基于真實生活問題情境的化學(xué)活動課設(shè)計
——以“氯氣的性質(zhì)與應(yīng)用”教學(xué)為例

姚昊天 陳迪妹

(溫州大學(xué)化學(xué)與材料工程學(xué)院 浙江 溫州 325035)

1 設(shè)計背景

1.1 化學(xué)活動課現(xiàn)狀

現(xiàn)今我國將基礎(chǔ)課程劃分為基礎(chǔ)型課程、拓展型課程和研究型課程，其中拓展型課程和研究型課程的教學(xué)形式、過程與活動課程緊密聯(lián)系。我國自上個世紀(jì)90年代提出開設(shè)活動課程以來，各地開始注重活動課的研究。[1]在查閱大量資料后發(fā)現(xiàn)，雖然活動課程的許多方面已取得較大的進步，但對各學(xué)科具體開展的活動課研究較少，專門的理論著作也不多。同時中學(xué)的教學(xué)課時量大，教學(xué)科目多，對開展化學(xué)活動課的難度較大。

1.2 重視“素養(yǎng)為本”的教學(xué)

根據(jù)普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2017年版2020年修訂)指出：倡導(dǎo)真實問題情境的創(chuàng)設(shè)，開展以化學(xué)實驗為主的多種探究活動，重視教學(xué)內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進學(xué)生學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，培養(yǎng)他們的創(chuàng)新精神和實踐能力。[2]所以基于學(xué)生認知，提倡真實問題的情境，讓學(xué)生真正的將化學(xué)所學(xué)習(xí)的知識投入到自己日常生活中，這樣就不會偏離“知識源于生活”這一條基本理論。同時課堂教學(xué)是以教師的導(dǎo)和學(xué)生的學(xué)構(gòu)成的雙邊活動，充分發(fā)揮教師的引導(dǎo)與學(xué)生主體的作用。

2 教學(xué)過程中出現(xiàn)的問題

中學(xué)教學(xué)中，許多教師在本節(jié)課中一般選擇通過觀看視頻代替課堂演示實驗。究其原因，首先是氯氣的制取與性質(zhì)實驗需要裝置和器材較多，在課堂中演示所花費的時間較長，這會影響教學(xué)進度。其次氯氣是有毒有刺激性的氣體，一旦在課堂中泄露，對學(xué)生和老師的健康有危害。此外該裝置試劑的使用量較大，造成試劑浪費。

3 教學(xué)過程設(shè)計

環(huán)節(jié)一：利用生活情境，引入所學(xué)物質(zhì)

【案例分析1】在每個人的家中，都有“潔廁靈”和“84消毒劑”，它們給我們帶來了干凈的環(huán)境。但如果沒有正確使用，就會帶來意想不到的問題，甚至?xí){人的生命安全。(視頻鏈接：https://tv.sohu.com/v/MjAxNTEwMTMvbjQyMzA4MTE1MS5zaHRtbA==.html)

【過渡】“潔廁靈”和“84消毒劑”混合后生成的氣體是什么？其實就是氯氣。雖然大家知道氯氣給人帶來一定的危險，但它在我們的生活中扮演著重要的角色。今天我們就一起學(xué)習(xí)“氯氣的性質(zhì)與運用”。

設(shè)計意圖：新聞導(dǎo)入本節(jié)課的學(xué)習(xí)主體，能盡快地吸引學(xué)生的注意力，激發(fā)學(xué)生的思考與討論，從而對本節(jié)課學(xué)習(xí)的內(nèi)容更有興趣。

環(huán)節(jié)二：創(chuàng)設(shè)生活情境，實驗驗證假設(shè)

【提問】取一瓶集滿氯氣的集氣瓶，你能觀察到什么物理性質(zhì)？可以從顏色、狀態(tài)、氣味等角度思考。

【答案預(yù)測】氯氣是黃綠色，有刺激性氣味的氣體。

【實驗探究A】大家都知道氯氣是有毒氣體，那我們要采用什么方法判斷氣味？我們學(xué)習(xí)過的方法是扇聞法。因為氣體有一定的毒性，那老師來演示扇聞法的操作過程：用手輕輕在集氣瓶的瓶口扇動，使極少量氣體飄進鼻孔。

