IHV教學模式融入 “氯及其化合物”的教學設計

喬瑩慧，馬占玲

（渤海大學 化學與材料工程學院，遼寧 錦州 121000）

《普通高中化學課程標準》（20217年版）和《義務教育化學課程標準》（2022年版）都十分強調學生的批判思維訓練和批判精神培養，而化學史內容的學習是批判性思維的重要培養方式［1-2］。IHV是Interactive Historical Vignettes的縮寫，即互動歷史小故事，是由美國學者Linda和Wandersee等提出的［3］，如圖1所示。該教學模式重視化學史在課堂中的融入，且以學生感興趣的的小品演繹形式展現，將化學史融入到化學課程中［4］。

圖1 IHV教學模式設計流程

1 教材與內容分析

“氯氣的性質”是人教版（2017）高中必修第一冊第二章“海水中的重要元素——鈉和氯”第二節“氯及其化合物”的第一課時［5］。學習“氯氣的性質”是學習非金屬及其化合物的開端，可以幫助學生建立起從個性到共性、從特殊到一般的歸納能力，可以培養學生科學探究能力和證據推理能力，并幫助其樹立利用化學知識促進社會發展的價值觀念。

用氯氣相關化學史引入來展開對氯氣性質的探究，便于引導學生總結化學家的探究經驗，認識并學習他們身上的批判精神和科學探究精神［6］；從氧化還原角度分析氯氣的化學性質，并用氧化還原的方法書寫相關化學反應方程式，有利于學生應用和鞏固原有的知識技能；對氯氣性質的科學探究和實驗驗證，為之后研究鹵族元素和元素周期律提供知識和方法基礎。人教版新教材從氯氣發現史引入氯氣的性質，并從原子結構角度出發，深入介紹氯氣，幫助學生建立“結構決定性質”的化學思想。

2 學情分析

學生在初三化學的學習中已深入掌握了原子結構示意圖的相關內容，具備了問題分析能力和實驗探究能力，但對于科學探究的方法掌握不足，對具體問題的解決能力有待進一步提升。同時，學生在此之前學過的離子反應和氧化還原反應知識，可以幫助學生完成相關化學方程式書寫和對氯水成分的探究，以及完成從元素化合價的角度分析物質變化。因此，滿足從原子結構角度和氧化還原角度出發，通過實驗驗證和科學探究來學習氯氣性質的條件。

3 教學目標分析

1）通過對氯氣化學史的學習和情景演繹，并結合對相關原子結構示意圖分析、相關實驗探究和證據推理，充分了解氯氣的物理性質、強氧化性，以及其與氫氣、水等反應的化學性質。

2）通過分析實驗現象及相關化學史材料，培養分析、解決問題的能力及信息提取、理解能力；通過對氯氣與水反應的實驗探究，掌握科學探究的思維和方法；通過對氯氣化學性質的探究，培養科學探究和證據推理的科學素養。

3）在對化學史的解讀、分析和演繹中，深刻體會化學家科學探究精神，感受批判精神在科學發展中的重要作用，認識化學對人類社會的巨大影響，從而樹立運用化學知識，促進社會發展的價值觀。

4 化學史故事編制

4.1 編制過程

首先，通過文獻檢索、書籍閱讀及電子媒體搜索，明確氯及其化合物的相關化學史材料，將材料按照時間線排列，并找出各素材之間的內部聯系；其次，通過對課標、教材、學情及相關實踐經驗課等資源的分析，全面把握“氯及其化合物”的課題學習中學生所需要掌握的知識和具備的能力，并明確學生相關化學史的基礎，從而選出對應史實材料；最后，根據史實材料內部聯系和學科知識學習的情景需要，將史實材料深度加工為富有趣味的五個化學史故事片段。

4.2 實施辦法

課前一周，教師將人物介紹和故事片段介紹發放給學生，學生可以根據人物介紹和個人興趣自行選擇扮演角色，并根據故事片段相關介紹組織排練。排練過程中可根據查閱的資料和自身特點對故事片段進行改編；表演過程中，教師可根據課程進行的需要打斷表演，增設證據推理、實驗演示和實驗探究等活動，來豐富課堂內容完善教學過程；課程接近尾聲時，教師和學生根據課堂表演做出討論和分析，對科學家在科學探究中所表現出的創新精神和批判性精神等做總結和感悟分享。

