基于化學(xué)史的初中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

余晨曦 周文榮

摘要：以“幾種常見(jiàn)的鹽”新授課教學(xué)設(shè)計(jì)為例，依托“制純堿化學(xué)史”的發(fā)展歷程為情境主線，通過(guò)對(duì)制堿史中原料、產(chǎn)物及工藝流程的認(rèn)識(shí)，逐步建構(gòu)鹽的相關(guān)知識(shí)，同時(shí)以問(wèn)題驅(qū)動(dòng)為導(dǎo)向，實(shí)驗(yàn)探究為載體，靈活建構(gòu)知識(shí)體系，體悟化學(xué)對(duì)人類(lèi)生活的重要性，彰顯化學(xué)學(xué)科價(jià)值，培養(yǎng)文化自信。

關(guān)鍵詞：幾種常見(jiàn)的鹽；制純堿化學(xué)史；情境主線；問(wèn)題驅(qū)動(dòng)；實(shí)驗(yàn)探究

文章編號(hào)：1008-0546（2021）10-0042-05中圖分類(lèi)號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.10.010

化學(xué)史是重要的化學(xué)教育資源，但初中教材涉及化學(xué)史的內(nèi)容較少，部分教師對(duì)于化學(xué)史的教育價(jià)值和學(xué)科價(jià)值認(rèn)知不到位，缺少綜合利用相關(guān)資源的開(kāi)發(fā)[1]。同時(shí)，學(xué)生對(duì)相關(guān)歷史及中國(guó)化學(xué)家的貢獻(xiàn)也知之甚少。因此，筆者以“幾種常見(jiàn)的鹽”為例，將“制堿工業(yè)”的發(fā)展和侯德榜的巨大貢獻(xiàn)作為教育資源，促進(jìn)學(xué)生深度學(xué)習(xí)，激發(fā)學(xué)生的民族自豪感及愛(ài)國(guó)熱情。

一、基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)

基于化學(xué)史的教學(xué)設(shè)計(jì)以圍繞某個(gè)主題的化學(xué)史為主線，將化學(xué)史的發(fā)展歷程分為幾個(gè)板塊，每個(gè)板塊滲透1-2個(gè)核心知識(shí)。每個(gè)板塊設(shè)計(jì)都以化學(xué)史話作為情境引入，通過(guò)化學(xué)史話引出與初中化學(xué)學(xué)科知識(shí)對(duì)應(yīng)的核心問(wèn)題，學(xué)生開(kāi)展多種形式的活動(dòng)解決問(wèn)題，促進(jìn)對(duì)知識(shí)的多元化理解，從而產(chǎn)生新的認(rèn)知。

“幾種常見(jiàn)的鹽”位于滬教版九年級(jí)化學(xué)教材第7章第3節(jié)，主要內(nèi)容包括氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉和碳酸鈣[2]，要求學(xué)生了解四種常見(jiàn)的鹽在日常生活中的用途，掌握幾種常見(jiàn)的鹽的性質(zhì)，能解釋生活中的一些化學(xué)現(xiàn)象。筆者以“制純堿化學(xué)史”為主線，通過(guò)對(duì)化學(xué)史上幾種制堿工藝的產(chǎn)生、發(fā)展和改進(jìn)的分析，有機(jī)地將制堿原料或產(chǎn)物中涉及的幾種常見(jiàn)鹽滲透其中，幫助學(xué)生了解常見(jiàn)的鹽的性質(zhì)及對(duì)人類(lèi)生活與社會(huì)生產(chǎn)的重要性，并逐步建構(gòu)物質(zhì)之間的相互轉(zhuǎn)化關(guān)系。同時(shí)，通過(guò)對(duì)“侯德榜聯(lián)合制堿法”的探尋，培養(yǎng)學(xué)生的文化自信，增強(qiáng)愛(ài)國(guó)意識(shí)。具體教學(xué)設(shè)計(jì)的結(jié)構(gòu)如圖1所示。

二、課堂教學(xué)實(shí)錄與設(shè)計(jì)意圖

【情境】（投影圖片）18世紀(jì)60年代，第一次工業(yè)革命如火如荼地展開(kāi)，棉紡織業(yè)興起，玻璃、肥皂、造紙等工業(yè)緊隨其后，一時(shí)間，原料天然碳酸鈉——純堿供不應(yīng)求[3]。因此，化學(xué)家們前仆后繼進(jìn)行探索。你有什么方法獲得純堿？

