“情境線-問題線-活動線-發(fā)展線”四線融合的初中化學(xué)項目式教學(xué)設(shè)計與實施
——以“二氧化碳的性質(zhì)”為例

山東省泰安市徂汶景區(qū)教研室(271000) 張書振

山東省泰安市徂徠二中(271000) 李 勇

1 項目主題分析

“二氧化碳的性質(zhì)”是魯教版初中化學(xué)的教學(xué)內(nèi)容，化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)的要求是“結(jié)合實例說明二氧化碳的性質(zhì)和用途”“自己設(shè)計二氧化碳?xì)怏w性質(zhì)的探究方案”。二氧化碳是學(xué)生日常生活中接觸到的物質(zhì)，在小學(xué)科學(xué)課程中即有所涉及，是培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的很好素材。二氧化碳也是學(xué)生在系統(tǒng)學(xué)習(xí)了水、氧氣等物質(zhì)性質(zhì)后，第三個需要系統(tǒng)學(xué)習(xí)的物質(zhì)，非常適合培養(yǎng)學(xué)生的知識遷移能力。但教材設(shè)計以二氧化碳在大自然中的循環(huán)為主線，內(nèi)容以文字?jǐn)⑹龊蛨D片展示為主，未設(shè)計實驗。

項目式學(xué)習(xí)PBL(Project-based Learning)，要求教學(xué)以學(xué)生為中心，教師根據(jù)真實情景設(shè)計驅(qū)動問題，學(xué)生在解決問題的過程中不斷與同學(xué)和教師對話來診斷學(xué)習(xí)的障礙點，將知識融會貫通并應(yīng)用于解決實際問題，在分析和解決問題的過程中發(fā)展能力。本項目以學(xué)生感興趣的《西游記》導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生對探究“屠狗妖”的好奇，將“探究二氧化碳的性質(zhì)”埋藏在創(chuàng)設(shè)的情景線中，通過“探究集氣瓶中氣體性質(zhì)”“探究二氧化碳的密度”“探究二氧化碳的溶解性及石蕊變色原因”“自然界中二氧化碳的循環(huán)”“二氧化碳性質(zhì)的應(yīng)用”系列子任務(wù)線和問題線驅(qū)動，學(xué)生獨(dú)立進(jìn)行探究活動，逐步構(gòu)筑學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展線。通過四線合一，外顯了學(xué)科核心素養(yǎng)，促進(jìn)知識的學(xué)習(xí)與能力培養(yǎng)的結(jié)合。

2 項目前的學(xué)情分析

為更好地了解學(xué)情，課前采用問卷調(diào)查法，調(diào)查問題包括：①二氧化碳在生產(chǎn)生活中有哪些應(yīng)用；②在水和氧氣的學(xué)習(xí)中，你是怎么認(rèn)識這些物質(zhì)的。

經(jīng)調(diào)查發(fā)現(xiàn)，學(xué)生在知識、能力和思維三個層面具備了本節(jié)課所需要的基礎(chǔ)知識。知識層面，二氧化碳是學(xué)生非常熟悉的物質(zhì)，已初步具備二氧化碳可參與光合作用、滅火和制備碳酸飲料等感性知識，知道二氧化碳不能供給呼吸、怎樣鑒別等基礎(chǔ)知識，具備儀器連接、物質(zhì)取用等基礎(chǔ)實驗技能，但還不能系統(tǒng)了解二氧化碳的性質(zhì)，知識呈現(xiàn)碎片化且缺乏聯(lián)系，感性的認(rèn)識沒有上升到科學(xué)的知識。能力層面，學(xué)生的探究能力較差，實驗局限于教材，遇到問題時不善于探究。思維層面，面對生活中的問題，學(xué)生缺乏用化學(xué)知識分析解決實際問題的科學(xué)思維，常規(guī)講授課難以激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣和建構(gòu)知識的主動性。

3 項目教學(xué)目標(biāo)

項目設(shè)計從學(xué)生已有知識出發(fā)，通過任務(wù)驅(qū)動，特制定如下教學(xué)目標(biāo)。

(1)通過觀察實驗和探究實驗，掌握二氧化碳的性質(zhì)，增強(qiáng)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣，促進(jìn)認(rèn)知發(fā)展和知識遷移能力。

(2)通過設(shè)計探究二氧化碳的溶解性以及是否與水反應(yīng)的實驗，體驗完整的科學(xué)探究過程，初步學(xué)習(xí)在實驗室制取二氧化碳的方法，在活動中培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力和創(chuàng)新精神。

