IHV教学模式融入 “氯及其化合物”的教学设计

乔莹慧，马占玲

（渤海大学 化学与材料工程学院，辽宁 锦州 121000）

《普通高中化学课程标准》（20217年版）和《义务教育化学课程标准》（2022年版）都十分强调学生的批判思维训练和批判精神培养，而化学史内容的学习是批判性思维的重要培养方式［1-2］。IHV是Interactive Historical Vignettes的缩写，即互动历史小故事，是由美国学者Linda和Wandersee等提出的［3］，如图1所示。该教学模式重视化学史在课堂中的融入，且以学生感兴趣的的小品演绎形式展现，将化学史融入到化学课程中［4］。

图1 IHV教学模式设计流程

1 教材与内容分析

“氯气的性质”是人教版（2017）高中必修第一册第二章“海水中的重要元素——钠和氯”第二节“氯及其化合物”的第一课时［5］。学习“氯气的性质”是学习非金属及其化合物的开端，可以帮助学生建立起从个性到共性、从特殊到一般的归纳能力，可以培养学生科学探究能力和证据推理能力，并帮助其树立利用化学知识促进社会发展的价值观念。

用氯气相关化学史引入来展开对氯气性质的探究，便于引导学生总结化学家的探究经验，认识并学习他们身上的批判精神和科学探究精神［6］；从氧化还原角度分析氯气的化学性质，并用氧化还原的方法书写相关化学反应方程式，有利于学生应用和巩固原有的知识技能；对氯气性质的科学探究和实验验证，为之后研究卤族元素和元素周期律提供知识和方法基础。人教版新教材从氯气发现史引入氯气的性质，并从原子结构角度出发，深入介绍氯气，帮助学生建立“结构决定性质”的化学思想。

2 学情分析

学生在初三化学的学习中已深入掌握了原子结构示意图的相关内容，具备了问题分析能力和实验探究能力，但对于科学探究的方法掌握不足，对具体问题的解决能力有待进一步提升。同时，学生在此之前学过的离子反应和氧化还原反应知识，可以帮助学生完成相关化学方程式书写和对氯水成分的探究，以及完成从元素化合价的角度分析物质变化。因此，满足从原子结构角度和氧化还原角度出发，通过实验验证和科学探究来学习氯气性质的条件。

3 教学目标分析

1）通过对氯气化学史的学习和情景演绎，并结合对相关原子结构示意图分析、相关实验探究和证据推理，充分了解氯气的物理性质、强氧化性，以及其与氢气、水等反应的化学性质。

2）通过分析实验现象及相关化学史材料，培养分析、解决问题的能力及信息提取、理解能力；通过对氯气与水反应的实验探究，掌握科学探究的思维和方法；通过对氯气化学性质的探究，培养科学探究和证据推理的科学素养。

3）在对化学史的解读、分析和演绎中，深刻体会化学家科学探究精神，感受批判精神在科学发展中的重要作用，认识化学对人类社会的巨大影响，从而树立运用化学知识，促进社会发展的价值观。

4 化学史故事编制

4.1 编制过程

首先，通过文献检索、书籍阅读及电子媒体搜索，明确氯及其化合物的相关化学史材料，将材料按照时间线排列，并找出各素材之间的内部联系；其次，通过对课标、教材、学情及相关实践经验课等资源的分析，全面把握“氯及其化合物”的课题学习中学生所需要掌握的知识和具备的能力，并明确学生相关化学史的基础，从而选出对应史实材料；最后，根据史实材料内部联系和学科知识学习的情景需要，将史实材料深度加工为富有趣味的五个化学史故事片段。

4.2 实施办法

课前一周，教师将人物介绍和故事片段介绍发放给学生，学生可以根据人物介绍和个人兴趣自行选择扮演角色，并根据故事片段相关介绍组织排练。排练过程中可根据查阅的资料和自身特点对故事片段进行改编；表演过程中，教师可根据课程进行的需要打断表演，增设证据推理、实验演示和实验探究等活动，来丰富课堂内容完善教学过程；课程接近尾声时，教师和学生根据课堂表演做出讨论和分析，对科学家在科学探究中所表现出的创新精神和批判性精神等做总结和感悟分享。