【學(xué)生】氫氧化鈉和二氧化碳反應(yīng)制純堿。

【追問(wèn)】（展示：氫氧化鈉、碳酸鈉價(jià)格對(duì)比圖）這是同一批發(fā)平臺(tái)，等質(zhì)量的碳酸鈉、氫氧化鈉價(jià)格，請(qǐng)問(wèn)你的方法可行嗎？

【學(xué)生】不可行，原料氫氧化鈉比產(chǎn)品純堿還要貴。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)介紹第一次工業(yè)革命各類(lèi)工業(yè)的蓬勃發(fā)展，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，讓學(xué)生了解化學(xué)需要適應(yīng)社會(huì)發(fā)展，同時(shí)也可以推動(dòng)社會(huì)的發(fā)展。通過(guò)對(duì)獲得純堿方法的討論，讓學(xué)生在運(yùn)用知識(shí)的過(guò)程中進(jìn)一步理解知識(shí)，通過(guò)原料和產(chǎn)物的價(jià)格對(duì)比，理解實(shí)際化工生產(chǎn)中需要考慮經(jīng)濟(jì)性。

板塊一：氯化鈉

【化學(xué)史話1】1789年，醫(yī)生路布蘭修改了前人將普通食鹽轉(zhuǎn)變?yōu)榧儔A的方法，并在這之后獲得專(zhuān)利，被人資助建廠制堿，見(jiàn)圖2[4]。

【問(wèn)題1】從組成上看，為什么普通食鹽能制得純堿？

【學(xué)生】元素守恒，都含有鈉元素。

【問(wèn)題2】對(duì)于氯化鈉，你還了解多少？

【學(xué)生】白色固體；易溶于水；可制成生理鹽水；可以做調(diào)味品；可以通過(guò)海水曬鹽的方法獲得；……。

【歸納】氯化鈉的物理性質(zhì)、分布情況、用途。

【資料卡1】1800年，科學(xué)家發(fā)現(xiàn)電解飽和氯化鈉溶液可獲得燒堿、氯氣和另一氣體單質(zhì)。

【學(xué)生】板演方程式，并解釋生成氫氣的原因。

【問(wèn)題3】路布蘭制堿法用我們化學(xué)的眼光來(lái)看，有什么缺點(diǎn)？

【學(xué)生】生成氯化氫和一氧化碳?xì)怏w，會(huì)污染環(huán)境。

設(shè)計(jì)意圖：以路布蘭制堿法為載體，通過(guò)對(duì)原料氯化鈉相關(guān)知識(shí)的回顧和分析，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散性思維和分類(lèi)的化學(xué)學(xué)科觀念。通過(guò)對(duì)路布蘭制堿工藝的初步認(rèn)識(shí)，促進(jìn)學(xué)生了解推動(dòng)社會(huì)發(fā)展的科學(xué)家，堅(jiān)定向科學(xué)家學(xué)習(xí)的信仰[5]。通過(guò)對(duì)路布蘭制堿工藝缺點(diǎn)的分析，體會(huì)綠色化學(xué)對(duì)人類(lèi)社會(huì)的重要性，并為下一板塊引出索爾維制堿做好鋪墊。

板塊二：碳酸鈣

【化學(xué)史話2】直到1859年，比利時(shí)索爾維在飽和食鹽水中先通氨氣，形成氨鹽水，再通二氧化碳，經(jīng)過(guò)濾洗滌后得到碳酸氫鈉沉淀，對(duì)其加熱得到純堿，部分工藝流程簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖3[6]。

