新课标指导下化学情境素材的开发与运用

华丽芬

摘要：化学·情境素材的使用价值在于为学生的化学学习提供化学材料和知识背景，激发学生学习兴趣，促进学生学习的迁移和学习方式的转变，让学生获得化学知识的同时提升学科素养。在新课标指导下以“海水淡化”为例探讨情境素材的构成要素以及开发流程，并将这一素材运用于教学实践。

关键词：情境素材;海水淡化;循环经济;模型认知

文章编号：1008-0546（2020）04-0033-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.008

2017年颁布的化学新课标特别突JJ“情境素材建议”这一板块，必修课程涉及的情境素材有108个，选择性必修课程有115个，其中融合STSE理念的素材约占四分之三[1]。新课标明确提出：教师在教学中应重视创设真实且富有价值的问题情境，促进学生化学学科核心素养的形成和发展。

一、情境素材的构成要素

情境与知识，好似盐与汤，汤里无盐，寡淡无味;吃盐无汤，难以下咽;两者调和，谓之佳肴。任何化学概念的建构和化学知识的呈现都是有情境的，真实的情境为学生的素养发展提供了真实的表现机会。毕华林[2]指出化学情境可分为四种类型：探究型、历史型、经验型以及叙事型。杜淑贤[3]提出情境创设需要遵循四大原则：目标性原则，即要把教学目标有机整合在情境中;主体性原则，即要着眼于学生身心的和谐发展;真实性原则，即要贴近学生生活和认知基础;多样性原则，即根据不同学生对象、不同教材内容等使用不同类型的情境。

情境素材是情境教学的起点，情境素材的使用价值在于为学生的化学学习提供化学材料和知识背景，激发学生学习兴趣，产生情感共鸣，促进学生学习的迁移和学习方式的转变，让学生获得化学知识的同时提升学科素养。所以，教师在开发情境素材时首先要基于学生的认知水平，从学生的现实生活中选择契合教学目标的素材，然后从素材中提炼出蕴含的学科问题与核心概念，通过设计教学活动给学生搭建思维平台，引导学生进行知识的建构和学习的迁移，驱动学生进行高阶思维，最终养成学科态度。情境素材的构成要素见图1。

二、情境素材的开发流程

“海水淡化”这一情境素材出现在新课标必修课程主题5的“资源开发与能源利用”里，同时新课标还建议关注“循环经济”与“工业生态”案例的实施。虽然新课标给出了指导意见，但是提供的建议比较简单，需要教师深度挖掘学生生活中的案例，再加T为能运用到课堂教学的情境素材。

1.“海水淡化”情境素材的背景介绍

天津北疆发电厂联合下游企业汉沽盐场采用“电一水一盐”联合生产方式，实现了“资源一产品一废弃物一再生资源”的循环经济模式[4]，是我国实施海水淡化及浓海水综合利用项目的示范企业。海水经过预处理后进入淡化厂，海水淡化有膜法和热法两种，膜法即采用反渗透膜，热法即运用蒸馏原理进行多级闪蒸和低温多效蒸馏。天津北疆发电厂利用发电过程中产生的余热采用低温多效蒸馏法进行海水淡化，即在不高于70摄氏度的环境下采用一系列水平管喷淋降膜蒸发器进行海水淡化。淡水进入市政自来水管网，剩下的浓海水中溴元素含量较高约为lOOmg/L，采用吹溴工艺的成本比海水直接提溴低约50%[5]，提溴的海水全部流入汉沽盐场“晒盐”，不但提高出盐效率，节约大量土地资源，也创造了更高的经济效益。原盐经过精制得到的食盐有食品级和工业级两类，工业级食盐是制备烧碱、纯碱必不可少的原料，而两碱是非常重要的化工基础原料。晒盐后的苦卤进入制盐车间，可以生产氯化钾、氯化镁、硫酸镁等盐产品。天津北疆发电厂循环经济项目生产流程见图2。

