體現(xiàn)化學學科價值的真實問題情境創(chuàng)設研究

陳霞

摘要：從化學物質(zhì)性質(zhì)與物質(zhì)的轉化出發(fā)，以體現(xiàn)化學學科價值為目標，尋找合適的載體，以真實問題情境為主導，設計層層遞進的問題貫穿整節(jié)課，提升學生的證據(jù)推理、科學態(tài)度與社會責任等核心素養(yǎng)。

關鍵詞：化學價值；真實問題；情境創(chuàng)設；核心素養(yǎng)

文章編號：1008-0546（2022）12-0066-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.12.017

化學是在原子、分子水平上研究物質(zhì)的組成、結構、性質(zhì)、轉化及其應用的一門基礎學科。化學不僅與經(jīng)濟發(fā)展、社會文明的關系密切，還在促進人類文明可持續(xù)發(fā)展中發(fā)揮著日益重要的作用。化學對于人們的生產(chǎn)生活、社會發(fā)展有著極其重要的作用，但在這個發(fā)展過程中有時存在著一些不好的影響，例如化工生產(chǎn)的安全問題和環(huán)境污染問題、食品安全問題、商品真假摻雜問題，它們成為了掩蔽化學價值的本體原因。化學學科的價值需要教師通過創(chuàng)設能夠反映化學物質(zhì)性質(zhì)、轉化價值的真實情境讓學生認識，教師應該選擇有利于化學形象的情境，使得學生感受到化學在促進社會文明進步、自然資源綜合利用和環(huán)境保護中的重要價值，提升學生的科學態(tài)度與社會責任感。

教師尋找真實問題情境來服務課堂，將會激發(fā)學生的學習興趣，但這個問題情境不僅要深入整節(jié)課，更重要的是能讓學生感受到化學學科價值。[1]一堂好課可以是主題鮮明，環(huán)節(jié)相扣的，設計的問題情境主導整節(jié)課的發(fā)展，讓學生在解決被分解后的難度遞增的問題中自然而然地解決這節(jié)課的中心問題，成就學生的收獲感。以體現(xiàn)化學學科價值為前提，創(chuàng)設真實問題情境需要嚴格依據(jù)新課標的要求，從學生實際學習感受出發(fā)，為后續(xù)化學內(nèi)容的學習而服務。[2]

一、課題緣起

2019年杭州市高中化學優(yōu)質(zhì)課比賽的課題為《物質(zhì)性質(zhì)及物質(zhì)轉化的價值》，是最新普通高中課程標準課程內(nèi)容設置中的必修課程主題2的要求，課標中描述為：結合實例認識金屬、非金屬及其化合物的多樣性，了解通過化學反應可以探索物質(zhì)性質(zhì)、實現(xiàn)物質(zhì)轉化，認識物質(zhì)及其轉化在促進社會文明進步、自然資源利用和環(huán)境保護中的重要價值。這節(jié)課的重心是物質(zhì)的性質(zhì)、物質(zhì)的轉化還是價值，引起了備課組的思考。憑空講化學的價值，這將會是講座形式的課堂，沒有教學靈魂，單純講物質(zhì)性質(zhì)或轉化，那么在新課標實施的背景下顯得有些缺少價值。基于這一思考，找到一個合適的載體物質(zhì)圍繞物質(zhì)性質(zhì)和轉化展開，實現(xiàn)價值體現(xiàn)應該是這個課題出彩的關鍵。新課標提出了“以發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)為主旨，重視開展素養(yǎng)為本的教學”的課程理念。在新課程標準的實施建議中，建議教師在化學教學中應緊緊圍繞“發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)”這一主旨開展教學，優(yōu)化教學過程，教師以創(chuàng)設真實問題情境為目標，尋找服務教學的素材，將會很好地發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)。

真實問題情境可以來源于與化學有關的社會發(fā)展問題、日常生活、化工生產(chǎn)原理、化學物質(zhì)檢驗、化學實驗、化學史實中，而化學價值可以從物質(zhì)的性質(zhì)與制備、物質(zhì)的轉化、化學反應原理等方面著手考慮設計體現(xiàn)，在一節(jié)課的設計中，這些方面可以選擇組合出現(xiàn)也可單獨出現(xiàn)，一切以教學設計需要而確定。

