項(xiàng)目式教學(xué)——“食鹽中碘含量的測定”

高建偉 王越

摘要：以“食鹽中碘含量的測定”為項(xiàng)目學(xué)習(xí)主題，呈現(xiàn)項(xiàng)目實(shí)施過程，以食鹽中碘含量的測定為例將智慧課堂、數(shù)字化實(shí)驗(yàn)應(yīng)用于項(xiàng)目式教學(xué)，發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式教學(xué);碘含量測定;核心素養(yǎng);傳感器

文章編號(hào)：1008-0546（2022）07-0040-03中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.010

一、項(xiàng)目式教學(xué)法的特點(diǎn)及應(yīng)用現(xiàn)狀

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》關(guān)注培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。項(xiàng)目式教學(xué)（Project Based Learning，簡稱PBL）是基于建構(gòu)主義學(xué)習(xí)理論為基礎(chǔ)的教學(xué)法[1]。這種教學(xué)方式是設(shè)置一個(gè)真實(shí)情境化的任務(wù)，學(xué)生作為項(xiàng)目學(xué)習(xí)的主體提出驅(qū)動(dòng)性問題，并在完成項(xiàng)目任務(wù)的過程中與教師不斷對話來診斷其學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)，發(fā)展其核心素養(yǎng)，同時(shí)其解決問題的綜合能力得到提高。而且通過項(xiàng)目實(shí)施，通過教師不同的有效行為促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展，幫助學(xué)生內(nèi)化知識(shí)能力和素養(yǎng)[2]。

二、項(xiàng)目意圖及規(guī)劃

1.項(xiàng)目意圖

新課標(biāo)注重凸顯化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)。本課題基于山東科技出版社普通高中教科書《化學(xué)必修1》第二章微項(xiàng)目“科學(xué)使用含氯消毒劑”教學(xué)，學(xué)生已經(jīng)掌握并能靈活應(yīng)用“價(jià)—類”二維的思想觀念去研究物質(zhì)性質(zhì)和應(yīng)用到生活中解決實(shí)際問題。筆者設(shè)計(jì)了“食鹽中碘含量的測定”這一項(xiàng)目式學(xué)習(xí)主題，供學(xué)生課下研究，將化學(xué)知識(shí)應(yīng)用于生活，落實(shí)“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.項(xiàng)目規(guī)劃

本項(xiàng)目采取小組合作研究方法，將一個(gè)項(xiàng)目分解為 6個(gè)子任務(wù)，每個(gè)研究小組（4～6人）研究其中的一個(gè)子任務(wù)，研究小組在完成任務(wù)的過程中要分工合作。具體任務(wù)分配見表1。

筆者首先在智慧教學(xué)平臺(tái)中推送相關(guān)研究性學(xué)習(xí)資料，學(xué)生通過網(wǎng)絡(luò)查閱文獻(xiàn)及筆者推送的資源完成每個(gè)小組的研究性學(xué)習(xí)任務(wù)，并在線上提交研究性學(xué)習(xí)報(bào)告。通過小組合作探究討論，將每位同學(xué)的研究性學(xué)習(xí)報(bào)告相互整合，小組討論制作課件并錄制微課，將微課分享給班級同學(xué)。實(shí)現(xiàn)線上線下教學(xué)的交互，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)，科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任。同時(shí)筆者收集研究過程中學(xué)生遇到的問題，設(shè)計(jì)一節(jié)“教、學(xué)、評”一體的智慧教學(xué)課。以目標(biāo)為引領(lǐng)、以評價(jià)為驅(qū)動(dòng)、以核心素養(yǎng)為導(dǎo)向，聚焦探究過程，提升教學(xué)效果。

三、項(xiàng)目活動(dòng)及設(shè)計(jì)意圖

1.分享成果，提出質(zhì)疑

課堂上分享每一個(gè)研究性學(xué)習(xí)小組的微課報(bào)告，了解碘元素與人體健康的關(guān)系以及食鹽中碘的存在形式和碘鹽的科學(xué)使用。

