基于項目式學習的高三化學實驗專題復習實踐

王延

摘要：案例采取項目式學習的教學理念進行高三化學實驗專題復習，以“揭秘‘魚浮靈”為情境素材貫穿于課堂教學，學習如何解決真實、復雜的實際問題，并在問題解決中鞏固知識、培養(yǎng)能力、發(fā)展素養(yǎng)。真實且富有挑戰(zhàn)性的項目式學習使學生感受到“化學源于生活，又服務于生活”，讓學生學習如何像科學家一樣進行實驗探究活動，多方面發(fā)展學生的化學核心素養(yǎng)。

關鍵詞：項目式學習;基于核心素養(yǎng)的教學;實驗探究

文章編號：1008-0546（2020）02-0065-03 中圖分類號：G632.41 文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.020

化學實驗是化學教學的重要組成部分，是高考的重要內容。傳統(tǒng)的高三實驗復習是通過大量的實驗題進行地毯式練習，反復訓練一系列實驗典型試題，以期鞏固實驗知識、技能及形成答題模式。但如今的高考實驗題中越發(fā)注重考查學生的創(chuàng)新思維和研究能力，傳統(tǒng)的高三化學實驗復習課不能滿足于此，因此注重具體實踐研究性學習的項目式學習是新課程理念下高三化學實驗專題復習的新思路。

項目式學習是以小組合作方式解決項目任務的學習模式，學生圍繞具體的學習項目，選擇學習資源，通過學生自主探究和自主學習進行實踐體驗、分析討論、探索創(chuàng)新等環(huán)節(jié)，獲得具體知識、形成專門技能、發(fā)展個人能力。從高中生思維以及化學實驗的特點出發(fā)，以項目式學習的方式引導學生開展與化學實驗相關的學習和研究，促進學生通過真實情境問題解決的課程的學習，體驗像科學家一樣進行實驗探究活動，并能把獲得的知識和經驗有效遷移應用到解決生活問題中去，最終達到促進學生學科核心素養(yǎng)的形成與發(fā)展的目的。

“揭秘‘魚浮靈”是高三實驗教學的專題復習課，本案例采取項目式學習的教學模式，將真實素材貫穿課堂教學的核心環(huán)節(jié)，感受化學與生產、生活、環(huán)境的密切聯(lián)系，學生學習應用定性和定量的思路分析生活中的化學物質，并進一步體驗實驗探究在分析和解決生活中的化學問題的過程和意義，多維度發(fā)展其化學核心素養(yǎng)。

一、指向素養(yǎng)發(fā)展的教學設計

1.項目式學習主題的確立

“魚浮靈”是水產運輸或養(yǎng)殖過程中一種常用的化學增氧劑。在認識“魚浮靈”的過程中，體驗化學探究的過程，對“魚浮靈”成分進行定性檢測和定量檢測并對增氧原理進行深入分析，培養(yǎng)學生科學探究和創(chuàng)新意識素養(yǎng)。在分析“魚浮靈”成分中，建構從定性和定量視角分析化學物質的思維模型。在對增氧原理分析中，學習并建構單變量的對照實驗思維模型，進行實驗設計與數據分析。

2.單元教學整體規(guī)劃

（1）教學目標的確定

本案例根據高中化學學業(yè)質量標準提出了相應的教學目標：通過定性檢測“魚浮靈”的成分，復習中學化學常見離子及性質的檢測思路;通過定量檢測“魚浮靈”的成分，掌握滴定法用于定量檢測物質的研究思路;通過對“魚浮靈”增氧原理的探究，學習并建構單變量對照實驗思維模型，培養(yǎng)獲取有效信息，建立“宏觀一微觀一符號一曲線”四重表征，培養(yǎng)學生從不同角度分析問題的能力。

（2）單元教學流程

本案例分為兩個課時。第一課時，“魚浮靈”的定性檢測和定量檢測;第二課時，“魚浮靈”增氧原理的實驗探究。教學設計如表1：

二、核心環(huán)節(jié)的教學實施過程及效果

本案例選擇身邊的化學物質“速效魚浮靈”為情境素材。第一課時，學生學習運用定性和定量的方法進行分析，進一步鞏固離子的鑒定知識，構建并應用定量實驗的思維模型;第二課時，學生合作探究“魚浮靈”的增氧原理，并對熟悉的增氧劑進行評測。本文挑選兩個核心環(huán)節(jié)展開。

1.“魚浮靈”成分定量檢測

教學片斷如下：

[情境]設計實驗進行“過氧碳酸鈉”（xNa2CO3·yH2O2）的成分測定。

[生]可通過加入足量鹽酸，測定產生CO2體積，或加入足量BaCl2，測定生成沉淀BaCO3質量等方法來測定NazCO3的含量;也可利用H2O2氧化性，加入還原性物質充分反應，或測定H2O2分解后O2體積等方法，以測定H2O2含量。

[小結]師生共同評價實驗方案并總結，常見的定量實驗思路有重量法、氣體法和滴定法。共同嘗試用滴定法來設計實驗，測定x、y。

[演示實驗]師生共同評價實驗方案，并完成演示實驗：取2.5000g過氧碳酸鈉樣品，用蒸餾水溶解后轉移至250mL容量瓶中，定容，搖勻。先移取25.00mL液體于錐形瓶中，加入2～3滴甲基橙，用0.2000mol·L^-1硫酸標準液滴定由橙黃色變?yōu)槌燃t色即為終點，重復操作2～3次，所消耗硫酸標準液體積7.50mL。再另移取25.00mL液體于錐形瓶中，加入足量稀硫酸后，用0.0200mol·L^-1KMnO4標準液滴定至淺粉色即為終點，重復操作2～3次，所消耗KMnO4標準液體積47.00mL。

