促进学生核心素养发展的情境教学

陈悦 吴波 李光全

摘要：以真实造纸工业流程为载体，创设“造纸工程师”“环境监测员”“城市规划师”三种情境，在解决实际问题任务中复习碱的化学性质，发展学生的化学学科核心素养。

关键词：化学学科核心素养;造纸术;碱的化学性质;复习课

文章编号：1008-0546（2021）02-0057-05 中图分类号：G632.41 文献标识码：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2021.02.014

《普通高中化学课程标准（2017年版）》中提出：在化学教学中重视开展“素养为本”的教学，倡导真实问题情境的创设，重视教学内容的结构化设计，激发学生学习化学的兴趣，促进学生学习方式的转变，培养他们的创新精神和实践能力。碱的化学性质在初中化学新课教学和复习课教学中都是重点内容。教师在进行化学复习课教学时，应注重设计多种情境，设计挑战性问题任务，引导学生利用所学知识去解决生产生活的实际问题，促使学生的知识结构化、功能化、素养化。

一、教学主题内容及教学现状分析

《义务化学课程标准》中要求：在教学中要为学生创设体现化学、技术、社会、环境相互关系的学习情境，使学生初步了解化学对人类文明发展的巨大贡献，增强学生对自然和社会的责任感。基于课程理念，笔者以真实造纸工业流程为载体，创设了“造纸工程师”“环境监测员”“城市规划师”三种情境，帮助学生建构碱的化学性质结构化知识。

“碱的化学性质”的主要内容包括：（1）碱能和酸碱指示剂作用，能使紫色石蕊溶液变蓝，使无色酚酞溶液变红;（2）碱能和酸反应生成盐和水;（3）碱能和某些非金属氧化物反应生成盐和水;（4）碱能和某些盐溶液反应生成新碱和新盐。

在检索到的相关教学设计中，对“碱的化学性质”的复习重点都落在氢氧化钠变质问题的探究上，因为氢氧化钠的变质问题一直都是中考的热门考点。但是，一节复习课只探究氢氧化钠的变质，情境不够新颖，无法吸引学生的兴趣。且过于注重知识本身，忽略了碱的化学性质在生产和生活中的实际应用价值。因此，在复习课堂中，如何设计新颖的情境和问题任务活动让学生在学会碱的化学性质的基础上，利用碱的化学性质解决生产生活中的实际问题变得尤为重要。

二、“碱的化学性质”复习课教学设计

1.学情分析

知识和技能：在学习本节课之前，学生已经学习了酸、碱、盐等元素化合物的化学性质，已经知道了物质的分类方法，能对物质进行分类学习。学生已经掌握了初步的实验操作技能，会从多方面观察实验现象。

心理特征：初三学生具有敏感好动的特点，具有发散思维，喜欢动手做实验。但是在复习阶段可能感到有点疲惫，因此需要有趣的活动吸引学生。

局限和不足：学生对知识的整合能力和迁移能力较弱，不具备化学学习的高阶思维，不能自主将知识结构化、功能化，因此需要教师帮助学生对知识进行迁移和运用。

2.教学目标

基于学情分析，从“素养为本”的角度，确立了本节课的教学目标为：

（1）通过碱和酸反应微观小球模型、碱和CuSO～溶液反应微观图片模型掌握碱的化学性质，培养宏观辨识与微观探析素养;

（2）通过废硫酸处理造纸废水的实际计算，运用化学反应原理解决简单的实际问题，培养变化观念与平衡思想素养;

（3）通过碱的化学性质的复习，建立碱的化学性质宏观模型以及能和OH-发生反应的微观粒子模型，培养证据推理与模型认知素养;

（4）通过实验探究造纸流程中为什么要加入碱性物质以及如何监测废水的酸碱性是否达标，从问题和假设出发，完成实验探究，培养科学探究与创新意识素养;

（5）通过黑液处理方法的思考与讨论，树立起保护环境的可持续发展意识，培养科学精神与社会责任素养。

3.教学流程

本节课以造纸术为主线，设计了3个职业情境将学习过程分为了5个问题活动：（1）小组合作，查阅相关资料;（2）造纸工程师，探究造纸加碱原因;（3）造纸工程师，探究黑液如何处理;（4）环境监测师，探究废液是否达标;（5）城市规划师，规划工厂位置。整节课按照图1的教学流程展開。

三、教学实录

[环节1]小组合作，查阅相关资料

上课前一周，教师发布任务，以小组为单位，利用周末时间在网上查阅以下资料：1.查阅和归纳古代造纸和现代造纸的流程。2.在“造纸工程师”“环境监测员”和“城市规划师”这三种职业中选择一个你感兴趣的职业，查找相关职业信息和要求。

[环节2]实验探究，造纸加碱原因

教师引入：2007年，英国《独立报》评出了改变世界的101个发明，中国古代四大发明赫然在列，造纸术就是其中之一，今天我们就一起学习造纸术中的化学。课前，同学们已经整理出了古代造纸流程如图2，现代造纸流程如图3。

