江学军
浙江省兰溪市第一中学 （浙江 兰溪 321100）
摘要：以苏教版《化学1》专题2第一单元“氯气的生产原理”教学设计为例，从氯气的工业制法、氯气的实验室制法两方面，采用问题探究[1]形式驱动课堂进展，引导学生感受科学家分析问题思路历程，让学生在学习过程中感受体验，学习思维和运用，从而提升自身的化学学科素养[2]，领略化学的魅力和精髓。
关键词：问题探究 氯气的生产原理 学科素养 教学设计
在实际教学过程中，教师可以通过创设科学、合理、逻辑性较强的问题，帮助学生不断地解决问题，培养学生养成积极思考探究的化学学科素养。以探究活动为主线，不断发现问题，运用演示实验、交流讨论等学习方法，对学习素材进行比较分析与归纳概括，使学生从中不断获取新知。
一、课标研读
1.学习要求。课程标准[3]要求学生理解基本的化学反应原理，认识化学现象的本质，强调通过实验探究进行学习，提高科学探究能力，形成科学探究和创新意识素养。《化学1》专题2从海水中的物质出发，学习以氯为代表的典型非金属元素，为学生打开元素世界的大门。本专题试图通过海水资源来使元素及其化合物的知识与社会实际相结合，与化学学科发展的新知识、新发现、新方法相结合，并加深学生对“绿色化学”、可持续发展的关注。
2.内容分析。本课内容中关于工业制氯气的学习有助于后续溴、碘提取方法的理解和掌握，氯气的实验室制取是学生在高中阶段学习实验室制气体的开端。 因而本课内容的教学旨在完成培养学生的实验素养、实验操作技能，以及分析问题、解决问题能力的教学任务。
二、学情分析
本课是本专题第一课时，学生初步接触如何从自然界中提取化学物质，在第一专题已经体验和了解化学科学研究的一般过程和方法，并学会了一些简单实验的设计思路和方法，在老师的引导和提示下会找出比较接近的提取方案。
对于电解饱和实验水的现象以及结果的分析会存在一些困难，学生在初中对于电解水实验的理解可适当进行迁移，学生制取氧气的装置也可用于与氯气装置的比较中，通过学生与学生，老师与学生的交流、讨论、对比去分析、归纳。
三、教学与评价目标
1．通过分析从海水中提取氯气的基本原理和方法，初步建立从海水中获取物质的理论依据和基础。
通过对电解饱和食盐水的原理分析，体会工业上阳离子交换膜法电解食盐水的装置。
2.充分利用实验现象、生产实践等引导学生发现问题、解决问题，培养学生的观察、分析问题的能力，加强学生的实验素养培养。
3.通过对问题的科学探究，提升学生的化学学科素养，培养学生的创新意识。通过认识氯气的工业生产原理及产品的利用，培养学生关注与化学有关的社会问题，感受化学对改善个人生活和促进社会发展的积极作用，培养学生科学态度和探究意识素养。
四、设计构想
以海水资源为情境切入，以氯气的工业和实验室制备为主线，借助问题链、实验探究为模式来学习氯气的生产原理。
本节课分为3个学习任务环节，突出情境、问题、知识、素养的有效结合，体现教、学、评一致性，其整体构思如下：
情境线索 知识线索 活动线索 核心素养
食盐的获取、提纯及工业价值
海水中的化学物质
通过演示实验探究电解食盐水的产物
宏观辨识、科学探究
科学精神、社会责任
离子交换膜的应用
离子交换膜法制备氯气的原理及发展
实验室制氯气原理
通过装置图理解交换膜的应用
舍勒发现氯气
学生交流、讨论制备纯净气体的完整装置
证据推理、模型认知
五、教学活动
【大情境】PPT展示一幅风景优美、令心旷神怡的大海边的照片，海水中蕴含着无数宝贵的化学资源，海水又苦又咸，那么大海中究竟蕴藏着哪些元素？哪些物质含量较高？
表1-天然海水主要元素成分
中文名 化学符号 含量
(毫克/升) 中文名 化学符号 含量
(微克/升)
氯 Cl 18880 碳 C 28
钠 Na 10770 氮 N 15
镁 Mg 1290 锶 Sr 7.9
硫 S 884 硼 B 4.5
钙 Ca 412.1 硅 Si 2
钾 K 399 氟 F 1.3
溴 Br 67.3
海水中所含氯化物的含量相当高，主要为氯化钠，其次是氯化镁、氯化钙和氯化钾等。
【学习任务一】食盐的提取和工业价值
【活动设计】
【问题1】海水中含有丰富的氯化钠，那么人们是如何从海水中获得氯化钠的呢？
【问题2】得到的粗盐含有哪些杂质？如何除去？
【问题3】氯化钠有什么用途呢？ 总结粗盐提纯所加化学试剂的顺序要点：___________
___________。
【设计意图】以海水晒盐为情境，采用问题驱动模式，培养学生严谨务实的科学态度，同时引出氯气的工业制备方法。
【活动设计】
【实验演示】电解饱和食盐水制氯气（实验改进：用长铅笔芯代替石墨电极，将阴极产生的气体通入肥皂水中，用点燃的火柴靠近肥皂泡检验氢气，实验简单，现象明显）
【问题1】阴极和阳极分别生成什么气体？如何检验？
【信息提示】氯气可以使湿润的淀粉碘化钾试纸变蓝。
【问题2】在本实验中，除了氢气和氯气，还能得到什么？
【问题3】在本实验中，除了氢气和氯气，还能得到什么？如何检验？
【交流讨论】在电解饱和食盐水的实验中，电解产物之间能够发生化学反应，如NaOH溶液和Cl2能反应生成NaClO，H2和Cl2混合遇火能发生爆炸。在工业上是如何采取相应措施的呢？
