基于項目化學習培養學生學科素養

鄒雁

摘要：以石頭紙、木漿紙的實驗探究為載體，以項目化學習的方式層層深入復習酸、堿、鹽知識。

關鍵詞：項目化學習;科學探究;學科素養

文章編號：1008-0546（2022）09-0083-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

教育應賦予學生面向未來的能力。通過真實的問題、親身的體驗、持續的好奇心“喚醒”學習者的力量，培養他們的主動性，在解決問題的過程中專注、有計劃、能反思，善于建立聯系，能夠個性化表達。以上目標都融入項目化學習，在實踐中內化學生學科素養。

學科項目化學習是聚焦學科的關鍵概念和能力、在真實情境圍繞一定目標與主題開展的探究活動。[1]在化學教育的起始年級，要不斷激發學生的好奇心，讓學生積極思考、體驗科學探究。引導學生認識物質變化的規律，潛移默化地培養學生的核心素養，形成化學的基本觀念。[2]

一、教學內容與現狀分析

積累一些有代表性的反應后，九年級化學進入了酸、堿、鹽章節學習，大部分學生的感受是“信息量大增”，難度增大。因此，在階段性的總結提升中既要注重綜合性、應用性，還要關注趣味性和思維方法。本文以酸、堿、鹽復習課——“石頭紙與木漿紙”的教學為例，介紹學科項目化學習在初中課堂的實踐與思考。

二、項目化學習的設計

1.問題驅動，指向學科概念

酸、堿、鹽是九年級的核心知識，也是高中化學的重要基礎。在項目設計之初尋找情境主線，以整合酸的通性、堿的通性、鹽的通性、物質轉化、物質鑒別、物質分離等基礎知識和技能。

項目化學習以問題驅動學習。碳酸鈣能與強酸反應，灼燒后又能與水反應生成堿。新興的“石頭紙”本子，主要成分為碳酸鈣，作為實驗樣本讓學生有代入感。驅動性問題圍繞石頭紙一步步挖掘，指出持續思考的方向。

2.抓住契機，提高核心素養

石頭紙作為情境主線，帶動學生運用酸、堿、鹽知識，進行創建、決策、實驗和問題解決。在項目化學習中鍛煉科學探究的能力、建立宏微結合，增強變化觀念。挖掘石頭紙中的化學知識，認識化學、技術、環境的相互關系，更全面地提高學科素養。

3.全程評價，促進共同進步

項目化學習的評價，貫穿始終。學生對照評價量規，通過自我評價表、小組評價表，可以提高實踐活動的有效性。通過對成果的評價，引發更深層次的探索、創造與合作。

三、項目化學習的開展

見表1。

四、教學實錄

1.如何辨別石頭紙和木漿紙？

展示“石頭紙筆記本”，介紹石頭紙是新型紙張，上面的水性筆跡可被擦洗。隨后學生打開材料包，在紙張樣品中挑選。

2.石頭紙真的由碳酸鈣和聚乙烯組成嗎？

學生提議將石頭紙取樣，滴加鹽酸。初步實驗表明，石頭紙“不怕水而怕酸”。石頭紙的成分中，碳酸鈣不可燃而聚乙烯可燃，那它“怕火”嗎？學生觀察到石頭紙可燃，但是不如普通木漿紙易燃。石頭紙灰燼接近白色（見圖1），木漿紙的灰燼接近黑色（見圖2）。完成表3填寫。

3.石頭紙灰燼的主要成分是什么？

鼓勵學生說出不同的猜測和理由。學生經小組討論，猜測1——碳酸鈣，理由是它不可燃，高溫條件下才分解。石頭紙灰燼中仍然有碳酸鈣嗎？學生很快用鹽酸與樣品的反應證實了（見圖3）：滴加鹽酸至不再產生氣泡，樣品基本溶解。猜測2——不僅有碳酸鈣還有氧化鈣。理由是聚乙烯燃燒放熱，能使碳酸鈣分解。是否產生了氧化鈣？學生回憶道，氧化鈣與水反應會放熱。鼓勵他們積極試驗：石頭紙灰燼加少量水振蕩浸泡，然而沒有明顯放熱現象。對此有的學生認為沒有氧化鈣，有的學生認為可能有氧化鈣但含量少。

