培育科学态度与社会责任素养的教材分析与教学设计

【案例1】九年级化学（沪教版）第2章第3节“自然界中的水”教材分析

该节包含“水的组成”“水的净化”和“水资源的综合利用”三部分内容。在“水的组成”中，根据课程标准的要求，教材将电解水的实验与氢气在氧气中燃烧生成水的反应作为探究水的组成的基本内容。对于水，在很长的一段时间内被认为是组成物质的基本元素。直到18世纪末，科学家在前人研究的基础上揭示了水的组成的真面目。在水的组成的研究过程中，普利斯特里、卡文迪许等均作出过贡献（均注意到“可燃空气”及其在空气中燃烧会产生水的事实）。但由于卡文迪许是“燃素说”的虔诚信徒，始终认为水是由脱燃素空气与燃素化合而成。后来，拉瓦锡进行了实验，指出水不是一种元素，而是可燃空气与氧的化合物。同时，拉瓦锡指出，“可燃空气”不是什么燃素，而是组成水的一种元素，并将其命名为“氢”。1805年，法国化学家盖·吕萨克在研究化学反应中气体体积关系的基础上，经过反复实验得出氢和氧化合为水，且氢气和氧气体积比为2∶1，于是得到水的化学式为H2O。^[36]教材安排“水的组成”的学习与研究，结合化学史实，可以很好地进行“科学态度”素养的培育。在解决水的熟悉与陌生的“矛盾”并建立水的组成的科学认识过程中，感悟到这一历程需要科学家采用实验研究的方法、秉持严谨求实的态度和敢于批判质疑的精神。

在“水的净化”和“水资源的综合利用”中，基于自然界中水含杂质及其危害，介绍水净化的重要性及常用方法，并以自来水生产为例说明水净化的重要性；再通过呈现我国不同年份用水量资料，阐述用水量与工业发展的关系，揭示我国水资源短缺的现状，探讨解决淡水资源短缺的思路方法，提出保护水资源、节约用水的重要性。教材的编排暗含自然界中的水含有杂质与饮用水等需要净化的“矛盾”、用水量增长与水资源短缺的“矛盾”、海水资源丰富与淡水资源缺乏的“矛盾”。学习过程中，通过解决水含杂质与水的净化的“矛盾”以及学习常见含杂质水的危害、水净化的常用方法的过程中，认识到科学技术对人类发展的价值；通过解决用水量增长与水资源短缺的“矛盾”，感悟到可持续发展对人类社会发展的重要性，建立生态伦理与环境道德的意识；通过解决海水资源丰富与淡水资源缺乏、能源危机与水资源丰富的“矛盾”，感悟到化学与人类、社会的关系，体验到化学对促进人与自然、社会和谐发展的重要性。因此，本部分内容很好地培育学生树立保护水资源和合理使用自然资源的意识，赞赏化学科学对人类生活和社会发展的贡献，培养社会责任感、参与意识与决策能力，建立辩证和发展眼光看待问题的思维视角。^[37]

【案例2】基于STSE的微项目设计——学科视角下的科学防疫抗疫主题教学

1.教学设计思想

为指导学生科学预防和抗击“新冠肺炎”，设计并实施了本教学活动。设计时，以“基于情境、问题导向、培育能力、发展素养”为指导思想，充分发挥教学情境与问题的教学价值，通过真实情境下的问题解决活动，引导学生认识“84消毒液”的有效成分及消毒原理，探究其消毒效果的影响因素，学会正确使用“84消毒液”，科学预防和抗击“新冠肺炎”。这一教学，不仅帮助学生获得基本化学知识，更关注学生科学看待网络信息、正确判断社会热点问题的科学态度以及同心抗疫、传播科学防疫知识的社会责任的培养。

