化学史料辅助“富集在海水中元素氯”的教学设计及实施

马 青 刘琳琳 杨天林 韩晓霞

（宁夏大学化学化工学院 宁夏 银川 750021）

化学史料辅助“富集在海水中元素氯”的教学设计及实施

马 青 刘琳琳 杨天林 韩晓霞

（宁夏大学化学化工学院 宁夏 银川 750021）

利用化学史进行“富集在海水中元素氯”的教学设计，在实施教学活动过程中将学生置身于氯气研究的历史进程中，对教材内容进行调整，设计氯气性质和漂白原理等内容学习的探究方案，采用集中教育的化学史教育形式把氯气的知识内容按历史发展进行重新组合的教学设计。

氯气；化学史；教学设计

一、教学分析

“富集在海水中的元素氯”位于人教版高中化学必修一第四章第二节。该节内容是在学生学习氧化还原反应和金属的化学性质后，以氯气的性质、用途等内容为线索进行全面地学习和探究。不仅让学生了解典型非金属元素及其化合物的性质，而且对学生全面了解化学元素的性质、认识其化学反应的本质、掌握正确的学习、思考方法等具有重要的作用［1］［2］。食盐、84消毒液等含氯化合物与实际生活贴切，易使学生产生强烈的求知欲；帮助学生深刻理解实践是检验理论知识的唯一标准，如Cl2与H2O的反应是Cl2用于自来水消毒的原理所在等，这也是一项重要的基本技能［3］。

引导学生提高化学学科素养是基础教育的重要任务之一，也是化学新课程改革的基本理念之一［4］。近年来的研究表明，利用科学史进行化学学科素养教学是一种可行的方法。结合人类探索物质及其变化的历史与化学科学发展的趋势，引导学生进一步学习化学的基本原理和方法，能够帮助学生形成化学学科的核心观念。因此，利用化学史料设计氯气的教学，将学生置身于历史进程研究的情景中，引导学生重温科学探究之旅，体验科学家探索的艰辛与喜悦，以此实现教学目标。

二、教学目标

（1）知识与技能：了解Cl2的物理性质、漂白粉（液）制备原理；掌握Cl2的化学性质，重点是Cl2与水的反应、氯水的漂白原理。

（2）过程与方法：结合化学史初步学习化学的思维和方法；通过重温科学家发现氯气以及探究氯气性质的过程，激发学生对科学探究的信心与兴趣。

（3）情感态度与价值观：认识化学发展的轨迹，培养学生学习化学的亲切感；体会科学探索的艰辛和喜悦，了解科学发展是不断进步与完善相结合的过程。

三、教学重难点

（1）重点：Cl2与水的反应、氯水的漂白原理。

（2）难点：以化学史料为主线的教学让学生知道化学知识的本质来源，对科学家探究过程中所用科学的思维、方法、精神的学习及运用。

四、教学思路［5］

分析本节教材内容的编排顺序。以1774年舍勒偶然发现“有毒的黄绿色气体”到1810年戴维最终将其命名为“氯气”的发展轨迹为线索、知识线和探究线［6］相结合的思路设计教学（图1）。

图1 三维坐标描述氯气发展历史及相应制备和性质

五、教学过程

［引入］

（设计意图：创设教学情境，集中学生的注意力。引入史料使学生明白舍勒的发现并不完全是偶然的，是在一定的知识背景下产生的，偶然中存在着必然性，培养学生辩证思维［7］分析问题、解决问题的能力。）

［提问1］舍勒用什么科学方法研究氯气？

［学生］观察法、实验探究法、类比推理法。

［提问2］根据史料，结合课本，总结一下Cl2有哪些物理性质？

［展示］装氯气的点滴瓶（点滴瓶的瓶塞是橡胶的便于Cl2的取用，防止挥发影响课堂教学），引导学生从气、色、味、态等方面进行归纳总结。

［小结］密度大于空气、能溶于水的黄绿色有刺激性气味的有毒气体。

［过渡］请同学们动手画一下氯原子结构示意图。

［小结］师生共同碰撞出：氯原子最外层有七个电子，为达8电子稳定结构，易从外界得一个电子，形成Cl-，化合价降低，Cl2做氧化剂，具有氧化性，现在老师就带领大家一起来验证我们的分析。

［情境创设］接下来是魔术表演时间，这是一块被墨汁染了色的布条，然后将神秘水滴到布条上，将布条拿起来甩甩，绕课堂走一圈，同学们观察到了什么？（神秘水的配制方法：将氯气溶于水）。

［学生］布条上的墨汁褪色。

［提问］神秘水中的什么成分使布条上的墨汁褪色?