【問(wèn)題4】索爾維制堿法用到哪些原料？

【學(xué)生】氯化鈉溶液、氨氣、二氧化碳。

【追問(wèn)】氯化鈉廣泛分布于海水中，氨氣的制法會(huì)在今后深入學(xué)習(xí)，請(qǐng)問(wèn)二氧化碳有什么方法制取？

【學(xué)生】用石灰石與稀鹽酸反應(yīng)制取二氧化碳。

【過(guò)渡】工業(yè)上則以高溫煅燒石灰石的方式制取。

【實(shí)驗(yàn)1】步驟見(jiàn)表1。

【問(wèn)題5】實(shí)驗(yàn)中觀察到什么現(xiàn)象？得出什么結(jié)論？能否寫(xiě)出步驟5的化學(xué)方程式？

【學(xué)生】溶液變渾濁；書(shū)寫(xiě)方程式Ca（OH）2+CO2= CaCO3↓+ H2O。

【追問(wèn)1】你認(rèn)為氫氧化鈣是碳酸鈣高溫煅燒后的產(chǎn)物嗎？為什么？

【學(xué)生】不是。根據(jù)質(zhì)量守恒定律，CaCO3無(wú)H元素。

【追問(wèn)2】那你認(rèn)為氫氧化鈣是如何產(chǎn)生的？

【學(xué)生】氧化鈣與水反應(yīng)生成氫氧化鈣。

【追問(wèn)3】碳酸鈣高溫分解的產(chǎn)物是什么，你能寫(xiě)出方程式嗎？

【學(xué)生】板演方程式。

【追問(wèn)4】請(qǐng)嘗試畫(huà)出碳酸鈣、氫氧化鈣、生石灰之間相互轉(zhuǎn)化的關(guān)系圖。

【學(xué)生】板演完善鈣三角轉(zhuǎn)化關(guān)系圖。

【分析】如圖4所示，鈣三角轉(zhuǎn)化關(guān)系圖中涉及的兩個(gè)反應(yīng)在索爾維制堿法中也有所體現(xiàn)。

【資料卡2】石灰石用途的一些圖片。

【問(wèn)題6】你能說(shuō)說(shuō)生活中接觸到的含有碳酸鈣的物質(zhì)嗎？

【學(xué)生】水垢、雞蛋殼、珍珠。

【資料卡3】碳酸鈣的存在情況。

【問(wèn)題7】圖4生成的濾液能否加以利用？

【學(xué)生】氯化鈉可循環(huán)使用。

【追問(wèn)】其中氯化銨也可加以利用，具體知識(shí)將在后續(xù)深入學(xué)習(xí)，它能與氫氧化鈣反應(yīng)生成氨氣等，那么氨氣便也可循環(huán)使用。索爾維制堿法有哪些優(yōu)點(diǎn)？

【學(xué)生】環(huán)保；多種物質(zhì)能循環(huán)使用；原料成本低。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)索爾維制堿中的原料之一——二氧化碳引出工業(yè)制取方法，并利用實(shí)驗(yàn)，探究高溫煅燒石灰石的產(chǎn)物，培養(yǎng)學(xué)生分析問(wèn)題和解決問(wèn)題的能力，并在此過(guò)程中逐步構(gòu)建鈣三角知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。通過(guò)鏈接生活，引出碳酸鈣的存在和用途，深刻體會(huì)化學(xué)來(lái)源于生活，服務(wù)于生活。通過(guò)分析化學(xué)史的發(fā)展，讓學(xué)生感受化學(xué)家改良制堿法的不易，體會(huì)化工工藝發(fā)展的曲折，從而促進(jìn)學(xué)生更加尊重影響和改變?nèi)藗兩a(chǎn)生活方式的化學(xué)[7]。

板塊三：碳酸氫鈉

【化學(xué)史話3】掌握氨堿法的資本家封鎖技術(shù)方法和成果，卻被我國(guó)化學(xué)家侯德榜揭開(kāi)氨堿法奧秘，并在天津永利堿廠投入使用，創(chuàng)建品牌紅三角，且將氨堿法公之于眾，但這一制堿法的缺點(diǎn)也隨之顯露[8]。

【問(wèn)題8】你能根據(jù)提供的資料歸納氨堿法的缺點(diǎn)嗎？

【學(xué)生】食鹽利用率低；處理氯化鈣成為負(fù)擔(dān)。

【過(guò)渡】氨堿法缺點(diǎn)暴露，可此時(shí)的中國(guó)卻內(nèi)憂外患。

【視頻1】日本侵華，侯德榜遷廠至四川。（筆者剪輯、配音，可用微信或QQ掃圖5二維碼觀看，密碼：123456，下同）。

【化學(xué)史話4】20世紀(jì)30年代，德國(guó)施賴布直接將氯化銨用作化肥，促進(jìn)農(nóng)業(yè)生產(chǎn)，侯德榜大受啟發(fā)[9]。

