基于化学史的初中化学教学设计

2021-02-18余晨曦周文荣

化学教与学 2021年10期

余晨曦周文荣

摘要：以“几种常见的盐”新授课教学设计为例，依托“制纯碱化学史”的发展历程为情境主线，通过对制碱史中原料、产物及工艺流程的认识，逐步建构盐的相关知识，同时以问题驱动为导向，实验探究为载体，灵活建构知识体系，体悟化学对人类生活的重要性，彰显化学学科价值，培养文化自信。

关键词：几种常见的盐；制纯碱化学史；情境主线；问题驱动；实验探究

文章编号：1008-0546（2021）10-0042-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.10.010

化学史是重要的化学教育资源，但初中教材涉及化学史的内容较少，部分教师对于化学史的教育价值和学科价值认知不到位，缺少综合利用相关资源的开发[1]。同时，学生对相关历史及中国化学家的贡献也知之甚少。因此，笔者以“几种常见的盐”为例，将“制碱工业”的发展和侯德榜的巨大贡献作为教育资源，促进学生深度学习，激发学生的民族自豪感及爱国热情。

一、基于化学史的教学设计结构

基于化学史的教学设计以围绕某个主题的化学史为主线，将化学史的发展历程分为几个板块，每个板块渗透1-2个核心知识。每个板块设计都以化学史话作为情境引入，通过化学史话引出与初中化学学科知识对应的核心问题，学生开展多种形式的活动解决问题，促进对知识的多元化理解，从而产生新的认知。

“几种常见的盐”位于沪教版九年级化学教材第7章第3节，主要内容包括氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠和碳酸钙[2]，要求学生了解四种常见的盐在日常生活中的用途，掌握几种常见的盐的性质，能解释生活中的一些化学现象。笔者以“制纯碱化学史”为主线，通过对化学史上几种制碱工艺的产生、发展和改进的分析，有机地将制碱原料或产物中涉及的几种常见盐渗透其中，帮助学生了解常见的盐的性质及对人类生活与社会生产的重要性，并逐步建构物质之间的相互转化关系。同时，通过对“侯德榜联合制碱法”的探寻，培养学生的文化自信，增强爱国意识。具体教学设计的结构如图1所示。

二、课堂教学实录与设计意图

【情境】（投影图片）18世纪60年代，第一次工业革命如火如荼地展开，棉纺织业兴起，玻璃、肥皂、造纸等工业紧随其后，一时间，原料天然碳酸钠——纯碱供不应求[3]。因此，化学家们前仆后继进行探索。你有什么方法获得纯碱？

【学生】氢氧化钠和二氧化碳反应制纯碱。

【追问】（展示：氢氧化钠、碳酸钠价格对比图）这是同一批发平台，等质量的碳酸钠、氢氧化钠价格，请问你的方法可行吗？

【学生】不可行，原料氢氧化钠比产品纯碱还要贵。

设计意图：通过介绍第一次工业革命各类工业的蓬勃发展，激发学生的学习兴趣，让学生了解化学需要适应社会发展，同时也可以推动社会的发展。通过对获得纯碱方法的讨论，让学生在运用知识的过程中进一步理解知识，通过原料和产物的价格对比，理解实际化工生产中需要考虑经济性。

板块一：氯化钠

【化学史话1】1789年，医生路布兰修改了前人将普通食盐转变为纯碱的方法，并在这之后获得专利，被人资助建厂制碱，见图2[4]。

【问题1】从组成上看，为什么普通食盐能制得纯碱？

【学生】元素守恒，都含有钠元素。

【问题2】对于氯化钠，你还了解多少？

【学生】白色固体；易溶于水；可制成生理盐水；可以做调味品；可以通过海水晒盐的方法获得；……。

【归纳】氯化钠的物理性质、分布情况、用途。

【资料卡1】1800年，科学家发现电解饱和氯化钠溶液可获得烧碱、氯气和另一气体单质。

【学生】板演方程式，并解释生成氢气的原因。

【问题3】路布兰制碱法用我们化学的眼光来看，有什么缺点？

【学生】生成氯化氢和一氧化碳气体，会污染环境。

设计意图：以路布兰制碱法为载体，通过对原料氯化钠相关知识的回顾和分析，培养学生的发散性思维和分类的化学学科观念。通过对路布兰制碱工艺的初步认识，促进学生了解推动社会发展的科学家，坚定向科学家学习的信仰[5]。通过对路布兰制碱工艺缺点的分析，体会绿色化学对人类社会的重要性，并为下一板块引出索尔维制碱做好铺垫。