2.探究加碘食鹽中碘元素的存在形式

【提出問題】通過同學(xué)們的課下探究，我們知道食鹽中的碘元素是以 IO 3（-）的形式存在的，我們?nèi)绾螜z驗(yàn)這種離子呢？我們對 IO3（-）不熟悉，但我們熟悉一種含碘元素的物質(zhì)的檢驗(yàn)。這對IO3（-）的檢驗(yàn)有什么啟發(fā)？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從物質(zhì)類別和元素化合價(jià)的角度分析 IO3（-）的性質(zhì)，用已學(xué)過的知識(shí)探究 IO 3（-）的檢驗(yàn)。發(fā)展和培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論、小組交流。

【學(xué)生匯報(bào)】我們知道I2遇淀粉變藍(lán)，通常用淀粉檢驗(yàn) I2的存在。從物質(zhì)類別的角度而言 KIO3是強(qiáng)電解質(zhì)，在水中可完全電離出IO3（-），我們可將其還原為I2，通過檢驗(yàn) I2的存在來證明實(shí)驗(yàn)中的碘元素是以何種形式存在的。

【提出問題】我們用什么樣的還原劑將 IO3（-）還原

呢？選擇什么樣的還原劑最合適？

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從常見的還原劑角度出發(fā)運(yùn)用氧化還原反應(yīng)知識(shí)實(shí)現(xiàn)離子的檢驗(yàn)。同時(shí)引導(dǎo)學(xué)生思考在離子檢驗(yàn)過程中的注意事項(xiàng)。

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論、小組交流。

【學(xué)生匯報(bào)】為了在檢驗(yàn)過程中不引入新的雜質(zhì)離子，檢驗(yàn)用I-做還原劑最合適。

【學(xué)生活動(dòng)】用已提供的實(shí)驗(yàn)藥品設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)并推測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

實(shí)驗(yàn)藥品：食鹽樣品溶液、淀粉溶液、KI溶液、稀 H2SO4。

【學(xué)生匯報(bào)】取待測食鹽樣品溶液于試管中，向其中加入KI溶液，再加幾滴淀粉溶液，預(yù)期溶液會(huì)變藍(lán)。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】基于學(xué)生討論的實(shí)驗(yàn)方案動(dòng)手實(shí)驗(yàn)。學(xué)生發(fā)現(xiàn)并沒有產(chǎn)生預(yù)期的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。

【知識(shí)支持】離子的氧化性或還原性與溶液的酸度密切相關(guān)，對于 IO3（-）來說，溶液的酸性越強(qiáng)，其氧化性越強(qiáng)。

【提出問題】這給我們什么啟發(fā)，我們應(yīng)該如何改進(jìn)實(shí)驗(yàn)才能得到預(yù)期的效果？

設(shè)計(jì)意圖：讓學(xué)生理解物質(zhì)的氧化性或還原性是受外界條件影響的，外界條件改變，物質(zhì)的氧化性或還原性會(huì)發(fā)生變化。發(fā)展學(xué)生“變化觀念與平衡思想”的學(xué)科核心素養(yǎng)。

【學(xué)生實(shí)驗(yàn)】向之前的試管中加入稀H2SO4。

【學(xué)生匯報(bào)】溶液變藍(lán)，則證明食鹽試樣中的碘元素是以IO3（-）的形式存在的。

【提出問題】這一檢驗(yàn)過程用離子反應(yīng)方程式應(yīng)如何書寫？并畫出單線橋。

【學(xué)生匯報(bào)】IO3（-）+ 5I-+ 6H+=3I2+3H2O

設(shè)計(jì)意圖：培養(yǎng)學(xué)生使用化學(xué)語言的意識(shí)和符號(hào)表征能力。

3.探究加碘食鹽中碘元素的含量

【提出問題】在學(xué)生的匯報(bào)材料中，筆者捕捉到這這樣一句話：成人每天碘的攝入量是0.1～0.2 mg。攝入過多或過少都會(huì)對人體健康有害。《食品安全國家標(biāo)準(zhǔn)食用鹽碘含量》規(guī)定碘鹽中碘含量為18～33 mg/kg。那么如何定量檢測碘鹽中碘的含量？

