基于“历史线”的模型建构教学

杨祎

摘 要：本节课通过自制的4个微视频串联起水净化的历史时间线，设置问题驱动型任务引入教学内容，通过多种方式让学生了解净水方法及其原理的同时逐步构建和完善净水流程的模型，更好地促进其对知识的理解和应用以及化学核心素养的提升。

关键词：模型建构;历史线;生活情境

“水的净化”一课是通过各种方式让学生认识了解沉淀、过滤、吸附、杀菌消毒等净水方式，学会过滤操作，并构建净水一般流程的模型，感受化学与生活的密切联系。

在本课之前，学生对天然水、自来水等概念有一定的感性认识，也有一些相应的净水常识，但对过滤操作、水的硬度、水的净化具体流程等知识没有系统的认识，实验操作的规范性、根据材料获取有效信息的能力、归纳总结能力还有待进一步提高和培养。

本节课创设了真实的生活情境，通过自制的4个微视频“漉水囊介绍”“明矾的使用和沉降原理”“氯气杀菌消毒历史”“蒸馏和反渗透技术介绍”串联起水净化的历史时间线，设置问题驱动型任务引入教学内容，通过获取信息、进行实验、交流讨论、评价总结等方式让学生了解净水方法及其原理的同时逐步构建和完善净水流程的模型。

一、创设生活情境，提出问题

【创设情境】水是生命之源，也是我们每天必须要摄入的一种物质，这里有一瓶从我们学校池塘取得的河水，大家觉得能直接饮用吗？为什么？

生：不能。因为有泥沙（不溶物）、微生物等。

师：因为有泥沙等不溶物，所以水很浑浊，那如果把它放置一段时间呢？

展示：放置一天的水。

生：泥沙沉入底部，上层稍微澄清了些。

师：所以通过静置可以使部分泥沙等不溶物沉降下來。

问：但是有没有完全将不溶物与水分离？

生：没有。

【问题引导】那我们究竟该通过哪些手段除去水中一些我们所不需要的物质，一步步将浑浊的河水变为饮用水甚至是纯净水呢？这就是我们今天要学习的“水的净化”。

【通过生活情境提出如何将水净化这一问题，作为本节课的知识主线，在学生已有知识的基础上进一步引发学习动机。】

二、初步构建并完善模型

过渡：接下来我们就沿着历史的轨迹，了解一下从古到今的人们在净水方面做过哪些事。

【播放视频一】唐代漉水囊的简介。

【问题引导】竹篾编制的囊的作用是什么？

生：将树叶、泥沙等不溶物除去。

【引出概念】我们把这种将不溶于水的物质和水分离的方式叫作过滤。

结合书本及已有仪器思考讨论：

1.如何用漏斗和滤纸组装过滤器？

2.如何用过滤器过滤？

【学生演示】组装过滤器，搭建过滤装置。

教师指正：根据学生操作补充指正操作中存在的问题。

1.如何将滤纸放入漏斗内？（折叠后打开滤纸的一边）

2.如何保证滤纸紧贴漏斗内壁？（滤纸不能紧贴，调整滤纸折叠角度，用水润湿）

【分组实验】搭建过滤装置并取少量河水进行过滤。

指出问题：即时拍摄学生操作中出现的问题并投屏至大屏幕。

展示图片：这些操作是否存在问题？可能导致什么后果？

【交流讨论、评价】

1.玻璃棒沿着漏斗内壁的滤纸倒入。（液体可能从漏斗和滤纸的空隙流下，未起到过滤效果）

2.漏斗下端没有紧靠烧杯内壁。（液体溅出，影响过滤速度）

3.承接滤液的烧杯不干净。（滤液浑浊）

4.液面高于滤纸边缘。（液体从滤纸和漏斗的空隙流下，影响过滤效果）

【总结】过滤操作注意事项：一贴二低三靠。

【通过唐代漉水囊的介绍，引出过滤的概念，通过演示实验和分组实验的方式让学生体验过滤操作，通过即时拍摄学生操作中存在的问题并投屏，便于学生通过交流讨论、环节评价及时发现操作中的问题并总结出过滤操作的注意事项，更好地掌握过滤基本操作。】

【问题引导】通过滤纸进行过滤可以将不溶物和水完全分离，但是在古代用漉水囊等过滤时，仍会有一些细小的泥沙颗粒通过竹篾之间的孔流入水中，影响过滤效果。直到明代，人们发现了一种神奇的物质可以解决这个问题。

【播放视频二】明矾的发现、沉降泥沙实验和沉降原理。

【问题引导】加入明矾后的现象？明矾在净水时起到了什么作用？

【归纳总结】明矾可以吸附悬浮在水中的小颗粒，变成大颗粒，通过重力作用而沉降。

问：所以大家觉得加明矾沉降放在过滤前还是过滤后更合适？

生：过滤后，聚成大颗粒后就更便于过滤。

师：我们的自来水厂其实也是先加入絮凝剂沉降不溶物，然后再进行过滤。

【开始初步构建水净化模型：先让学生结合唐代漉水囊和已有经验认识到过滤可以除去不溶物，然后通过明代明矾的发现及沉降实验让学生意识到先沉降后过滤可获得更好的效果。通过微视频解决三个问题：介绍了明代对于明矾的使用历史;明矾沉降的实验通过视频加速播放使得学生短时间内看到明显现象;通过微观动画更直观地理解明矾沉降的原理。】