【案例分析2】閱讀以下材料，你發(fā)現(xiàn)了氯氣的什么物理性質(zhì)？

1915年4月22日，德軍與英法聯(lián)軍在比利時的伊普爾對峙。黎明時分，英法聯(lián)軍前線的士兵突然聽到一陣爆炸，緊接著看到一股黃綠色氣體從空中降落下來。很快，戰(zhàn)壕里的士兵們感覺雙眼有強烈地刺激，咳嗽響成一片，數(shù)百名英法戰(zhàn)士窒息死亡，數(shù)千名士兵雙目失明。這就是戰(zhàn)爭史上的第一次化學(xué)戰(zhàn)，從此化學(xué)戰(zhàn)作為最邪惡的戰(zhàn)爭被寫入了人類戰(zhàn)爭。

【答案預(yù)設(shè)】從“黃綠色氣體從空中降落下來”可以看出氯氣的密度比空氣大。

【提問】氯氣能不能溶解在水中？

【實驗探究B】向裝有氯氣的集氣瓶中加入一些水，塞上橡膠塞搖晃，觀察瓶中的變化。

集氣瓶中的氣體顏色變淡，水由無色變?yōu)榈S色。這說明氯氣部分溶解在水中。

【性質(zhì)總結(jié)】氯氣是一種黃綠色，有毒有刺激性氣味，密度比空氣大，能溶于水的氣體。

【案例分析3】假如你在現(xiàn)場，該怎么撤離？

新華網(wǎng)報道：2005年3月29日，京滬高速公路淮安段一輛滿載氯氣的液罐車和對面來車相撞，大量氯氣外泄。據(jù)目擊者描述：一股黃綠色的氣體就像探照燈光一樣，“唰”地射向高空，足有5米高，并有刺鼻的味道。

【答案預(yù)設(shè)】我們應(yīng)該用水打濕的毛巾捂住口鼻，并向著上風(fēng)口和高處疏散。

設(shè)計意圖：在探究氯氣的物理性質(zhì)時，教學(xué)思路是觀察物質(zhì)外觀→預(yù)測物質(zhì)性質(zhì)→實驗與觀察→解釋及結(jié)論。用真實案例分析氯氣的物理性質(zhì)，讓學(xué)生樹立起嚴(yán)謹(jǐn)?shù)幕瘜W(xué)態(tài)度，同時對學(xué)生進行安全教育，提高學(xué)生的安全意識。

環(huán)節(jié)三：性質(zhì)實驗探究，總結(jié)歸納通性

【回顧舊知】大家回憶氯在元素周期表中的位置？你能畫出氯的核外電子排布嗎？

【答案預(yù)設(shè)】氯位于第三周期VIIA族，核外電子排布為：

我們發(fā)現(xiàn)氯最外層電子是7個，容易得到1個電子形成8電子的穩(wěn)定結(jié)構(gòu)，因此會表現(xiàn)出強氧化性。所以氯氣是一種化學(xué)性質(zhì)非常活潑的氣體單質(zhì)。

【傳遞思想】在學(xué)習(xí)中大家要有：“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”的思想。結(jié)構(gòu)給氯氣帶來了活潑的性質(zhì)，也就有了許多用途。

【實驗探究C】氯氣與金屬、非金屬單質(zhì)反應(yīng)(以氯氣與鐵單質(zhì)反應(yīng)改進實驗[3]為例)：

(一)實驗器材：

試劑：高錳酸鉀、鹽酸(10%)、氫氧化鈉溶液、鐵絲

器材：酒精燈、抽濾瓶、橡膠塞、止水夾、滴管、氣球

(二)實驗步驟：

(1)在氣球中加入一定量的氫氧化鈉溶液，將其固定在支管處并夾上止水夾。向抽濾瓶中加入1g高錳酸鉀。

(2)用試管向抽濾瓶中滴加半滴管鹽酸，待產(chǎn)生的黃綠色氣體快蔓延至瓶口時，迅速塞上無鐵絲的橡皮塞。

(3)另取連有螺旋狀鐵絲的橡皮塞,加熱鐵絲至紅熱狀態(tài),替換步驟(3)中橡皮塞，觀察現(xiàn)象。

(4)待反應(yīng)結(jié)束后，打開止水夾，用氫氧化鈉溶液吸收多余的氯氣。

(三)實驗現(xiàn)象：

鐵絲在氯氣中燃燒放出大量的熱，同時放出棕黃色煙霧。

【實驗總結(jié)】氯氣與金屬、非金屬反應(yīng)的實驗總結(jié)：

表1 不同物質(zhì)與氯氣反應(yīng)實驗總結(jié)

