基于真实情境的大单元教学设计与实践
——以人教版“海水中的重要元素——钠和氯”复习教学为例
摘要：以人教版“海水中的重要元素——钠和氯”的大单元复习教学为例，从情境、目标、内容及活动等方面阐述高三一轮复习阶段基于真实情境的大单元复习教学设计与实践。情境贯穿，引发深度思考；多样教学，培养关键能力；科学评价，推动素养发展。
关键词：真实情境 大单元教学 复习教学 次氯酸钠
《普通高中化学新课程标准（2017年版）》明确指出：以发展化学学科核心素养为主旨，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。
学科核心素养的形成以学科教学为基础，学科教学本身则是由若干个教学单元组成，大单元学习最终则细化成具体课时，大单元学习在核心素养转化落地的过程中属于关键环节。指向核心素养的单元教学设计，依据大的教学观念和主题，以真实的问题情境为教学起点，经过系列的探究活动过程解决问题并进行迁移和应用，是核心素养落地的自然需求。
本文以人教版“海水中的重要元素——钠和氯”复习教学为例，探讨如何在高三一轮复习教学阶段实施基于真实情境的大单元复习教学设计。
一、教材分析与课标解读
教材和课标是实施大单元教学设计的基础，在进行大单元复习教学设计之前，要把握教材内容体系，明确课标素养要求。内容位于人教版必修第一册第二章，包含钠及其化合物、氯及其化合物以及物质的量。从物质分类的角度系统研究钠及其化合物、氯及其化合物，可以定性认识物质的性质、变化和用途。通过学习一个新的物理量——物质的量，建立宏观物质与微观粒子间的联系，可以帮助我们从定量的角度认识物质及其变化[1]。本章的内容特点是元素化合物知识和理论知识相结合，定性和定量相结合认识物质及其变化。教材中钠及其化合物的内容安排以物质类别为线索，包含单质（Na）、氧化物（Na2O2）和盐（Na2CO3、NaHCO3），由于碱（NaOH）的性质在初中化学已经系统研究过，所以教材中没有单独涉及。氯及其化合物以含不同价态同种元素的物质间的转化为线索，分为三块内容：氯气的性质、氯气的实验室制法和氯离子的检验。课标对钠、氯及其化合物的内容要求是：结合真实情境中的应用实例或通过实验探究，了解钠及其重要化合物的主要性质，了解这些物质在生产、生活中的应用；了解氯及其重要化合物的主要性质，认识这些物质在生产中的应用和对生态环境的影响；了解物质的量及其相关物理量的含义和应用，体会定量研究对化学科学的重要作用[2]。
二、大单元课时安排与核心内容
本次大单元复习以84消毒液为主要载体，对单元知识内容进行整合，安排三个课时实施复习教学。
表1 课时安排与核心内容
课时安排 |
核心内容 |
第1课时 探秘“84消毒液” |
探究“84消毒液”的成分；探析“84消毒液”的相关化学性质；探明“84消毒液”的用途和用法 |
第2课时 制备“84消毒液” |
分析工业制备“84消毒液”的生产工艺和配方技术；自制“84消毒液”的实验设计，装置搭建以及实验操作 |
第3课时 再探“84消毒液” |
探讨自制“84消毒液”有效氯的检测；寻找自制“84消毒液”用于环境消毒的合适方法 |
三、大单元教学目标和教学流程
1.大单元教学目标
（1）通过未知消毒液成分的系列探秘实验，以及消毒液用途与用法的交流讨论，回顾氯及其化合物的相关性质，构建氯及其化合物价类二维图，培养学生的科学探究能力及实证意识。
（2）通过“84消毒液”主要成分次氯酸钠的制取方案设计、装置搭建以及实验操作，回顾钠及其化合物的相关性质，构建钠及其化合物价类二维图；通过工业配制“84消毒液”的生产工艺和配方技术分析，发展学生证据推理与模型认知核心素养。