【視頻2】侯德榜創(chuàng)建聯(lián)合制堿法（掃圖6二維碼）。

【過(guò)渡】改良后的聯(lián)合制堿法大大提高食鹽利用率；不用處理廢棄氯化鈣；得到化肥，解決國(guó)人吃飯問(wèn)題；不用高溫煅燒，節(jié)約成本和能源[10]。

【實(shí)驗(yàn)2】實(shí)驗(yàn)室模擬侯氏聯(lián)合制堿法（掃圖7二維碼）。

【問(wèn)題9】生成的白色固體是什么？

【學(xué)生】碳酸氫鈉。

【問(wèn)題10】碳酸氫鈉和碳酸鈣在物質(zhì)組成上有何共同點(diǎn)？

【學(xué)生】都有碳酸根。

【追問(wèn)】組成決定性質(zhì)，你能否對(duì)碳酸氫鈉的化學(xué)性質(zhì)作出合理的猜想？

【學(xué)生】都能與酸反應(yīng)。

【實(shí)驗(yàn)3】碳酸氫鈉與鹽酸反應(yīng)的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)。（原裝置見(jiàn)圖8（A），傾倒反應(yīng)見(jiàn)圖8（B））。

【問(wèn)題11】碳酸氫鈉這一性質(zhì)決定了它有什么用途？

【學(xué)生】能制成滅火器。

【學(xué)生】板演方程式。

【實(shí)驗(yàn)4】碳酸氫鈉受熱分解。

【問(wèn)題12】你觀察到什么現(xiàn)象？得出什么結(jié)論？嘗試寫(xiě)出化學(xué)方程式。

【歸納】碳酸氫鈉的性質(zhì)及用途（制滅火器、治療胃酸過(guò)多、做發(fā)酵粉等）。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)侯德榜破解奧秘，深刻體會(huì)前人在國(guó)家水深火熱時(shí)不斷探索的艱辛。通過(guò)視頻和敘述兩種形式，深入挖掘化學(xué)家的貢獻(xiàn)和成就，樹(shù)立家國(guó)情懷和民族文化自信心。通過(guò)碳酸鹽組成結(jié)構(gòu)的相同點(diǎn)，培養(yǎng)學(xué)生知識(shí)遷移能力，樹(shù)立性質(zhì)決定用途的學(xué)科思想。

板塊四：碳酸鈉及碳酸鹽檢驗(yàn)

【問(wèn)題13】生成的純堿用途頗多，可制成肥皂、洗滌劑、用于紡織。這些用途利用了它的哪一性質(zhì)？

【學(xué)生】堿性。

【問(wèn)題14】三酸兩堿是化學(xué)工業(yè)的基本原料，只生產(chǎn)出純堿是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，你能用純堿制燒堿嗎？

【學(xué)生】板演方程式。

【問(wèn)題15】除此以外，人們常在做饅頭時(shí)用純堿除去酸味，使饅頭多孔松軟，這體現(xiàn)了碳酸鈉的哪一化學(xué)性質(zhì)？能寫(xiě)出方程式嗎？

【學(xué)生】能與酸反應(yīng)；板演方程式。

【問(wèn)題16】根據(jù)今日所學(xué)，碳酸鹽有哪一共同性質(zhì)？

【學(xué)生】都能與酸反應(yīng)，生成二氧化碳和水。

【實(shí)驗(yàn)5】碳酸鹽的檢驗(yàn)。

【歸納】碳酸鹽的檢驗(yàn)方法。

【總結(jié)】邊總結(jié)邊形成板書(shū)，見(jiàn)圖9。

設(shè)計(jì)意圖：根據(jù)工業(yè)制出純堿的用途逐漸梳理完善碳酸鈉的性質(zhì)，使學(xué)生體會(huì)用途體現(xiàn)性質(zhì)的學(xué)科思想。同時(shí)，從碳酸鈉一種物質(zhì)拓展到碳酸鹽一類(lèi)物質(zhì)的檢驗(yàn)，體悟化學(xué)中特殊與普遍的關(guān)系。通過(guò)總結(jié)，利用板書(shū)幫助學(xué)生系統(tǒng)建構(gòu)物質(zhì)之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的本質(zhì)。

