華麗芬

摘要：化學(xué)·情境素材的使用價(jià)值在于為學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)提供化學(xué)材料和知識(shí)背景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的遷移和學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生獲得化學(xué)知識(shí)的同時(shí)提升學(xué)科素養(yǎng)。在新課標(biāo)指導(dǎo)下以“海水淡化”為例探討情境素材的構(gòu)成要素以及開發(fā)流程，并將這一素材運(yùn)用于教學(xué)實(shí)踐。

關(guān)鍵詞：情境素材;海水淡化;循環(huán)經(jīng)濟(jì);模型認(rèn)知

文章編號(hào)：1008-0546（2020）04-0033-04

中圖分類號(hào)：G632.41

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.008

2017年頒布的化學(xué)新課標(biāo)特別突JJ“情境素材建議”這一板塊，必修課程涉及的情境素材有108個(gè)，選擇性必修課程有115個(gè)，其中融合STSE理念的素材約占四分之三[1]。新課標(biāo)明確提出：教師在教學(xué)中應(yīng)重視創(chuàng)設(shè)真實(shí)且富有價(jià)值的問題情境，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的形成和發(fā)展。

一、情境素材的構(gòu)成要素

情境與知識(shí)，好似鹽與湯，湯里無鹽，寡淡無味;吃鹽無湯，難以下咽;兩者調(diào)和，謂之佳肴。任何化學(xué)概念的建構(gòu)和化學(xué)知識(shí)的呈現(xiàn)都是有情境的，真實(shí)的情境為學(xué)生的素養(yǎng)發(fā)展提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì)。畢華林[2]指出化學(xué)情境可分為四種類型：探究型、歷史型、經(jīng)驗(yàn)型以及敘事型。杜淑賢[3]提出情境創(chuàng)設(shè)需要遵循四大原則：目標(biāo)性原則，即要把教學(xué)目標(biāo)有機(jī)整合在情境中;主體性原則，即要著眼于學(xué)生身心的和諧發(fā)展;真實(shí)性原則，即要貼近學(xué)生生活和認(rèn)知基礎(chǔ);多樣性原則，即根據(jù)不同學(xué)生對象、不同教材內(nèi)容等使用不同類型的情境。

情境素材是情境教學(xué)的起點(diǎn)，情境素材的使用價(jià)值在于為學(xué)生的化學(xué)學(xué)習(xí)提供化學(xué)材料和知識(shí)背景，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，產(chǎn)生情感共鳴，促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)的遷移和學(xué)習(xí)方式的轉(zhuǎn)變，讓學(xué)生獲得化學(xué)知識(shí)的同時(shí)提升學(xué)科素養(yǎng)。所以，教師在開發(fā)情境素材時(shí)首先要基于學(xué)生的認(rèn)知水平，從學(xué)生的現(xiàn)實(shí)生活中選擇契合教學(xué)目標(biāo)的素材，然后從素材中提煉出蘊(yùn)含的學(xué)科問題與核心概念，通過設(shè)計(jì)教學(xué)活動(dòng)給學(xué)生搭建思維平臺(tái)，引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行知識(shí)的建構(gòu)和學(xué)習(xí)的遷移，驅(qū)動(dòng)學(xué)生進(jìn)行高階思維，最終養(yǎng)成學(xué)科態(tài)度。情境素材的構(gòu)成要素見圖1。

二、情境素材的開發(fā)流程

“海水淡化”這一情境素材出現(xiàn)在新課標(biāo)必修課程主題5的“資源開發(fā)與能源利用”里，同時(shí)新課標(biāo)還建議關(guān)注“循環(huán)經(jīng)濟(jì)”與“工業(yè)生態(tài)”案例的實(shí)施。雖然新課標(biāo)給出了指導(dǎo)意見，但是提供的建議比較簡單，需要教師深度挖掘?qū)W生生活中的案例，再加T為能運(yùn)用到課堂教學(xué)的情境素材。