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論、小組交流。

【學(xué)生匯報(bào)】可以根據(jù)之前 IO3（-）檢驗(yàn)的方法，用已知濃度的KI溶液與一定體積的食鹽樣品溶液發(fā)生反應(yīng)，記錄恰好完全反應(yīng)時(shí) KI 溶液的用量，用 KI 的用量，通過方程式就可以知道IO3（-）的含量。

【學(xué)生匯報(bào)】也可以從生成物的角度來看，可以向一定體積的食鹽樣品溶液中加入過量的KI溶液，測定生成I2的物質(zhì)的量，再通過方程式也可以求出IO3（-）的含量。

【提出問題】我們怎么樣才能確定IO3（-）與KI溶液在什么時(shí)候恰好完全反應(yīng)？這個(gè)恰好完全反應(yīng)的點(diǎn)我們?nèi)绾未_定？

【提出問題】我們?nèi)绾螠?zhǔn)確測定生成 I2的物質(zhì)的量？

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論、小組交流。

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生從定性分析升華為定量分析。

【學(xué)生匯報(bào)】可以以淀粉為指示劑用標(biāo)準(zhǔn) Na2S2O3溶液滴定生成的I2，通過消耗標(biāo)準(zhǔn)Na2S2O3溶液的量可確定生成I2的物質(zhì)的量，進(jìn)而確定樣品中IO3（-）的含量。

【提出問題】滴定過程中主要的離子反應(yīng)方程式是什么樣的？定量關(guān)系如何？

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論、小組交流。

【學(xué)生匯報(bào)】IO3（-）+ 5I-+ 6H+=3I2+ 3H2O

I2+ 2S2O3（2）-=2I-+ S4O6（2）-

綜上所述：IO3（-）～ 6S2O3（2）-

按以上公式可求得：食鹽中碘含量（mg/kg）= c（Na2S2O3） ·V（Na2S2O3） ·127·1000/6 m（樣品）

【提出問題】第一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案由 KI溶液的用量直接確定IO3（-）的用量會(huì)更加簡便，可經(jīng)過討論，我們找不到合適的確定反應(yīng)終點(diǎn)的方案。此時(shí)我們可以用電位滴定法。

【知識(shí)支持】電位滴定法（Potentiometric Titration）是在氧化還原滴定過程中依靠電極電位的突躍來指示滴定終點(diǎn)的方法。在滴定到達(dá)終點(diǎn)前后，滴液中的待測離子濃度往往連續(xù)變化n 個(gè)數(shù)量級，引起電位的突躍。被測成分的含量可通過消耗滴定劑的量來計(jì)算。

【教師演示】用電極電位（ORP）傳感器測定食鹽樣品中碘的含量（圖1）。

實(shí)驗(yàn)藥品：食鹽樣品溶液、0.0150 mol · L-1 KI 溶液、稀H2SO4。

為了實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確，我們多次測量求平均值，數(shù)據(jù)見表2：

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論、小組交流，計(jì)算待測食鹽樣品中碘的含量。

【學(xué)生匯報(bào)】利用3次實(shí)驗(yàn)的平均值計(jì)算待測食鹽中的碘含量為20.22 mg/kg。符合國家標(biāo)準(zhǔn)。

【提出問題】同學(xué)們認(rèn)為今天我們所看到的電位滴定與傳統(tǒng)的碘量法滴定相比有什么優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)？

【學(xué)生活動(dòng)】學(xué)生討論、小組交流。

【學(xué)生匯報(bào)】運(yùn)用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)儀器——電極電位（ORP）傳感器比傳統(tǒng)的碘量法滴定要方便快捷很多，而且測量結(jié)果準(zhǔn)確。但儀器昂貴檢測成本較高。

設(shè)計(jì)意圖：向?qū)W生展示氧化還原定量分析的不同分析方法——碘量法滴定和電位滴定法并讓學(xué)生自主探究其優(yōu)缺點(diǎn)。引導(dǎo)學(xué)生理解在不同的條件下、不同的檢測精度要求下可選擇不同的滴定分析方法。