5 IHV融入的教学设计

5.1 准备环节

课前一周，发放人物介绍。

1）舍 勒——（Carl Wilhelm Scheele，1742-1786），一位喜欢“品尝”化学元素的天才化学家，曾任瑞典皇家科学院院士。他一生完成了近千个实验，氧、氯、氟、氨、氯化氢、钨酸、钼酸和砷酸等都是他发现的。但他有个不好的习惯，喜欢亲自“品尝”一下发现的新物质，曾因吸过有毒的氯气，使身体受到严重伤害［7］。舍勒去世后，从他的死亡证明来看，应是死于汞（水银）中毒，他是一位为化学献身的伟大科学家［8］。

2）贝托莱——（C.L.Berthollet，1748-1822），为质量守恒定律和化学平衡原理的诞生做出过巨大贡献的化学家［8］。化学动力学和化学作用力是他毕生的重点研究方向。作为舍勒的好友，他们经常在一起讨论相关学术话题，因此他深化了舍勒的研究并将氯气推广到漂染工业中，也正是在推广过程中让他对真正起漂白作用的物质有了突破性认识［8］。

3）盖·吕萨克——（J.L.Gay-Lussac，1778-1850），一位曾与德国化学家洪堡各国访问、与英国著名化学家道尔顿长期进行深刻辩论的化学家［9］。他在对碘、硼和硫的一系列化学物质的研究中都获得了重大成果，著名的银量法就出自他之手［9］。他与好友泰纳曾与氯元素的发现近在咫尺，却因思维受限与伟大发现失之交臂。

4）戴维——（H.Davy，1778-1829），一位自学成才的著名化学家。15岁他就自学物理和化学，从此踏上了为科学献身的道路。他一生中成果丰厚，但最伟大的成就离不开它的宝剑——电解法，并用它发现了很多元素［10］。同样也是电解法让他解开了氯元素的面纱，同时氯元素也送给了他一份大礼——在英国皇家学会上批判性的纠正了拉瓦锡关于酸的不全面认识［10］。

5）哈伯——（Fritz Haber，1868-1934），一位历史上最具争论的化学家，或称为天使与恶魔并存的化学家。他既是用空气制造面包的圣人，又是用化学武器给人类带来痛苦、死亡和灾难的的恶魔［11］。他一生在电化学还原、电极过程的本质、燃料本质、铁的腐蚀、固氮方法等很多方面都做出了巨大贡献［11］。但是，他却不顾妻子劝阻，做出了最不人道的行为，将几代化学家历经磨难发现的氯气用于第一次世界大战，遭到各国人民一致谴责。

5.2 第一课时

环节一：故事展示，史实重现。

故事片段一讲述人：舍勒。讲解内容：18世纪70年代，瑞典化学家贝格曼 （T.Bergman，1735-1784）每天沉迷于对软锰矿的研究，但毫无进展，于是他找到了我。我出于对化学的热爱，在他的推荐下对软锰矿一研究就是三年。三年后一天，我突然发现把软锰矿和浓盐酸混合加热，能反应生成一种黄绿色有刺激性气味的气体，搞得我肺部极其难受，而且这种气体还可以将附近的叶子和花朵漂白。我猜测这种气体有毒，于是将其收集起来，放入了一只蚱蜢，很快，蚱蜢就奄奄一息。但由于当时的我虔信燃素学说，认为这是由于“脱燃素的锰”从盐酸中夺去了“燃素”而产生了这种气体，因此我将这种气体取名为“脱燃素的盐酸”。

故事片段二讲述人：哈伯。讲解内容：在舍勒发现氯气的一百多年后的1915年，正是第一次世界大战期间，此时德军沉浸在准备武器的压抑气氛中。德军将领找到我，希望我能用化学方法帮帮他们，我犹豫了一下还是答应了。我考虑到氯气毒性较强，且密度比空气大，只要英法联军是处于下风口，我们释放这种气体，就能不费一弹一枪获得胜利。于是第二天，在伊普尔第一次大规模使用化学武器，一万一千多名英法士兵中毒身亡。但是，第三天对加拿大军队同样释放氯气时却没有效果，后来得知是加拿大化学家发现了我方的手段后，便让士兵提前带上了湿毛巾，并告诉士兵们，一旦发现有黄绿色气体，就用湿毛巾捂口鼻，往高处走。

环节二：提出问题，开展讨论

【教师】指出该黄绿色气体就是氯气，并提出以下问题：

1）通过故事和直观感受氯气，氯气可能具有哪些物理性质和化学性质？2）实验室闻氯气应该怎么闻？3）为什么一定要英法联军的士兵处于下风口？4）加拿大士兵为什么要用湿毛巾捂口鼻，往高处走？