【過渡】氯氣可以和非金屬單質(zhì)和金屬單質(zhì)反應(yīng)生成相應(yīng)的氯化物，還有什么物質(zhì)可以和氯氣反應(yīng)？

【案例分析4】市政自來水中要保持一定量的余氯，以確保飲用水的微生物指標(biāo)安全，防止自來水出廠后可能導(dǎo)致“二次污染”。但超過一定量的氯，就會對人體產(chǎn)生危害，且?guī)в须y聞的氣味。自來水余氯含量標(biāo)準(zhǔn)要一直保持在≥0.05mg/L的范圍，這是國家水質(zhì)標(biāo)準(zhǔn)。

【提問】為什么氯氣溶解在水中能殺菌消毒？這是因為氯氣可以與水發(fā)生反應(yīng)：

生成的HClO是弱酸，但它具有強氧化性，會殺死細菌和病毒，從而起到凈化水質(zhì)的作用。

【提問】在次氯酸中還具有一個新的特性——漂白性。觀察思考書本P43實驗2-8(1)，想一想兩張有色紙條各會有什么樣的變化？

【答案預(yù)測】濕潤的有色紙條會褪色，而干燥的有色紙條不會褪色。因為濕潤有色紙條中的水會與氯氣反應(yīng)生成次氯酸，從而讓紙條的顏色褪去。

【提問】想一想在這個實驗中有什么不足之處？

【答案預(yù)測】

(1)用兩個集氣瓶做兩次實驗，對比的效果不好；

(2)做完實驗后剩余的氯氣沒有及時處理，有泄漏的風(fēng)險；

(3)氯氣需要提前制取，有保存等問題。

【小組討論】探討本實驗的改進實驗，并小組匯報，選出最佳方案進行演示實驗。(預(yù)設(shè)小組討論時間為10分鐘)

【實驗探究D】氯氣漂白性實驗改進：

(一)實驗器材：

試劑：高錳酸鉀、鹽酸(10%)、氫氧化鈉溶液

器材：抽濾瓶、橡膠塞、氣球、止水夾、注射器、燃燒匙、淀粉碘化鉀試紙、兩張藍色石蕊試紙

(二)實驗裝置：

圖1 氯氣漂白性實驗改進實驗

(三)實驗步驟：

(1)在氣球中裝有氫氧化鈉溶液，并用止水夾夾在抽濾瓶支管處。

(2)向抽濾瓶中加入1g高錳酸鉀，并如圖在燃燒匙貼上淀粉碘化鉀、干燥和濕潤的藍色石蕊試紙，在注射器中加入一定量10%鹽酸，同時將燃燒匙、注射器插入橡膠塞中。

(3)向下擠壓注射器，觀察記錄抽濾瓶中試紙的現(xiàn)象。

(4)實驗結(jié)束，打開止水夾，用氫氧化鈉溶液吸收尾氣。

(四)實驗現(xiàn)象：

實驗裝置中出現(xiàn)黃綠色氣體，潮濕的有色紙條褪色，而干燥的有色紙條沒有發(fā)生變化。

【案例分析5】次氯酸是一種強氧化劑, 能殺死水里的細菌，所以自來水常用氯氣 (1L水里通入約0.002g氯氣)來殺菌消毒。次氯酸能使染料和有機色質(zhì)褪色，一般用作漂白劑、氧化劑、除臭劑和消毒劑。在生物學(xué)中，次氯酸被嗜中性白細胞用來殺滅細菌。它被廣泛用于游泳池的含氯消毒劑產(chǎn)品。次氯酸主要作為消劑使用，被廣泛用于物體表面、織物等污染物品以及水、果蔬和食飲具、養(yǎng)殖去臭殺菌、衣物異味去除等。

【提醒】次氯酸的用途非常廣泛，但是次氯酸容易分解，只存在于水溶液中。

化學(xué)方程式：

設(shè)計意圖：在這一環(huán)節(jié)中，從氯的結(jié)構(gòu)引入，再由“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)，性質(zhì)決定用途”這一條途徑開展。在講解新知識的過程中創(chuàng)新了兩個實驗，第一個是鐵絲在氯氣中燃燒，第二個是氯氣漂白性的驗證。在學(xué)生小組討論思考下，引導(dǎo)學(xué)生改進實驗裝置，之后在討論的結(jié)果中選取一個最佳的改進實驗進行演示操作，讓每一位學(xué)生能從實驗中感受到氯氣的化學(xué)性質(zhì)，也幫助學(xué)生了解掌握氯氣的性質(zhì)。