（3）通过“84消毒液”中有效氯含量的检测与结果分析，巩固物质的量及其相关物理量的应用；通过评估自制“84消毒液”应用于生活实际的可能性，进一步改进制备条件，发展学生科学态度与社会责任核心素养。
2.大单元教学流程（见图1-图4）
图1 教学流程（第1课时）
图2 教学流程（第2课时）
图3 教学流程（第3课时）
四、大单元教学实践片段（重点或难点突破）
1.探秘消毒液，感受不同价态氯之间的转化
[导入]工作人员喷洒消毒液对公共场所开展日常消杀活动场景
[教师]观看视频后，你有哪些问题？
[学生]问题1：消毒液的主要成分是什么？
问题2：消毒液的消毒原理是什么？
问题3：消毒液有哪些用途？
问题4：消毒液的使用注意事项是什么？该如何保存？
[教师]视频中使用的消毒液在没有贴标签的试剂瓶里，我们通过实验来探个究竟。
探究实验一：在pH试纸上滴加1滴消毒液，立即与标准比色卡对比；一段时间后，观察试纸颜色的变化。
探究实验二：向KI溶液中滴加几滴消毒液，再滴加几滴淀粉溶液，观察溶液颜色的变化；继续滴加消毒液，观察溶液颜色的变化。
探究实验三：向井穴板一个空穴中放入一块湿润的淀粉碘化钾试纸，另一个滴加几滴消毒液，向消毒液中滴加几滴盐酸，将井穴板迅速放入透明塑料自封袋中密封，观察试纸颜色变化，再打开自封袋，将井穴板抽出，在消毒液和食盐水的混合溶液中滴加几滴盐酸，将井穴板迅速放入透明塑料自封袋中密封，观察试纸颜色变化。
[小组代表1]实验一的现象是pH试纸出现蓝色，一段时间后褪色。由此可知消毒液呈碱性，具有强氧化性，能漂白有色试纸。
[小组代表2]实验二的现象是溶液变为蓝色，继续滴加消毒液，蓝色褪去。可知消毒液能将碘离子氧化成碘单质，碘单质遇到淀粉显蓝色，继续滴加消毒水，碘单质能被氧化为更高价态的含碘微粒。
[小组代表3]实验三的现象是试纸颜色不变化，滴加盐酸后，试纸颜色先变为蓝色，一段时间后又褪色。可知消毒水能在酸性条件下氧化氯离子，产生的氯气能氧化碘化钾，生成碘单质，从而使试纸变蓝，后续氯气又能将碘单质氧化为更高价态的含碘微粒。
[教师]请同学们交流讨论：上述实验中使用的消毒液的主要成分是什么？
[学生]可能是次氯酸钠、次氯酸钙或二氧化氯等氯系消毒液。
[追问]若消毒液主要成分为其中的一种，如何用学过的方法进一步检验呢？
探究实验四：用铂丝蘸取少量消毒液做焰色试验。
[小组代表4]实验四的现象是火焰呈现黄色。
[标签展示]“84消毒液”，主要成分NaClO，pH值8~12
2.工业上“84消毒液”的配制
[导入]“84消毒液”的生产工艺及相关要求既简单易行又苛刻复杂。“84消毒液”的生产过程无激烈的化学反应，为什么说“苛刻复杂”呢？
[学生]次氯酸钠是一种强氧化剂，会氧化设备。
[资料]通过在生产过程中有可能接触的介质进行试验可知：在有效氯含量为6%消毒液溶液中分别加0.2%的铁、铜、木炭粉，经48h后消毒液的有效氯下降分别为32.37%、40.40%、53.70%，因而在生产时所有设备材料要求必须能抗氧化[3]。
[追问]既然要生产消毒液，如何保证产品不受细菌或病毒污染呢？
[学生]要配备消毒设施，要穿防护服。
[资料]生产“84消毒液”要求生产环境和用料必须洁净无尘，周围无污染源，生产车间要配备相关消毒设施；操作人员必须按规定穿戴好经消毒处理的劳保防护作品方可进入车间；以确保产品生产全过程不受环境、设备、原料和操作人员所携带的病毒污染；此外，生产投料前，相关容器和设备及管道必须用清水加蒸汽煮沸清洗或吹净[4]。
[评价]同学们说到了关键的几点，我再作一点补充：对主要原料次氯酸钠溶液必须准确地测定其有效氯含量，以便精确地算出产品中次氯酸钠应投料量。产品的包装瓶在灌装前要经紫外线灯消毒后方可使用。
[资料]环境、温度、光照甚至搬运时的摇晃位移过度都会加剧“84消毒液”中有效氯的降低，从而导致产品消毒效果的减弱。
