基于培养“科学探究与创新意识”的教学设计——以“含氯消毒剂”为例.pdf

2023 年第7期实验教学案例基于培养“科学探究与创新意识”的教学设计以“含氯消毒剂”为例易富饶1，戴立辉2（1.宁乡第一中学，湖南长沙 410299；2.常德市第一中学，湖南常德 415099）摘要：基于发展学生的“科学探究与创新意识”，设计一堂以含氯消毒剂为主题内容的课。引导学生设计实验方案，探究浓度、酸碱性对84消毒液消毒效果的影响，激发学生的问题意识、证据意识、探究意识。利用氧化还原反应认识化学世界，逐步揭示消毒本质，凸显化学物质的社会价值，体现社会责任感。关键词：科学探究；创新意识；问题意识；证据意识；教学设计DOI：10.19935/ki.1004-2326.2023.07.013“科学探究与创新意识”是高中化学学科核心素养的“大概念”，其本质意蕴是科学实践。在化学实验探究中，要让学生生长出问题意识、证据意识、探究意识，引导学生热衷于揭示化学学科的本质。含氯消毒剂是生活中常见的消毒剂，应用广泛。以含氯消毒剂为情境，进行教学设计，引导学生进行科学探究，在活动中发展素养，体现化学学科的育人价值和社会价值1。1教材分析本课内容是在高一学生掌握了氯气及其性质之后，以“含氯消毒剂”为主题的一堂课。含氯消毒剂是氯气的性质的延伸，教材介绍了漂白液、漂白粉的制备，并对其用途有所介绍，但并未深入。元素知识是对离子反应、氧化还原反应理论的拓展延伸，为后续元素周期表、元素周期律学习作铺垫，具有承上启下的作用。2学情分析学生在学习了离子反应、氧化还原反应后，进入到元素的学习，先是Na、Cl，然后进入高中化学较难的知识点物质的量学习，而后进入铁的学习，元素周期表、元素周期律的学习。不难看出，先学习Na、Cl具有很好的缓冲作用，氯及其化合物的学习是为了进一步学习离子反应、氧化还原反应，起到了积极巩固的作用，同时展示了化学学科价值。学生在刚学完离子反应、氧化还原反应后，对这两部分内容的掌握程度有限，缺乏丰富的元素知识，而Na、Cl相关内容的编排解决了这一问题。3素养目标（1）通过含氯消毒剂的学习，提升学生对化学价值的认识。（2）通过学习含氯消毒剂的消毒原理，理解消毒剂消毒过程的微观变化，宏微结合认识化学现象与本质。（3）能够运用氧化还原反应原理，分析含氯消毒剂，凸显化学学科的学科价值，渗透模型认知与证据推理的核心素养。（4）通过引导学生讨论，设计实验探究浓度、酸碱性对含氯消毒剂的消毒效率的影响，提升学生科学探究能力，培养创新意识，并构建探究实验的模型认知。（5）通过分析含氯消毒剂，最终形成对化学的社会价值的认识，渗透社会责任与科学精神的核心素养。（6）通过含氯消毒剂等消毒剂的扩展，提升学生推理论证、解决实际问题的能力。4教学重点（1）微观探析消毒剂的原理，并能运用符号表征。（2）设计实验方案探究影响消毒液消毒效率的因素，并能描述实验现象，同时给予符号表征。（3）能够正确认识化学物质的两面性，逐步形成辨证分析、解决实际问题的能力，同时培养正确的社会责任、价值取向。（4）能够运用理论正确地选择实验方案，初步掌握 39SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第7期实验教学案例选择实验仪器的方法，逐步发展科学探究与创新意识。5教学难点能够运用氧化还原反应理论正确地设计实验方案，提高科学探究能力，培养创新意识。6教学思路设计的教学思路如图1所示。