三、基于化學(xué)史的課堂教學(xué)思考

1.以化學(xué)史激發(fā)學(xué)生情感

“以銅為鏡，可以正衣冠；以史為鏡，可以知興替；以人為鏡，可以明得失。”[11]以化學(xué)史為主線，能激發(fā)學(xué)生的情感，開(kāi)發(fā)學(xué)生的情意。第一，能讓學(xué)生充分了解某一領(lǐng)域化學(xué)工藝的產(chǎn)生、發(fā)展的過(guò)程，銘記化學(xué)家的重要貢獻(xiàn)，培養(yǎng)文化自信；第二，通過(guò)化學(xué)史引發(fā)出真實(shí)的問(wèn)題情境，以此為驅(qū)動(dòng)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣和探究意識(shí)，逐步建構(gòu)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)；第三，讓學(xué)生體悟化學(xué)服務(wù)于生產(chǎn)生活，促進(jìn)人類(lèi)社會(huì)的發(fā)展。

2.以化學(xué)史建構(gòu)知識(shí)體系

將化學(xué)史引入課堂教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生發(fā)散性思維，并將知識(shí)重構(gòu)于一體，形成系統(tǒng)知識(shí)網(wǎng)絡(luò)。本節(jié)課將路布蘭、索爾維、施賴布、侯德榜的相關(guān)制堿改良方法引入其中，該歷史真實(shí)、有意義，且具有一定邏輯性和承接性，每個(gè)環(huán)節(jié)通過(guò)發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后進(jìn)行不斷改良，因此有助于學(xué)生在制堿歷史中了解化學(xué)與生產(chǎn)生活的聯(lián)系，掌握與原料和產(chǎn)物有關(guān)知識(shí)，以問(wèn)題為驅(qū)動(dòng)，逐步建構(gòu)知識(shí)框架。

3.以化學(xué)史激發(fā)探究欲望

通過(guò)化學(xué)史的介紹，讓學(xué)生體悟化學(xué)家的思考和實(shí)踐。學(xué)生可以親眼見(jiàn)證化學(xué)家的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，親身體驗(yàn)獲得相關(guān)知識(shí)的感受，學(xué)習(xí)到化學(xué)實(shí)驗(yàn)探究的基本方法[12]?！皫追N常見(jiàn)的鹽”新授課中有三個(gè)探究實(shí)驗(yàn)且探究方法不完全相同，一是工業(yè)制取二氧化碳的方法及產(chǎn)物探究——通過(guò)一步步實(shí)驗(yàn)，倒推得知高溫煅燒石灰石的產(chǎn)物；二是碳酸氫鈉相關(guān)性質(zhì)探究——通過(guò)組成結(jié)構(gòu)對(duì)比碳酸氫鈉與碳酸鈣的相同點(diǎn)，對(duì)其化學(xué)性質(zhì)作出合理猜想，教師演示實(shí)驗(yàn)并得出結(jié)論；三是碳酸鹽的檢驗(yàn)探究——通過(guò)知識(shí)歸納及遷移，得出碳酸鹽的檢驗(yàn)，提出實(shí)驗(yàn)方案，并以小組為單位進(jìn)行陌生物質(zhì)檢驗(yàn)。在三個(gè)實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程中深入掌握碳酸鹽的相關(guān)知識(shí)，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的基本意識(shí)和素養(yǎng)，深化探究的意義。

4.以化學(xué)史提升應(yīng)用能力

化學(xué)是一門(mén)實(shí)用的學(xué)科，化學(xué)的學(xué)習(xí)最終是為生產(chǎn)生活服務(wù)。初中化學(xué)的學(xué)習(xí)就是培養(yǎng)學(xué)生用化學(xué)眼光看待生活現(xiàn)象的意識(shí)，并提升化學(xué)在實(shí)際生活中的應(yīng)用能力?！皫追N常見(jiàn)的鹽”涉及的四種鹽在生活中應(yīng)用廣泛，組成體現(xiàn)了它們不同的性質(zhì)，而每一種性質(zhì)又決定了相應(yīng)的生產(chǎn)生活用途，學(xué)生可以將學(xué)到的化學(xué)知識(shí)解釋日常生活中所涉及到的一系列化學(xué)現(xiàn)象，并能運(yùn)用所學(xué)知識(shí)以及課堂中學(xué)習(xí)到的方法去分析和解決實(shí)際的問(wèn)題[13]。

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