1.“海水淡化”情境素材的背景介紹

天津北疆發(fā)電廠聯(lián)合下游企業(yè)漢沽鹽場采用“電一水一鹽”聯(lián)合生產(chǎn)方式，實(shí)現(xiàn)了“資源一產(chǎn)品一廢棄物一再生資源”的循環(huán)經(jīng)濟(jì)模式[4]，是我國實(shí)施海水淡化及濃海水綜合利用項(xiàng)目的示范企業(yè)。海水經(jīng)過預(yù)處理后進(jìn)入淡化廠，海水淡化有膜法和熱法兩種，膜法即采用反滲透膜，熱法即運(yùn)用蒸餾原理進(jìn)行多級閃蒸和低溫多效蒸餾。天津北疆發(fā)電廠利用發(fā)電過程中產(chǎn)生的余熱采用低溫多效蒸餾法進(jìn)行海水淡化，即在不高于70攝氏度的環(huán)境下采用一系列水平管噴淋降膜蒸發(fā)器進(jìn)行海水淡化。淡水進(jìn)入市政自來水管網(wǎng)，剩下的濃海水中溴元素含量較高約為lOOmg/L，采用吹溴工藝的成本比海水直接提溴低約50%[5]，提溴的海水全部流入漢沽鹽場“曬鹽”，不但提高出鹽效率，節(jié)約大量土地資源，也創(chuàng)造了更高的經(jīng)濟(jì)效益。原鹽經(jīng)過精制得到的食鹽有食品級和工業(yè)級兩類，工業(yè)級食鹽是制備燒堿、純堿必不可少的原料，而兩堿是非常重要的化工基礎(chǔ)原料。曬鹽后的苦鹵進(jìn)入制鹽車間，可以生產(chǎn)氯化鉀、氯化鎂、硫酸鎂等鹽產(chǎn)品。天津北疆發(fā)電廠循環(huán)經(jīng)濟(jì)項(xiàng)目生產(chǎn)流程見圖2。

2.“海水淡化”情境教學(xué)的設(shè)計(jì)思路

查閱文獻(xiàn)發(fā)現(xiàn)，運(yùn)用海水資源開展教學(xué)已有不少研究，例如田琪等[6]依據(jù)人教版高中化學(xué)必修二第四章第一節(jié)的教材內(nèi)容，開展“海水中鹽的開發(fā)和利用”“海水提鎂”“海水提溴”的情境教學(xué)，設(shè)計(jì)并實(shí)施了多個(gè)教學(xué)活動(dòng)實(shí)現(xiàn)了“教、學(xué)、評”一體化。張燕靜[7]以“海水的綜合利用”為例，通過引導(dǎo)學(xué)生整合海水曬鹽、氯堿T業(yè)、海水提溴以及海水提碘等知識(shí)探索高三化工生產(chǎn)的復(fù)習(xí)。本案例是高二學(xué)業(yè)水平合格性考試的一節(jié)專題復(fù)習(xí)課，合格性考試命題體現(xiàn)基礎(chǔ)性、時(shí)代性、適切性三原則，難度不大但注重加強(qiáng)與社會(huì)實(shí)際的聯(lián)系，根據(jù)學(xué)業(yè)要求本節(jié)課進(jìn)行如圖3所示的教學(xué)設(shè)計(jì)：

三、情境素材的運(yùn)用實(shí)例

環(huán)節(jié)一：激活舊知

[情境1]海水中的化學(xué)資源極其豐富，人類從海水中提取了哪些物質(zhì)？以什么方式？什么原理？

[學(xué)生活動(dòng)]趣味搶答（圖4）：圖片題（海水曬鹽、原理）、視頻題（海水淡化、原理）、文字題

[學(xué)生表現(xiàn)]能說出海水曬鹽、海水淡化所涉及的原理，能從化合價(jià)的角度依據(jù)氧化還原反應(yīng)原理判斷物質(zhì)間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，能寫出制鎂、制氯氣、制溴的核心反應(yīng)。

設(shè)計(jì)意圖：采用趣味搶答的形式，激發(fā)學(xué)生興趣，回顧所學(xué)知識(shí)。化學(xué)實(shí)驗(yàn)是研究物質(zhì)及其變化的基本方法，是科學(xué)探究的一種重要途徑，蒸發(fā)結(jié)晶和蒸餾是用于物質(zhì)分離提純的基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)，氧化還原反應(yīng)是化學(xué)核心概念，通過創(chuàng)設(shè)情境培養(yǎng)學(xué)生根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)的差異選擇物質(zhì)分離提純方法的思路以及從化合價(jià)角度判斷氧化還原反應(yīng)，利用氧化還原反應(yīng)原理實(shí)現(xiàn)物質(zhì)間轉(zhuǎn)化的能力。