板块二：碳酸钙

【化学史话2】直到1859年，比利时索尔维在饱和食盐水中先通氨气，形成氨盐水，再通二氧化碳，经过滤洗涤后得到碳酸氢钠沉淀，對其加热得到纯碱，部分工艺流程简图见图3[6]。

【问题4】索尔维制碱法用到哪些原料？

【学生】氯化钠溶液、氨气、二氧化碳。

【追问】氯化钠广泛分布于海水中，氨气的制法会在今后深入学习，请问二氧化碳有什么方法制取？

【学生】用石灰石与稀盐酸反应制取二氧化碳。

【过渡】工业上则以高温煅烧石灰石的方式制取。

【实验1】步骤见表1。

【问题5】实验中观察到什么现象？得出什么结论？能否写出步骤5的化学方程式？

【学生】溶液变浑浊；书写方程式Ca（OH）2+CO2= CaCO3↓+ H2O。

【追问1】你认为氢氧化钙是碳酸钙高温煅烧后的产物吗？为什么？

【学生】不是。根据质量守恒定律，CaCO3无H元素。

【追问2】那你认为氢氧化钙是如何产生的？

【学生】氧化钙与水反应生成氢氧化钙。

【追问3】碳酸钙高温分解的产物是什么，你能写出方程式吗？

【学生】板演方程式。

【追问4】请尝试画出碳酸钙、氢氧化钙、生石灰之间相互转化的关系图。

【学生】板演完善钙三角转化关系图。

【分析】如图4所示，钙三角转化关系图中涉及的两个反应在索尔维制碱法中也有所体现。

【资料卡2】石灰石用途的一些图片。

【问题6】你能说说生活中接触到的含有碳酸钙的物质吗？

【学生】水垢、鸡蛋壳、珍珠。

【资料卡3】碳酸钙的存在情况。

【问题7】图4生成的滤液能否加以利用？

【学生】氯化钠可循环使用。

【追问】其中氯化铵也可加以利用，具体知识将在后续深入学习，它能与氢氧化钙反应生成氨气等，那么氨气便也可循环使用。索尔维制碱法有哪些优点？

【学生】环保；多种物质能循环使用；原料成本低。

设计意图：通过索尔维制碱中的原料之一——二氧化碳引出工业制取方法，并利用实验，探究高温煅烧石灰石的产物，培养学生分析问题和解决问题的能力，并在此过程中逐步构建钙三角知识网络。通过链接生活，引出碳酸钙的存在和用途，深刻体会化学来源于生活，服务于生活。通过分析化学史的发展，让学生感受化学家改良制碱法的不易，体会化工工艺发展的曲折，从而促进学生更加尊重影响和改变人们生产生活方式的化学[7]。

板块三：碳酸氢钠

【化学史话3】掌握氨碱法的资本家封锁技术方法和成果，却被我国化学家侯德榜揭开氨碱法奥秘，并在天津永利碱厂投入使用，创建品牌红三角，且将氨碱法公之于众，但这一制碱法的缺点也随之显露[8]。

