基于“歷史線”的模型建構教學

楊祎

摘 要：本節課通過自制的4個微視頻串聯起水凈化的歷史時間線，設置問題驅動型任務引入教學內容，通過多種方式讓學生了解凈水方法及其原理的同時逐步構建和完善凈水流程的模型，更好地促進其對知識的理解和應用以及化學核心素養的提升。

關鍵詞：模型建構;歷史線;生活情境

“水的凈化”一課是通過各種方式讓學生認識了解沉淀、過濾、吸附、殺菌消毒等凈水方式，學會過濾操作，并構建凈水一般流程的模型，感受化學與生活的密切聯系。

在本課之前，學生對天然水、自來水等概念有一定的感性認識，也有一些相應的凈水常識，但對過濾操作、水的硬度、水的凈化具體流程等知識沒有系統的認識，實驗操作的規范性、根據材料獲取有效信息的能力、歸納總結能力還有待進一步提高和培養。

本節課創設了真實的生活情境，通過自制的4個微視頻“漉水囊介紹”“明礬的使用和沉降原理”“氯氣殺菌消毒歷史”“蒸餾和反滲透技術介紹”串聯起水凈化的歷史時間線，設置問題驅動型任務引入教學內容，通過獲取信息、進行實驗、交流討論、評價總結等方式讓學生了解凈水方法及其原理的同時逐步構建和完善凈水流程的模型。

一、創設生活情境，提出問題

【創設情境】水是生命之源，也是我們每天必須要攝入的一種物質，這里有一瓶從我們學校池塘取得的河水，大家覺得能直接飲用嗎？為什么？

生：不能。因為有泥沙（不溶物）、微生物等。

師：因為有泥沙等不溶物，所以水很渾濁，那如果把它放置一段時間呢？

展示：放置一天的水。

生：泥沙沉入底部，上層稍微澄清了些。

師：所以通過靜置可以使部分泥沙等不溶物沉降下來。

問：但是有沒有完全將不溶物與水分離？

生：沒有。

【問題引導】那我們究竟該通過哪些手段除去水中一些我們所不需要的物質，一步步將渾濁的河水變為飲用水甚至是純凈水呢？這就是我們今天要學習的“水的凈化”。

【通過生活情境提出如何將水凈化這一問題，作為本節課的知識主線，在學生已有知識的基礎上進一步引發學習動機。】

二、初步構建并完善模型

過渡：接下來我們就沿著歷史的軌跡，了解一下從古到今的人們在凈水方面做過哪些事。

【播放視頻一】唐代漉水囊的簡介。

【問題引導】竹篾編制的囊的作用是什么？

生：將樹葉、泥沙等不溶物除去。

【引出概念】我們把這種將不溶于水的物質和水分離的方式叫作過濾。

結合書本及已有儀器思考討論：

1.如何用漏斗和濾紙組裝過濾器？

2.如何用過濾器過濾？

【學生演示】組裝過濾器，搭建過濾裝置。

教師指正：根據學生操作補充指正操作中存在的問題。

1.如何將濾紙放入漏斗內？（折疊后打開濾紙的一邊）

2.如何保證濾紙緊貼漏斗內壁？（濾紙不能緊貼，調整濾紙折疊角度，用水潤濕）

【分組實驗】搭建過濾裝置并取少量河水進行過濾。

指出問題：即時拍攝學生操作中出現的問題并投屏至大屏幕。

展示圖片：這些操作是否存在問題？可能導致什么后果？

【交流討論、評價】

1.玻璃棒沿著漏斗內壁的濾紙倒入。（液體可能從漏斗和濾紙的空隙流下，未起到過濾效果）

2.漏斗下端沒有緊靠燒杯內壁。（液體濺出，影響過濾速度）

3.承接濾液的燒杯不干凈。（濾液渾濁）

4.液面高于濾紙邊緣。（液體從濾紙和漏斗的空隙流下，影響過濾效果）

【總結】過濾操作注意事項：一貼二低三靠。

【通過唐代漉水囊的介紹，引出過濾的概念，通過演示實驗和分組實驗的方式讓學生體驗過濾操作，通過即時拍攝學生操作中存在的問題并投屏，便于學生通過交流討論、環節評價及時發現操作中的問題并總結出過濾操作的注意事項，更好地掌握過濾基本操作。】

【問題引導】通過濾紙進行過濾可以將不溶物和水完全分離，但是在古代用漉水囊等過濾時，仍會有一些細小的泥沙顆粒通過竹篾之間的孔流入水中，影響過濾效果。直到明代，人們發現了一種神奇的物質可以解決這個問題。

【播放視頻二】明礬的發現、沉降泥沙實驗和沉降原理。

【問題引導】加入明礬后的現象？明礬在凈水時起到了什么作用？

【歸納總結】明礬可以吸附懸浮在水中的小顆粒，變成大顆粒，通過重力作用而沉降。

問：所以大家覺得加明礬沉降放在過濾前還是過濾后更合適？

生：過濾后，聚成大顆粒后就更便于過濾。

師：我們的自來水廠其實也是先加入絮凝劑沉降不溶物，然后再進行過濾。

【開始初步構建水凈化模型：先讓學生結合唐代漉水囊和已有經驗認識到過濾可以除去不溶物，然后通過明代明礬的發現及沉降實驗讓學生意識到先沉降后過濾可獲得更好的效果。通過微視頻解決三個問題：介紹了明代對于明礬的使用歷史;明礬沉降的實驗通過視頻加速播放使得學生短時間內看到明顯現象;通過微觀動畫更直觀地理解明礬沉降的原理。】

