化工生產中重要非金屬元素的項目式學習

張曾棟 莫尊理 楊翠蘋 趙存梅 張華敏 包鈺涵

摘要：氮與硫及其化合物的教學是不少高中化學教師教學的重難點，學生普遍存在較大的學習困難。作為復習課，學生已經系統學習過本部分內容，但對知識點之間的總體掌握尚欠火候。將學生熟悉的蘭州石化搬遷問題作為項目式學習的主題，分析討論確定本項目的實質問題（即驅動性問題）——解決污染排放，拆解驅動性問題，形成相關的學科子問題，形成一堂硫和氮的復習課，提升學生的化學學科核心素養。

關鍵詞：復習課;氮和硫;項目式學習

文章編號：1008-0546（2022）07-0069-04中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.07.017

一、問題的提出

時代的發展和社會的進步對未來的勞動者提出了更高的要求，傳統的教育模式逐漸無法滿足當下的實際需要，以素養為本的教育成為主流，其核心在于發展學生的必備品格和關鍵能力，這也是我國課程標準提出的明確要求。有研究表明，基于項目開展的教學，有利于培養學生的核心素養[1]。所謂項目式學習，不同的學者有不同的定義，但他們都認同項目式學習具有以下特征：一是問題性;二是合作性;三是探究性;四是真實性;五是過程性和結果性[2]。綜合多位學者的觀點以及研究的實際需要，對項目式學習做出如下定義：基于真實的問題，讓學生進行合作式的探究學習解決問題的過程，項目式學習既重視過程也看重結果。

元素及其化合物由于知識較為龐雜和瑣碎，不易于建立體系，一直是高中化學教學的重點和難點[3]。《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱課標）對該部分內容的教學做出了如下建議[4]（表1）：

可以看出，課標對該部分內容的教學建議十分符合項目式教學的特征，因此，選擇項目式學習的方式進行“化工生產中重要非金屬元素”的復習課。

二、項目式學習準備

以“作為蘭州市市長，是否考慮將蘭州石化搬離蘭州市”作為核心問題，學生將核心問題拆分為與化學及其他學科相關的具體子問題，通過教師提供的資料包以及學生課前收集的各種資料，學生最終提出一套問題的解決方案。

1.項目背景

在本節復習課之前，學生已經較為系統地學習完幾種非金屬元素及其化合物的性質等內容，但許多學生對所學內容尚存在困惑。例如不能熟練掌握知識點之間的聯系，無法靈活運用所學知識解決現實問題。通過在復習課上使用價類二維圖，學生能夠在物質轉化中建立知識結構體系，初步嘗試應用所學知識解決生活中的問題。

蘭州石化是蘭州學生最熟悉的企業之一，曾經是當地的支柱產業，對蘭州社會經濟的健康發展發揮著十分重要的作用。在過去，蘭州常年灰蒙蒙的天空一直為當地居民所詬病，酸雨和黃河水污染更是直接關系日常生活的老大難問題。將空氣污染、水污染、酸雨污染的危害作為背景知識呈現給學生，引入本節課。引導學生去思考交流造成蘭州市污染的主要原因，學生查閱相關資料最終鎖定最大的污染源——蘭石化。進一步啟發學生思考，綜合考慮蘭石化是否應該搬離蘭州，分組討論，各抒己見，提出一套解決環境問題的方案。

2.教學目標

（1）了解空氣污染、酸雨等災害是氮硫化合物燃燒的結果。基于硫和氮的價類二維圖培養學生的變化守恒素養。

（2）能夠將生活中宏觀的酸雨現象和微觀的氮硫化合物轉化聯系起來，培養學生的宏微結合素養。

（3）使用化學的思想和方法解決身邊真實存在的社會問題，培養學生的創新意識與社會責任，認識到學好化學的巨大價值。

3.項目拆解

項目式學習的關鍵在于問題的拆解，學生的思維五花八門，不同的學生存在不一樣的思考方式，同一個問題可能會拆分出好幾種結果，有一定的盲目性。因此在該過程中，要發揮教師的引導作用，對學生可能會出現分歧的地方及時加以引領和點撥。問題拆解如圖1所示。

三、項目學習實施

1.引入

教師活動：多媒體投影蘭石化在蘭州的重要地位（補充資料）;空氣污染的危害;黃河水污染的危害;酸雨的危害（見圖2）。

學生活動：觀看投影，掌握提供的信息，思考這些現象背后的原因。

設計意圖：使得學生認識到環境污染問題的嚴重性，讓學生關心生活，關注社會。

2.展開

教師活動：提出問題，請學生搜集資料，分析造成蘭州空氣污染、水污染、酸雨污染的罪魁禍首，并展示自己的猜測，說明理由。

學生活動：查閱資料，分析原因，同學之間互相交流討論，提出多種可能的原因，最終一致認為最大的源頭是蘭石化。

教師活動：請同學從剛學習的氮氧化合物的角度，推測造成以上現象的原理。

學生活動：學生從價類二維的角度推測是氮和硫在大自然中循環造成了以上問題。

教師活動：既然蘭石化是造成以上污染的最大源頭，那么是不是應該就把它搬離蘭州市呢？請同學們各抒己見，并說明理由。

學生活動：有的學生支持搬離，原因是環保問題，生命安全問題應該放于第一位;有的學生不支持搬離，認為經濟發展第一，只需要對相關的生產工藝進行改進，就可以解決這些問題。結合教師提供的資料包得到以下結論：

①在別處也會產生污染，并不會從根本解決環境污染問題;

