基于真实生活问题情境的化学活动课设计——以“氯气的性质与应用”教学为例

姚昊天 陈迪妹

(温州大学化学与材料工程学院 浙江 温州 325035)

1 设计背景

1.1 化学活动课现状

现今我国将基础课程划分为基础型课程、拓展型课程和研究型课程，其中拓展型课程和研究型课程的教学形式、过程与活动课程紧密联系。我国自上个世纪90年代提出开设活动课程以来，各地开始注重活动课的研究。[1]在查阅大量资料后发现，虽然活动课程的许多方面已取得较大的进步，但对各学科具体开展的活动课研究较少，专门的理论著作也不多。同时中学的教学课时量大，教学科目多，对开展化学活动课的难度较大。

1.2 重视“素养为本”的教学

根据普通高中化学课程标准(2017年版2020年修订)指出：倡导真实问题情境的创设，开展以化学实验为主的多种探究活动，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。[2]所以基于学生认知，提倡真实问题的情境，让学生真正的将化学所学习的知识投入到自己日常生活中，这样就不会偏离“知识源于生活”这一条基本理论。同时课堂教学是以教师的导和学生的学构成的双边活动，充分发挥教师的引导与学生主体的作用。

2 教学过程中出现的问题

中学教学中，许多教师在本节课中一般选择通过观看视频代替课堂演示实验。究其原因，首先是氯气的制取与性质实验需要装置和器材较多，在课堂中演示所花费的时间较长，这会影响教学进度。其次氯气是有毒有刺激性的气体，一旦在课堂中泄露，对学生和老师的健康有危害。此外该装置试剂的使用量较大，造成试剂浪费。

3 教学过程设计

环节一：利用生活情境，引入所学物质

【案例分析1】在每个人的家中，都有“洁厕灵”和“84消毒剂”，它们给我们带来了干净的环境。但如果没有正确使用，就会带来意想不到的问题，甚至会威胁人的生命安全。(视频链接：https://tv.sohu.com/v/MjAxNTEwMTMvbjQyMzA4MTE1MS5zaHRtbA==.html)

【过渡】“洁厕灵”和“84消毒剂”混合后生成的气体是什么？其实就是氯气。虽然大家知道氯气给人带来一定的危险，但它在我们的生活中扮演着重要的角色。今天我们就一起学习“氯气的性质与运用”。

设计意图：新闻导入本节课的学习主体，能尽快地吸引学生的注意力，激发学生的思考与讨论，从而对本节课学习的内容更有兴趣。

环节二：创设生活情境，实验验证假设

【提问】取一瓶集满氯气的集气瓶，你能观察到什么物理性质？可以从颜色、状态、气味等角度思考。

【答案预测】氯气是黄绿色，有刺激性气味的气体。

【实验探究A】大家都知道氯气是有毒气体，那我们要采用什么方法判断气味？我们学习过的方法是扇闻法。因为气体有一定的毒性，那老师来演示扇闻法的操作过程：用手轻轻在集气瓶的瓶口扇动，使极少量气体飘进鼻孔。

【案例分析2】阅读以下材料，你发现了氯气的什么物理性质？

1915年4月22日，德军与英法联军在比利时的伊普尔对峙。黎明时分，英法联军前线的士兵突然听到一阵爆炸，紧接着看到一股黄绿色气体从空中降落下来。很快，战壕里的士兵们感觉双眼有强烈地刺激，咳嗽响成一片，数百名英法战士窒息死亡，数千名士兵双目失明。这就是战争史上的第一次化学战，从此化学战作为最邪恶的战争被写入了人类战争。

【答案预设】从“黄绿色气体从空中降落下来”可以看出氯气的密度比空气大。

【提问】氯气能不能溶解在水中？

【实验探究B】向装有氯气的集气瓶中加入一些水，塞上橡胶塞摇晃，观察瓶中的变化。

集气瓶中的气体颜色变淡，水由无色变为淡黄色。这说明氯气部分溶解在水中。

【性质总结】氯气是一种黄绿色，有毒有刺激性气味，密度比空气大，能溶于水的气体。

【案例分析3】假如你在现场，该怎么撤离？

新华网报道：2005年3月29日，京沪高速公路淮安段一辆满载氯气的液罐车和对面来车相撞，大量氯气外泄。据目击者描述：一股黄绿色的气体就像探照灯光一样，“唰”地射向高空，足有5米高，并有刺鼻的味道。