5 IHV融入的教學設計

5.1 準備環節

課前一周，發放人物介紹。

1）舍 勒——（Carl Wilhelm Scheele，1742-1786），一位喜歡“品嘗”化學元素的天才化學家，曾任瑞典皇家科學院院士。他一生完成了近千個實驗，氧、氯、氟、氨、氯化氫、鎢酸、鉬酸和砷酸等都是他發現的。但他有個不好的習慣，喜歡親自“品嘗”一下發現的新物質，曾因吸過有毒的氯氣，使身體受到嚴重傷害［7］。舍勒去世后，從他的死亡證明來看，應是死于汞（水銀）中毒，他是一位為化學獻身的偉大科學家［8］。

2）貝托萊——（C.L.Berthollet，1748-1822），為質量守恒定律和化學平衡原理的誕生做出過巨大貢獻的化學家［8］。化學動力學和化學作用力是他畢生的重點研究方向。作為舍勒的好友，他們經常在一起討論相關學術話題，因此他深化了舍勒的研究并將氯氣推廣到漂染工業中，也正是在推廣過程中讓他對真正起漂白作用的物質有了突破性認識［8］。

3）蓋·呂薩克——（J.L.Gay-Lussac，1778-1850），一位曾與德國化學家洪堡各國訪問、與英國著名化學家道爾頓長期進行深刻辯論的化學家［9］。他在對碘、硼和硫的一系列化學物質的研究中都獲得了重大成果，著名的銀量法就出自他之手［9］。他與好友泰納曾與氯元素的發現近在咫尺，卻因思維受限與偉大發現失之交臂。

4）戴維——（H.Davy，1778-1829），一位自學成才的著名化學家。15歲他就自學物理和化學，從此踏上了為科學獻身的道路。他一生中成果豐厚，但最偉大的成就離不開它的寶劍——電解法，并用它發現了很多元素［10］。同樣也是電解法讓他解開了氯元素的面紗，同時氯元素也送給了他一份大禮——在英國皇家學會上批判性的糾正了拉瓦錫關于酸的不全面認識［10］。

5）哈伯——（Fritz Haber，1868-1934），一位歷史上最具爭論的化學家，或稱為天使與惡魔并存的化學家。他既是用空氣制造面包的圣人，又是用化學武器給人類帶來痛苦、死亡和災難的的惡魔［11］。他一生在電化學還原、電極過程的本質、燃料本質、鐵的腐蝕、固氮方法等很多方面都做出了巨大貢獻［11］。但是，他卻不顧妻子勸阻，做出了最不人道的行為，將幾代化學家歷經磨難發現的氯氣用于第一次世界大戰，遭到各國人民一致譴責。

5.2 第一課時

環節一：故事展示，史實重現。

故事片段一講述人：舍勒。講解內容：18世紀70年代，瑞典化學家貝格曼 （T.Bergman，1735-1784）每天沉迷于對軟錳礦的研究，但毫無進展，于是他找到了我。我出于對化學的熱愛，在他的推薦下對軟錳礦一研究就是三年。三年后一天，我突然發現把軟錳礦和濃鹽酸混合加熱，能反應生成一種黃綠色有刺激性氣味的氣體，搞得我肺部極其難受，而且這種氣體還可以將附近的葉子和花朵漂白。我猜測這種氣體有毒，于是將其收集起來，放入了一只蚱蜢，很快，蚱蜢就奄奄一息。但由于當時的我虔信燃素學說，認為這是由于“脫燃素的錳”從鹽酸中奪去了“燃素”而產生了這種氣體，因此我將這種氣體取名為“脫燃素的鹽酸”。

故事片段二講述人：哈伯。講解內容：在舍勒發現氯氣的一百多年后的1915年，正是第一次世界大戰期間，此時德軍沉浸在準備武器的壓抑氣氛中。德軍將領找到我，希望我能用化學方法幫幫他們，我猶豫了一下還是答應了。我考慮到氯氣毒性較強，且密度比空氣大，只要英法聯軍是處于下風口，我們釋放這種氣體，就能不費一彈一槍獲得勝利。于是第二天，在伊普爾第一次大規模使用化學武器，一萬一千多名英法士兵中毒身亡。但是，第三天對加拿大軍隊同樣釋放氯氣時卻沒有效果，后來得知是加拿大化學家發現了我方的手段后，便讓士兵提前帶上了濕毛巾，并告訴士兵們，一旦發現有黃綠色氣體，就用濕毛巾捂口鼻，往高處走。

環節二：提出問題，開展討論

【教師】指出該黃綠色氣體就是氯氣，并提出以下問題：

1）通過故事和直觀感受氯氣，氯氣可能具有哪些物理性質和化學性質？2）實驗室聞氯氣應該怎么聞？3）為什么一定要英法聯軍的士兵處于下風口？4）加拿大士兵為什么要用濕毛巾捂口鼻，往高處走？

