基于化學(xué)史的問題驅(qū)動(dòng)教學(xué)

摘?要：介紹了幾則與氯氣相關(guān)的化學(xué)史實(shí)，深入挖掘化學(xué)史，結(jié)合化學(xué)史創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)性問題，學(xué)習(xí)了氯氣的化學(xué)性質(zhì)，促進(jìn)了思維能力和核心素養(yǎng)的提升。

關(guān)鍵詞：化學(xué)史;問題驅(qū)動(dòng)教學(xué);氯氣性質(zhì)教學(xué)過程

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》中指出，課程標(biāo)準(zhǔn)是以發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)為主旨，構(gòu)建了全面發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的高中化學(xué)課程目標(biāo)體系。課程標(biāo)準(zhǔn)的第六部分“實(shí)施建議”中指出，“真實(shí)、具體的問題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)，為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。因此，教師在教學(xué)中應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)真實(shí)且富有價(jià)值的問題情境，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。真實(shí)的STSE問題和化學(xué)史實(shí)等，都是有價(jià)值的情境素材”。

在化學(xué)1（蘇教版）“氯氣的性質(zhì)”一節(jié)的教學(xué)中，筆者通過對(duì)化學(xué)家探尋氯氣的過程重現(xiàn)，結(jié)合化學(xué)史的相關(guān)記載，設(shè)置貼合情境的問題，以設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問題來推動(dòng)課堂教學(xué)的實(shí)施，以此達(dá)到提升學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)目標(biāo)。

一、 教材及學(xué)情分析

“氯氣的性質(zhì)”這部分內(nèi)容被安排在蘇教版化學(xué)1專題2的第一單元，從1774年舍勒在實(shí)驗(yàn)室發(fā)現(xiàn)氯氣以來，許多化學(xué)家對(duì)氯氣進(jìn)行了多角度的深入探究。這些過程中，不乏有趣的故事，感人的史實(shí)，激人奮進(jìn)的傳奇，發(fā)人深省的反思，以及提示后人的智慧顯現(xiàn)。氯元素的價(jià)態(tài)可變且形成各種物質(zhì)類別很多，又是學(xué)生進(jìn)入高中階段最先接觸的元素化合物知識(shí)。學(xué)習(xí)難度可想而知，再加上要有些許氧化還原反應(yīng)和離子反應(yīng)的分析滲透進(jìn)來，可謂難上加難。如果能將化學(xué)史的相關(guān)內(nèi)容設(shè)置成問題，并用這些問題引領(lǐng)學(xué)生重走一遍科學(xué)家對(duì)氯氣的認(rèn)識(shí)之路，既可以增加課堂吸引力，達(dá)成教學(xué)上的知識(shí)目標(biāo)，又能提升學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

圖1?教學(xué)流程

二、 教學(xué)思想

筆者認(rèn)為，“氯氣的性質(zhì)”教學(xué)中包含著豐富的人文精神素材，可在教學(xué)中充分挖掘其中的化學(xué)史實(shí)，努力培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)視野和人文情懷。教學(xué)過程以數(shù)學(xué)坐標(biāo)形式展開（圖1），以時(shí)間為橫坐標(biāo)，教學(xué)線索為縱坐標(biāo)，將史實(shí)、知識(shí)和方法三條線索相結(jié)合，向?qū)W生揭示氯氣的探究過程。

三、 教學(xué)片段

片段一：

【導(dǎo)入化學(xué)史】1908年，美國(guó)首次使用氯氣將飲用水進(jìn)行消毒處理，大大減少了各種傳染性疾病的擴(kuò)散和由于用水不潔而帶來的其他疾病。從此以后，世界各國(guó)紛紛效仿，全球數(shù)以億計(jì)人口的健康得到了保障。當(dāng)時(shí)著名的《生命》雜志有這樣的評(píng)論：水的加氯消毒方式，應(yīng)是20世紀(jì)中一項(xiàng)最重要的公共衛(wèi)生成就。目前，使用氯氣消毒仍然是世界上主要的一種飲用水消毒方式。同學(xué)們，水是我們?nèi)祟惒豢苫蛉钡奈镔|(zhì)，而氯氣幫助我們消滅了飲用水中的常見細(xì)菌，給我們帶來了健康。那么，大家想了解一下氯氣的發(fā)現(xiàn)史并深入的探索一下氯氣的其他性質(zhì)嗎？

【感受實(shí)驗(yàn)】讓學(xué)生觀察一下事先制備好的一瓶氯氣，并聞一下味道。

【學(xué)生總結(jié)】氯氣是黃綠色的氣體，并有刺激性氣味。

【教學(xué)情境】1774年瑞典化學(xué)家舍勒用濃鹽酸與軟錳礦反應(yīng)第一次制得了氯氣。那么從首次發(fā)現(xiàn)到首次用于飲用水消毒，這一百多年的時(shí)間里人們對(duì)氯氣都做了哪些研究呢？