二、教學內(nèi)容與教學目標

1．教學內(nèi)容

本節(jié)課設置于蘇教版專題4第一單元“含硫化合物的性質(zhì)和應用”之后，作為拓展提高學生學習能力、樹立學生化學學科價值意識的課型。2017版新課標必修課程中的主題2內(nèi)容要求學生結合實例認識物質(zhì)多樣性以及物質(zhì)轉化的價值，其主要目的是希望學生知道化學在社會發(fā)展中起的重要作用。[3]學生在掌握Fe、Fe2+、Fe3+的相互轉化以及硫及含硫化合物的相互轉化之后，已經(jīng)學會應用氧化還原反應原理解決化合價變化的物質(zhì)之間的相互轉化問題，為進步一步提高氧化還原反應的應用能力，了解物質(zhì)轉化在社會生產(chǎn)生活中的應用價值，本節(jié)課選取新型凈水劑高鐵酸鉀為教學載體，設計探究高鐵酸鉀的性質(zhì)以及研究制備原理，養(yǎng)成學生應用氧化還原原理解決性質(zhì)推測和轉化問題的習慣，能基于證據(jù)對物質(zhì)組成、結構及其變化提出可能的假設，樹立化學價值意識，發(fā)展學生證據(jù)推理、科學探究與社會責任等化學素養(yǎng)。

2．教學目標

（1）通過分析信息材料，知道自來水處理流程的繁瑣程序，結合高鐵酸鉀的信息介紹認識高鐵酸鉀在水處理中的價值，感悟化學學科的學科價值。

（2）根據(jù)高鐵酸鉀的綜合應用性能，合理猜想高鐵酸鉀的性質(zhì)，并根據(jù)氧化還原反應原理提出實驗方案并探究高鐵酸鉀的性質(zhì)，發(fā)展學生證據(jù)推理、科學探究素養(yǎng)。

（3）從分類思想出發(fā)大膽提出制取高鐵酸鉀的方法，分析氧化還原與非氧化還原方法制取高鐵酸鉀的可能性，發(fā)展學生證據(jù)推理能力，深化氧化還原原理的應用，了解其電解制取方法，樹立探索未知的意識，深刻認識化學對創(chuàng)造更多物質(zhì)財富的重大貢獻。

三、教學過程

環(huán)節(jié)一：了解水處理形成探究需要

【情境素材】

材料1：自來水的處理一般要加入混凝劑、絮凝劑、pH調(diào)節(jié)劑、氧化劑、吸附劑和消毒劑，以達到雜質(zhì)離子的沉淀，懸浮顆粒的吸附沉降，殺菌等目的。自來水處理流程如圖1所示。

材料2：新型凈水劑在飲用水的處理中，集氧化、吸附、絮凝、沉淀、殺菌、消毒、脫色、除臭等八大特點，是其他水處理劑不可比擬的。

試劑展示：新型凈水劑粉末（見圖2）。

【認識與思考】

問題1：目前我國使用的自來水消毒劑是什么？消毒原理是什么？

問題2：絮凝劑和吸附劑從名稱上看有什么作用？可以用什么試劑？

認識實驗1：高鐵酸鉀溶于水（見圖3）

實驗現(xiàn)象1：黑色固體緩慢溶解，固體表面產(chǎn)生氣體，激光筆照射溶液，有微弱的丁達爾效應現(xiàn)象。

新型凈水劑化學式探究（見圖4）：已知新型凈水劑僅含三種元素，摩爾質(zhì)量小于200 g/mol。

【分析】通過分析材料1和材料2得出新型凈水劑可能有的性質(zhì)：吸附性和強氧化性，并通過實驗驗證新型凈水劑溶于水會形成膠體從而證實新型凈水劑具有吸附性這一猜想，最后分析計算得出新型凈水劑的化學式。