【问题引导】那么在经过沉降和过滤之后得到的水是否能直接饮用呢？

生：不能，还含有致病的细菌等微生物。

问：生活中如何杀菌？

生：把水烧开。

【继续引导】随着时代的进步和技术的发展，在19世纪，人们发现了更好的消毒方式，一起来了解一下。

【播放视频三】氯气消毒及后续自来水恶臭事故。

师：通过视频介绍可知，现在我们常用的消毒手段是什么？

生：氯气或含氯物质。

【继续引导】但是如何除去水中的颜色或异味呢？生活中有什么可以除去异味的物质？

生：活性炭可以除去装修产生的甲醛等有毒气体。

【问题引导】活性炭是否可以用于除去水中的颜色？

【实验探究】活性炭脱色实验。

学生观察现象：有色溶液变为无色。

问：为什么活性炭具有如此神奇的效果？

图片展示：扫描电子显微镜下活性炭的结构图。

分析：孔状结构增大其表面积，增强吸附能力。

总结：当时美国的自来水厂也是用活性炭解决了这一问题，如今自来水厂也会在过滤处理后消毒前加入活性炭吸附环节，以提升出厂水的品质。

【通过新的问题引导，继续构建净水模型，通过历史线让学生了解19世纪氯气用于消毒的历史，并结合现代自来水厂的流程完善净水模型。通过扫描电子显微镜下活性炭的结构图让学生从微观角度理解活性炭吸附性强的原因，逐步形成宏观微观相结合的思想。】

【问题引导】从自来水厂出来的水是否就不含任何杂质了呢？

图片展示：常州自来水厂九月份的水质报告

学生分析报告：总硬度和溶解性总固体两项数值较大。

【引入概念】什么叫作硬度呢？

【演示实验】我们通过实验来感受一下水的硬度。

学生实验：分别取过滤后的水和纯净水，加入一滴管肥皂水后观察现象。

现象记录：过滤后的水加肥皂后有白色垢状物，泡沫少;但纯净水却没有垢状物。

分析总结：这是因为天然水中溶解有较多含钙镁的物质，能与肥皂发生反应形成不溶物，这种叫作硬水。

联系生活：硬水的危害。

【问题引导】生活中如何将硬水软化？（转变为不溶性杂质）

生：煮沸。

评价：煮沸除了将硬水软化外还起到了杀菌消毒的作用。

过渡：除了可溶性的钙、镁等物质，水中其他可溶性物质可通过哪些手段除去？

【播放视频四】蒸馏及反渗透技术原理及普及。

【实验探究】蒸馏等方式是否确实可以除去可溶性物质？

查阅资料：电导率越低，水中可溶性杂质也就越低。

【学生演示】使用数字化仪器对比测定自来水和蒸馏水的电导率。

对比总结：蒸馏水的电导率远低于自来水，该技术确实可以除去水中可溶性物质。

【通过如何从饮用水到纯净水的问题引入了硬度的概念，并以真实的数据和实验的方式让学生在合作探究、对比观察中感受水中存在的可溶性物质。通过微视频中蒸馏以及反渗透技术原理的介绍让学生进一步完善水净化的模型，同时了解感受科技变革给人类生活带来的改变，培养学生的科学精神和社会责任感，形成正确的科学态度价值观】

三、总结形成模型

【总结】今天我们了解了从古到今净水方式的不断革新以及除去水中杂质的手段，能否请同学们来总结净水的一般流程？（自然界的水—饮用水—纯净水）

结束语：通过今天的学习，大家在掌握知识的同时想必也感受到了科技进步给人们生活带来的改善和便利，也希望大家学好科学知识，在未来不断开拓创新，让世界变得越来越好。

教学反思：“历史线”是指在讲解化学知识点时，教师以知识的历史发展时序为背景展开课堂教学，即以物质的发现、知识的提出、性质的探索、理论或原理的发现及应用推广的历史时序展开教学。基于“历史线”，通过问题驱动的方式对水的净化流程进行模型构建有助于学生对已有知识的加工，建立新旧知识的联系并加以整合，形成更为完善的知识结构框架体系，以更好地促进其对知识的理解和应用。也让学生切身体会到科学和技术给人类带来的便利和改善，从而形成更为正面的科学态度和责任感。此外，在整个教学过程中各种数字化软件及硬件的使用使课堂学习形式更加丰富，激发了学生学习兴趣，有效促进了学生的合作学习和探究學习，促进其化学核心素养的提升。

参考文献：

张凤英，刘子忠.化学史融入中学化学课程“四线式”教学模式的构建[J].化学教育（中英文），2019，40（17）：50-57.