【问题8】你能根据提供的资料归纳氨碱法的缺点吗？

【学生】食盐利用率低；处理氯化钙成为负担。

【过渡】氨碱法缺点暴露，可此时的中国却内忧外患。

【视频1】日本侵华，侯德榜迁厂至四川。（笔者剪辑、配音，可用微信或QQ扫图5二维码观看，密码：123456，下同）。

【化学史话4】20世纪30年代，德国施赖布直接将氯化铵用作化肥，促进农业生产，侯德榜大受启发[9]。

【视频2】侯德榜创建联合制碱法（扫图6二维码）。

【过渡】改良后的联合制碱法大大提高食盐利用率；不用处理废弃氯化钙；得到化肥，解决国人吃饭问题；不用高温煅烧，节约成本和能源[10]。

【实验2】实验室模拟侯氏联合制碱法（扫图7二维码）。

【问题9】生成的白色固体是什么？

【学生】碳酸氢钠。

【问题10】碳酸氢钠和碳酸钙在物质组成上有何共同点？

【学生】都有碳酸根。

【追问】组成决定性质，你能否对碳酸氢钠的化学性质作出合理的猜想？

【学生】都能与酸反应。

【实验3】碳酸氢钠与盐酸反应的创新实验。（原装置见图8（A），倾倒反应见图8（B））。

【问题11】碳酸氢钠这一性质决定了它有什么用途？

【学生】能制成灭火器。

【学生】板演方程式。

【实验4】碳酸氢钠受热分解。

【问题12】你观察到什么现象？得出什么结论？尝试写出化学方程式。

【归纳】碳酸氢钠的性质及用途（制灭火器、治疗胃酸过多、做发酵粉等）。

设计意图：通过侯德榜破解奥秘，深刻体会前人在国家水深火热时不断探索的艰辛。通过视频和叙述两种形式，深入挖掘化学家的贡献和成就，树立家国情怀和民族文化自信心。通过碳酸盐组成结构的相同点，培养学生知识迁移能力，树立性质决定用途的学科思想。

板块四：碳酸钠及碳酸盐检验

【问题13】生成的纯碱用途颇多，可制成肥皂、洗涤剂、用于纺织。这些用途利用了它的哪一性質？

【学生】碱性。

【问题14】三酸两碱是化学工业的基本原料，只生产出纯碱是远远不够的，你能用纯碱制烧碱吗？

【学生】板演方程式。

【问题15】除此以外，人们常在做馒头时用纯碱除去酸味，使馒头多孔松软，这体现了碳酸钠的哪一化学性质？能写出方程式吗？

【学生】能与酸反应；板演方程式。

【问题16】根据今日所学，碳酸盐有哪一共同性质？

【学生】都能与酸反应，生成二氧化碳和水。

【实验5】碳酸盐的检验。

【归纳】碳酸盐的检验方法。

【总结】边总结边形成板书，见图9。

设计意图：根据工业制出纯碱的用途逐渐梳理完善碳酸钠的性质，使学生体会用途体现性质的学科思想。同时，从碳酸钠一种物质拓展到碳酸盐一类物质的检验，体悟化学中特殊与普遍的关系。通过总结，利用板书帮助学生系统建构物质之间的转化关系，体现化学学科的本质。

三、基于化学史的课堂教学思考

1.以化学史激发学生情感

“以铜为镜，可以正衣冠；以史为镜，可以知兴替；以人为镜，可以明得失。”[11]以化学史为主线，能激发学生的情感，开发学生的情意。第一，能让学生充分了解某一领域化学工艺的产生、发展的过程，铭记化学家的重要贡献，培养文化自信；第二，通过化学史引发出真实的问题情境，以此为驱动，激发学生学习兴趣和探究意识，逐步建构知识网络；第三，让学生体悟化学服务于生产生活，促进人类社会的发展。

2.以化学史建构知识体系

将化学史引入课堂教学有利于培养学生發散性思维，并将知识重构于一体，形成系统知识网络。本节课将路布兰、索尔维、施赖布、侯德榜的相关制碱改良方法引入其中，该历史真实、有意义，且具有一定逻辑性和承接性，每个环节通过发现问题后进行不断改良，因此有助于学生在制碱历史中了解化学与生产生活的联系，掌握与原料和产物有关知识，以问题为驱动，逐步建构知识框架。

3.以化学史激发探究欲望

通过化学史的介绍，让学生体悟化学家的思考和实践。学生可以亲眼见证化学家的实验过程，亲身体验获得相关知识的感受，学习到化学实验探究的基本方法[12]。“几种常见的盐”新授课中有三个探究实验且探究方法不完全相同，一是工业制取二氧化碳的方法及产物探究——通过一步步实验，倒推得知高温煅烧石灰石的产物；二是碳酸氢钠相关性质探究——通过组成结构对比碳酸氢钠与碳酸钙的相同点，对其化学性质作出合理猜想，教师演示实验并得出结论；三是碳酸盐的检验探究——通过知识归纳及迁移，得出碳酸盐的检验，提出实验方案，并以小组为单位进行陌生物质检验。在三个实验探究过程中深入掌握碳酸盐的相关知识，潜移默化地培养学生科学探究的基本意识和素养，深化探究的意义。

4.以化学史提升应用能力

化学是一门实用的学科，化学的学习最终是为生产生活服务。初中化学的学习就是培养学生用化学眼光看待生活现象的意识，并提升化学在实际生活中的应用能力。“几种常见的盐”涉及的四种盐在生活中应用广泛，组成体现了它们不同的性质，而每一种性质又决定了相应的生产生活用途，学生可以将学到的化学知识解释日常生活中所涉及到的一系列化学现象，并能运用所学知识以及课堂中学习到的方法去分析和解决实际的问题[13]。