②搬遷會產生巨大的生產成本，對企業和當地政府財政都會造成沉重的負擔，收益很低;

③化工廠的選址要求很高，蘭州周邊這樣的地區很難尋找。

綜上分析，確定本項目的實質為解決蘭石化的污染物排放問題。

教師活動：請學生分組討論，蘭石化的污染都有哪些？

學生活動：水污染——廢水的排放;空氣污染——廢氣的排放。

學生活動：收集資料發現：蘭石化的廢水排放處理較好，排放的廢氣中主要成分是氮和硫的氧化物。因此本節課的任務主要是處理廢氣。

教師活動：請學生畫出價類二維圖（見圖3 和圖4），據此設計方案脫硫脫硝。

學生活動：初步設計出兩套廢氣處理裝置，分別用來脫硫和脫硝。

常見的脫硫方案

①用NaOH溶液吸收

②用氯水氧化

③催化氧化，制硫酸常見的脫硝方案

①用NaOH溶液吸收

②催化氧化，制硝酸

③催化反應為氮氣

教師活動：請學生優化設計方案，設計能夠同時吸收氮和硫的方案。

學生活動：對比單獨吸收硫和氮的方案，找到可以同時吸收兩類物質的方案。

學生設計的可行的方案：

①利用氧化劑氧化（見圖5）;②利用堿液吸收（圖6）。

方案1原理：將硫和氮的氧化物催化氧化，再通入水中得到硫酸和硝酸的混合物。

方案2 原理：利用 NaOH 和 SO2與 NO2反應，生成對大氣無害的Na2SO3、NaNO2和NaNO3。

教師活動：請學生選擇可以在工業生產中應用的方案。

學生活動：根據教師提供的資料包，對比兩種方案的生產成本和操作難度等多方面因素，選擇利用堿液吸收是最優解。

3.總結（項目梳理）

教師活動：捋順思路，做出總結，系統梳理相關知識。

學生活動：觀看，思考，做好筆記和總結。

四、教學反思

本項目選擇了蘭州當地學生最熟悉的企業——蘭州石化作為項目來源，可以在一定程度上激發學生的學習興趣。在驅動性問題“是否搬離蘭州石化”的啟發下，學生自主思考，交流討論，將核心問題拆解為一個個相互關聯的子問題，學生的問題分析能力得到了鍛煉，表達交流能力獲得了提高，創新思維能力受到了訓練。在問題解決的過程中，學生需要調用并創造性運用已學過的知識，最后在設計解決方案的時候，要求學生能夠具有創新思維，不拘泥于過去固有的思維定式，大膽設想，小心求證，學生的核心素養得到了潛移默化的培養。

同樣地，本項目存在一些缺點和不足，首先本項目設計較為宏大，包括地理、經濟、化學多門學科的交叉融合。在實際開展的過程中，對教師和學生的能力要求較高，只能將項目簡化為污染物處理問題。其次受制于學生自身知識儲備的局限性，所設計出來的解決方案在實際生產中無法應用，是一種理想的設計。最后本節課屬于復習課，項目式學習耗費時間較長，可能會存在學時不足拖慢整體教學進度的問題。

五、啟示

項目式學習是未來教育改革的熱點和趨勢，在國外項目式學習已經相當成熟，它不僅僅在基礎教育階段受到歡迎，在高等教育階段也同樣適用。在知網搜索有關化學學科的項目式學習期刊文獻，發現屬于核心及以上的高質量文章數量并不多，這說明在未來，這一領域還有很大的挖掘空間值得探究。項目式學習應該扎根于本土，根據各地實際情況選擇合適的項目。鼓勵學校開發校本課程，打造項目式學習金課。鼓勵不同地區的教師針對項目學習開展研討交流，東部發達地區教師主動向西部經濟落后地區對口幫扶，提供技術指導和教學理念的傳授;西部地區的教師也應該能夠挖掘自身特點，因地制宜，克服經濟不足帶來的困難，創造性地巧妙設計項目，經濟欠發達地區也同樣能夠在項目式學習上演奏第一提琴。

六、補充資料

中石油蘭州石化公司由原來的蘭煉、蘭化兩家企業合并組建而成，二者均是國家“一五”期間的156項重點工程項目。自 1958年建成投產以來，為國家的建設發展立下了汗馬功勞。這里走出了成千上萬優秀的石化技術人才，他們將先進的理念、技術、經驗帶往全國，影響了一代又一代石化人。蘭煉蘭化被譽為新中國煉油工業和石化工業的“搖籃”，是中國西部地區最大的石化企業。2014年，蘭州的自來水出現了苯污染事件，蘭州人民開始呼吁將該企業搬出蘭州。近年來，隨著綠水青山就是金山銀山理念的深入人心，搬離蘭州石化的呼聲日益強烈。

參考文獻

[1] 陳穎，王磊，徐敏，尚榮榮，陳松，寧燕丹.高中化學項目教學案例——探秘神奇的醫用膠[J]. 化學教育（中英文），2018，39（19）：8-14.

[2] 胡紅杏.項目式學習：培養學生核心素養的課堂教學活動[J]. 蘭州大學學報（社會科學版），2017，45（6）：165-172.

[3] 宋立棟，劉翠，王磊，史凡.基于項目式教學的含硫物質轉化復習教學設計與實施[J]. 化學教育（中英文），2019，40（19）：37-40.

[4] 中華人民共和國教育部.普通高中化學課程標準（2017年版）[S]. 北京：人民教育出版社，2018：4.