[教师]看了这段资料，你们有什么问题呢？
[学生]问题1：“84消毒液”中有效氯为什么会降低？
问题2：如何减缓有效氯的降低？
[分析]次氯酸钠转化为的次氯酸不稳定，易发生分解。
[讨论]哪些措施能减缓“84消毒液”中有效氯的降低？
[学生]控制储存的温度，控制合理的pH。
[教师]有关试验证明，在24～26℃，避光条件下，静止贮存能延长产品的保质期。
[资料] 在有效氯含量接近 6 % 的产品溶液中，将 pH 值调整为 4 个不同的阶段，在 24～26℃的环境下贮存，再检验其有效氯含量变化情况[5]（见表 1）
表1 pH对产品中有效氯含量的影响
pH值 |
9.35 |
10.47 |
11.05 |
12.20 |
起始有效氯% |
5.93 |
5.82 |
6.02 |
5.95 |
两个月后有效氯% |
2.97 |
4.30 |
5.02 |
5.47 |
[分析]由表中数据可知，随着“84消毒液”中氢氧化钠含量的增加，能有效减缓有效氯的降低。但并不是氢氧化钠含量越高越好，当含量过高时，产品对细菌、病毒和病原微生物的有效杀灭效果会降低，达不到产品消毒效果的标准要求。
[小结]经6~7个月的自然存放实验证实，产品需在环境温度 24～26℃及静止的情况下贮存；通过控制生产时主料次氯酸钠和辅料烧碱的配比，使得pH在12.20，所得产品有效氯含量和消毒效果综合效果最好。
3.自制“84消毒液”中有效氯含量的检测
[导入]我购买的这瓶“84消毒液”有效氯含量是4.1%~6.9%，标签上显示用于公共区域卫生消毒的稀释比例是1∶50，同学们如何判断自制的消毒液中有效氯的含量是否达到环境消毒的要求呢？
[讨论]可以利用什么方法检测“84消毒液”中有效氯的含量
[学生]次氯酸钠在酸性介质中能与碘离子反应生成碘单质，用硫代硫酸钠标准溶液滴定单质碘，根据消耗硫代硫酸钠的量，得到碘单质的量，从而求出有效氯的含量。
[分析]间接碘量法[6][7][8]是有效氯含量测定的方法之一，请同学们选择合适的指示剂进行滴定操作，并找出关系式进行计算。
[分组]进行滴定操作，根据滴定结果计算本组自制消毒液中有效氯的含量。
[教师]除了间接滴定法，我们还可以用返滴定法确定有效氯的含量，请同学们制定实验方案。
[学生]次氯酸钠在酸性条件下与Fe2+反应生成较为稳定的Fe3+，过剩的Fe2+用0.0010mol/LK2Cr2O7标准液滴定，间接计算有效氯的含量[9]。
[教师]经过化学工作者的实践，我们需要对上述方案进行进一步的优化以确保实验测定的正确性。
[资料]取自制消毒液1.00mL于碘量瓶中，分别加入3mol/L的H2SO4溶液14.00mL、75%的H3PO4溶液5.00mL、加入过量的0.02mol/LFe2+溶液，加盖并振摇混匀，室温静置反应12min，然后完成滴定，记录重铬酸钾标准液的体积V（mL），同时做空白对照，重铬酸钾体积用V0（mL）表示[10]，平行滴定三次取平均值。
[分组]进行滴定操作，计算本组自制消毒液中有效氯的含量。
[分析]比较两种方法的计算结果，分析误差产生的原因，根据结果判断自制消毒液是否适合直接用于环境消毒。
[小结]同学们课后可以查阅资料，比较这两种滴定方法的优点与不足，看看本次自制消毒液中有效氯含量的测定使用哪种方法更合适。
五、大单元教学实践反思
大单元教学基于真实的情境，围绕合适的主题，引导学生积极主动参与到实际问题的解决过程中，培养学生的关键能力，提高学生的化学学科素养。在实施基于真实情境的大单元教学过程中，选择什么情境？关键能力如何培养？如何进行评价？这些都是需要重点关注的问题。
1.情境贯穿，引发深度思考
