核心素养下的元素化合物单元教学
2022-03-17李爱琴张晓梅陈辉
李爱琴 张晓梅 陈辉
摘要：对“氯及其化合物”进行单元整体教学设计，依据教材、课标和学情分析，将核心素养的期望具体化为单元的具体教学目标，将目标融入到含氯消毒液一境到底的真实情境中，在真实情境中生成系列探究问题，驱动教学活动实施，学生在活动中不断进行证据推理，建构“氯及其化合物”的研究模型，促进学生化学核心素养的发展。
关键词：单元整体教学;含氯消毒液;化学核心素养
文章编号：1008-0546（2022）03x-0025-04 中圖分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03x.006
一、设计的背景
“氯及其化合物”选自2019年人教版化学必修第一册[1]，是所有高一学生都要学习的重要内容，氯作为典型的非金属元素，在生产生活中有着广泛的应用。本单元的学习方法为硫、氮等其他非金属及其化合物的学习埋下伏笔，且元素化合物知识是化学基本概念和化学原理的生长点。《普通高中化学课程标准（2017 年版）》要求着力发展学生的核心素养，化学学科核心素养体现了化学课程在帮助学生形成未来发展需要的正确价值观念、必备品格和关键能力中所发挥的重要作用，化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个方面[2]。课标对“氯及其化合物”的内容要求是结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解氯及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响。课标对“氯及其化合物”的学业要求如下：能从物质类别、元素价态的角度，依据复分解反应和氧化还原反应原理，预测物质的化学性质和变化，设计实验进行初步验证，并能分析、解释有关实验现象。能根据物质的性质分析实验室、生产、生活及环境中的某些常见问题，说明妥善保存、合理使用化学品的常见方法。能说明常见元素及其化合物的应用对社会发展的价值、对环境的影响。能有意识运用所学的知识或寻求相关证据参与社会性议题的讨论。一境到底式情境教学[3]，是指以一个真实的化学情境为背景统领一节课的教学，所有的问题探讨都围绕该主题进行，最终获得化学核心知识、形成一定的学科结论，发展学生化学核心素养，使立德树人的目标切实落地。
在初中，学生已经学习了酸的通性，Cl-的检测，了解了基本实验操作。通过必修一前面的学习，学生已经知道了物质类别观，离子反应、氧化还原反应的理论基础。但若不对元素化合物的知识进行模型化的建构，这些知识是碎片化的，容易遗忘和混淆。
化学核心素养的培养是随风潜入夜，润物细无声的一种过程，不是一节课两节课就能培养形成的，经仔细研读课程标准，深度挖掘教材后，将核心素养的期望具体化为如图1所示的单元教学目标和评价目标。教学重点是氯及其化合物的研究思路和方法的建构，难点是氯水成分的探究。
二、案例描述与设计意图
1.引入：需要消毒液
19年岁末年初，新冠肺炎爆发，消毒液成为家庭的必备物资，线上线下一度出现供不应求，一瓶难求的场景。化学工业为疫情防控提供了强有力的物质支撑，氯的许多化合物是高效、广谱的灭菌消毒剂，例如84消毒液。若知道了氯及其化合物的性质，你也可以自行制备84消毒液，你想自己制备84消毒液吗？今天我们就来一起学习“氯及其化合物”。
设计意图：创设真实情境，引导学生关注生活中的化学，拉近化学与生活的距离，体会化学学科的社会价值。
2.任务一：消毒液原料Cl2的认识
[教师]想要制备84消毒液首先要知道Cl2的基本性质，你见过Cl2吗？知道Cl2长什么样？展示一瓶用无色透明矿泉水瓶装满的氯气。
[学生]闻一闻，观察总结Cl2的物理性质。
设计意图：展示真实物质，在学生头脑中留下深刻图式，学生无需机械记背。
[教师]你能推测Cl2具有哪些化学性质吗？你推测的依据是什么？播放金属Fe、H2在Cl2中燃烧的实验视频进行验证。
[学生]思考并推测;通过观察实验现象，对推测进行验证;利用虚拟实验软件NB进行Cl2与其他金属、非金属的实验，最后总结Cl2与金属、非金属反应的规律。
设计意图：诊断学生认识物质的水平，引导学生从物质结构的角度推测，然后进行实验验证。
3.任务二：消毒原理探究
[教师]Cl2能否溶于水呢？在水中的溶解度大吗？
[学生]猜测回答（不溶于水∥溶于水，溶解度不大∥极易溶于水）。