［学生］可能是Cl2、HCl、HClO。

［教师］同学们认为有可能是HCl、HClO使墨汁褪色，那么它们是怎么来的呢？

［投影］

图3 贝托雷发现氯水的漂白作用

［提问1］贝托雷用什么科学方法研究氯气？

［学生］实验探究法，观察法。

［提问2］通过史料的学习，可知氯气的水溶液具有漂白性。那么起漂白作用的物质果真如贝托雷认为的那样吗？为解决这个问题，同学们跟老师一起去贝托雷先生的探究世界看一看。

［投影］实验用品：长条红纸、注射器（大）、装Cl2点滴瓶、蒸馏水

弓闲置不用时会松弛，弓的强度减弱，弓辅就是用来固定弓的形状使弓不变形，保持弓的弯度强度，所以可引申出安定的意义。

［学生活动］根据老师所给的实验用品小组讨论、设计实验方案。

经学生相互讨论、教师指导提出两个实验方案。将学生分成两大组（大组再分成若干小组）分别进行方案1和方案2（见表1）。

表1 两个实验方案及现象

（设计意图：设计采用微型实验，符合绿色化理念，将污染降到最低；分组实验的方式既避免了教师演示方式的单一局限性和尴尬局面又体现了学生的主体性，更重要是培养学生动手操作能力，强化合作意识。）

［交流讨论］氯水具有漂白作用。

［提问］氯水是混合物，究竟是氯水中的什么成分具有漂白性？

［分组实验［8］］

［引入新知识］有Cl-和H+存在，但是两个物质都没有漂白作用。现在老师给大家写出氯气与水的反应方程式Cl2+H2O======HCl+HClO。

表2 探究氯水中具有漂白性的物质

（设计意图：造成学生思维冲突，帮助新知识的引入与同化。）

［教师］所以能使布条褪色的只剩下次氯酸了。我们可以认定，就是氯水中的次氯酸具有漂白功能。

［解释］次氯酸之所以能杀毒、漂白，是因为它的强氧化性，能将有机色素直接氧化、颜色褪掉，且加热也不会恢复。

［教师］贝托雷将这种水溶液置于太阳光下，发现漂白性消失，说明次氯酸和碳酸具有相似“性质”，弱酸性、不稳定易分解。

［教师］2HClO====光照2HCl+O2↑（强调反应条件）

［设疑］根据以上学习和探究，同学们能否辨别出新制氯水和久置氯水的区别？

［学生］独立思考、交流讨论、教师引导。

［小结］新制氯水：三分子、四离子（H2O、HClO、Cl2；H+、Cl-、ClO-、OH-）

久置氯水：一分子、三离子（便于记忆）（H2O；H+、Cl-、OH-）

［过渡］次氯酸不稳定易分解，那生活中我们是如何用它来消毒、杀菌？

［投影］化学史料3：1789年，英国化学家台奈特将Cl2通入石灰乳Ca（OH）2制得漂白粉。

（设计意图：通过化学史料3使学生了解漂白粉的原理和历史由来，帮助学生建构“结构决定性质，性质决定用途”的学科观念。）

［提问］台奈特研究漂白粉用什么科学方法？

［学生］实验探究法、观察法。

［教师］同学们根据Cl2与H2O的反应写出Cl2与Ca（OH）2的反应方程式。

［学生］2Cl2+2Ca(OH)2======CaCl2+Ca(ClO)2+2H2O

［教师］反应后的次氯酸钙是漂白粉的有效成分，这也是工厂批量制取漂白粉的原理所在。同“理”可得：常温下，将Cl2通入NaOH溶液中可制得有效成分为NaClO的漂白液。

举例：实验安全——生活用品：洁厕灵+84消毒液、氯气工厂泄漏

［投影］化学史料4：伟大化学家盖·吕萨克和泰纳把等量的Cl2和H2混合，静置数日，或稍微加热，或放置阳光下，都能化合成盐酸气（HCl）。

［启发］伟大的化学家用此方法可制取HCl，我们能否用相同的方法制得HCl？

［Flash动画］展示Cl2与H2的微观反应历程。

（设计意图：培养学生能从宏观辨识和微观探析相结合的视角，分析与解决实际问题的能力。）

［投影］播放：H2在 Cl2中点燃、H2在 O2中点燃［9］［10］的视频。

［教师］同学们认真观察现象，回忆“燃烧”的定义，填写表3。

（设计意图：基于实验现象的事实，使学生对原有知识“燃烧”的概念产生颠覆，形成认知冲突，产生强烈的好奇心。）

［学生］填写表3。

表3 实验现象及方程式

［教师］1号实验现象中的大量白雾就是HCl气体，极易溶于水，形成盐酸。

［解疑］通过实验对比，可以发现燃烧在没有氧气（或空气）的条件下也能发生。因此，对“燃烧”要有个新的认识，燃烧的本质是发生氧化还原反应。

［总结］这节课通过氯气发展历程一步一步引出的方式，学习了氯气的性质，并且重点学习了氯气与水的反应及氯水的漂白原理；其次学习了科学家采用科学的方法进行科学探究，科学探究是获取知识和认识世界的一种有效方法。因此，在学习过程中要把科学史和科学探究相结合作为基本的学习方法。