環(huán)節(jié)二：信息提取實驗探究性質(zhì)

【討論與推理】

問題討論1：為什么高鐵酸鉀具有殺菌消毒作用，可能原因是什么，如何設計實驗證明猜想，理論依據(jù)是什么？ 試劑準備：濃鹽酸、亞硫酸鈉溶液、氯化鋇溶液、稀鹽酸、雙氧水。 學生推理1：若高鐵酸鉀能氧化亞硫酸鈉溶液，說明其有氧化性。

實驗探究1：向A試管中滴加亞硫酸鈉溶液，滴加氯化鋇溶液，再滴加稀鹽酸，觀察實驗現(xiàn)象。向B試管滴加亞硫酸鈉溶液，滴加氯化鋇溶液，加入少量高鐵酸鉀固體，振蕩溶解，再滴加ImL氯化鋇溶液，再滴加稀鹽酸，觀察實驗現(xiàn)象。

實驗現(xiàn)象1：A試管加入氯化鋇溶液后，產(chǎn)生白色沉淀，加入稀鹽酸后白色沉淀溶解。B試管加入氯化鋇溶液后產(chǎn)生白色沉淀后，再加入高鐵酸鉀固體振蕩后，再滴加稀鹽酸沉淀不溶解。

教師質(zhì)疑1：有氧化性是否就能證明能夠用來殺菌消毒？Fe3+有氧化性，能否用來殺菌消毒？如何證明高鐵酸鉀具有強氧化性？高錳酸鉀氧化性如何？如何判斷出其具有強氧化性？

實驗探究2：將高鐵酸鉀置于氣球中，濃鹽酸放于錐形瓶中，然后將氣球中的高鐵酸鉀倒人錐形瓶中。

實驗現(xiàn)象1：錐形瓶中產(chǎn)生黃綠色氣體，氣球微微膨脹。

學生活動：書寫高鐵酸鉀與濃鹽酸的離子反應式。

【分析】遷移氯氣具有殺菌消毒的作用可以推斷出高鐵酸鉀具有強氧化性，結合高鐵酸鉀中鐵元素的化合價可以解釋其強氧化性。進而問題轉化為如何設計實驗證明高鐵酸鉀具有強氧化性，利用強氧化劑制取弱氧化劑的原理，學生大多數(shù)選擇讓高鐵酸鉀氧化常見還原劑從而證明其具有氧化性，但這只能證明高鐵酸鉀具有氧化性，并不能證明其具有強氧化性，引導學生將其與高錳酸鉀進行聯(lián)系，即若能證明高鐵酸鉀能夠制取出比較強的氧化劑，就可以說明其具有強氧化性。

環(huán)節(jié)三：信息提取實驗探究性質(zhì)

問題討論1：可以用什么原理制備高鐵酸鉀？

教師引導：高鐵酸鉀用氧化還原反應還是用非氧化還原反應來制取高鐵酸鉀？

學生看法1：用氧化還原反應制備，但要找到氧化性比高鐵酸鉀還要強的氧化劑。

學生看法2：找不到更強的氧化劑，只能用非氧化還原反應原理制備的，可是自然界存在高鐵酸根嗎？

材料1：化學氧化法高鐵酸鉀介紹截圖（見圖5）。

材料2：電解氧化法制取高鐵酸鉀（見圖6）。陽極室可得高鐵酸鈉溶液。化學反應式：Fe+2NaOH+

。電解是將電流通過電解質(zhì)溶液或熔融態(tài)電解質(zhì)，在陰極和陽極上引起氧化還原反應的過程。通電時，電解質(zhì)中的陽離子移向陰極，吸收電子，發(fā)生還原反應，生成新物質(zhì)；電解質(zhì)中的陰離子移向陽極，放出電子，發(fā)生氧化反應，亦生成新物質(zhì)。電解可以使不能發(fā)生的氧化還原反應成為可以發(fā)生的反應，是一種人為的強制性的氧化還原手段。