[生]分析實驗數據，計算得出x：y=2：3，過氧碳酸鈉成分為2Na2CO3·3H2O2。

此環(huán)節(jié)是第一課時的核心環(huán)節(jié)，引導學生從定性分析向定量測定進行延伸，通過梳理定量測定的思路，建構解決定量測定化學問題的思維框架。在實踐中學習探究如何運用滴定法測定物質的成分，并進行數據處理計算結果。教師應引導學生發(fā)散思維，思考定量測定物質成分的相關方法，并創(chuàng)造性地提出對方案的修改意見。

2.探究“魚浮靈”的增氧原理

教學片斷如下：

[情境]探究“魚浮靈”的增氧原理。

[生]可能是Na2CO3與H2O2發(fā)生了化學反應生成了O2;也可能是Na2C03催化H2O2分解，促進O2的釋放。查閱資料可知，H2O2酸性比H2CO3還弱，排除猜想1。

[師]可能是什么微粒起到促進雙氧水分解的作用？

[生]可能是CO3^2-;可能是OH^-;也可能是OH^-和CO3^2-共同促進。

[生]分組設計實驗方案：往等濃度、等體積的雙氧水溶液中，分別加入等體積、等pH的Na2CO3和NaOH溶液，另外一只試管不加，觀察氣泡產生的快慢。

[分組實驗]發(fā)現(xiàn)此方案理論上可行，但是實驗現(xiàn)象不明顯，需要改進。

[師]比較產生氣泡的快慢無法得到結論，可從定量的角度進行測定，測定什么數據呢？

[生]可以測定相同時間內產生氣體的體積。

[師]可以轉為測定相同時間內反應容器內壓強的改變量，以比較反應快慢。

[演示實驗]取三個100mL錐形瓶，分別加入40mL 3%的雙氧水，再往兩只錐形瓶中分別加入5mLpH約為8的Na2CO3和NaOH溶液，另一只錐形瓶不加。將錐形瓶內起始壓強設定為OkPa，再用壓強傳感器分別測定反應30s內三只錐形瓶內相對壓強大小。

[生]觀察實驗現(xiàn)象，分析電腦軟件導出的實時“相對壓強一時間”曲線圖，得出在室溫下，反應30s時三只錐形瓶內相對壓強數據均趨于平穩(wěn)，分別為2.61kPa、2.59kPa、1.10kPa。根據以上數據，得出結論：OH-促進雙氧水分解。

[師]實驗探究得到的結論，還需要進一步的理論分析進行論證。查閱資料可知：堿性條件下，過氧化氫分解機理：H2O2+OH-→HOO-+H2O，H2O2+HOO-→OH-+H2O+O2。

此環(huán)節(jié)是第二課時的核心環(huán)節(jié)，學生在真實情境下，提出探究“魚浮靈”增氧原理的化學問題，能從微觀角度分析，提出有價值的推理，并依據實驗目的設計和優(yōu)化實驗方案，完成實驗操作。在實驗中，通過使用相對壓強傳感器，學生對實驗結果的處理由定性判斷發(fā)展到定量測定，并能綜合實驗現(xiàn)象和圖表數據進行加工并獲得結論。在實驗結束后，學生共同交流實驗探究的成果，對實驗探究得出的結論進行理論驗證，從理論角度分析佐證實驗探究所得結論的合理性，并提出新的探究問題，即“探究溶液酸堿性對雙氧水分解速率的影響”。在本環(huán)節(jié)中，重點學習控制單一變量的實驗思維以及體驗實驗探究的一般流程，并能從實驗探究和理論研究兩方面來分析解決化學問題，多方面發(fā)展學生化學學科素養(yǎng)。

三、教學反思

1.精選情境素材

“揭秘‘魚浮靈”課程脫離了“紙筆實驗題”的學習情境，而是將化學探究實施具體化、生活化。在選擇“魚浮靈”作為情境素材時，教師應考慮到該素材能否承載學生需要掌握的高中化學實驗的部分核心知識，以及該素材能否幫助學生形成單一控制變量的實驗思維，發(fā)展學生科學探究與創(chuàng)新意識的素養(yǎng)。

2.任務引導探究

在教學中，教師需要深挖素材，生成驅動性任務引導學生自主探究。例如，學生探究“魚浮靈”的增氧原理后，課堂的探究活動并不止步于此，教師提供課前準備好的部分文獻資料，學生通過理論研究佐證實驗探究的結論，并提出“溶液的酸堿性如何影響雙氧水分解速率”的問題，為下一環(huán)節(jié)的深入探究提供通道。

3.單元整體設計

一個較為完整的項目式教學應是一個單元整體教學，課時以兩到三課時為宜。在本案例中的第一課時，以“魚浮靈”的成分為素材，圍繞定性檢測和定量測定為主要任務;第二課時，以探究“魚浮靈”的增氧原理為素材，采用單一變量控制思路進行探究，讓學生體驗完整的科學探究思維模式。

4.指向素養(yǎng)發(fā)展

本案例的教學設計注重從多維度發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。例如，宏微結合分析“魚浮靈”的微觀組成;運用模型研究法建構高中化學定量測定的常見思維模型，并深入應用模型;在探究“魚浮靈”增氧原理以及探究溶液酸堿性對雙氧水分解的影響中，體驗化學探究的思路，發(fā)展學生的科學探究和實驗創(chuàng)新素養(yǎng)。學生化學核心素養(yǎng)的培育應該是一個潛移默化且長久的過程，我們在日常教學外，還需要更多地進行這樣應用性的教學活動，引領學生運用所掌握的化學知識、技能和方法去分析和解決現(xiàn)實的問題，發(fā)展學生的學科素養(yǎng)。