[教师]往塑料瓶中注入适量水，振荡。
[学生]观察现象，（瓶变瘪了，水有点黄绿色，瓶上方的气体黄绿色变浅）。
[教师]上述现象说明了什么结论呢？
[学生]瓶变瘪说明Cl2溶于水，瓶上方还有黄绿色气体，说明Cl2在水中的溶解度不太大。
[教师]展示Cl2在水中的溶解度数据，Cl2溶于水得到氯水，Cl2溶于水是物理变化还是化学变化呢？请在图2当中用图示的形式表示出Cl2溶于水这个变化过程的微粒变化。
[学生]按要求画出微观粒子的示意图，小组分享交流。
[教师]引导学生分析：溶液具有什么特点？（均一、稳定且不带电），检查自己组画的示意图是否呈现出溶液的特点？并修正结果。
[学生]各小组修正示意图。
[教师]引导学生从粒子种类的角度分析：①Cl2溶于水是物理变化，所以溶液当中有Cl2和H2O，②Cl2溶于水是化学变化，溶液当中有Cl2、H2O、H+、Cl-，还有个别组认为还有HClO，怎样确定是物理变化还是化学变化呢？怎样确定其中的微粒呢？
[学生]化学变化有新的物质生成，溶液呈浅黄绿色，所以有Cl2和H2O。
[教师]怎样确定新物质呢？请根据所提供的试剂设计实验方案，记录在表1中。
试剂有：pH试纸，紫色石蕊试液，NaHCO3溶液，Mg条，HNO3溶液，AgNO3溶液。
[学生]设计方案分享交流，各小组根据方案进行实验，分享实验结果。
[教师]根据大家的实验结果，能确认Cl2溶于水发生了化学反应，氯水当中存在Cl2、H2O、H+、Cl-，怎样解释紫色石蕊试液遇到氯水先变红后褪色呢？
[学生]变红是因为氯水当中的H+，褪色可能是因为漂白。
[教师]具有漂白性的的物质是什么呢？
[学生]HCl应该没有漂白性，所以漂白性可能是Cl2。
[教师]往HCl中滴加几滴紫色石蕊试液。
[學生]溶液没有褪色，HCl没有漂白性。
[教师]怎样验证Cl2是否有漂白性呢？实验应该注意哪些问题？
[学生]Cl2有毒，应注意实验装置的气密性，减少Cl2对环境的污染;Cl2与水能反应，需要注意通人干燥的Cl2，实验现象要明显……
[教师]事先在针筒中塞上有色纸片，用针筒吸入干燥的Cl2，学生观察后，再吸入适量蒸馏水振荡，观察现象。
[学生]干燥的Cl2没有漂白性，所以具有漂白性的物质是Cl2与水反应生成的新物质。
[教师]Cl2与水反应生成具有漂白性的物质是什么？请从氧化还原的角度预测。
[学生]Cl2与水反应生成了HCl，氯的化合价降低，必须有元素化合价升高，可能是氧元素化合价升高生成O2，也可能是氯元素化合价升高生成HClO，但是要将H2O氧化为O2，好像比较困难，所以Cl2与水反应生成具有漂白性的物质应该是HClO。
[教师]科学实验证实这种漂白性的物质确实是HClO，请大家阅读教材，总结HClO的性质。
[学生]HClO具有强氧化性，是一种弱酸，且不稳定。
[教师]引导学生一起书写Cl2与H2O反应的化学方程式。
[学生]书写化学反应方程式。
[教师]引导学生从微粒数量的角度分析，并结合上述探究再回头判断自己画的氯水当中的微粒示意图是否需要修正？氯水具有哪些性质，有怎样的用途？
[学生]因为HClO是弱酸，部分解离出H+和ClO-，所以氯水当中还具有ClO-。HClO具有强氧化性，所以氯水具有杀菌消毒，漂白的用途。
[教师]总结氯水当中的微粒有Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-、还有水电离出的极少量的OH-，播放Cl2与水反应的微观动画。
设计意图：在氯水成分探究活动中，首先让学生进行预测，并将预测结果以示意图的形式呈现出来，此活动可以诊断并发展学生宏观辨识与微观探析的核心素养，同时学生在画示意图的过程中，对于微粒的数量有一定思考，这为学生以后学习化学反应原理，水溶液中的离子反应与平衡做了初步铺垫，培养了学生定性与定量的化学思维。然后学生亲历实验方案设计、实验验证、获得结论的完整科学探究历程，提升了学生的科学探究能力及证据推理意识。氯水漂白性的微型实验的设计，培养学生科学探究与创新意识的核心素养，环境保护的意识。最后播放氯气溶于水的微观动画，学生能深刻理解微观结构揭示宏观现象，宏观现象是微观粒子呈现的结果，培养了学生宏微结合看待问题的思维。
4.任务三：84消毒液的制备
[教师]氯水确实具有杀菌消毒的用途，但生活中为什么不用氯水消毒，而是用84消毒液呢，展示84消毒液的标签，84消毒液的有效成分是NaClO，从NaClO所属类别角度考虑，可以怎样制备呢？