教师：假如十年后，你成为了A市某造纸厂的“造纸工程师”，解决生产线上的技术难题是你的重要工作。请你解决问题1：找出造纸流程中用到的碱性物质，写出古代造纸中发生的化学反应方程式。

教师：不管是古代造纸还是现代造纸，步骤1中都要加入碱性物质，为什么步骤1中要加入碱性物质？

学生：思考后无法作答。

教师提供参考资料：（1）纸的成分主要是纤维素;（2）树木中含有纤维素、油脂、木质素等成分。

学生：加入碱性物质可能是为了和植物中的油脂等成分反应。

学生设计实验方案：向树皮中分别加入NaOH溶液和水浸泡，观察现象。

教师：树皮和NaOH溶液反应时间较长，且有颜色.干扰，不便于观察现象，我们可以用同样富含纤维素的棉花模拟这个实验。

学生小组实验：向棉花A中加A.NaOH溶液，棉花B中加入水浸泡1分钟，洗涤烘干后观察现象，如图4所示。实验后用手触摸，可以很明显地能够感知到棉花团A表面的油脂被反应了，如图5所示。

学生得出结论：NaOH等碱性物质可以和油脂反应，溶解非纤维素成分，使植物中的纤维素分离出来。

[环节3]造纸工程师，探究黑液如何处理

教师：造纸流程中，过滤得到纸浆后剩余了黑液，黑液是呈碱性的。碱性黑液中可能含有哪些物质？

教师：同学们能根据老师提供的图片模型找出碱和CuSO4溶液实际参加反应的微粒吗？图片见图9、图10、图11。

学生：碱和CuSO4溶液反应的实质是OH-和Cu²⁺反应生成cu（OH）2沉淀。两类反应中，OH-都被反应掉了，因此溶液从碱性变为了中性。溶液中自由移动的离子数目减少，因此复分解反应可以发生。

教师引导学生总结：初中阶段需要掌握的能和OH-发生反应的微观粒子如图12所示。《制浆造纸工业水污染物排放标准》中要求废水的pH为6-9，你要如何去监测废水的酸碱性呢？

学生实验：用紫色石蕊溶液、无色酚酞溶液监测废水的酸碱性，用pH试纸测量废水的pH，观测造纸厂的废水是否达标。

师生总结：碱的化学性质主要有四条，总结如图13所示。

教师：回到造纸黑液的处理方法，同学们有什么好方法可以用于处理黑液了吗？

学生：处理碱可以加酸或者加某些盐溶液。其中，酸也可以和碳酸盐发生反应。因此，处理黑液的合适方法为加酸。

教师：很好。我国现代造纸工业上处理黑液就是向黑液中加入硫酸中和至中性排放。

[环节4]环境监测师，探究废液是否达标

教师：假如十年后，你成为了A市的环境监测员，你需要监测造纸厂排出的废水的酸碱性是否达标。

[环节5]城市规划师，规划工厂位置

教师：假如十年后，你成为了A市的城市规划师，你需要对工业区各个工厂的位置進行合理的规划。造纸厂、印染厂、火电厂、硫酸厂这几个工厂的位置应该怎样分布以达到环保的目的？

学生：方法有很多，造纸厂、印染厂废水呈碱性，火电厂、硫酸厂废水呈酸性，只要利用酸碱中和原理就可以处理这几个工厂的废水了。

教师：同学们完成这个工业废水处理的计算题。若某造纸厂废水中NaOH的质量分数为1.6%，现用废硫酸9.8t（废硫酸中硫酸的质量分数为20%）将其处理至中性，可以处理的造纸废水质量是多少？

学生：废硫酸中H2S04的质量为1.96t，通过化学方程式2NaOH+H2SO4=Na2SO4+2H2O，可以算出NaOH的质量为1.6t，因此可以处理造纸废水的质量是100t。

师生总结：这节课中，我们通过造纸工程师、环境监测员、城市规划师三种职业的扮演，复习了碱的化学性质，从微观角度总结了能和氢氧根离子发生反应的离子，达到知识的意义建构。

教师：造纸术经过古代人工造纸到如今的机械造纸，在中国已经有几千年的历史了，但是造纸行业没有一家企业进入中国企业百强，说明造纸行业还有很大的发展空间。同学们试想一下，在未来，造纸技术还可以怎样发展？

学生1：技术提升后，原料可以不用树木、竹子，可以用草，节约成本。

学生2：废水处理工艺比较贵，可以开发降低废水处理成本的新技术。

学生3：开发可以一键擦除字迹的纸，一张纸可以循环使用无数次。

学生4：……

教师：同学门都说得非常好。造纸术从过去到现在，再到未来的发展，体现了中国传统文化需要我们去传承、发展和创新！如果同学们有条件的话，可以去造纸厂实地参观，在参观过程中用化学的眼睛看，用化学的思维思考可以如何节约原料、减少污染、提高生产效益！