基于项目式学习的氯气泄漏事故的科学处理教学实践

2022-11-30北京丁建华谭德山

教学考试(高考化学) 2022年6期

北京丁建华谭德山

一、问题的提出

《普通高中化学课程标准(2017版2020年修订)》明确表示开展“素养为本”的教学，学生在获取知识和技能的同时形成学科核心素养。“真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台，也为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会”。因此选择与学生的生活环境、知识背景相关的、有社会现实意义的情境进行教学，开展以化学实验为主的多种探究活动，对于激发学生的化学兴趣，促进学生学习方式的转变具有至关重要的作用。

项目式学习，是理论与实践的结合，以建构主义理论为指导，以小组合作规划和解决项目任务为学习方式。秉承“做中学”的理念，让每个学生在解决真实问题情境中发展“理解和运用化学”的能力，利用化学认知和新视角来识别、分析、解决与化学有关的社会生活和学术问题，锻炼学科思维。因此项目式学习，更有利于学生学习方式的改变，更能促进学生化学学科核心素养的形成和发展。

课标中还增加了情境素材建议，如氮肥的生产与合理使用；食品中适量添加二氧化硫的作用(去色、杀菌、抗氧化)；含氯消毒剂及其合理使用；氯气、氨气等泄漏的处理；酸雨的成因与防治；汽车尾气的处理等。项目式学习可以使这些情境素材发挥最大的功能。

通过《项目——氯气泄漏事故的科学处理》的学习，应用氯气相关性质设计应急救援方案，探秘化学生氧型防毒面具，设计实验等环节，学生的“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”等学科核心素养得到很好发展。

二、项目主题的选取

氯气和氯的化合物在生产、生活中被人们广泛地使用。但是由于氯气有毒，如果使用或处理不当，可能造成危害及事故，因此使用氯气和氯的化合物不仅要注意安全，更需要深入的了解、研究氯气和含氯化合物的性质。社会上氯气泄漏事件每年都有发生，希望学生能够利用自己所学的化学知识，掌握有害物质泄漏事故的救生措施及处理方法。

本次教学设计是以氯气泄漏事故的科学处理为项目的学习活动，以氯气的部分性质为依据，设计氯气泄漏事故的紧急救援方案，通过真实的处理过程中遇到的问题不断改进，并设计实验方案探究改进的效果，分析原因。基于真实情境提出化学问题，预测性质、设计实验、绘制实验装置探究碱吸收氯气的效果比水好，融入控制变量，对比实验等方法，发展学生证据意识、创新意识和实验探究设计水平。同时通过氯气有毒的性质、氯气的用途及过氧化钠的用途，认识到要学好化学知识并正确运用，才能让资源更好地为人民服务，从而发展社会参与意识，建立社会责任感。

三、学情分析

对我校部分高中学生进行调研，大多数学生从新闻或网上听说过氯气及氯气泄漏事故，印象更为深刻的是氯气的危害，但是有较少学生会去思考氯气泄漏事故涉及的地点广泛(医院、自来水厂、鱼塘、造纸厂、化工厂、游泳馆)的原因，几乎没有学生知道当氯气泄漏之后如何处理，仅是回答跑，逃离现场。可见，虽然学生们已经完成了氯气部分性质的学习，但多数学生缺乏将所学化学知识应用到实际情境中的能力、分析处理问题的科学态度与社会责任。教学中需要给各个小组提供时间和空间，小组内充分交流，相互补充。

四、项目教学目标

1.通过氯气泄漏事故的科学处理方案设计和过氧化钠在呼吸面具中的作用，感受化学物质及其变化的价值，发展并诊断学生解决实际问题的能力和对化学价值的认识水平。

2.通过真实的情境提出化学问题，设计实验探究氯气与氢氧化钠反应，体会实验对认识和研究物质性质的重要作用，发展证据推理意识。

3.通过实验探究活动，体会对比实验和控制变量的方法在学科中的作用，体验科学探究的过程和研究物质性质的方法，发展学生的实验探究设计水平和创新意识。

4.通过对含氯物质、过氧化钠性质和用途的学习，体会化学对生活、环境保护的重要意义，增强学生的社会责任感。

五、项目学习流程规划

本项目进行了“课前—课中—课后”的学习活动设计：

课前：学生依据情境素材，以小组为单位设计救援方案。

课中：具体流程图如图1：

图1

课后：依据课上的改进措施，完善应急救援方案。

六、实施过程

(一)课前活动

情境：约20年前氯气泄漏事件，侦查如下：

①一个液氯钢制储罐泄漏，储量0.1吨

②氯气泄漏后20 m内草木枯黄

③村庄地处半山区，工厂内有水池

④村民500人，附近有小学

活动：

1.各小组扮演消防指挥部，根据侦查结果和氯气性质设计应急救援方案。

2.思考处理方案的依据是什么？

【设计意图】让学生应用所学的部分氯气的相关知识和生活经验，在真实的情境中，模拟消防救援过程，体会化学在处理消防事故，保护生命安全方面的重要意义，发展并诊断学生解决实际问题的能力和对化学价值的认识水平。