引導學生換個思路，假設灰燼中有氧化鈣，那么浸泡的過程除了能量的轉換，還有物質的轉化。溶液中是否生成了氫氧化鈣？學生從堿的通性分析，想到了酸堿指示劑、銅鹽溶液、鐵鹽溶液等試劑。也有同學提議通入二氧化碳氣體。老師提醒學生，通常情況下氫氧化鈣溶解度很小，盡量選擇實驗現象明顯的試劑。學生最終選擇了pH試紙對靜置后的上層清液進行檢驗（見圖4），發現溶液確實呈堿性，pH約為13（見圖5）。

為了確定樣品成分，還須檢驗鈣離子。閱讀焰色反應的相關資料，觀察石頭紙灰燼的焰色反應（圖6）、比對鈣元素的標準焰色。根據以上實驗結果：石頭紙可燃，灰燼中有碳酸鈣和氧化鈣。說明石頭紙燃燒的過程，碳酸鈣部分分解了。完成表4填寫。

4.木漿紙灰燼，它又含有何物？

木漿紙在生活中更為常見，它的灰燼也有類似的焰色（見圖6），兩種紙樣的灰燼成分相同嗎？

多數學生當即一試：取樣木漿紙灰燼并滴加鹽酸，也有氣泡產生（見圖7），看來木漿紙灰燼竟然也含有碳酸鹽。提供資料“木漿紙的成分：植物纖維（有機物）和灰分（無機鹽）。堿法制漿工藝原理：原料選擇與加工后，用氫氧化鈉與蒽醌的混合液為蒸煮液，在堿回收系統中用氫氧化鈉[4]或碳酸鈉[5]來補充生產過程中堿的損耗。”木漿紙灰燼真的含有碳酸鈉、氫氧化鈉嗎？

學生測得木漿紙灰燼的浸泡液pH約為12，確實呈堿性（見圖8）。能否斷定其中含有氫氧化鈉？學生明確提出，碳酸鈉溶液也為堿性。探究溶質是否含有氫氧化鈉，需先除去碳酸鈉，再對分離后的溶液檢驗氫氧根離子。填寫表5。

5.木漿紙灰燼的成分，如何分離？

從溶有碳酸鈉的溶液中分離出氫氧化鈉，此實驗設計對學生來說難度較大。首先是試劑的選擇，學生會考慮將碳酸根離子沉淀，還提到了氫氧化鈣、氫氧化鋇。引導學生根據試劑寫出可能的方程式，學生自然發覺不妥之處：沉淀劑帶入了大量氫氧根離子，后續無法證明樣本中的氫氧化鈉。符合要求的實驗試劑，既能使碳酸根離子沉淀，又不干擾氫氧根離子的檢驗，學生想到了氯化鈣、硝酸鈣、氯化鋇等，最終選擇了毒性低又常見的氯化鈣試劑。

指導學生書寫實驗設計方案：一般需說明試劑及用量、操作步驟、假設的現象和對應的結論。這一題型對學生要求很高，不能公布一個標準答案以蔽之。讓學生體驗完整的過程，自行書寫、討論修正、明確方案、進行實驗、得出結論。學生向木漿紙灰燼浸泡液中，滴加過量氯化鈣濃溶液，振蕩、靜置（見圖9），取上層清液測定pH約為11（見圖10），溶液仍顯堿性。以上實驗證實“木漿紙灰燼中既有碳酸鈉，也有氫氧化鈉”。填寫表6。

6.復分解反應如何發生？

以上探究活動中，學生能夠運用復分解反應，使樣品中的某些成分向目標產物轉化。此時向學生展示微距拍攝的硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液與足量鹽酸反應的實驗現象。使用動畫模擬溶質微粒的動態，分析溶液中自由移動離子的濃度變化。幫助學生理解復分解反應的實質——某些離子的濃度下降。

在實踐中內化概念，關注復分解反應在生產生活中的應用。例如：石頭紙制作的一次性水杯不可盛裝酸性飲料。含鉛廢水排放標準為鉛總含量小于10-3g/L，要求學生根據資料（見表7），選擇適合的氫氧根離子濃度，來除去印染廢水中的鉛離子。總結酸堿參與的復分解反應，歸納與氫離子、氫氧根離子不能大量共存的離子，生成項目學習成果。填寫表8。