真实情境创设激发兴趣演绎推理、分析推测提炼“氧化还原反应”的应用得出“异样”现象的结论解释“异样”现象并让学生给出结论或猜想学科本质学科本质证据推理实践操作能力、探究创新批判性思维能力语言解码、符号理解能力语言解码、符号理解能力捕捉实验过程“异样”现象探究影响消毒效率的因素84消毒液的性质消毒剂的消毒原理疫情中的消毒剂问题意识证据推理、科学探究学科本质必备知识学科本质价值激发兴趣图1教学思路7教学过程7.1环节一：与含氯消毒剂的相识【阅读材料】国家卫健委发布的 新型冠状病毒感染的肺炎诊疗方案（试行第九版）指出：新冠病毒对紫外线和热敏感，加热56 30 min、乙醚、75%乙醇、含氯消毒剂、过氧乙酸和氯仿等均可有效灭活病毒，但氯己定（洗必泰）不能有效灭活病毒。【思考与讨论】常见的含氯消毒剂有漂白粉精、漂白粉、液氯、84消毒液。这些物质为何具有消毒效果？【结论】具有强氧化性，溶于水产生具有杀灭微生物的HClO。次氯酸分子量小，易扩散到细菌表面并穿透细胞膜进入菌体内，使菌体蛋白氧化导致细菌死亡。【符号表征】84消毒液工业制法的主要反应原理的离子方程式，Cl22OH=ClOClH2O。【设计意图】通过分析消毒原理，让学生学会从微观角度分析、解决实际问题。让学生感受化学作为中心学科的地位及其价值，凸显化学的学科价值。渗透宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知的核心素养。7.2环节二：与含氯消毒剂的相知【科学片刻】学生阅读桌上的 84 消毒液的使用说明书。【思考与讨论】针对说明书上的注意事项，从化学本质的角度解释其原因。为了探究消毒液的消毒效果，在化学实验室无法得出病菌的杀死率，那么可以用什么物质来代替呢？【结论】影响84消毒液消毒效果的因素有：浓度、温度、酸碱性等。消毒能力和漂白能力都与HClO的浓度有关，可通过观察红色纸片褪色的快慢，比较消毒效果的差异。【实验探究】试剂：稀硫酸、NaOH溶液、红纸条、84消毒液1（浓度低）、84消毒液2（浓度高）。仪器：表面皿、滴管、烧杯。方案1：探究84消毒液浓度对消毒效果的影响。在红色纸条上滴加不同浓度的84消毒液，观察红色纸条褪色的快慢。方案2：探究酸碱性对84消毒液消毒效果的影响。取3片红色纸条，其中1片滴加2滴蒸馏水和2滴84消毒液作为对照，另2片分别滴加2滴硫酸溶液+2滴84消毒液、2滴NaOH溶液+2滴84消毒液，观察红色纸条褪色的快慢。学生展示实验现象，基于现象初步总结影响消毒效率的因素。【设计意图】通过提供使用说明书，让学生感受到用化学学科知识解决实际问题，激发学生学习化学的兴趣。在明确了具有消毒作用的化学物质是HClO的前提下，创设探究情境，引导学生设计实验，探究提高消毒效率的外界条件，培养学生实验探究能力。7.3环节三：含氯消毒剂的未来【化学史话】氯气用于自来水消毒已有100多年的历史。目前，我国大多数城市依然采用氯气消毒法对自来水进行净化、消毒。氯气和次氯酸钠在消毒过程中都无法避免生成有机氯化物，该物质被发现有潜在的致癌风险。人们已经开始寻找并使用新型自来水消毒剂。【PPT展示】PPT展示不同消毒剂。【结论】要学会综合考虑经济成本、消毒效果、生产 402023 年第7期实验教学案例过程等因素，选择出合适的含氯消毒剂。【思考与讨论】基于氧化还原反应的角度，试分析以NaClO3为原料制备ClO2的原理（化学反应）。指出“NaClO3ClO2”过程中化合价变化情况，还需要加入什么类型物质实现上述转化过程？以下3个方案选择哪个？NaClO3和HCl反应；NaClO3和SO2在H2SO4的条件下反应；NaClO3溶液与硫酸酸化的H2C2O4溶液反应。