(3)通過拓展閱讀，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)動力，拓寬學(xué)生視野，增強(qiáng)對社會、環(huán)境問題的關(guān)注，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和跨學(xué)科聯(lián)系。

4 項目任務(wù)及教學(xué)流程

情景是教學(xué)活動設(shè)計的載體，任務(wù)是教學(xué)活動的手段。本節(jié)以“智辨屠狗妖”作為情景主線，任務(wù)由自主到合作，問題由簡單到復(fù)雜，學(xué)生在不斷進(jìn)階中探索學(xué)科知識，在不同活動中逐步發(fā)展學(xué)科核心素養(yǎng)。

5 項目式實施過程及學(xué)生學(xué)習(xí)成果

5.1 任務(wù)1：探究集氣瓶中氣體的性質(zhì)

情境創(chuàng)設(shè)：話說唐僧師徒四人走在取經(jīng)的路上，路過一個山洞，想休息一下。但是當(dāng)?shù)鼐用駞s說里面有一個“屠狗妖”，有人牽著狗進(jìn)去，狗都死了。待的時間一長，人會暈倒，連火把都自動熄滅。村民請大圣幫忙捉拿“屠狗妖”。

教師：大圣不負(fù)眾望，已用寶葫蘆收了“屠狗妖”，就裝在你們面前的集氣瓶中，請同學(xué)們好好觀察，總結(jié)性質(zhì)，利用化學(xué)知識賦予的“火眼金睛”解開“屠狗妖”的神秘面紗。

在觀察的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生回答兩個問題：你的發(fā)現(xiàn)是什么？你有什么問題要提出嗎？

以上兩個問題促進(jìn)學(xué)生基于觀察分析和對已有知識進(jìn)行遷移應(yīng)用，進(jìn)而提出科學(xué)探究問題。

學(xué)生根據(jù)已有生活和學(xué)習(xí)經(jīng)驗，通過觀察集氣瓶中氣體，可以答出“屠狗妖”是無色、無味的氣體；能使澄清石灰水變渾濁，推測“屠狗妖”是二氧化碳。學(xué)生根據(jù)故事中狗死亡和火把熄滅推測出，二氧化碳不支持燃燒，也不能供給呼吸。有的學(xué)生根據(jù)集氣瓶正放和故事中狗先死亡等信息，推測出其密度比空氣大。

教師肯定學(xué)生的觀察成果，并讓學(xué)生自由發(fā)言，發(fā)現(xiàn)生活中的“屠狗妖”。

學(xué)生回答：干冰、呼出的氣體、碳酸飲料、滅火器、溫室大棚、溫室效應(yīng)等。

5.2 任務(wù)2：比較二氧化碳與空氣的密度大小

問題任務(wù)：“屠狗妖”為什么先屠狗？如何驗證二氧化碳的密度比空氣大？

學(xué)生通過討論提出三種不同方法(見表1)，再分組利用不同實驗方案進(jìn)行驗證，得出結(jié)論：二氧化碳的密度比空氣大。

表1 學(xué)生匯報的實驗方案

圖1 學(xué)生利用上下開口塑料瓶進(jìn)行實驗及實驗現(xiàn)象

5.3 任務(wù)3：設(shè)計實驗探究二氧化碳的溶解性及石蕊變色的原因

創(chuàng)設(shè)情境：“屠狗妖”很厲害，不僅可以潛伏在山洞中，還可以隱藏在水中。

教師利用學(xué)生設(shè)計的上下開口塑料瓶充滿二氧化碳，倒入蒸餾水，震蕩，學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象。學(xué)生可以很直觀的看到塑料瓶變癟，得出結(jié)論：二氧化碳易溶于水。

教師將另一個裝水后捏扁的瓶子，與因溶解有二氧化碳變癟的塑料瓶混放一起，讓學(xué)生猜測哪個瓶子中盛有二氧化碳。學(xué)生根據(jù)經(jīng)驗很難辨別。教師將紫色石蕊滴加至兩塑料瓶中，并點明變紅色的為藏匿有“屠狗妖”的水溶液，不變色的為蒸餾水。

教師及時出示提示資料：紫色石蕊是一種具有天然色素的指示劑，遇酸性溶液變紅，遇堿性溶液變藍(lán)，遇中性溶液不變色。實驗室可用大理石或石灰石(主要成分為CaCO3)和稀鹽酸(HCl)反應(yīng)制取二氧化碳，化學(xué)方程式為：CaCO3+2HCl=CaCl2+H2O+CO2↑。

