氣處理方法，我設置了這樣的推理環節：

[回顧]實驗室制取某種氣體，需要根據和____來確定其他的發生裝置;推斷出制氯氣的發生裝置是____型。

[推測]氯氣的性質：ρ__ρ_空氣;能溶于水（但是在飽和食鹽水中的溶解度很?。?，所以收集氯氣的方法是____。

[聯想]氯氣__毒，所以需要添加尾氣處理裝置，考慮到氯氣能與氫氧化鈉溶液反應，故最好的處理方法是將尾氣通人____中。

在初中化學學習中，學生已經掌握了實驗室制取氣體裝置的確定原則，所以采用證據推理的形式開展教學，這樣的銜接處理既能鞏固舊知，又能自然衍生出新知，既能溫習氯氣的性質，又能合理地確定氯氣的發生裝置、收集方法（儀器）和尾氣處理方法。在這個過程中，學生又一次增長了“證據推理與模型認知”的素養。

4.為了更完整地掌握氯氣制取的裝置，我增加了如下的設計：質疑制取氯氣的基本裝置，提出加以改進的方案。

[分析]觀看制取氯氣的視頻，提出合理的疑問：這樣制得的氯氣純凈嗎？可能存在哪些雜質氣體？

[設計]如何改進？增加吸收氯化氫氣體的盛有__的洗氣瓶，這一步驟稱為____;還要增加吸收水蒸氣的盛有____的洗氣瓶，這一步驟稱為____;正確的連接順序是先____后____（填操作步驟名稱）

[連接]制備并收集純凈而干燥的氯氣且不造成空氣污染，圖1中裝置的連接順序是：

A→ → → →

設置真實情境下氣體收集問題，讓簡單學習走向深度學習，這樣的增補有助于學生全面地看待事物，提升問題解決能力。簡單裝置中得到的氯氣必然含有氯化氫和水蒸氣（初中已知用濃硫酸吸收），如何除去氯化氫同時減少氯氣的溶解吸收呢？學生就要從素材3中提供的信息尋找答案（飽和食鹽水吸收），這是科學探究所必須具備的能力（擷取有用信息）訓練，同時也是培養創新意識一種嘗試。將各功能的儀器從打亂分散到按序重組，使碎片化的知識結構化、系統化，有利于氣體制備中的凈化一干燥一收集一處理順序的固化，是“實驗模型認知與建構”的有機組成。

5.為了進一步拓展視野，培養學生的創新意識和創新能力，我設計了一道思考題：

[資料]事實上除了用濃鹽酸和MnO₂外，還常用以下三個反應來制取氯氣：

請根據反應物的狀態和反應條件，繪圖設計適合三個反應的發生裝置。

學生首先能確定反應（3）的發生裝置應該就是前面所學的“固液加熱型”，反應（1）和（2）是“固液接觸不需加熱型”，去掉酒精燈可以得到如圖2所示的裝置，如果進一步省略鐵架臺，可以改用平底燒瓶，如圖3所示。

通過簡單繪圖的方式，可以把文本化的創新意識轉化為手腦并重的創新能力。

三、教學內容的組織

如何凸顯科學探究的實效、強化創新意識的培育？我對本節課所涉及的科學探究的要素進行了如圖4的排序：

例：氯氣的實驗室制法原理和裝置的探究與創新過程（圖5）。

四、“教-學-評”一體化設計

參照2017版高中化學課標中附錄2教學與評價案例，我把每個教學環節都從“教-學-評”三個維度加以設計和描述，舉例如下：

例1、教學環節：從電解食鹽水制取氯氣引出濃鹽酸與二氧化錳的反應

學習任務：氯氣的實驗室制法的反應原理

評價任務：診斷并發展學生對氧化還原反應理解和應用水平

檢測方式：能寫出反應物、生成物（物質水平）

能寫出反應的化學方程式（元素水平）

能寫出反應的離子方程式（微粒水平）

例2、教學環節：從實驗室制取氯氣的基本裝置引出制取干燥純凈的氯氣的完整裝置

學習任務：制取干燥純凈的氯氣的完整裝置

評價任務：診斷并發展學生認識和掌握實驗裝置的能力進階

檢測任務：能識別含發生、收集、尾氣處理的基本裝置（初級能力）

能理解吸收水蒸氣和氯化氫的裝置的作用（中級能力）

能選擇并組裝含發生、凈化干燥、收集、尾氣處理的完整裝置（高級能力）

通過這節示范課，我和新疆老師都有了新的收獲。一來我雖然是老教師了，但是按照2017版高中化學課標教學設計和展示還是第一次，在磨課的過程中我也積攢了不少體會，比如“素養為本”的教學目標如何敘寫，“教-學-評”一體化設計如何展開等。二來新疆老師雖然起步比內地老師晚，但是研修的積極性很高，這節課后我布置了一個任務：嘗試把以前的課時三維目標改為素養目標，每人每個學期完成不少于10節課時內容。不少老師都完成了任務，雖然寫得比較生硬和稚嫩，但是看到這些教改的粗淺成果，我還是心頭一熱，援疆支教沒有只停留在教書育人上，引領各族老師共同進步才是最大的成果！