NaClO2在酸性条件下，可产生NaCl和ClO2，ClO2应该如何保存？【资料卡片】欧美国家已经大面积使用二氧化氯进行饮用水的消毒，而国内只是停留在尝试和推广阶段，二氧化氯的制备方法有待改进，稳定剂有待完善，其中一种稳定剂是将ClO2转化为稳定的NaClO2。【设计意图】通过含氯消毒剂等消毒剂发展史的学习，提升学生推理论证、解决实际问题的能力。运用氧化还原反应理论推导合成ClO2的方案，学会运用化学学科知识，根据生产实际选择合适的制备方案，升华了本堂课的化学知识。7.4环节四：作业设计，直击“教学评”一体化练习1：某消毒液的主要成分为NaClO，还含有一定量的NaOH，下列解释不合理的是（）。A.该消毒液可用NaOH溶液吸收Cl2制备；B.消毒液在制备时，需要控制温度，原因是NaClO不稳定；C.该消毒液与“洁厕灵”（主要成分为HCl）混用，产生有毒的Cl2；D.该消毒液加入白醋，可增强漂白作用。练习 2：H2O2、NaOH混合液吸收 ClO2时，c（NaOH）对粗产品中NaClO2含量的影响如图2所示。则最佳条件为：c（NaOH）mol/L，n（H2O2）/n（NaOH）。反应中H2O2的产物为_。0.90.80.70.60.5706050 40302010NaClO2的含量/%氢氧化钠浓度n(H2O2)n(NaOH)n(H2O2)n(NaOH)54321氢氧化钠浓度/molL-1图2c（NaOH）对NaClO2含量的影响【设计意图】本节课基于符号表征、模型认知的考查，设置了2道习题。进一步考查了学生对离子反应、氧化还原反应理论的认识。习题设置了双纵坐标图象信息的分析处理，考查了学生高阶思维。8教学反思本节课在教学过程中，以下几个问题，值得讨论与商榷。（1）以科学探究与创新意识为培养目标，高一学生能够达到什么层次的素养水平。高一的学生在“创新意识”层面上，水平显得相对有点弱，故应以规范实验基本操作为契机，为提高科学探究与创新意识打下坚实的基础2。（2）培育问题意识、证据意识，奠定创新意识基础。如何培育学生的问题意识、证据意识，是提升创新意识的重要课题。学生实验，往往存在完成任务的负面情况。在实验教学中，应注重学生问题意识、证据意识的培养，将问题抽提出来，激发学生分析微观变化，能使用正确的化学符号表征，进而实现宏微结合、证据表征的目标。（3）新教材探究活动数目减少，但其开放水平整体提高，减少了无效探究，增加了结构化的探究活动。建议教师充分把握新教材“探究”栏目的新特征，开展素养为本的教学3。也可采取项目式教学模式，充分利用项目式学习的优势，以实现学生“科学探究与创新意识”的化学学科核心素养培养4。（基金项目：2020年度常德市教育研究课题“高中化学实验教学中科学探究与创新意识的培养研究”，编号：CDJYKY202001）参考文献1 颜乐，缪向光，占文芳.培养高阶思维能力的化学实验教学研究：以“科学认识含氯消毒剂”为例 J.福建教育学院学报，2022，23（6）：9-12.2 易富饶，周学兴.发展“科学探究与创新意识”的化学实验教学策略：新时代普通高中育人方式改革关键领域落实机制的研究与实践 J.实验教学与仪器，2022，39（6）：6-7.3 陈俞文，陈惠敏，石光.核心素养下新旧人教版教材科学探究内容对比分析 J.化学教育（中英文），2022（19）：7-12.4 陆洁.基于学生科学探究与创新意识培养的高中化学项目式学习 J.中学教学参考，2022（17）：76-78.41