以问题驱动让深度思维真正发生

黄丹

摘要：以模拟侯德榜制纯碱为主线，复习几种常见的盐，在真实情境问题的驱动下，学生的深度思维被激发和唤醒，在思考中实践，在实践中反思，在反思中顿悟创新。

关键词：化学史;真实情境;问题驱动;深度思维;模拟实验

文章编号：1008-0546（2019）12-0054-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2019.12.016

一、问题的提出

氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、碳酸钙是初中化学教材中几种重要的盐，如何找到一个真实有效的教学情境，将零散的知识贯通起来，将知识整合化、系统化，让学生在真实情境下解决实际问题，并在解决问题时，让思维碰撞和动手实践真实发生，是复习课的意义价值之所在。

二、教学主线

情境线：以侯德榜制纯碱为主线，将苏打、小苏打、食盐、碳酸钙串联起来。

知識线：苏打、小苏打、食盐、碳酸钙的性质、用途和制备。

问题线：制纯碱的原理——原料的获得——成本产率——经济效益——工艺流程的步步优化。

实验线：模拟制纯碱的工艺流程以及对产品的检验。

三、教学过程

1.遵循反应原理复习氨碱法制碱

【师】展示侯德榜纪念邮票（如图1），回顾历史，请同学介绍主人公的生平事迹和在化学上的巨大贡献。

设计意图：将化学史、名人简介融入化学教学中，用意有三：一是可以使学生了解一段史实，二是学生理解对相关问题认识的起点和解决问题的过程，三是可以使学生在历史回顾中发现在偶然性中蕴含的必然规律。让学生了解历史，铭记为推动社会进步执着奉献的科学家，铭记历史，尊重深刻影响和改变人们的生产和生活方式的化学这门学科，将人文精神渗透到化学课堂，坚定学生尊重科学，向科学家学习的信仰和信念。

设计意图：通过计算推理，实现证据推理和真实数据相吻合。数学计算是理科的基础工具，将数据事实、数学计算应用到化学工艺中，加强学科间的融合。

【师】问题3：反应中的副产品氯化铵如何处理？

【生】氯化铵可以做氮肥。

【师】在当时农业极其落后的背景下，农业急需的氮肥氯化铵，是解决人类温饱生存的法宝。在特定的年代，这真是一举双得的完美方案。随着社会的发展，氮肥已不再紧俏，氯化铵该如何处理呢？

设计意图：彰显学科价值，化学是一门造福人类的科学，根据特定的历史条件，实现产品的绿色化。

【师】问题4：如何成本最低化地获得二氧化碳和氨气？

【生】石灰石来源广、价格便宜，工业上用高温煅烧石灰石的方法来制备二氧化碳，再利用生石灰和水反应生成熟石灰，熟石灰和氯化铵反应得到氨气，氯化铵可以循环使用，成本大大降低。

【师】废液中的氯化钙如何处理？煅烧石灰石的能耗大，如何解决？

设计意图：复习碳酸钙的性质和用途，物质的循环使用等知识点，让学生知道化工是在尊重自然界的基础上改造世界，实现对自然界的控制和利用，解决社会发展过程中遇到的难题。向学生渗透绿色化学精神，工业生产中必须要考虑产率、环保、成本、经济效益等现实问题，尽可能实现原子的利用率百分百。

【师】目前，世界上主要有氨碱法、联碱法和天然碱法这3种纯碱生产方法。由于我国天然碱资源不丰富，主要的纯碱生产方法为氨碱法和联碱法。

1892年比利时人索尔维以食盐、二氧化碳、氨气、水为原料制得了纯净的纯碱，该法称为氨碱法。其主要生产流程如图2：

【师】引导学生分析氨碱法的优点和从绿色化学的角度存在的问题。

师生交流：氨碱法采用的原料廉价易得、连续生产、无毒无害，氨气循环使用。但该法原料利用率低、污染严重。氯化钠中的氯离子几乎全以氯化钙的溶液形式未加利用而被排弃，氯化钙、废渣的处理是个环保难题，成本高，不易长期使用。

【师】20世纪，德国人施赖布提出将氨碱法碳酸氢钠母液中所含的氯化铵直接制成固体作为产品出售，流程如图3：

【师】分析此法的优点？如何进一步提升氯化铵的纯度？

已知氯化钠和氯化铵在不同温度下的溶解度曲线如图4所示：

师生交流：施赖布氨碱法将氯化铵固体从碳酸氢钠母液中分离出来，作为成品出售，氯化铵母液则返回制碱。

【师】侯氏制碱法又称联合制碱法，我国化学工程专家侯德榜于1943年创立，是把氨碱法和合成氨法两种工艺联合起来，同时生产纯碱和氯化铵两种物质，原料是食盐、氨气和二氧化碳（合成氨厂用水煤气法制取氢气的废气）流程见图5：