【答案预设】我们应该用水打湿的毛巾捂住口鼻，并向着上风口和高处疏散。

设计意图：在探究氯气的物理性质时，教学思路是观察物质外观→预测物质性质→实验与观察→解释及结论。用真实案例分析氯气的物理性质，让学生树立起严谨的化学态度，同时对学生进行安全教育，提高学生的安全意识。

环节三：性质实验探究，总结归纳通性

【回顾旧知】大家回忆氯在元素周期表中的位置？你能画出氯的核外电子排布吗？

【答案预设】氯位于第三周期VIIA族，核外电子排布为：

我们发现氯最外层电子是7个，容易得到1个电子形成8电子的稳定结构，因此会表现出强氧化性。所以氯气是一种化学性质非常活泼的气体单质。

【传递思想】在学习中大家要有：“结构决定性质，性质决定用途”的思想。结构给氯气带来了活泼的性质，也就有了许多用途。

【实验探究C】氯气与金属、非金属单质反应(以氯气与铁单质反应改进实验[3]为例)：

(一)实验器材：

试剂：高锰酸钾、盐酸(10%)、氢氧化钠溶液、铁丝

器材：酒精灯、抽滤瓶、橡胶塞、止水夹、滴管、气球

(二)实验步骤：

(1)在气球中加入一定量的氢氧化钠溶液，将其固定在支管处并夹上止水夹。向抽滤瓶中加入1g高锰酸钾。

(2)用试管向抽滤瓶中滴加半滴管盐酸，待产生的黄绿色气体快蔓延至瓶口时，迅速塞上无铁丝的橡皮塞。

(3)另取连有螺旋状铁丝的橡皮塞,加热铁丝至红热状态,替换步骤(3)中橡皮塞，观察现象。

(4)待反应结束后，打开止水夹，用氢氧化钠溶液吸收多余的氯气。

(三)实验现象：

铁丝在氯气中燃烧放出大量的热，同时放出棕黄色烟雾。

【实验总结】氯气与金属、非金属反应的实验总结：

表1 不同物质与氯气反应实验总结

【过渡】氯气可以和非金属单质和金属单质反应生成相应的氯化物，还有什么物质可以和氯气反应？

【案例分析4】市政自来水中要保持一定量的余氯，以确保饮用水的微生物指标安全，防止自来水出厂后可能导致“二次污染”。但超过一定量的氯，就会对人体产生危害，且带有难闻的气味。自来水余氯含量标准要一直保持在≥0.05mg/L的范围，这是国家水质标准。

【提问】为什么氯气溶解在水中能杀菌消毒？这是因为氯气可以与水发生反应：

生成的HClO是弱酸，但它具有强氧化性，会杀死细菌和病毒，从而起到净化水质的作用。

【提问】在次氯酸中还具有一个新的特性——漂白性。观察思考书本P43实验2-8(1)，想一想两张有色纸条各会有什么样的变化？

【答案预测】湿润的有色纸条会褪色，而干燥的有色纸条不会褪色。因为湿润有色纸条中的水会与氯气反应生成次氯酸，从而让纸条的颜色褪去。

【提问】想一想在这个实验中有什么不足之处？

【答案预测】

(1)用两个集气瓶做两次实验，对比的效果不好；

(2)做完实验后剩余的氯气没有及时处理，有泄漏的风险；

(3)氯气需要提前制取，有保存等问题。

【小组讨论】探讨本实验的改进实验，并小组汇报，选出最佳方案进行演示实验。(预设小组讨论时间为10分钟)

【实验探究D】氯气漂白性实验改进：

(一)实验器材：

试剂：高锰酸钾、盐酸(10%)、氢氧化钠溶液

器材：抽滤瓶、橡胶塞、气球、止水夹、注射器、燃烧匙、淀粉碘化钾试纸、两张蓝色石蕊试纸

(二)实验装置：

图1 氯气漂白性实验改进实验

(三)实验步骤：

(1)在气球中装有氢氧化钠溶液，并用止水夹夹在抽滤瓶支管处。

(2)向抽滤瓶中加入1g高锰酸钾，并如图在燃烧匙贴上淀粉碘化钾、干燥和湿润的蓝色石蕊试纸，在注射器中加入一定量10%盐酸，同时将燃烧匙、注射器插入橡胶塞中。

(3)向下挤压注射器，观察记录抽滤瓶中试纸的现象。

(4)实验结束，打开止水夹，用氢氧化钠溶液吸收尾气。

(四)实验现象：

实验装置中出现黄绿色气体，潮湿的有色纸条褪色，而干燥的有色纸条没有发生变化。

【案例分析5】次氯酸是一种强氧化剂, 能杀死水里的细菌，所以自来水常用氯气 (1L水里通入约0.002g氯气)来杀菌消毒。次氯酸能使染料和有机色质褪色，一般用作漂白剂、氧化剂、除臭剂和消毒剂。在生物学中，次氯酸被嗜中性白细胞用来杀灭细菌。它被广泛用于游泳池的含氯消毒剂产品。次氯酸主要作为消剂使用，被广泛用于物体表面、织物等污染物品以及水、果蔬和食饮具、养殖去臭杀菌、衣物异味去除等。