環(huán)節(jié)二：建構(gòu)模型

[情境2]位于渤海之濱的天津市干旱少雨，人均本地水資源僅為全國平均水平的1/15，如何解決用水問題？海水淡化可以緩解用水問題，但淡化后的濃海水如何處理？直接排放到大海中是否合理？濃海水有無利用價(jià)值？

[教師活動(dòng)]展示濃海水直排口的圖片，連續(xù)追問。

[學(xué)生表現(xiàn)]能判斷淡化后的濃海水不能直接排人大海，會(huì)造成海水局部鹽分過高，影響海洋生態(tài)環(huán)境。濃海水相當(dāng)于把原海水濃縮了，可以進(jìn)一步提取食鹽、溴單質(zhì)等物質(zhì)。通過環(huán)節(jié)一的知識(shí)回顧，學(xué)生知道溴離子轉(zhuǎn)化為溴單質(zhì)的核心反應(yīng)，但說不清工業(yè)上如何提取溴單質(zhì)，學(xué)生掌握的知識(shí)是碎片化的，需要在教師引導(dǎo)下進(jìn)行整合，促進(jìn)深度學(xué)習(xí)。

[情境3]海水中資源豐富，這既是大自然對人類的饋贈(zèng)，同時(shí)也給化學(xué)工作者帶來難題，如何從眾多元素中提取出目標(biāo)產(chǎn)物，即從資源到產(chǎn)品如何轉(zhuǎn)化？

[學(xué)生活動(dòng)]在教師引導(dǎo)下繪制“空氣吹出法”工業(yè)提溴的工藝流程圖（圖5），書寫氧化、吸收階段的離子反應(yīng)方程式。比較海水提鎂的流程和海水提溴的流程，歸納從資源到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化途徑。

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生能根據(jù)所給信息以及氧化還原反應(yīng)原理書寫離子反應(yīng)方程式，（氧化）Cl²+2Br=Br²+2Cl-;（吸收）SO²+Br²+2H²0—4H₊+2S0_-2⁴。大部分學(xué)生能從溴的提取和鎂的制備中歸納出從資源到產(chǎn)品的兩種轉(zhuǎn)化途徑：①資源富集一產(chǎn)品制備一產(chǎn)品提純，②資源富集一原料提純一產(chǎn)品制備。

設(shè)計(jì)意圖：在海水曬鹽、海水淡化原理的基礎(chǔ)上，分析討論從濃海水中提取溴和鎂的工業(yè)生產(chǎn)流程，創(chuàng)立一個(gè)真實(shí)的化工生產(chǎn)情境，使學(xué)生在具體情境中體會(huì)化學(xué)與生產(chǎn)、生活的密切聯(lián)系以及工業(yè)生產(chǎn)的復(fù)雜性，并建構(gòu)從資源到產(chǎn)品的轉(zhuǎn)化模型。模型是一種具有描述、分析、預(yù)測等功能的科學(xué)研究方法，在化學(xué)學(xué)科中應(yīng)用模型教學(xué)，可以讓學(xué)生從化學(xué)角度找到解決問題的策略，能夠?qū)⑺鶎W(xué)的氧化還原反應(yīng)原理、物質(zhì)分離提純等知識(shí)用于解決實(shí)際生產(chǎn)問題。

環(huán)節(jié)三：整合工藝

[情境4]為響應(yīng)“一帶一路”倡議，實(shí)現(xiàn)京津冀協(xié)同發(fā)展，天津市急需解決用電、用水、用地的矛盾！天津市的漢沽鹽場有上千年歷史，距離漢沽鹽場不遠(yuǎn)處建設(shè)了天津北疆發(fā)電廠，發(fā)電廠除了輸出電還會(huì)產(chǎn)生大量余熱?，F(xiàn)在發(fā)電廠與鹽場之間規(guī)劃一座海水淡化廠，是否可行（圖6）？淡化后的濃海水如何處理？先“提溴”還是先“曬鹽”？（市場價(jià)：海鹽7500元/噸，液溴30000元/噸）