【學生】就以上問題進行討論，得到氯氣是一種黃綠色有刺激性氣味的氣體、密度大于空氣的物理性質和氯氣有毒且具有漂白性的化學性質，并推測氯氣可溶于水或與水發生反應。

環節三：復演歷史，制備氯氣

【教師】根據學生得到的氯氣相關性質引導學生總結制備氯氣的注意事項，并對除雜和尾氣處理等各個環節做出提示。

【學生】學生根據教師提示和史實描述，自行設計制備氯氣的實驗裝置，完成制備氯氣的實驗。

5.3 第二課時

環節一：結構出發，明確性質

【教師】引導學生畫出氯原子的結構示意圖，并提問相關性質。

【學生】從結構示意圖中推斷出氯氣是一種很活潑的非金屬單質，具有強氧化性。

【教師】演示氯氣和鈉、鐵、銅單質點燃的實驗，提問相關性質，引導學生完成相關化學方程式書寫。

【學生】討論并總結出氯氣與變價金屬反應會生成金屬高價氯化物。

環節二：故事展示，拓展認識

故事片段三講述人：蓋·呂薩克。講解內容：1809年，偶然之間我和泰納也對這種氣體產生了興趣，由于采用各種方法都無法分解這種氣體，便嘗試將其與氫氣混合，結果發現無論是靜置數日，還是加熱或者露置日光下，都生成了氯化氫，但是卻沒有水產生。因此我們批判了之前的認識。但是當時我們堅信拉瓦錫的氧化理論中“一切酸中均含有氧”的觀點，沒有尊重實驗事實，而認為這種氣體是某種“基”的氧化物。

【教師】演示氯氣在氫氣中燃燒實驗，指出該方法也廣泛應用于現代的工業制鹽酸中；引導學生對燃燒的定義和條件給出新的解釋。

【學生】完成方程式，總結出燃燒是可燃物和助燃物（氧化劑）發生的劇烈的一種發光、發熱的氧化反應，不一定要有氧氣參加。

環節三：史實出發，實驗驗證

故事片段四講述人：貝托萊。講解內容：在了解舍勒對“脫燃素的鹽酸”的研究后，我將其用于紡織工業漂白。但是工人實踐中發現，僅是這種氣體還不能漂白布料，必須將它溶于水才有作用。于是我便做了實驗來驗證，我將這種氣體溶于水中，分別給他加熱和在陽光下觀察，發現都能生成氯化氫、放出氧氣。因此我又給了它一個新的名稱，鹽酸和氧之間“聯合松馳的化合物”。

【教師】提示氯氣溶于水則被稱為氯水，其漂白作用的新物質是次氯酸（HClO）。并提出一下問題：

1）根據史實你能找到哪些與氯水成分探究的相關線索？2）對自己的猜測和實驗驗證你能做出哪些實驗驗證？請完成相關驗證證明氯水成分。3）請寫出氯氣與水反應方程式。4）推測次氯酸性質，完成次氯酸分解化學方程式。

【學生】小組討論，并設計實驗探究，解決問題。

5.4 第三課時

環節一：情景出發，內容回顧

【教師】用疫情期間使用的84消毒水和校園湖中使用的漂白粉事件引入氯氣與堿的反應，引導學生參考氯氣與水的反應完成方程式。

【學生】對三節課來所學習的氯氣性質和制法的學科知識點進行總結。

環節二：縱觀史實，情感升華

故事片段五講述人：戴維

講解內容：眾所周知，我用電解法發現了很多元素，之后對這種被大家長期質疑的氣體也進行了研究。起初我也認為氯氣比鹽酸中含有更多的氧，但當我用電解法使電流通過氯氣放電幾小時后，發現該氣體是無法分解的，因此證明它是一種單質，并不含有氧氣。但這一研究的結果竟然出乎了包括我在內的所有人的意料，也正是這一研究，讓化學界對酸的本質有了一個更為準確的認識。

【師生】縱觀氯氣發現史，對化學史實材料中所體現的科學探究方法、問題思考角度做出總結和討論，對每一位科學家的科學探究精神、批判精神、為化學獻身精神做出分析和評價。

6 結語

在中學化學教學中，存在大量化學史相關內容，如何開發和利用好這些資源，需要廣大教師和學者深入研究。在這個紛繁復雜的社會環境中，如何運用化學史來培養學生的批判性思維和精神，是需要我們繼續深入研究的話題。