仪器名称：__________________。
阴极产物：______，检验方法：__________________________。
阳极产物：______，检验方法：__________________________。
电解饱和食盐水的化学方程式：__________________________。
【设计意图】创设工业制氯气情境，进行电解饱和实验水的实验模拟，引导学生观察、体会和表达宏观的实验现象。根据电解饱和食盐水的实验现象判断两极产物，是课标对学生的要求，但不要求从电解原理的角度深入讲解。 检验氯气、氢气是高中阶段重要的气体检验的知识点，借助具体的实验现象，结合恰当的文字描述，使学生能掌握。
【学习任务二】离子交换膜法制氯气
【资料介绍】阳离子交换膜[4]电解槽的简单构造：由阳极（金属钛网）、阴极（碳钢网）、离子交换膜（或石棉隔膜）、电解槽框和导电铜棒等组成，每台电解槽由若干个单元槽串联或并联组成。阳离子交换膜把电解槽隔成阴极室和阳极室。
图1 离子交换法电解食盐水
【问题1】阳离子交换膜具有怎样的特殊性质？
【问题2】阳离子交换膜主要起什么作用？
【交流与讨论】氯碱工业离子交换膜的优劣？
阳离子交换膜的作用：
______________________。
工业制氯气用阳离子交换膜的优点：_______________
___________。
【设计意图】通过对传统氯碱工业的评价分析，让学生体会工业化生产要综合考虑成本、经济效益、设备要求等一系列因素，采用问题导向引导学生思考分析，提升学生学科素养，树立可持续发展观念。
【学习任务三】实验室制备氯气
【活动设计】
【情境】1774年，瑞典化学家舍勒把浓盐酸与软锰矿混合在一起加热，意外发现生成了一种黄绿色气体。他发现这种气体的水溶液略显酸性，并且还能使花朵、纸张、叶子等物质褪色，还能与金属物质发生化学反应。1810年，英国化学家戴维确认：这种气体是由一种元素组成的。他将这种元素命名为chlorine，希腊文意为“绿色的”。
【问题】根据以上信息，书写实验室制备氯气的化学方程式。
实验室制备氯气的化学方程式：
_________________________。
【设计意图】以化学史为情境，激发学生的学习兴趣，引起学生的好奇心，培养学生科学探究的精神，同时引出实验室制备氯气的方法。
【活动设计】
【问题1】实验室制备氯气用到哪些主要仪器？
【问题2】氯气密度比空气大，能溶于水而难溶于饱和食盐水，应该选取怎样的收集装置？
【问题3】氯气有毒，直接排放会造成环境问题，实验室如何处理尾气？
【问题4】按照下列装置，制得的氯气是否纯净？
图2 氯气的实验室制备
【小组讨论】如何设计一套制备纯净、干燥氯气的实验装置？
【问题5】使用浓盐酸与足量的MnO2共热制氯气，实际产生的氯气总比理论值低，其主要原因什么？
【问题6】还有哪些实验室制备氯气的方法？其发生装置是否与本实验相同？为什么？
实验室制备氯气的仪器：
_______________________
______________________。
氯气的收集方法：________
______________________。
画出制备纯净氯气的实验室装置图：
______________________。
总结实验室制备纯净气体的装置应包含哪几部分：
______________________。
洗气装置中导管长短的注意事项：__________________。
其他实验室制备氯气的化学方程式：
______________________。
【设计意图】以问题链的形式引导学生对实验室制取氯气的装置选择、仪器使用、收集方法等进行思考探究，强化实验基本知识和基本技能，落实科学探究与创新意识素养。以氯气的实验室制备为例，总结出制备纯净气体的装置图一般模型，让学生学会构建模型，同时落实模型认知素养。
六、教学反思
问题是学习的种子，问题总是与学习相辅相成，所有问题的解决必定以对问题存在的认识开始。 如何促进学生的有效思考并增强化学课的魅力？ 这是我们在教学过程中要深入思考的问题。
问题是生长新思维、新方法、获取新知识的种子，问题由学生自己去发现解决，规律由学生自己去探索应用。努力解决遇到的问题是推动学生主动思考、积极探求的内在需求，可以激发学生学习的积极性和主动性。
参考文献
[1]田长明.“情境·问题·实验·建模”化学课堂教学模式的构建与实践[J].教育与装备研究,2019,35(07):71-74.
[2]田立国.高中化学学科核心素养培育的路径探析[J].新课程研究(中旬刊),2019(02):34-35.
[3]胡先锦.对2017年版普通高中化学课程标准的实践与思考——我们需要什么样的化学课堂[J].化学教学,2019(05):34-38.
[4]李跃. 离子交换膜的原理在高考化学试题中的应用[A]. .教育教学研究（2019年第1期 总第4078期）[C].:广东晨越教育发展有限公司,2019:5.