4.課下制作“科學(xué)用碘鹽——碘與人體健康”手抄報(bào)課下要求學(xué)生小組合作制作“科學(xué)用碘鹽——碘與人體健康”手抄報(bào)并制成展板放置在學(xué)校宣傳欄中，以體現(xiàn)化學(xué)學(xué)科的社會(huì)價(jià)值——用于生活。

四、教學(xué)反思與收獲

1.項(xiàng)目式教學(xué)符合新課標(biāo)對發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的要求

本節(jié)課是筆者結(jié)合學(xué)生學(xué)習(xí)實(shí)際對教材中項(xiàng)目式教學(xué)“科學(xué)使用含氯消毒劑”的創(chuàng)新、拓展而設(shè)計(jì)的一個(gè)項(xiàng)目[3]。

筆者設(shè)置了一個(gè)真實(shí)情境任務(wù)——“食鹽中碘含量的測定”，學(xué)生作為項(xiàng)目學(xué)習(xí)的主體提出驅(qū)動(dòng)性問題，在完成項(xiàng)目任務(wù)的過程中教師與學(xué)生不斷對話來診斷其學(xué)習(xí)障礙點(diǎn)，發(fā)展其核心素養(yǎng)，提高學(xué)生分析問題、解決問題的能力。通過項(xiàng)目實(shí)施，促進(jìn)了學(xué)生的認(rèn)識(shí)發(fā)展，幫助學(xué)生提高了內(nèi)化知識(shí)能力和學(xué)科核心素養(yǎng)。

2.智慧教學(xué)將課前、課中、課后有效統(tǒng)一起來

運(yùn)用智慧教學(xué)模式使本節(jié)課課堂效率得到大幅

度提升，課前布置學(xué)生的探究性學(xué)習(xí)任務(wù)通過利用班級分享的功能，分享至云平臺(tái)，將學(xué)生研究性學(xué)習(xí)報(bào)

告分享至線上，每個(gè)小組對自己的研究報(bào)告進(jìn)行概

括整合，利用錄制微課的功能，將小組研究報(bào)告總結(jié)

匯報(bào)，培養(yǎng)學(xué)生自主探究的能力。課堂上利用“學(xué)生

講”功能實(shí)時(shí)拍攝實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，同屏在大屏上。利用數(shù)

字化實(shí)驗(yàn)進(jìn)行定量分析，實(shí)現(xiàn)定性到定量的升華。“智慧課堂”與“傳統(tǒng)課堂”的深度融合，不僅是教師教法上的改變，同時(shí)也是學(xué)生學(xué)法上的轉(zhuǎn)變，實(shí)現(xiàn)教學(xué)相長。

3.小組合作式探究，增強(qiáng)學(xué)生之間的合作意識(shí)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)究其根本是簡單的微課題，意在培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的能力。而科學(xué)探究過程就是課題組分工合作的過程，科學(xué)探究的結(jié)果是課題組集體智慧的結(jié)晶。在高中學(xué)段，我們要著力于培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)，在小組探究過程中每個(gè)人都有明確的任務(wù)，小組每個(gè)成員再將自己完成任務(wù)的成果匯編在一起就是完成每個(gè)子任務(wù)的過程。通過這一過程讓學(xué)生體會(huì)科學(xué)探究的過程和樂趣。

4.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)演示，緊扣新教材在山東科技出版社出版的高中化學(xué)教材（2019版）中已經(jīng)將數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)寫在教科書中，并說明有條件的學(xué)校可以實(shí)施。這意味著數(shù)字化教學(xué)已經(jīng)在高中教學(xué)中普遍應(yīng)用起來，這既有利于拓展學(xué)生的視野，也有利于發(fā)展學(xué)生的高階思維，同時(shí)提高學(xué)生化學(xué)學(xué)習(xí)的興趣。

參考文獻(xiàn)

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[2]中華人民共和國教育部. 普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）[S]. 北京：人民教育出版社，2020.

[3]苗曉歡.“尋跡電池的發(fā)展”項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)教學(xué)[J]. 中學(xué)化學(xué)教學(xué)參考，2020（18）：53-54.