[学生]因为氯水当中的HClO易分解所以不用氯水杀菌消毒。NaClO在类别上是一种盐，可以通过酸碱中和反应制得：HClO+NaOH=NaClO+NaC1+H2O。
[教师]试写出Cl2与NaOH、Ca（OH）2反应的化学方程式。
[学生]书写化学方程式。
[教师]Cl2与NaOH反应有NaClO生成，将Cl2通入到冷的NaOH溶液中这不就制备了我们常见的84消毒液吗，其还可以作为漂白液使用。同原理将Cl2通人到石灰乳中就可以获得以Ca（ClO）2为有效成分的漂白粉。
[学生]自己动手制备家用84消毒液。
设计意图：有了氯气与水反应的铺垫，在此基础上书写Cl2与碱的反应就非常轻松，发展了学生知识迁移能力;让学生自制家用消毒液，增强学习热情，体会化学的学科价值，也为下一环节做准备。
5.任务四：给84消毒液制作标签
[教师]通过前面的探究我们知道了HClO具有杀菌消毒和漂白的用途，84消毒液是如何杀菌消毒的呢？（生活中的经验：浸泡后漂白效果更好，或者滴加几滴醋酸漂白效果增强。）
[学生]思考回答（滴加几滴醋酸或浸泡是将NaClO转换为HClO），书写化学反应方程式。
[教师]请给自制的84消毒液制作产品标签，上面应该标注哪些内容呢？
[学生]结合经验回答（成分、使用注意事项、保存、生产日期、保质期……）
[教师]84消毒液使用时需要注意哪些事项？（NaClO的性质？）你是如何推测的呢？产品如何保存呢？
[学生]从价态上考虑，NaClO的中心元素Cl为+1价具有氧化性，所以不能用具有还原性的金属容器盛放，从类别上考虑，NaClO是一种盐，能够与酸发生复分解反应。
[教师]展示市售84消毒液的标签供学生对比，并引导学生对标签上的注意事项用化学原理进行解释（例如不能与酸性产品如洁厕灵混用）。
设计意图：发展学生解决实际问题的能力，引导学生调用认识物质性质的思路，并强化学生对化学品的正确、安全使用意识。
6.任务五：消毒液原料Cl2的来源
[教师]你们自制的家用消毒液所用的Cl2是老师事先准备的，若需要自己制备，该如何操作呢？说出Cl2的制备原理。
[学生]阅读教材“舍勒发现氯气”的科学史，提取信息。
[教师]知道了制备原理，该如何操作呢？引导学生回忆初中学过的制备气体的方法，再逐层引导学生进行气体发生装置、除杂装置、干燥装置、尾气处理装置的选择，最后总结气体制备的一般流程。
[学生]思考讨论交流
设计意图：结构决定性质，性质决定物质的用途、制备，形成元素化合物学习的完整思路。Cl2的制备实验，帮助学生建构实验室制备气体的一般思路，为以后学习更多物质的制备方法奠定基础，同时培养学生知识的迁移能力，诊断并发展学生的实验水平，培养学生绿色化学的理念。
7.任务六：归纳总结
[教师]请梳理本单元“氯气及其化合物”的性质，用图示的形式呈现（图3），并表示出主要物质间的转换关系，写出对应的化学反应方程式。
[学生]汇报交流。
设计意图：将物质的性质从类别与价态角度进行建构知识网络，进一步发展学生认识物质的模型，促进知识的结构化，使化学核心素养得到发展。
三、教学反思
化學核心素养的培养是随风潜入夜，润物细无声的过程，需要仔细研读课程标准，深度挖掘教材，将核心素养的期望化为具体的教学目标，据此采取合乎核心素养培养的教学方式，在真实的教学情境中，生成系列探究问题，利用实验探索“氯及其化合物”的性质。本教学设计创设真实教学情境，一境到底：需要生产消毒液→消毒液原料Cl2的认识→消毒原理的探究→消毒液的制备→给消毒液制作标签→消毒液原料Cl2的来源。将氯及其化合物的知识高度融合其中，知识脉络分明：Cl2的性质→Cl2与水反应→HClO的性质→Cl2与NaOH反应→NaClO的性质→Cl2的实验室制法。此设计将核心素养的要求融入单元整体教学当中，“教、学、评”一体化，系列探究活动引导学生将被动接受知识转为自主探究获取知识，突破氯水成分的难点;在活动中学生宏微结合进行逻辑分析，不断进行证据推理与模型建构，形成氯及其化合物的研究思路和方法。
参考文献
[1]人民教育出版社，课程教材研究所，化学课程教材研究开发中心.普通高中教科书（化学必修第一册）[M].北京：人民教育出版社，2019：41-46.
[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017 年版2020年修订）[S].北京：人民教育出版社，2020.
[3]孙永辉，周国军，龚仁宗等.一境到底主题式情境教学模式及其应用[J].化学教与学，2021（7）：2-4.
