化学研究性学习,从广义来说,它是指学生在教师指导下自主发现问题,探究问题而获得结论。它贯穿于化学学习活动的全过程。从狭义来说,是指学生在教师指导下,从自然、社会和自身生活中选择和确定研究专题,主动地应用有关化学知识及相关学科知识解决问题,培养能力的学习活动。开展研究性学习的目的,一是让学生在亲身体验中培养发现问题、提出问题和综合运用知识解决问题的能力;二是让学生在自主探究中体验科学探究的方法,培养创新能力和探索精神。
笔者选择“氯碱工业”作为教学研究课,力图能较好地将素质教育的理念体现于研究性学习之中。由于教学内容比较开放,在学习方式上改变了传统的讲授式教学模式,尝试选用适合于开放性学习内容的小组合作研究性学习方式,当然也含有自主学习方式。
主要教学流程是课前提出研究课题、小组实施研究、课堂上进行成果展示和评价。首先提出研究课题:工业上电解饱和食盐水遇到的首要难题就是如何分开两极的电解产物,那么工业上是如何克服这个难题进行大规模生产呢?然后学生分组讨论、研究氯碱工业的过去、现在和未来,以下是学生的部分研究结果摘录:
小组甲:介绍隔膜法
利用多孔渗透性的材料作为电解槽内的隔层,以分隔阳极产物和阴极产物的电解方法。氯碱工业利用隔膜电解槽电解食盐水溶液生产烧碱(氢氧化钠)、氯气和氢气。1893年首先在美国用于工业生产。
老师提问:隔膜法的主要缺点是什么?
学生:(1)投资和能耗较高;(2)产品烧碱中含有食盐。
教师提问:那如何改进呢?
小组乙:介绍水银法
学生总结:
优点:碱液浓度高,质量好,成本低。
缺点:汞对环境的污染。
教师提问:
(1)为何在水银上是钠离子放电而不是氢离子放电?这个问题对高中学生来说难度较大,但由于提前布置了任务,学生充分针对这个课题进行了研究性学习,已初步知道了能斯特方程及氢超电势等知识,学生基本能进行较符合客观事实的分析。
(2)针对汞对环境的污染,那如何进一步改进呢?
小组丙:介绍离子交换膜法
离子交换膜法在电能消耗、建设费用、产品质量和解决环境污染等方面都比隔膜法和水银法优越,被公认是现代氯碱工业的发展方向。氯碱工业还在不断地发展,例如,目前正在研究试验氧(或空气)阴极,使用氧阴极可以进一步降低电解电压,节能效果显著。
教师指导并质疑:氯碱工业发展到现在,现状如何呢?
小组丁:我国氯碱工业存在的主要问题
(1)烧碱供过于求;(2)氯碱产品结构性矛盾比较突出,一方面我国烧碱供过于求,另一方面一些耗碱产品却不断进口;
(3)氯碱工业不能与上下游工业同步协调发展。
初步设想:
(1)以技术改造为手段,向节能降耗发展;(2)以联合兼并等方式,向大型规模发展;(3)发展以氯碱为原料的项目,确定精细化工发展战略。
教师进一步指导并质疑:
如果将来需要扩大氯碱厂的规模,请同学们提出自己的设计方案。
小组戊:
(1)认清形势 化学工业年耗用烧碱在130万吨以上。随着环氧丙烷等工业的发展,估计今后有机化工耗碱比例将上升,无机化工耗碱总量将稍微减少。
(2)确定生产方向 俗话说,多攻不如专精,决定先从液氯做起,这是因为随着精细化工及相关工业的发展,目前国内市场对液氯的需求量很大,液氯产品近几年进口量增加,因此液氯产品具有良好的市场前景。
(3)废渣处理 本着“绿色原子理论”与保护环境的良知,决定下大力气解决废弃物的问题。
(4)能源问题 电解出来的氢气,可以用做氢氧燃料电池直接给电解槽供能,还可以与太阳能电池板相结合,省电又省钱。
教师总结:
通过这节课的探讨,同学们可以看到要把我们熟悉的一个化学反应放大为一个具有一定规模的生产企业,需要考虑的问题还是比较多的,如氯碱工业:我们要不断在电能消耗、建设费用、产品质量、解决环境污染、加大创新力度、促进联合效应等方面做文章。希望同学们在今后的学习中要不断理论联系实际进行探索和实践。
综上所述,通过这节研究性学习课的探讨,可以看到研究性学习有利于学生个体独立和群体协作能力的培养;有利于学生提出问题、分析问题、解决问题能力的培养;有利于学生改进实验、设计实验能力的培养;有利于学生社会实践和社会调查能力的培养;有利于学生获取信息、处理信息能力的培养。
参 考 文 献
[1] 陈玉琨,代蕊华.课程与课堂教学.上海:华东师范大学出版社,2002
[2] 杜义芳.化学教学,2001,(8):15—17
[3] 符雷.化学教学,1999,(7):22—24
[4] 陈颖.化学教学,1999,(7):16—18