[學(xué)生表現(xiàn)]學(xué)生認(rèn)為海水淡化項(xiàng)目可行，因?yàn)榘l(fā)電廠有余熱可以采用蒸餾原理進(jìn)行海水淡化，淡化后的濃海水流入漢沽鹽場直接曬鹽，不僅得到淡水、食鹽，還可以提高曬鹽效率，節(jié)約土地資源。還有的學(xué)生說海水淡化后的濃海水應(yīng)該先進(jìn)入溴素廠提取溴單質(zhì)，因?yàn)殇宓慕?jīng)濟(jì)價(jià)值更高，提溴后的濃海水中氯離子含量更高，還可以進(jìn)一步提高出鹽率。

設(shè)計(jì)意圖：海水曬鹽和海水淡化是學(xué)生比較熟悉的人類對海水利用的實(shí)例，從中體現(xiàn)出人類利用能量轉(zhuǎn)化獲取生存所需用品的智慧。隨著社會(huì)的發(fā)展，用電、用水、用地等矛盾突出，通過創(chuàng)設(shè)海水曬鹽、海水淡化與溴的生產(chǎn)相結(jié)合的真實(shí)情境，讓學(xué)生體會(huì)化學(xué)工業(yè)在綜合利用資源、節(jié)約資源等方面的技術(shù)措施，了解化學(xué)研究對化學(xué)工業(yè)發(fā)展的促進(jìn)作用。

環(huán)節(jié)四：優(yōu)化流程

[情境5]漢沽鹽場生產(chǎn)的食鹽分為食品級和工業(yè)級，工業(yè)級食鹽是重要的化工原料，你認(rèn)為在鹽場附近還可以布局哪些企業(yè)？曬鹽之后的苦鹵還能提取哪些物質(zhì)？

[學(xué)生表現(xiàn)]有的學(xué)生提出氯堿工業(yè)以食鹽為原料，通過電解飽和食鹽水可以獲得燒堿、氯氣和氫氣，氯氣可以用來制備溴單質(zhì)，實(shí)現(xiàn)資源的再利用，可以布局氯堿廠;有的學(xué)生提出純堿生產(chǎn)也以食鹽為原料，侯氏制堿法就是在氨的氯化鈉飽和溶液中通入二氧化碳?xì)怏w獲得碳酸氫鈉晶體，然后加熱分解獲得純堿，可以布局純堿廠;還有的學(xué)生提出食鹽是制備金屬鈉的原料，生成的氯氣還可以用作海水預(yù)處理的消毒劑，節(jié)約成本。對于苦鹵可以提取哪些物質(zhì)，學(xué)生提出可以提鉀（鉀肥、金屬鉀）、提鎂（耐火材料氧化鎂、金屬鎂）、提鋰（鋰電池）等。

設(shè)計(jì)意圖：將學(xué)生之前所學(xué)的碎片化知識(shí)進(jìn)一步整合成有邏輯、有體系的知識(shí)結(jié)構(gòu)并能進(jìn)行學(xué)習(xí)的遷移。培養(yǎng)學(xué)生運(yùn)用化學(xué)方法解決實(shí)際問題的意識(shí)，幫助學(xué)生從“化學(xué)、技術(shù)、社會(huì)、環(huán)境”四位一體的角度實(shí)現(xiàn)海水資源的綜合利用，通過具體工業(yè)生產(chǎn)情境的分析，讓學(xué)生感悟真實(shí)化工生產(chǎn)涉及許多問題，如化學(xué)原理、原料選擇、能源消耗、生產(chǎn)工藝、環(huán)保措施及經(jīng)濟(jì)效益等，從而樹立“綠色化學(xué)”以及可持續(xù)發(fā)展的理念。

四、結(jié)語

知識(shí)只是素養(yǎng)的媒介和手段，知識(shí)轉(zhuǎn)化為素養(yǎng)的重要途徑是情境，因此，教師要在新課標(biāo)指導(dǎo)下積極推進(jìn)情境素材的開發(fā)，構(gòu)建從真實(shí)的情境中學(xué)習(xí)的認(rèn)知路徑，知識(shí)才會(huì)在學(xué)生身上扎根，才會(huì)轉(zhuǎn)化為學(xué)生的素養(yǎng)。

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