問題任務(wù)：為什么溶解了CO2的水溶液變紅色，顯酸性？

學(xué)生小組討論，得出如下猜想：①二氧化碳使紫色石蕊變紅；②水使紫色石蕊變紅；③二氧化碳溶于水后產(chǎn)生的新物質(zhì)使石蕊溶液變紅。

各小組根據(jù)所支持猜想，自選儀器，制取二氧化碳，根據(jù)教材實驗驗證猜想。得出結(jié)論：二氧化碳遇水產(chǎn)生新的物質(zhì)，使紫色石蕊變紅，二氧化碳和水本身不能使紫色石蕊變紅。

教師精講：二氧化碳溶于水，與水反應(yīng)產(chǎn)生新的物質(zhì)碳酸，使紫色石蕊變紅色(化合反應(yīng))。碳酸不穩(wěn)定，受熱易分解成二氧化碳與水，二氧化碳從水中逸出，石蕊重新變成紫色(分解反應(yīng))。

5.4 任務(wù)4：自然界中二氧化碳的循環(huán)

創(chuàng)設(shè)情境——無處不在的“屠狗妖”，向?qū)W生展示自然界中二氧化碳的循環(huán)、溫室效應(yīng)等課本圖片素材。

學(xué)生小組討論二氧化碳對人類生產(chǎn)生活和自然的影響，思考為什么山洞中聚集大量二氧化碳，總結(jié)二氧化碳的循環(huán)對環(huán)境、生產(chǎn)生活的影響。

學(xué)生閱讀《京都議定書》資料，交流獲得的關(guān)鍵信息和感想。《京都議定書》中規(guī)定的溫室氣體包括：二氧化碳(CO2)、甲烷(CH4)、六氟化硫(SF6)、氧化亞氮(N2O)、高氟碳化合物(PFCs)、氫氟碳化合(HFCs)等物質(zhì)。二氧化碳對全球氣候變暖的影響比例達(dá)到了60%。通過閱讀課外資料，拓展學(xué)生的視野，讓學(xué)生全面認(rèn)識到溫室效應(yīng)的產(chǎn)生及影響。同時也向?qū)W生介紹二氧化碳自古就存在于自然界循環(huán)中，只是近百年來由于人類活動的影響而劇增，進(jìn)而培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。

5.5 任務(wù)5：二氧化碳性質(zhì)的應(yīng)用

創(chuàng)設(shè)情境——“屠狗妖”的自白：被大圣降服，又被大家用科學(xué)知識讓我顯露原形，我想改過自新，造福人類。(二氧化碳的性質(zhì)決定了它有哪些應(yīng)用？)

學(xué)生將知識與生活連接，自由討論。教師向?qū)W生進(jìn)一步展示現(xiàn)代科技對二氧化碳的應(yīng)用，包括用作植物氣肥、二氧化碳溶于原油提高石油開采量、用作超臨界萃取和食品保鮮劑等多方面。這些材料讓學(xué)生認(rèn)識到創(chuàng)新源于對物質(zhì)性質(zhì)的基礎(chǔ)認(rèn)識，介紹了二氧化碳的現(xiàn)代應(yīng)用，認(rèn)識化學(xué)在滿足人類日益增長的物質(zhì)需要的作用，同時也把化學(xué)與科技、生物、工業(yè)等多學(xué)科聯(lián)系在一起，增加學(xué)生跨學(xué)科應(yīng)用的能力。有學(xué)生希望能多掌握些化學(xué)知識，以后能將空氣中的二氧化碳收集并加以利用，進(jìn)而減緩溫室效應(yīng)。

6 項目教學(xué)反思

6.1 通過多任務(wù)推進(jìn)，培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

教學(xué)的目的不僅是為了幫助學(xué)生掌握知識，提高學(xué)生解決實際問題的能力、發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)才是關(guān)鍵。本節(jié)課以學(xué)生感興趣的《西游記》導(dǎo)入，激發(fā)學(xué)生對探究“屠狗妖”的好奇，將“探究二氧化碳的性質(zhì)”埋藏在創(chuàng)設(shè)的情景線中。通過“探究集氣瓶中氣體性質(zhì)”“探究二氧化碳的密度”“探究二氧化碳的溶解性及石蕊變色原因”三個分任務(wù)驅(qū)動，側(cè)重讓學(xué)生親身參與探究。最后，通過任務(wù)“自然界中二氧化碳的循環(huán)”進(jìn)行跨學(xué)科的知識拓展，通過任務(wù)“二氧化碳性質(zhì)的應(yīng)用”引導(dǎo)學(xué)生對知識進(jìn)行梳理，再進(jìn)行反思交流。以上教學(xué)過程培養(yǎng)學(xué)生從化學(xué)視角探究物質(zhì)性質(zhì)，建立性質(zhì)決定應(yīng)用的學(xué)科觀念，發(fā)展學(xué)生的實驗探究與理論分析的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