環(huán)節(jié)四：對比物質(zhì)異同，尋找不同用途

【案例分析6】次氯酸極不穩(wěn)定，是很弱的酸。儲存條件也是影響次氯酸穩(wěn)定性非常重要的因素，如溫度、紫外線、包裝容量等。溫度對次氯酸穩(wěn)定性的影響巨大。超過40℃時次氯酸的分解加快，因此低溫有助于次氯酸水保存；紫外線會加速有效氯的耗散，因此盛放次氯酸的容器應(yīng)避免采用透明瓶；包裝容量對次氯酸的穩(wěn)定性也有影響，在54℃條件下做加速測試時，容量越小的其有效氯濃度下降越快。[4]

【過渡】這給人們的生產(chǎn)生活帶了許多不便。次氯酸容易分解，對保存的環(huán)境、溫度等都要求非常多，對人類工業(yè)生產(chǎn)不友好，因此人類就開始尋找代替次氯酸的物質(zhì)。

人們將Cl2與H2O的反應(yīng)改成了Cl2與NaOH溶液反應(yīng)，得到了一種物質(zhì)也具有漂白性，他就是次氯酸鈉。

化學(xué)方程式：

雖然次氯酸鈉也會分解，但是分解速率遠遠低于次氯酸，比次氯酸穩(wěn)定得多。

同時，人們把氯氣通入冷的石灰乳中Ca(OH)2中，也有次氯酸鹽生成。

化學(xué)方程式：

Ca(ClO)2和CaCl2這兩種物質(zhì)的混合物叫做漂白精。

【總結(jié)歸納】次氯酸、次氯酸鈉、次氯酸鈣的用途比較：

表2 三種物質(zhì)的用途比較

設(shè)計意圖：化學(xué)的教學(xué)活動必須建立在學(xué)生已有的知識水平和認知上，這樣才能激發(fā)起學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣[5]。從生活中的例子出發(fā)，將所學(xué)的知識點與課堂知識結(jié)合，讓學(xué)生知道化學(xué)就在我們身邊。

環(huán)節(jié)五(課外)：實地走訪觀察，了解工業(yè)用途

在課后對本節(jié)課的探討并沒有結(jié)束。課堂中我們學(xué)習(xí)過了次氯酸鹽等物質(zhì)是優(yōu)秀的凈水劑，通過它們可以很好地幫助我們凈化水質(zhì)，殺菌消毒，而課后就可以通過走訪附近的自來水廠、污水凈水廠等企業(yè)，近距離感受這些課本上的物質(zhì)是如何在我們生產(chǎn)生活中使用的。

初步制定活動的教學(xué)目標(biāo)，教學(xué)目標(biāo)偏向認知方面：

(1)通過走訪調(diào)查凈水廠凈水一般步驟，感受氯氣等物質(zhì)在其中的作用。

(2)通過凈水廠的參觀學(xué)習(xí)，樹立起節(jié)約用水的意識，增強學(xué)生保護環(huán)境的意識。

在課后可以讓學(xué)生撰寫相關(guān)的文章，不局限于參觀凈水廠感想，還可以涉及水源水質(zhì)調(diào)查類報告，氯氣在人類生產(chǎn)生活中的其他應(yīng)用論述小論文，保護水資源的主題海報等內(nèi)容，將主動權(quán)交還給學(xué)生，從而培養(yǎng)學(xué)生的合作、分析與解決問題的能力。

4 化學(xué)活動課程評價

評價是教學(xué)活動中不可缺少的部分，在教學(xué)過程中對學(xué)生和教師也起到了一定的導(dǎo)向作用，活動課程的評價不僅是學(xué)業(yè)成績的評價，更是對于學(xué)生實踐操作能力，問題分析解決能力等方面的綜合評價。如何進行科學(xué)有效的評價，讓每位學(xué)生都能得到充分的發(fā)展，是每位教師需要考慮的問題。

表3 化學(xué)活動課程的評價表l

5 總結(jié)

在傳統(tǒng)的化學(xué)課堂中，教師的主要任務(wù)便是幫助學(xué)生掌握化學(xué)的知識點，督促學(xué)生理解所學(xué)知識，而這種課堂的氛圍會壓制學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。活動課程的優(yōu)勢相較于普通課程來說，更多的體現(xiàn)在將課堂的主動權(quán)交還給學(xué)生，形成“以學(xué)生為中心”的課堂氛圍。同時，課堂的形式也不在局限，可以通過課前中后三塊部分來對于學(xué)生進行指導(dǎo)，將學(xué)習(xí)的權(quán)利交還給學(xué)生自己手上。