［知识拓展］请同学们课后用你们的iphone、ipad等智能可移动设备，观看工厂制漂白粉（液）视频，了解不同历史时期漂白粉（液）工业是怎样发展的？（教师发视频文件和本节知识点的思维导图到班级qq群。有疑问，下节课我们来讨论。）

六、教学反思

氯气教学流程中既有并列关系，又有递进关系，像一张知识网一样，交织错落，将师生覆盖其中，乍看纵横交错，像一盘散沙似的教学流程，其实是有一条隐形的线索贯穿始终，这就是清晰的教学思路［11］。化学史教学［12］是打开化学教育大门的另一把秘钥。以氯气的发展历程为线索，探究线和知识线相结合的三线式设计教学，学生急于知道舍勒发现了什么气体，这种气体具有什么性质，又是怎样发展应用等一系列问题，从而迫不及待地顺着线索，主动探究，获取知识，逐步寻求问题解答，除了化学史料分析，还引入了探究活动、问题驱动、科学方法提问等环节多维辅助教学。

该教学涉及了比较多的化学史料，如果用“传授式”的教学方式，无疑使得课堂教学乏味无聊，因此在基于化学史的教学中教师需要有“说书人”的技能，活用化学史，但也不能过度演绎历史，扭曲科学应有的过程与真实；基于化学史料的教学不只是引导学生对知识的理解和掌握，更重要的是逐步培养学生的科学探究思维和求真务实的科研态度，进而培养学生的化学学科素养；在以化学史料辅助教学时，我们要强调以批判创新精神为中心，让学生看到时代科学与技术的局限性，培养学生通过最新科学观念及技术讨论、验证经典概念，利用实验数据和结果批判前人错误的观点［13］，不断将错误观点、局限观点与当前最新科学观点对比，引导学生认识库恩［14］“前科学—常规科学—反常—危机—革命—新的常规科学”发展结构。在教学中，由于教学内容、教学时限等因素的限制，教师往往会忽略这一重要内容。

［1］ 宋心琦.普通高中课程标准实验教科书：化学 1（必修）［M］.北京：人民教育出版社,2015

［2］ 王磊.学科能力构成及其表现研究——基于学习理解、应用实践与迁移创新导向的多维整合模型［J］.教育研究，2016（9）：83-92

［3］ 王宇.元素化合物知识教学中教师课堂教学行为组合特征研究［D］.长春：东北师范大学，2009

［4］ 岳辉，和学新.学科素养研究的进展、问题及展望［J］.教育科学研究，2016（1）：52-59

［5］ 莘赞梅，李明喜.元素化合物教学设计与实施［J］.化学教学，2012（2）：17-19

［6］ 宝秋兰，刘子忠.基于化学史与多媒体技术整合的氯气教学设计［J］.化学教育，2015（11）：44-47

［7］ Michael R Matthews，James T.Robinson's Account of Philos⁃ophy of Science and Science Teaching:Some Lessons for To⁃day from the 1960s［J］.Science Education，1998（3）

［8］ 周兆彬.氯气的性质探究实验设计［J］.化学教与学，2014（11）：75

［9］代云.“富集在海水中的元素——氯”教学之我见［J］.理科考试研究，2016（13）：71

［10］梓钗，衷明华.“富集在海水中的元素——氯”教学设计（第1课时）［J］.中学化学教学参考，2016（2）：41

［11］周倩，熊言林.“初识原电池”教学设计［J］.化学教学，2011，11：26-28

［12］陈耀亭，梁慧姝.论化学史教育［J］.化学教育，1982（6）：27-30

［13］刘琳琳，杨天林.HPS教学模式在化学课堂导入教学中的应用［J］.教学与管理，2016（28）：67-69

［14］胡新和.库恩“二象性”解读——论库恩科学哲学的若干特征［J］.自然辩证法通讯，2013（1）

1008-0546（2017）10-0062-04

G632.41

B

10.3969/j.issn.1008-0546.2017.10.021

*本文系能力为本的全日制化学教育硕士培养模式的改革与创新（项目编号：YXW201603）研究成果之一。