(二)课中活动

教学环节1：2014—2019年我国氯气的产量及增速图像

图2

【教师】从这张图中你能看出什么信息？

【学生】从2014—2019年我国液氯的产量情况整体呈递增的趋势，而且产量很大。

思考：氯气有毒，但产量高，说明什么？

【学生】氯气用途广泛，是重要的化工原料，用于制备盐酸、消毒剂、漂白粉、农药等。但氯气有毒，如果使用不当就会发生安全事故。

【设计意图】通过数据事实和生活举例，让学生感受氯及其化合物在社会生产、生活中的广泛应用和重要作用，彰显化学科学的社会价值。

教学环节2：氯气泄漏应急救援方案展示

学生活动1：学生根据本组方案汇报，小组间相互评价、补充、形成思路。

汇总梳理思路如图3所示：

图3

【设计意图】巩固氯气相关知识，依据氯气性质，围绕氯气的处理、科学防护、疏散救人三个方面展开应急救援方案设计，感受学以致用，并形成处理有害物质污染的思路，增强社会责任感。

教学环节3：探究氯气与碱的反应

情境：消防员开始如我们设想的一样，将液氯罐取出，投入水池中，并不断喷水，但效果并不理想，地上聚集了大量黄绿色的液体，水池中半小时后也开始冒黄绿色气泡。专家提出建议，向水中添加某种物质解决上述问题。

图4

思考：从氯气与水反应的产物看，加入的白色粉末是哪类物质？

【学生】由于氯气与水反应生成两种酸，因此可能加入的是碱。

学生活动2：设计实验证明碱溶液比水吸收氯气的效果好(设计实验方案，绘制实验装置图)。

温馨提示：氯气有毒，设计实验要注意防止漏气；现象明显；对比实验要注意控制变量。

学生小组讨论，设计实验，绘制实验装置图，展示结果，并根据结果评价出最优方案。

图5

教师按照学生的最优方案演示：分别向两个装满氯气的矿泉水瓶中，注入5 mL氢氧化钠溶液和蒸馏水，充分振荡，观察。

【学生】观察到注入氢氧化钠溶液的矿泉水瓶黄绿色消失明显，瓶变瘪程度大。说明消耗氯气多，因此实验证明碱溶液比水吸收氯气的效果好。

归纳：探究物质性质的方法：提出假设—设计实验—完成实验—获取证据—得出结论

思考：为什么用碱液吸收效果好呢？

图6

【教师】化学中有很大一类反应，不能反应彻底，如果生成物与其他物质继续反应，则该反应能进行彻底。

思考：为什么氢氧化钙也能用于吸收氯气？尝试写出氯气与氢氧化钙的反应。

【学生】氢氧化钙与氢氧化钠都是碱，利用氯气与氢氧根离子反应。

思考：为什么处理现场撒的是熟石灰而不是氢氧化钠粉末？

【学生】氢氧化钙的价格更加便宜，生产、生活中更为常见。

【设计意图】学生体会在真实情境下提出化学问题，建立与化学知识的联系，预测性质、利用对比思想设计实验方案、绘制实验装置和观察实验、获取证据等过程，体验研究物质性质的方法，体会科学探究的过程，发展学生证据意识、创新意识和实验探究设计水平。同时树立学生安全意识、环保意识、社会责任感。

教学环节4：探秘过氧化钠在呼吸面具中的作用

情境：戴了过滤式防毒面具，却仍有多位战士中毒倒地。

【资料】化学事故中，若毒气浓度过高时会“击穿”滤毒罐，几分钟内便失去滤毒效果，另外氧气含量低于18%时亦不可使用，必须采用隔离式呼吸面具。

思考：请简单分析隔离式呼吸面具的特点。

【学生】①隔离密封②保证呼吸

【资料】有一种化学生氧型呼吸面具，其中物质只有Na2O2，佩戴者只需要呼吸就可解决供氧问题。

学生活动3：设计实验证明过氧化钠可以和呼出的物质反应并且有氧气产生。

视频演示：过氧化钠与水反应

【设计意图】初步了解基于真实问题情境研究物质性质的思路方法，再次感受化学科学与技术应用在解决和保障人类生产生活方面的重要意义。

(三)课堂小结

项目小结：随着科技的进步，我国处理氯气泄漏事故的措施日渐成熟。

图7

反思：这个事故处理给了我们什么启示？

【学生】讨论可能的答案：了解物质的性质，学以致用。对化学药品要有安全意识等等。

【设计意图】帮助学生再认识化学与人类生活的密切关系，用理论解决实际问题的能力。同时展示化学对国家发展的贡献，在保护人类安全方面起到的重要作用。

课后作业：制定完善的氯气泄漏的应急方案。

学生作业展示：

图8

图9

七、教学反思

(一)在项目式学习中落实化学学科核心素养

项目式学习倡导以学生为主体，让学生在真实的问题情境中去实践，在获取知识的同时落实学科核心素养。本节课在氯气泄漏事故的科学处理的项目主题下，让学生扮演消防指挥部设计救援方案，了解有害化学品泄漏的处理思路，将所学的化学知识用于解决实际问题，引导学生主动参与与化学相关的社会议题，发展“科学态度与社会责任”的学科核心素养。通过对氯气泄漏处理方案的完善，学生以小组合作的方式展开讨论，进行实验方案的设计，强化学生的“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”学科核心素养。