6.2 在項目學(xué)習(xí)中掌握知識與發(fā)展能力相結(jié)合

在本項目實施過程中，隱藏在情境線中的驅(qū)動性問題很好地引發(fā)了學(xué)生的思考，促使不同思維發(fā)生碰撞，學(xué)生能主動調(diào)動已有知識進(jìn)行遷移、構(gòu)建知識體系。學(xué)生實驗和教師的追問、精講等行為有效促進(jìn)了學(xué)生用化學(xué)知識解決問題，學(xué)生在分組合作中不斷反思其認(rèn)識思路，通過交流合作外顯其思維過程，在師生互動中提升了探究問題的能力。

學(xué)生在任務(wù)1觀察二氧化碳性質(zhì)實驗中，充分利用了分析和觀察能力，可以根據(jù)集氣瓶正放推測氣體密度。在驗證二氧化碳密度實驗中，有學(xué)生提出可以將裝有空氣和二氧化碳的氣球放在充滿氫氣的空間內(nèi)，通過下降速度進(jìn)行比較，雖然由于條件限制沒有實施，但這說明學(xué)生在自主活動中掌握了二氧化碳的物理性質(zhì)。

本項目除探究二氧化碳的性質(zhì)這一教學(xué)重點外，還將《京都議定書》、二氧化碳的科技應(yīng)用在“智辨屠狗妖”的情景下進(jìn)行了跨學(xué)科、跨知識的綜合性教學(xué)，促進(jìn)學(xué)生有意義學(xué)習(xí)和構(gòu)建知識的廣泛聯(lián)結(jié)。

學(xué)生的創(chuàng)新思維和創(chuàng)新能力在問題任務(wù)的驅(qū)動下得到了充分發(fā)展。例如在任務(wù)2中，學(xué)生設(shè)計了上下雙開口塑料瓶，利用火焰在上下開口熄滅的位置不同，驗證二氧化碳的密度。又如在任務(wù)3中，對于“二氧化碳的溶解性及石蕊變色原因”，有的小組為了防止飲料液體進(jìn)入石蕊溶液影響檢測，有意延長橡皮管的長度，或增設(shè)空錐形瓶以完善實驗(見圖2)。這都培養(yǎng)了學(xué)生利用所學(xué)知識分析和處理問題的能力，也激發(fā)了學(xué)生的創(chuàng)新思維。

圖2 學(xué)生改進(jìn)的實驗裝置

6.3 教師在任務(wù)驅(qū)動中要及時引導(dǎo)

本節(jié)教學(xué)過程中，學(xué)生的觀察能力、分析能力和創(chuàng)新能力超出教師的預(yù)期，任務(wù)驅(qū)動下的小組活動給予了學(xué)生展示的環(huán)節(jié)，讓課堂變成學(xué)生的“舞臺”，教師起到了“導(dǎo)演”的作用。在“石蕊變色”這一部分，教師要及時精講，引導(dǎo)學(xué)生完成新知的學(xué)習(xí)。需要注意的是，學(xué)生由于受傳統(tǒng)講授思維的影響，部分小組在問題任務(wù)探究階段存在思維過分發(fā)散和思維難以發(fā)散兩個極端，教師要在問題任務(wù)驅(qū)動中給予學(xué)生正確的方向指導(dǎo)，鼓勵學(xué)生大膽且合理的假設(shè)。此外，在任務(wù)驅(qū)動的各個環(huán)節(jié)，都存在不同小組間的任務(wù)進(jìn)度難以同步的問題，后續(xù)教學(xué)中會啟發(fā)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)過的化學(xué)知識優(yōu)化設(shè)計實驗方案，避免過多的討論。

項目式教學(xué)，強(qiáng)調(diào)在真實情景中的問題解決，以任務(wù)為驅(qū)動，注重學(xué)生的實踐探究。但項目式教學(xué)沒有可以遵循的固定模板，教學(xué)既要從學(xué)情出發(fā)，以學(xué)生引領(lǐng)課堂，又要做必要的支持和引領(lǐng)，通過任務(wù)驅(qū)動指引正確的方向。