【师】比较侯氏制碱法和索维尔制碱法的流程图，分析二者不同之处？

【生】不同过程：用结晶的方法处理氯化铵和氯化钠，既得到氯化铵，又提高了氯化钠的利用率，利用合成氨产生的二氧化碳，避免建立石灰石煅烧厂，节约成本。

设计意图：从历史的角度来看，由于时代不同，生产环境不同，侯德榜制纯碱是氨碱法制纯碱法的继承和发展，同样，侯德榜制纯碱也会因生产和实际需求作调整和改进。另外，侯德榜的循环生产过程，不仅提高原料的利用率，从化学的视角看，符合绿色化学原则。

【师】在1789年，法国医生吕布兰以食盐、浓硫酸、木炭和石灰石为原料，开创了规模化工业制取碳酸钠的先河，流程如图6：

【师】请同学分析该方法存在的明显不足是什么？

【生】产生一氧化碳和氯化氢污染空气。

设计意图：在化学教学中，融合化学学科发展历史的教学，不应仅仅将历史事件孤立地呈现在学生面前，而应该追溯到伟人的成长，从中感知前人在探索和改造自然的过程中所经历的认识与思考、徘徊与决断、挑战与机遇……这不仅给了学生思维能力与科学方法层面的启迪，更重要的是让学生在这些历史事件的进程中理解了一个人的努力和探索，不管成功与否，都构筑着人类文明进步的阶梯，这是一种人格上的完善。回眸历史，虽然人类研究的过程是具体而曲折的，但是无论是后来者的继承，还是先行者的开拓，在化学学习或研究中都注重观察实验、富于想象、建立思维模型。思维和行动在真实发生着。

2.模拟实验，体验氨碱法制碱的真实性

（1）如何制备碳酸氢钠

实验操作：①向浓氨水中加入过量的氯化钠，直至充分溶解，静置;②向充满二氧化碳的500mL的烧瓶中加入10mL铵盐水，塞上瓶塞，轻轻摇晃，在摇晃的过程中，看到瓶壁上出现了晶体。

设计意图：在一系列的分析推理后，学生的深度思维被唤醒和激发，进一步的实验验证让思维之花落地生根，实现证据推理和模型认知的融合，学生体验到我思我做我成功的成就感，成就感是让学生持续保持学科兴趣的根本。

（2）如何检验生成物是碳酸氢钠

取出晶体，用滤纸把晶体表面的水分吸干，置于试管中加热，将产生的气体通人澄清石灰水，变浑浊，余下的固体中，加入稀盐酸，有气体生成，证明生成了碳酸氢钠。

设计意图：复习小苏打、苏打的化学性质、相互转化和碳酸根离子的鉴定。在一系列的追问中，学生考虑问题的视角会放大，从化学物质间的反应，逐渐拓展到真实的实验情境。形成一个全新的、相互联系的体系，对培养学生的系统思维、从整体的角度理解各种因素既相互影响又相对独立。进而做出正确的决策和设计，提升学习能力是很有价值的。同时，这样的教学组织形式，围绕一个有实际意义的主题，融学科知识、学习技能、知识应用、问题探究的逻輯思路的展开等多种教学元素于一体，使学生能够切实体会到化学学科的学习特点，在实际教学实践中不仅受学生欢迎，还非常有价值，有利于培养学生的成长型思维。

四、教学反思

美国教育学者布朗拉格等研究表明，若要引导学生有效参与课堂活动，就必须采用灵活多变的问题去驱动，使所有学生集中注意力并沉浸在学习过程中。问题是课堂教学的灵魂，一切课堂活动都是围绕问题而有序展开的。这节复习课正是以问题驱动的方式，师生在平等交流中，激发学生探究的潜能，促进学生深度思维的真实发生。但是由于主要针对的是初三学生，学生的学科知识水平和认知能力水平有限，比如对物质的溶解性讨论都是基于最简单的层面，随着学生知识水平的提升，问题的讨论可以扩展延续。以纯碱制备这一真实情境为主线，将学科思维方法、社会生活、学科知识、模拟实验运用到教学中，以活动促思维，重在引导学生认识问题，关注前人的生活，联系现在的生活，关注科学的发展，关注历史，关注人文素养，关注学科问知识的融合，培养具有化学核心素养的创新型新人。