【情境1】法國(guó)化學(xué)家貝托雷在舍勒發(fā)現(xiàn)氯氣以后又做了這樣的探究。他將氯氣通入到水中后發(fā)現(xiàn)氯氣能溶于水形成溶液，并且此時(shí)的溶液在光照下可以分解。經(jīng)過檢測(cè)，分解的產(chǎn)物里有鹽酸和氧氣。

【情境2】繼舍勒、貝托雷之后，英國(guó)科學(xué)家臺(tái)耐特、法國(guó)化學(xué)家蓋·呂薩克分別用氯氣制得漂白粉和鹽酸;再后來英國(guó)化學(xué)家戴維大膽的設(shè)想這種黃綠色的氣體“它會(huì)不會(huì)是一種單質(zhì)呢？”。經(jīng)過反復(fù)的實(shí)驗(yàn)，戴維最終證實(shí)了自己的想法，并把它命名為“氯”。

【設(shè)計(jì)意圖】氯氣這一節(jié)課傳統(tǒng)的導(dǎo)入都是以氯氣的泄漏事故如何處理或者以戰(zhàn)場(chǎng)上化學(xué)武器的使用作為學(xué)生的直觀認(rèn)知，開啟下一階段的學(xué)習(xí)，這樣往往給學(xué)生一些化學(xué)學(xué)科的負(fù)面影響，而通過化學(xué)史的查詢，事實(shí)上氯氣在人類發(fā)展過程有更多的正面幫助。上述引入課時(shí)用到的飲用水消毒就是很好的例子。這更有助于學(xué)生從更加積極的、正面的角度看待與欣賞化學(xué)學(xué)科。另外，通過5位化學(xué)家對(duì)氯氣發(fā)現(xiàn)、研究和利用歷史的回顧，讓學(xué)生了解到知識(shí)體系的完善、科學(xué)的發(fā)展、物質(zhì)在人類社會(huì)中的有效利用都需要科學(xué)工作者的不斷付出，當(dāng)然也需要嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和合理的假設(shè)推理加上反復(fù)的實(shí)驗(yàn)論證。

片段二：

【設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題】貝托雷將氯氣通入到水中后形成的溶液，對(duì)其進(jìn)行光照后為什么最后分解出了鹽酸和氧氣？是不是在氯氣溶解于水中的時(shí)候，有新的物質(zhì)產(chǎn)生？發(fā)生了新的化學(xué)反應(yīng)呢？如何通過實(shí)驗(yàn)證明氯氣與水反應(yīng)產(chǎn)生的新物質(zhì)是什么呢？

【提示】從元素組成看，氯水中含有H、O、Cl元素，可能組成哪些離子？

【大膽推測(cè)】氯水中可能含有Cl-，可通過滴加硝酸酸化的硝酸銀溶液驗(yàn)證;氯水中可能含有H+，可通過滴加酸堿指示劑（如石蕊試劑）或使用pH試紙進(jìn)行驗(yàn)證。

【感受實(shí)驗(yàn)】通過實(shí)驗(yàn)操作驗(yàn)證自己的推測(cè)。發(fā)現(xiàn)新問題：石蕊試劑先變紅后褪色了。

【設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題】通過實(shí)驗(yàn)可以證明，溶液中存在H+和Cl-，可認(rèn)為是鹽酸。但是鹽酸僅僅能使石蕊試液變紅。那石蕊試劑怎么又會(huì)褪色呢？一定有物質(zhì)與石蕊發(fā)生了反應(yīng)。是什么物質(zhì)呢？我們先推測(cè)氯氣與水反應(yīng)的化學(xué)方程式：Cl2+H2OHCl+??。

【大膽推測(cè)】Cl2+H2OHCl+HClO

【設(shè)計(jì)意圖】以遞進(jìn)式問題串的形式來創(chuàng)設(shè)驅(qū)動(dòng)性問題，層層遞進(jìn)，一步一步引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行科學(xué)的推測(cè)，并通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行驗(yàn)證，最終推導(dǎo)出使石蕊褪色的物質(zhì)是什么。既感受了科學(xué)探究的過程樂趣，又體會(huì)了結(jié)果得以證實(shí)的成就感。

片段三：

【知識(shí)介紹】HClO即次氯酸，是一種弱酸，它在溶液中部分電離出H+和ClO-。

【設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題】請(qǐng)同學(xué)再次思考并總結(jié)一下新制的氯水中有哪些微粒？

【總結(jié)歸納】新制氯水中的微粒有Cl2、H2O、HClO、H+、Cl-、ClO-等。

【設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題】從上述結(jié)論來看，能使石蕊褪色的物質(zhì)可能是Cl2或HClO，請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)再次驗(yàn)證你的推測(cè)。

【提示】以兩張紅紙為實(shí)驗(yàn)用品，紅紙和石蕊試劑一樣，氯水中存在的某種微粒會(huì)使其褪色。請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來確定是Cl2還是HClO使石蕊褪色？