【学生】就以上问题进行讨论，得到氯气是一种黄绿色有刺激性气味的气体、密度大于空气的物理性质和氯气有毒且具有漂白性的化学性质，并推测氯气可溶于水或与水发生反应。

环节三：复演历史，制备氯气

【教师】根据学生得到的氯气相关性质引导学生总结制备氯气的注意事项，并对除杂和尾气处理等各个环节做出提示。

【学生】学生根据教师提示和史实描述，自行设计制备氯气的实验装置，完成制备氯气的实验。

5.3 第二课时

环节一：结构出发，明确性质

【教师】引导学生画出氯原子的结构示意图，并提问相关性质。

【学生】从结构示意图中推断出氯气是一种很活泼的非金属单质，具有强氧化性。

【教师】演示氯气和钠、铁、铜单质点燃的实验，提问相关性质，引导学生完成相关化学方程式书写。

【学生】讨论并总结出氯气与变价金属反应会生成金属高价氯化物。

环节二：故事展示，拓展认识

故事片段三讲述人：盖·吕萨克。讲解内容：1809年，偶然之间我和泰纳也对这种气体产生了兴趣，由于采用各种方法都无法分解这种气体，便尝试将其与氢气混合，结果发现无论是静置数日，还是加热或者露置日光下，都生成了氯化氢，但是却没有水产生。因此我们批判了之前的认识。但是当时我们坚信拉瓦锡的氧化理论中“一切酸中均含有氧”的观点，没有尊重实验事实，而认为这种气体是某种“基”的氧化物。

【教师】演示氯气在氢气中燃烧实验，指出该方法也广泛应用于现代的工业制盐酸中；引导学生对燃烧的定义和条件给出新的解释。

【学生】完成方程式，总结出燃烧是可燃物和助燃物（氧化剂）发生的剧烈的一种发光、发热的氧化反应，不一定要有氧气参加。

环节三：史实出发，实验验证

故事片段四讲述人：贝托莱。讲解内容：在了解舍勒对“脱燃素的盐酸”的研究后，我将其用于纺织工业漂白。但是工人实践中发现，仅是这种气体还不能漂白布料，必须将它溶于水才有作用。于是我便做了实验来验证，我将这种气体溶于水中，分别给他加热和在阳光下观察，发现都能生成氯化氢、放出氧气。因此我又给了它一个新的名称，盐酸和氧之间“联合松驰的化合物”。

【教师】提示氯气溶于水则被称为氯水，其漂白作用的新物质是次氯酸（HClO）。并提出一下问题：

1）根据史实你能找到哪些与氯水成分探究的相关线索？2）对自己的猜测和实验验证你能做出哪些实验验证？请完成相关验证证明氯水成分。3）请写出氯气与水反应方程式。4）推测次氯酸性质，完成次氯酸分解化学方程式。

【学生】小组讨论，并设计实验探究，解决问题。

5.4 第三课时

环节一：情景出发，内容回顾

【教师】用疫情期间使用的84消毒水和校园湖中使用的漂白粉事件引入氯气与碱的反应，引导学生参考氯气与水的反应完成方程式。

【学生】对三节课来所学习的氯气性质和制法的学科知识点进行总结。

环节二：纵观史实，情感升华

故事片段五讲述人：戴维

讲解内容：众所周知，我用电解法发现了很多元素，之后对这种被大家长期质疑的气体也进行了研究。起初我也认为氯气比盐酸中含有更多的氧，但当我用电解法使电流通过氯气放电几小时后，发现该气体是无法分解的，因此证明它是一种单质，并不含有氧气。但这一研究的结果竟然出乎了包括我在内的所有人的意料，也正是这一研究，让化学界对酸的本质有了一个更为准确的认识。

【师生】纵观氯气发现史，对化学史实材料中所体现的科学探究方法、问题思考角度做出总结和讨论，对每一位科学家的科学探究精神、批判精神、为化学献身精神做出分析和评价。

6 结语

在中学化学教学中，存在大量化学史相关内容，如何开发和利用好这些资源，需要广大教师和学者深入研究。在这个纷繁复杂的社会环境中，如何运用化学史来培养学生的批判性思维和精神，是需要我们继续深入研究的话题。