【分析】灌輸給學生的知識體現(xiàn)不了價值，學生無法用原有知識解決問題，迫切需要的新知識自然就能體現(xiàn)化學學習的真正價值。強氧化劑可以用來制備弱氧化劑，那強氧化劑如何制備？高鐵酸鉀的制備這一素材還可以用于人為強制的氧化還原反應原理即電解原理的導人，人為創(chuàng)造的使不可能變可能、從無到有的技術發(fā)展最能體現(xiàn)化學發(fā)展的價值。

四、反思與建議

高鐵酸鉀的性質(zhì)探究已經(jīng)體現(xiàn)了物質(zhì)性質(zhì)的價值，因為它有著強氧化性，與水反應產(chǎn)生氫氧化鐵膠體所以可以用作凈水劑，即物質(zhì)的用途。而正因為高鐵酸鉀有著比較多的用途，所以存在制備需要，此時探究高鐵酸鉀的制備，體現(xiàn)了物質(zhì)制備的價值，而物質(zhì)的制備恰恰也從側面體現(xiàn)了物質(zhì)轉化的價值。這節(jié)課明線為以高鐵酸鉀載體，探究了高鐵酸鉀的性質(zhì)及制備體現(xiàn)了物質(zhì)性質(zhì)及轉化的價值，暗線為氧化還原反應的應用，對學生氧化還原知識的掌握要求較高。課前布置作業(yè)Fe、Fe2+和Fe3+之間的轉化、硫及含硫化合物的相互轉化復習，以氧化性強弱順序為基礎在學習者認知中形成圖示結構，要求學生有較強的邏輯分析能力，而以高鐵酸鉀為中心點出發(fā)的轉化則要求學生有更強的分析應用能力。

化學常因為社會生活中一些負面消息被社會誤解為有害社會發(fā)展的學科，作為一線教師應該著力于培養(yǎng)能夠發(fā)現(xiàn)化學價值，愿意投身于化學研究，愿意從事化學相關職業(yè)的學生。在日常教學中，教師為提高學生的學習興趣和探究熱情，會通過貼近生產(chǎn)生活的情境素材將化學知識包裝起來，讓化學知識在一定的情境材料中呈現(xiàn)出來，使得化學知識變得更加生動，引發(fā)學生的積極思考，從而使得學生積極參與課堂活動，達到提高課堂學習效率的目的；[4]而情境素材可以分為可以體現(xiàn)化學價值的素材和破壞化學價值形象的素材，當兩者都存在時，教師應該選擇能體現(xiàn)化學價值的素材，至少應該要有選擇有利于化學形象情境素材的意識，意識是一切行動的來源，沒有意識就不會有設計體現(xiàn)化學價值課堂的行動。筆者在某次上課中聽到學生說到他媽媽因為看到化工廠爆炸讓他不要選擇化學有關的專業(yè)，很痛心，自此有了要選擇有利于學生認識化學對社會發(fā)展的價值素材的意識。當然并不是要求每一節(jié)化學課都必須要尋找能體現(xiàn)化學價值的情境素材，應該根據(jù)教學內(nèi)容的特點和課程標準的要求選擇，如若實在找不到正面素材，退而求其次也可以選擇負面素材，但可以選擇突出負面素材背后隱藏的化學原理重點，淡化其負面影響。依附于社會生產(chǎn)生活的化學知識才是生動形象、富有活力的知識，有社會價值的化學學科才會被學生喜歡和選擇。

參考文獻

[1]周忠輝，陳進前．關于“贊賞化學意識”培養(yǎng)的思考——基于普通高中理、化、生課程標準的對比[J].化學教學，2019（ 12）：21-25.

[2]王欽忠，鄭艷．創(chuàng)設真實問題情境為學生的理解而教——對初中化學“氧氣的性質(zhì)”教學案例的思考[J].中學化學教學參考，2016（10）：19-22.

[3] 中華人民共和國教育部，普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[4]王保強，陸廣潔，王銀行，等．情境線和知識線融合的“金屬鈉的性質(zhì)與應用”教學設計[J].化學教育（中英文），2019，40（1）：23-26.