【感受實(shí)驗(yàn)】氯氣和水反應(yīng)才生成的HClO，而Cl2是可以不用水就存在的。因此，將兩張紅紙的其中一張潤(rùn)濕，另一張保持干燥，然后分別和氯氣接觸，觀察到濕潤(rùn)的紅紙褪色。

【歸納總結(jié)】通過實(shí)驗(yàn)證實(shí)了是HClO使石蕊發(fā)生了褪色。歸其原因是因?yàn)镠ClO具有強(qiáng)氧化性，它可以將有色物質(zhì)氧化成無色物質(zhì)。我們把這種性質(zhì)稱為漂白性。用氯氣給飲用水消毒，也是利用HClO的強(qiáng)氧化性來殺菌消毒的。

【設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題】新制的氯水在光照下分解產(chǎn)生了鹽酸和氧氣，這又是哪種物質(zhì)發(fā)生的反應(yīng)呢？

【大膽推測(cè)】從新制氯水中所含微粒來看，應(yīng)該又和HClO有關(guān)。

【知識(shí)介紹】次氯酸不穩(wěn)定，見光易分解：2HClO光2HCl+O2↑

【設(shè)計(jì)意圖】本階段，創(chuàng)設(shè)了新制氯水中起到漂白作用的微粒是什么這樣的驅(qū)動(dòng)性問題，引導(dǎo)學(xué)生通過大膽推測(cè)和邏輯推導(dǎo)，加上合理的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，最終得到科學(xué)的結(jié)論。幫助學(xué)生養(yǎng)成嚴(yán)密的邏輯推理習(xí)慣，并且使學(xué)生知道如何科學(xué)地設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)來證實(shí)自己的推測(cè)，學(xué)會(huì)了初步的科學(xué)研究手段和思維方式，提升了學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

片段四：

【設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題】氯氣和水反應(yīng)產(chǎn)生了鹽酸和次氯酸，英國(guó)科學(xué)家臺(tái)耐特利用Cl2與Ca（OH）2制取了漂白粉。你能不能結(jié)合這兩點(diǎn)嘗試書寫出這個(gè)反應(yīng)的化學(xué)方程式呢？

【學(xué)生歸納總結(jié)】2Cl2+2Ca（OH）2CaCl2+Ca（ClO）2+2H2O。

【大膽嘗試】消毒液是利用氯氣和NaOH溶液反應(yīng)來制備，請(qǐng)大家也嘗試把該反應(yīng)寫出來。

【生活常識(shí)】生活中，經(jīng)常有將消毒液或漂白粉和潔廁劑混合起來使用而導(dǎo)致化學(xué)品中毒的情況（圖2），那這個(gè)是什么原因造成的呢？原來消毒液或者漂白粉中含有ClO-，而潔廁劑主要成分是鹽酸。兩者混用時(shí)會(huì)產(chǎn)生有毒的氯氣，導(dǎo)致人員中毒。相關(guān)的反應(yīng)方程式：ClO-+Cl-+2H+Cl2↑+H2O。

圖2?漫畫：消毒液和潔廁劑的混合使用

【設(shè)計(jì)意圖】用氯氣和水反應(yīng)為依托，結(jié)合臺(tái)耐特制備漂白粉的化學(xué)史情境創(chuàng)設(shè)問題，由此總結(jié)歸納初氯氣和堿的一類反應(yīng)，由此引出生活中常見的含氯消毒劑的制備方法，再一次體會(huì)化學(xué)與人類社會(huì)的緊密聯(lián)系。

片段五：

【設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)問題】法國(guó)科學(xué)家蓋·呂薩克研究了用氯氣來制備鹽酸，請(qǐng)你設(shè)想一下這個(gè)過程是如何實(shí)現(xiàn)的？

【知識(shí)介紹】鹽酸是氯化氫的水溶液，是利用氯化氫氣體溶在水中制備的。

【學(xué)生歸納總結(jié)】工業(yè)上使用氫氣在氯氣中燃燒的這個(gè)性質(zhì)來達(dá)到實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?/p>

【設(shè)計(jì)意圖】本節(jié)課利用幾個(gè)和氯氣相關(guān)的化學(xué)史實(shí)例，結(jié)合課本中氯氣的性質(zhì)的學(xué)習(xí)流程，通過建立在化學(xué)史層面的驅(qū)動(dòng)性問題的設(shè)置，將化學(xué)史和氯氣的性質(zhì)學(xué)習(xí)有機(jī)地聯(lián)系到了一起，引導(dǎo)學(xué)生一步一步地將氯氣的研究發(fā)展過程重現(xiàn)于眼前，既體會(huì)了科學(xué)探究的樂趣，又了解了科學(xué)研究工作的重大意義和艱辛程度。同時(shí)還學(xué)習(xí)了科研工作的初步流程，培養(yǎng)了學(xué)生的思維能力，促進(jìn)了學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

[1]白建娥，劉聰明.化學(xué)史點(diǎn)亮新課程[M].北京：清華大學(xué)出版社，2012.

作者簡(jiǎn)介：

何維峰，江蘇省連云港市，江蘇省新海高級(jí)中學(xué)。