2.教学目标

（1）通过分析“84消毒液”消毒原理活动，巩固研究无机元素化合物的“价类二维”思维，深化对NaClO性质及其应用的认识，发展微观探析、变化观念等素养。

（2）通过探究“84消毒液”与乙醇反应的机理及其产物，形成关注社会热点问题、科学看待网络信息的意识，养成探索未知、严谨求实的科学态度。

（3）通过探究“84消毒液”消毒效果的影响因素，学会科学使用“84消毒液”，体会化学知识在防疫抗疫中发挥的作用，树立学好化学、运用化学更好地服务社会的社会责任。

3.教学流程

4.教学实录

环节一　谣言还是善意的忠告

[导入]近期，武汉爆发新冠肺炎，并蔓延至整个湖北、波及全国，疫情牵动着每个中国人的心。党中央高度重视疫情防治，选派高级别专家奔赴武汉、抗击疫情。科学消毒是有效控制疫情传播的手段之一，下面是医疗专家组对新冠病毒消毒的建议。

[教师]75%乙醇、含氯消毒剂等可有效灭活病毒，但需合理使用。下面是最近微信朋友圈、互联网等传播的信息。

[教师]“‘84消毒液’会与乙醇反应产生致命的氯气”，这是谣言还是善意的忠告？疫情面前，应本着科学的态度对待信息、辨别真假，切不可以讹传讹。要辨别信息的真假，我们该怎么做呢？

环节二　正确认识“84消毒液”

任务1　了解“84消毒液”的消毒原理

[教师]“84消毒液”可由Cl2与NaOH溶液反应制得，其有效成分是什么？有哪些化学性质？请进行分析。

[学生]有效成分为NaClO，会发生水解，溶液呈碱性；NaClO具有氧化性、漂白性。

[教师]“84消毒液”为何会具有消毒作用？

[介绍]NaClO电离产生ClO-，ClO-在酸性和碱性条件下均有较强氧化性，但酸性时氧化性更强；NaClO会水解，产生具有氧化性的HClO；HClO还会产生具有极强氧化性的新生态氧[O]（由一个氧原子构成）：HClOHCl+[O]。三种微粒的氧化性强弱为：[O]＞HClO＞ClO-。

[教师]“84消毒液”是利用氧化性灭活病菌的，具体消毒原理是怎样的？

[介绍][O]、HClO、ClO-为“84消毒液”中的主要消毒成分，Cl-的消毒作用也功不可没。消毒原理为：①[O]极强的氧化性使菌体和病毒的蛋白质变性，从而将其灭活；②HClO、ClO-通过与细菌细胞壁和病毒外壳发生氧化还原作用，使病菌裂解，HClO、ClO-还能渗透到细胞内部，氧化细菌体内的酶，使细菌死亡；③Cl-能显著改变细菌和病原体的渗透压，导致其丧失活性而死亡。

任务2　探究网络关于“84消毒液”与乙醇混用会产生氯气问题的真实性

[教师]“84消毒液”与乙醇能否反应？为什么？

[学生]（讨论后回答）NaClO具有强氧化性，乙醇具有还原性，二者可能发生反应。

[教师]那是否会有氯气产生呢？大家一起来看××同学在家做的实验。

[教师]请××同学来介绍实验过程和现象。

[学生]因实验仪器受限，只找到小烧杯。在烧杯中加入一定量的“84消毒液”，再加入适量75%乙醇溶液，振荡，未发现明显现象；闻气味，有刺激性气味，但与“84消毒液”的气味差别不大。

[教师]感谢××同学。著名化学家傅鹰说过：“实验是化学的最高法庭。”你用实验来解答疑问的做法值得大家学习。由于条件所限，实验难以尽善尽美，无法得出是否有氯气产生的结论。因疫情原因，老师也无法到实验室开展研究。下面，大家从反应原理出发，一起探索二者会如何反应。

[介绍]《基础有机化学》指出：乙醇被NaClO氧化为乙醛，并继续被氧化为乙酸：

进一步查阅资料发现，后续反应如何进行还存在两种观点：

观点1：产物乙酸使溶液的酸性增强，有利于ClO-+Cl-+2H═+Cl2↑+H2O发生。但产生氯气速率慢，观察不到现象。

观点2：为了使ClO-更稳定，“84消毒液”添加了少量NaOH。氯气会与碱反应；碱性条件下氯气也会与乙醇发生卤仿反应，产生三氯乙醛、氯仿等，不会释放出氯气。

[教师]两种分析都合理。由于市售消毒液确实添加了NaOH，老师更赞成观点2。至于究竟能否产生氯气，需要综合考虑。但可以肯定的是，两者混合使用，会降低“84消毒液”的消毒效果。