【問題引導】那么在經過沉降和過濾之后得到的水是否能直接飲用呢？

生：不能，還含有致病的細菌等微生物。

問：生活中如何殺菌？

生：把水燒開。

【繼續引導】隨著時代的進步和技術的發展，在19世紀，人們發現了更好的消毒方式，一起來了解一下。

【播放視頻三】氯氣消毒及后續自來水惡臭事故。

師：通過視頻介紹可知，現在我們常用的消毒手段是什么？

生：氯氣或含氯物質。

【繼續引導】但是如何除去水中的顏色或異味呢？生活中有什么可以除去異味的物質？

生：活性炭可以除去裝修產生的甲醛等有毒氣體。

【問題引導】活性炭是否可以用于除去水中的顏色？

【實驗探究】活性炭脫色實驗。

學生觀察現象：有色溶液變為無色。

問：為什么活性炭具有如此神奇的效果？

圖片展示：掃描電子顯微鏡下活性炭的結構圖。

分析：孔狀結構增大其表面積，增強吸附能力。

總結：當時美國的自來水廠也是用活性炭解決了這一問題，如今自來水廠也會在過濾處理后消毒前加入活性炭吸附環節，以提升出廠水的品質。

【通過新的問題引導，繼續構建凈水模型，通過歷史線讓學生了解19世紀氯氣用于消毒的歷史，并結合現代自來水廠的流程完善凈水模型。通過掃描電子顯微鏡下活性炭的結構圖讓學生從微觀角度理解活性炭吸附性強的原因，逐步形成宏觀微觀相結合的思想。】

【問題引導】從自來水廠出來的水是否就不含任何雜質了呢？

圖片展示：常州自來水廠九月份的水質報告

學生分析報告：總硬度和溶解性總固體兩項數值較大。

【引入概念】什么叫作硬度呢？

【演示實驗】我們通過實驗來感受一下水的硬度。

學生實驗：分別取過濾后的水和純凈水，加入一滴管肥皂水后觀察現象。

現象記錄：過濾后的水加肥皂后有白色垢狀物，泡沫少;但純凈水卻沒有垢狀物。

分析總結：這是因為天然水中溶解有較多含鈣鎂的物質，能與肥皂發生反應形成不溶物，這種叫作硬水。

聯系生活：硬水的危害。

【問題引導】生活中如何將硬水軟化？（轉變為不溶性雜質）

生：煮沸。

評價：煮沸除了將硬水軟化外還起到了殺菌消毒的作用。

過渡：除了可溶性的鈣、鎂等物質，水中其他可溶性物質可通過哪些手段除去？

【播放視頻四】蒸餾及反滲透技術原理及普及。

【實驗探究】蒸餾等方式是否確實可以除去可溶性物質？

查閱資料：電導率越低，水中可溶性雜質也就越低。

【學生演示】使用數字化儀器對比測定自來水和蒸餾水的電導率。

對比總結：蒸餾水的電導率遠低于自來水，該技術確實可以除去水中可溶性物質。

【通過如何從飲用水到純凈水的問題引入了硬度的概念，并以真實的數據和實驗的方式讓學生在合作探究、對比觀察中感受水中存在的可溶性物質。通過微視頻中蒸餾以及反滲透技術原理的介紹讓學生進一步完善水凈化的模型，同時了解感受科技變革給人類生活帶來的改變，培養學生的科學精神和社會責任感，形成正確的科學態度價值觀】

三、總結形成模型

【總結】今天我們了解了從古到今凈水方式的不斷革新以及除去水中雜質的手段，能否請同學們來總結凈水的一般流程？（自然界的水—飲用水—純凈水）

結束語：通過今天的學習，大家在掌握知識的同時想必也感受到了科技進步給人們生活帶來的改善和便利，也希望大家學好科學知識，在未來不斷開拓創新，讓世界變得越來越好。

教學反思：“歷史線”是指在講解化學知識點時，教師以知識的歷史發展時序為背景展開課堂教學，即以物質的發現、知識的提出、性質的探索、理論或原理的發現及應用推廣的歷史時序展開教學。基于“歷史線”，通過問題驅動的方式對水的凈化流程進行模型構建有助于學生對已有知識的加工，建立新舊知識的聯系并加以整合，形成更為完善的知識結構框架體系，以更好地促進其對知識的理解和應用。也讓學生切身體會到科學和技術給人類帶來的便利和改善，從而形成更為正面的科學態度和責任感。此外，在整個教學過程中各種數字化軟件及硬件的使用使課堂學習形式更加豐富，激發了學生學習興趣，有效促進了學生的合作學習和探究學習，促進其化學核心素養的提升。

參考文獻：

張鳳英，劉子忠.化學史融入中學化學課程“四線式”教學模式的構建[J].化學教育（中英文），2019，40（17）：50-57.