五、教學效果與反思

1.理解學科概念

基于項目化學習，以真實的載體和情境，開展酸、堿、鹽復習課，不是局限于知識點的回顧，而是更關注知識的綜合運用、思維和能力的培養。以邏輯性的問題鏈，將知識點組織于問題驅動中;以形式多樣的實驗（驗證、檢驗、測定、分離），放手讓學生做真探究;基于各種實驗現象，推測得出實驗結論;通過多種信息獲取的方式（視頻、實驗、資料卡等），逐步解開疑問。不僅讓學生掌握研究物質的一般方法，更讓學生在實踐中反思與突破，基于證據推理的能力、邏輯思維能力得到鍛煉，真正落實了為思維而教，為能力而教。

2.鍛煉學科能力

（1）嚴謹的科學態度

測得石頭紙灰燼浸泡液為堿性，應該排除其中碳酸鈣的干擾。學生小組商議后，決定增加一組碳酸鈣粉末浸泡液（飽和溶液）的對比實驗，發現其堿性弱于石頭紙灰燼浸泡液（見圖11）。方能得出“石頭紙灰燼中有氧化鈣，浸泡后生成了氫氧化鈣”的結論。在九年級不深究碳酸鈣水溶液呈堿性的原因，但不忽略其對樣品浸泡液pH的影響。通過對比實驗，證實浸泡液的堿性主要由氫氧化鈣產生，培養學生嚴謹的科學態度。

（2）高效的信息處理能力

日常的作業練習發現部分學生閱讀文字材料和表格數據的能力有所欠缺。本課特意設置了多個資料卡：“石頭紙成分”“焰色反應”“木漿紙成分與堿法制漿工藝”“不同氫氧根離子環境中鉛離子的飽和濃度”，輔助項目化學習順利推進。培養學生在不同情境中找到所需資源，創造性地解決問題的能力。

3.優化展現學科形象

石頭紙為環保產品，它的制造不需砍伐木材，造紙工藝不排放含酸、堿的廢水，擦拭后的石頭紙可反復使用。本文對石頭紙的探究實驗做出改良設計，貫徹綠色化學的理念，踐行社會責任。

（1）更輕巧的分組實驗

學生的材料包中（見圖12），液體藥品裝入5mL、10mL、20mL塑料滴瓶，攜帶輕便，不易碎不滲漏，滴加試液十分方便。固體樣品放置在帶螺旋蓋的塑料小罐，取用方便，也可加水振蕩。不需振蕩的實驗，由井穴板代替試管——試劑用量小，對比實驗現象明顯，無需試管架（材料包內物品如圖13所示）。

（2）更環保的藥品處置

考慮到燃燒產生的廢氣和顆粒物，紙樣的燃燒為演示實驗。分組實驗所需的灰燼樣品，課前在通風櫥中制作。廢液進入廢液缸，課后進行中和。

（3）更清晰的實驗現象

受教科書“雞蛋在水和鹽酸中的沉浮”啟發，[6]石頭紙樣品剪細條加鹽酸浸沒，不時振蕩。石頭紙樣品表面出現氣泡，隨著氣泡的產生與破裂，樣品浮浮沉沉，為簡單的實驗增加趣味（見圖14）。鈣元素、鈉元素的焰色試驗，酒精燈本身的火焰焰色常受燈芯和瓷片干擾，且樣品用鉑絲蘸取易掉落。由于紙樣灰燼主要為片狀，可以用坩堝鉗直接夾持于打火機的藍色火焰上灼燒。

學生在這樣的課堂體驗中，自然會感嘆化學制造的魅力（木頭可以造紙，石頭也可以造紙），明白物質轉化規律及其應用。石頭紙的面世是環保造紙的一個改革，化學必將給生活帶來更好的環境和體驗！項目化學習的復習課堂，讓學生主動參與知識的建構，彰顯了學生的主體地位，在實驗探究、解決真問題的過程中不僅獲得知識、培養思維和能力，而且深入理解學科內容，形成學科觀念。

參考文獻

[1]夏雪梅.項目化學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐[M].北京：教育科學出版社，2018.

[2]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[3]賈中奇，任哲東，趙曉東.環保石頭紙生產裝備研發制造[Z].鄭州：河南省工業和信息化廳.2019.

[4]周倫.蔗渣堿性過氧化氫法制漿的研究[D].廣州：華南理工大學，2019.

[5]謝雪金.玉米秸稈Na2CO3預處理過程中的重要因子多變量分析方法研究[D].青島：青島科技大學，2018.

[6]中學化學國家課程標準研制組.義務教育教科書（化學九年級下冊）[M].上海：上海教育出版社，2012.