任务3　探究“84消毒液”消毒效果的影响因素

[过渡]虽无法判断“84消毒液”能否与乙醇反应产生氯气，但这些消息提醒了大家要正确使用“84消毒液”。

[教师]根据消毒原理，请分析“84消毒液”消毒效果的影响因素有哪些。

[学生]时间、浓度、温度、酸碱度、还原性物质……

[教师]这些因素都会影响消毒效果。其中，时间和浓度如何影响“84消毒液”消毒效果呢？

[学生]应该是时间长、浓度高，则消毒效果好。

[教师]正确。但浓度太高，容易腐蚀物品和皮肤，且易产生氯气引起二次污染。不同消毒对象对应的稀释配比及作用时间如下。

[教师]温度如何影响“84消毒液”的消毒效果？请相互讨论，并说明理由。

[学生1]ClO-+H2OHClO+OH-正反应为吸热过程，温度高有利于生成HClO，提高氧化性、增强消毒效果。

[学生2]我不赞同！因为高温会加快HClO分解，反而会降低消毒效果。

[教师]哪位同学说得更有道理呢？

[学生]同学2。

[教师]高温可以杀菌，但高温会促进HClO分解，导致消毒效果降低。非专业人员一般在室温下使用。

[过渡]酸碱度又会如何影响“84消毒液”的消毒效果？请讨论后回答，并说明理由。

[学生]（讨论后回答）酸性时消毒效果好。因为酸性环境下生成更多的HClO并促使[O]增加。

[教师]酸性越强消毒效果越好吗？

[学生]酸性太强会发生反应：ClO-+Cl-+2H+=Cl2↑+H2O。(www.xing528.com)

[教师]没错。酸性太强不仅降低了消毒效果，还会产生Cl2。研究表明，pH在5.6—9.5范围内，pH越低，消毒效果越好，即弱酸性条件下消毒效果最好。酸性较强时容易生成氯气，所以“84消毒液”不能与“洁厕灵”混用。非专业人员使用时，禁止与强酸性物质混用。

[过渡]“84消毒液”不能与“洁厕灵”等强酸性物质混用，那能否与双氧水混用？

[学生]（思考后回答）NaClO与双氧水之间能发生反应：NaClO+H2O2═NaCl+O2↑+H2O

[教师]二者混合消毒效果不但不会增强，反而会降低。除了H2O2外，其他具有还原性的物质都不能与“84消毒液”混用，如亚铁盐溶液等。

环节三　科学防疫——“84消毒液”使用的注意事项

[过渡]学习NaClO消毒原理及消毒效果影响因素后，请总结如何科学、安全地使用“84消毒液”。

（学生总结回答）

[师生总结]“84消毒液”是广谱、高效、速效的消毒剂，具有杀菌率高、杀菌种类多的特点，能迅速杀灭各类细菌芽孢和各型肝炎、艾滋病等病毒，当然也包括新型冠状病毒。根据前面的分析，我们总结使用“84消毒液”进行消毒时应注意如下几点：

（1）认真阅读使用说明，包括使用方法、配制比例，消毒时应根据消毒目的确定相应的消毒时长。

（2）“84消毒液”有强氧化性，不能直接接触皮肤，消毒前戴好手套等防护用具；不能与双氧水、乙醇等具有还原性的物质混合使用，也不能与“洁厕灵”等强酸性物质混用。

（3）“84消毒液”具有漂白性，不能与有色织物接触。

（4）在室温下配制“84消毒液”，现配现用，经消毒后的场所要打开门窗通风透气。

[教师]同学们平时应该多传播科学的防疫知识，对与化学有关的社会热点问题要正确判断。虽然当前疫情形势比较严峻，但只要我们科学防疫抗疫，在大家的共同努力下，一定能取得这场战役的最终胜利！