【提醒】次氯酸的用途非常广泛，但是次氯酸容易分解，只存在于水溶液中。

化学方程式：

设计意图：在这一环节中，从氯的结构引入，再由“结构决定性质，性质决定用途”这一条途径开展。在讲解新知识的过程中创新了两个实验，第一个是铁丝在氯气中燃烧，第二个是氯气漂白性的验证。在学生小组讨论思考下，引导学生改进实验装置，之后在讨论的结果中选取一个最佳的改进实验进行演示操作，让每一位学生能从实验中感受到氯气的化学性质，也帮助学生了解掌握氯气的性质。

环节四：对比物质异同，寻找不同用途

【案例分析6】次氯酸极不稳定，是很弱的酸。储存条件也是影响次氯酸稳定性非常重要的因素，如温度、紫外线、包装容量等。温度对次氯酸稳定性的影响巨大。超过40℃时次氯酸的分解加快，因此低温有助于次氯酸水保存；紫外线会加速有效氯的耗散，因此盛放次氯酸的容器应避免采用透明瓶；包装容量对次氯酸的稳定性也有影响，在54℃条件下做加速测试时，容量越小的其有效氯浓度下降越快。[4]

【过渡】这给人们的生产生活带了许多不便。次氯酸容易分解，对保存的环境、温度等都要求非常多，对人类工业生产不友好，因此人类就开始寻找代替次氯酸的物质。

人们将Cl2与H2O的反应改成了Cl2与NaOH溶液反应，得到了一种物质也具有漂白性，他就是次氯酸钠。

化学方程式：

虽然次氯酸钠也会分解，但是分解速率远远低于次氯酸，比次氯酸稳定得多。

同时，人们把氯气通入冷的石灰乳中Ca(OH)2中，也有次氯酸盐生成。

化学方程式：

Ca(ClO)2和CaCl2这两种物质的混合物叫做漂白精。

【总结归纳】次氯酸、次氯酸钠、次氯酸钙的用途比较：

表2 三种物质的用途比较

设计意图：化学的教学活动必须建立在学生已有的知识水平和认知上，这样才能激发起学生的学习兴趣[5]。从生活中的例子出发，将所学的知识点与课堂知识结合，让学生知道化学就在我们身边。

环节五(课外)：实地走访观察，了解工业用途

在课后对本节课的探讨并没有结束。课堂中我们学习过了次氯酸盐等物质是优秀的净水剂，通过它们可以很好地帮助我们净化水质，杀菌消毒，而课后就可以通过走访附近的自来水厂、污水净水厂等企业，近距离感受这些课本上的物质是如何在我们生产生活中使用的。

初步制定活动的教学目标，教学目标偏向认知方面：

(1)通过走访调查净水厂净水一般步骤，感受氯气等物质在其中的作用。

(2)通过净水厂的参观学习，树立起节约用水的意识，增强学生保护环境的意识。

在课后可以让学生撰写相关的文章，不局限于参观净水厂感想，还可以涉及水源水质调查类报告，氯气在人类生产生活中的其他应用论述小论文，保护水资源的主题海报等内容，将主动权交还给学生，从而培养学生的合作、分析与解决问题的能力。

4 化学活动课程评价

评价是教学活动中不可缺少的部分，在教学过程中对学生和教师也起到了一定的导向作用，活动课程的评价不仅是学业成绩的评价，更是对于学生实践操作能力，问题分析解决能力等方面的综合评价。如何进行科学有效的评价，让每位学生都能得到充分的发展，是每位教师需要考虑的问题。

表3 化学活动课程的评价表l

5 总结

在传统的化学课堂中，教师的主要任务便是帮助学生掌握化学的知识点，督促学生理解所学知识，而这种课堂的氛围会压制学生学习的积极性。活动课程的优势相较于普通课程来说，更多的体现在将课堂的主动权交还给学生，形成“以学生为中心”的课堂氛围。同时，课堂的形式也不在局限，可以通过课前中后三块部分来对于学生进行指导，将学习的权利交还给学生自己手上。