2.“海水淡化”情境教学的设计思路

查阅文献发现，运用海水资源开展教学已有不少研究，例如田琪等[6]依据人教版高中化学必修二第四章第一节的教材内容，开展“海水中盐的开发和利用”“海水提镁”“海水提溴”的情境教学，设计并实施了多个教学活动实现了“教、学、评”一体化。张燕静[7]以“海水的综合利用”为例，通过引导学生整合海水晒盐、氯碱T业、海水提溴以及海水提碘等知识探索高三化工生产的复习。本案例是高二学业水平合格性考试的一节专题复习课，合格性考试命题体现基础性、时代性、适切性三原则，难度不大但注重加强与社会实际的联系，根据学业要求本节课进行如图3所示的教学设计：

三、情境素材的运用实例

环节一：激活旧知

[情境1]海水中的化学资源极其丰富，人类从海水中提取了哪些物质？以什么方式？什么原理？

[学生活动]趣味抢答（图4）：图片题（海水晒盐、原理）、視频题（海水淡化、原理）、文字题

[学生表现]能说出海水晒盐、海水淡化所涉及的原理，能从化合价的角度依据氧化还原反应原理判断物质间的转化关系，能写出制镁、制氯气、制溴的核心反应。

设计意图：采用趣味抢答的形式，激发学生兴趣，回顾所学知识。化学实验是研究物质及其变化的基本方法，是科学探究的一种重要途径，蒸发结晶和蒸馏是用于物质分离提纯的基础实验，氧化还原反应是化学核心概念，通过创设情境培养学生根据物质性质的差异选择物质分离提纯方法的思路以及从化合价角度判断氧化还原反应，利用氧化还原反应原理实现物质间转化的能力。

环节二：建构模型

[情境2]位于渤海之滨的天津市干旱少雨，人均本地水资源仅为全国平均水平的1/15，如何解决用水问题？海水淡化可以缓解用水问题，但淡化后的浓海水如何处理？直接排放到大海中是否合理？浓海水有无利用价值？

[教师活动]展示浓海水直排口的图片，连续追问。

[学生表现]能判断淡化后的浓海水不能直接排人大海，会造成海水局部盐分过高，影响海洋生态环境。浓海水相当于把原海水浓缩了，可以进一步提取食盐、溴单质等物质。通过环节一的知识回顾，学生知道溴离子转化为溴单质的核心反应，但说不清工业上如何提取溴单质，学生掌握的知识是碎片化的，需要在教师引导下进行整合，促进深度学习。

[情境3]海水中资源丰富，这既是大自然对人类的馈赠，同时也给化学工作者带来难题，如何从众多元素中提取出目标产物，即从资源到产品如何转化？

[学生活动]在教师引导下绘制“空气吹出法”工业提溴的工艺流程图（图5），书写氧化、吸收阶段的离子反应方程式。比较海水提镁的流程和海水提溴的流程，归纳从资源到产品的转化途径。

[学生表现]学生能根据所给信息以及氧化还原反应原理书写离子反应方程式，（氧化）Cl²+2Br=Br²+2Cl-;（吸收）SO²+Br²+2H²0—4H₊+2S0_-2⁴。大部分学生能从溴的提取和镁的制备中归纳出从资源到产品的两种转化途径：①资源富集一产品制备一产品提纯，②资源富集一原料提纯一产品制备。

设计意图：在海水晒盐、海水淡化原理的基础上，分析讨论从浓海水中提取溴和镁的工业生产流程，创立一个真实的化工生产情境，使学生在具体情境中体会化学与生产、生活的密切联系以及工业生产的复杂性，并建构从资源到产品的转化模型。模型是一种具有描述、分析、预测等功能的科学研究方法，在化学学科中应用模型教学，可以让学生从化学角度找到解决问题的策略，能够将所学的氧化还原反应原理、物质分离提纯等知识用于解决实际生产问题。