本次教学实践以氯系“84消毒液”的主要成分次氯酸钠为载体，以一条情境线串联3个课时：未知消毒液性质探究→未知消毒液成分揭秘→84消毒液消毒原理分析→84消毒液用途→84消毒液用法与保存→次氯酸钠获得方法→工业上84消毒液的配制→自制少量84消毒液→自制84消毒液有效氯含量检测方法→自制84消毒液有效氯含量结果分析→如何将自制84消毒液应用于实际。在故事般情境的引领下，学生学习兴趣浓厚，多角度启发学生深度思考。如探究实验1~3启发学生唤醒氯及其化合物的相关性质，在进一步明确消毒液成分的情境推动下，引导学生选择焰色试验进行探究。探究实验4激发了学生的深度思维，在检验白色粉末成分的实践过程中感受含氯物质的转化。
2.多样教学，培养关键能力
本次教学实践3个课时的教学方式是不同的。第1课时侧重实验现象的观察与解释，学生在系列化的实验中学习准确观察实验现象，合理推理实验原理，启发学生探寻物质性质，构建知识体系。第2课时“84消毒液”主要成分次氯酸钠的制取侧重实验方案的设计，实验装置的搭建；工业上“84消毒液”的配制多选用基于资料的小组讨论形式，培养学生的信息获取能力，以已知知识为基础，信息材料为拓展，引导学生关注工业实际，学会选择合适的反应条件；家庭自制少量“84消毒液”则是通过个性化实验设计，培养学生的创新意识。第3课时通过自制“84消毒液”中有效氯含量的检测与结果分析引导学生由定性走向定量，两种滴定方法的应用是知识的完善与延伸，激励学生勇于创造、准确测量、精准运用。
3.科学评价，推动素养发展
学科核心素养是学科育人价值的集中体现，科学的评价方式能有效促进学生化学核心素养的形成与发展。片段1中的4个探究实验以小组为单位，相互分工协作，主动纠正彼此操作上的问题，组间交流实验现象，教师引导推理实验原理，学生之间、小组之间、师生之间的评价有机结合，发展学生科学探究核心素养。片段2中在生产工艺的选择上，首先要求学生结合次氯酸钠的性质，分析工业配制中对设备的要求，进而针对学生的回答，引导学生关注配制过程中对环境的要求。在产品质保期延长问题上，展示研究人员研究相关试验数据资料，提升学生信息加工能力，帮助学生理清思路，对数据结果作出合理的解释，发展学生证据推理核心素养，同时，借助pH过高或者过低对消毒效果的影响，引导学生辩证看待事物的能力。片段3涉及到两种滴定方法，既培养了学生实施定量分析实验的能力，同时也通过两种方法优势与不足的比较，提升学生分析决策能力。在学会定量分析的基础上，引导学生寻找自制“84消毒液”用于环境消毒的合适方案，发展创新意识和社会责任核心素养。
参考文献：
[1]王晶，郑长龙.普通高中教科书·化学·必修（第一册）[M].北京：人民教育出版社，2019：33.
[2]李俊.普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）[M].北京：人民教育出版社，2020：11-17.
[3][4][5]严晞霆.“84”消毒液的配方技术及生产工艺[J].中国洗涤用品工业，2007(05)：77-79.
[6] 赵滨, 马林, 沈建中, 卫景德. 无机化学与化学分析实验. 上海: 复旦大学出版社，2019：155–156.
[7] 北京大学化学与分子工程学院分析化学教学组.基础分析化学实验.北京：北京大学出版社，2010：94–95.
[8] 吴性良，孔继烈.分析化学原理.北京：化学工业出版社， 2010：121–182.
[9]戴兴德，白莹，张小林.重铬酸钾自动电位滴定法测定有效氯方法的建立[J].中国消毒学杂志，2018，35(2)：88- 90.
[10]白莹，张小林.消毒液有效氯含量测定方法改进[J].化学教育（中英文），2019，40(24)：52-54.