（案例设计者：邹国华、杨梓生）

【注释】

[1]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：90-91

[2]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：89

[3]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：89

[4]梁永平.化学科学理解的基本视角及其核心观念[J].化学教育，2011（06）：4

[5]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[M].北京：人民教育出版社，2018：68-69

[6]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018：68

[7]刘知新.化学教学论（第四版）[M].北京：高等教育出版社，2009：184-187

[8]梁永平.化学学科理解的基本视角及其核心观念[J].化学教育，2011（06）：4-7

[9]孙重阳.化学学科核心素养的哲学解读[J].中学化学教学参考，2017（11）：2

[10]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（05）：4

[11]杨梓生，吴菊华.促进学生认识发展的化学概念教学——以高中必修化学“电解”教学为例[J].福建基础教育研究，2017（02）

[12]房喻，徐端钧.普通高中化学课程标准（2017年版）解读[M].北京：高等教育出版社，2018：52

[13]梁永平.论化学教师的课程知识及其发展[J].化学教育，2012（06）：3-4

[14]卢巍.卢巍论化学智慧教学[M].济南：山东教育出版社，2010：2-3

[15]王军翔主编.追求饱含学科意义的中学化学教学[M].西安：陕西师范大学出版总社，2016：69

[16]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2011年版）[M].北京：北京师范大学出版社，2012：25

[17]杨梓生主编.初中化学教材与教学微研究（上册）[M].上海：上海教育出版社，2017：71

[18]宋玥，王磊.促进认知发展的化学平衡教学设计研究[J].化学教育，2016（15）：23-32（引用时有修改）

[19]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（05）：4

[20]顾建辛.关于化学核心素养培育的微观思考——原电池教学中的“证据推理与模型认知”[J].化学教学，2017（11）：35

[21]顾建辛.关于化学核心素养培育的微观思考——原电池教学中的“证据推理与模型认知”[J].化学教学，2017（11）：35

[22]杨启宁，杨梓生.基于概念转变的教学设计——以“盐类的水解”（第一课时）为例[J].化学教与学，2015（02）：61-63

[23]汪澜.化学教学论案例教程[M].武汉：华中师范大学出版社，2014：161

[24]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（05）：4

[25]王伟凤，黄都.基于实验创新的化学“创新意识”核心素养培育策略[J].广西教育，2018（22）：68

[26]胡先锦.管窥高中化学学科核心素养[J].化学教与学，2017（03）：28

[27]王云生.课堂转型与学科核心素养培养——中学化学课堂教学改革探索[M].上海：上海教育出版社，2016：37-38

[28]王健.考查科学思维的理科考试命题策略探讨[J].中国考试，2016（10）：45

[29]戚国棋.“演绎推理”法在生物高考试题中的渗透和应用[J].生物学杂志，2010（01）：111

[30]杨梓生，吴菊华.学生素养发展视野下的“假说—演绎推理”概念学习[J].福建基础教育研究，2017（11）：112

[31]杨梓生，吴菊华.以化学史料为课程资源促进学生科学本质的理解——以“质量守恒定律”教学设计为例[J].化学教与学，2015（03）：2-4+46

[32]吴星.对高中化学核心素养的认识[J].化学教学，2017（05）：4

[33]王云生.课堂转型与学科核心素养培养——中学化学课堂教学改革探索[M].上海：上海教育出版社，2016：38

[34]胡久华，王磊.初中化学教学策略[M].北京：北京师范大学出版社，2010：111-112

[35]毕华林，亓英丽.化学教学设计——任务、策略与实践[M].北京：北京师范大学出版社，2013：133-135

[36]章伟光，王程杰.初中化学教科书经典教学实验简介[M].广州：广东科学技术出版社，2014：221

[37]杨梓生.中学化学教育融合人文教育的认识与实践[J].化学教与学，2016（08）：7-8+51