环节三：整合工艺

[情境4]为响应“一带一路”倡议，实现京津冀协同发展，天津市急需解决用电、用水、用地的矛盾！天津市的汉沽盐场有上千年历史，距离汉沽盐场不远处建设了天津北疆发电厂，发电厂除了输出电还会产生大量余热。现在发电厂与盐场之间规划一座海水淡化厂，是否可行（图6）？淡化后的浓海水如何处理？先“提溴”还是先“晒盐”？（市场价：海盐7500元/吨，液溴30000元/吨）

[学生表现]学生认为海水淡化项目可行，因为发电厂有余热可以采用蒸馏原理进行海水淡化，淡化后的浓海水流入汉沽盐场直接晒盐，不仅得到淡水、食盐，还可以提高晒盐效率，节约土地资源。还有的学生说海水淡化后的浓海水应该先进入溴素厂提取溴单质，因为溴的经济价值更高，提溴后的浓海水中氯离子含量更高，还可以进一步提高出盐率。

设计意图：海水晒盐和海水淡化是学生比较熟悉的人类对海水利用的实例，从中体现出人类利用能量转化获取生存所需用品的智慧。随着社会的发展，用电、用水、用地等矛盾突出，通过创设海水晒盐、海水淡化与溴的生产相结合的真实情境，让学生体会化学工业在综合利用资源、节约资源等方面的技术措施，了解化学研究对化学工业发展的促进作用。

环节四：优化流程

[情境5]汉沽盐场生产的食盐分为食品级和工业级，工业级食盐是重要的化工原料，你认为在盐场附近还可以布局哪些企业？晒盐之后的苦卤还能提取哪些物质？

[学生表现]有的学生提出氯碱工业以食盐为原料，通过电解饱和食盐水可以获得烧碱、氯气和氢气，氯气可以用来制备溴单质，实现资源的再利用，可以布局氯碱厂;有的学生提出纯碱生产也以食盐为原料，侯氏制碱法就是在氨的氯化钠饱和溶液中通入二氧化碳气体获得碳酸氢钠晶体，然后加热分解获得纯碱，可以布局纯碱厂;还有的学生提出食盐是制备金属钠的原料，生成的氯气还可以用作海水预处理的消毒剂，节约成本。对于苦卤可以提取哪些物质，学生提出可以提钾（钾肥、金属钾）、提镁（耐火材料氧化镁、金属镁）、提锂（锂电池）等。

设计意图：将学生之前所学的碎片化知识进一步整合成有逻辑、有体系的知识结构并能进行学习的迁移。培养学生运用化学方法解决实际问题的意识，帮助学生从“化学、技术、社会、环境”四位一体的角度实现海水资源的综合利用，通过具体工业生产情境的分析，让学生感悟真实化工生产涉及许多问题，如化学原理、原料选择、能源消耗、生产工艺、环保措施及经济效益等，从而树立“绿色化学”以及可持续发展的理念。

四、结语

知识只是素养的媒介和手段，知识转化为素养的重要途径是情境，因此，教师要在新课标指导下积极推进情境素材的开发，构建从真实的情境中学习的认知路径，知识才会在学生身上扎根，才会转化为学生的素养。

参考文献

[1] 万延岚，李倩.对《普通高中化学课程标准（2017年版）》中“情境素材建议”的分析与启示[J].化学教学，2019（7）：14-18

[2]毕华林，卢珊珊.化学课程中情境类型与特征分析[J].中国教育学刊，2011（10）：60-63

[3]杜淑賢.中学化学真实情境研究与案例[M].上海：上海教育出版社，2019：11-12

[4] 于海淼，李长如，赵鹏.海洋主要产业循环经济模式应用与推广研究[J].海洋经济，2011（4）：46-51

[5] 王会娟，张仂，颜亚盟.海水淡化浓海水零排放技术研究[J].盐业与化工，2014（11）：11-15

[6] 田琪，刘江田.基于“教、学、评”一体化的“情境任务”案例研究[J].江苏教育，2019（19）：19-21

[7]张燕静.专题整合寻找规律抓住“三基”提升素养——以“海水的综合利用”为例探索化工生产的复习[J].化学教学，2018（3）：57-61