基于項目化學習培養核心素養的教學實踐

摘 要：項目化學習是基于真實情境、解決實際問題的教學模式，能夠很大程度上激發學生的學習興趣，利用驅動性問題，逐步實現教學目標。本文從金屬蝕刻的廣泛應用開展項目化學習，對金屬及其性質復習課展開教學，課程利用“制作金屬蝕刻畫”讓學生體驗金屬蝕刻過程，提升學生分析與解決問題的能力，全面培養學生的化學學科核心素養。

關鍵詞：項目化學習；真實情境；金屬蝕刻；核心素養

文章編號：1008-0546（2024）11-0016-03

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

《義務教育化學課程標準（2022年版）》構建了大概念統領的化學課程內容體系，要求教師注重創設真實問題情境，倡導“用中學”“創中學”，開展項目化學習。［1］項目化學習是在真實的主題情境中，運用初中化學的核心概念和知識分析問題、探究問題、解決問題，完成有意義的項目任務，提升化學學科關鍵能力，培育學生的創新能力與實踐能力。［2］

一、教學背景

從社會價值看，金屬材料在提高人類生活質量、推動社會進步與科學發展等方面發揮著重要作用。從學科價值看，金屬及其性質內容是學習酸、堿、鹽性質的基礎，也能為高中化學中鈉、鋁等金屬及其化合物的學習做鋪墊。從學生認知角度看，金屬不再是單一的物質，通過金屬這類物質的學習，學生可以初步認識掌握一類物質性質的思路與方法。［3］金屬的性質是初中化學中非常重要的內容，通過新課學習，學生初步掌握了金屬的物理化學性質。知識的具體應用需要以真實的情境作為載體，在應用中得以提升，體現化學的學科價值。

在滬教版化學九年級上冊第2章“身邊的化學物質”中，學生已經學習了氧氣、二氧化碳和水相關物質的內容，對單一物質的物理化學性質、用途和制法有了一定認識。在第3章“構成物質的微粒”中也學習了原子的結構。這為分析金屬為什么具有共性與差異性奠定了基礎。金屬這一類物質的性質需要從宏觀與微觀上來理解與掌握。［4］

“制作金屬蝕刻畫”項目選自滬教版化學九年級上冊第5章“金屬的冶煉與利用”，與金屬性質緊密關聯，學生興趣濃厚。本文以“制作金屬蝕刻畫”為具體任務，從復雜的具體應用中抽提出化學問題，學生利用化學知識、思路與方法解決實際問題。

二、教學目標

本復習課的教學目標具體如下。

（1） 通過對金屬蝕刻流程中的各個關鍵環節的分析，復習金屬的物理化學性質，總結影響反應速率的因素。

（2）通過親自動手制作一幅蝕刻作品，發展分析、歸納、合作、實踐及創新等能力，提煉運用物質的性質解決實際問題的一般思路和方法，形成合理利用化學物質的意識和可持續發展的觀念。

（3）深化化學基本觀念，如物質的結構決定性質、性質決定用途以及性質與變化之間的共性與差異性間的關系等觀念，建構金屬章節化學觀念。

三、教學流程

筆者結合教學背景和教學目標，設計了“選擇金屬底板與腐蝕液”“制作金屬蝕刻畫”“展示成果”和“提煉總結”四個項目任務，并據此展開教學，具體教學流程如表1所示。

四、教學實錄

1. 選擇金屬底板與腐蝕液

［教師］腐蝕會造成金屬資源的浪費，但腐蝕也有神奇的一面，比如金屬蝕刻。什么是金屬蝕刻？

［學生］將字或者畫刻在金屬表面。利用化學溶液與金屬表面作用，形成好看的紋路。

［教師］利用金屬蝕刻我們可以做什么？

［學生］可以做版畫，也可以做金屬銘牌。

［教師］金屬蝕刻有很多用途，可以做工藝品與印刷電路板。為什么選擇金屬作為蝕刻的底板，利用了金屬的哪些性質？

［學生］利用了金屬的硬度大及金屬光澤等性質。

［教師］金屬還有良好的延展性、優良的導熱導電性，這些都是金屬的物理性質，所以物質的性質決定物質的用途。如果你是蝕刻師，你會如何選擇金屬底板以滿足實際需求？

［學生］在選擇金屬底板時，需要考慮金屬的共性與差異性。

［教師］如果我們有鋁、鐵、銅這三種金屬底板，根據提供的試劑：稀鹽酸、硫酸銅、硝酸銀，你會選擇什么腐蝕溶液來進行蝕刻？

［學生］對于鋁板和鐵板，稀鹽酸、硫酸銅、硝酸銀都可以，對于銅板則只能選擇硝酸銀。它們可以反應，可以用于蝕刻。

［教師］思考一下銅為什么不能選擇稀鹽酸？

［學生］因為銅是排在氫后的不活潑金屬。

［教師］選擇腐蝕液考慮的是金屬活動性順序，這是我們選擇腐蝕液的重要依據。

2. 制作金屬蝕刻畫

［教師］我們已經選擇好了金屬底板與腐蝕液，下一步就是蝕刻了，蝕刻前是否需要打磨，為什么？

［學生］需要打磨，因為在常溫下鋁容易跟氧氣反應，生成致密而結實的氧化鋁膜。

［教師］請書寫相關的化學方程式。

［學生活動］寫出化學方程式并核對。

［教師］那么其他兩種金屬底板是否容易生銹？

［學生］鐵也會生銹，鐵是與空氣中的氧氣和水共同作用而生銹。銅不太容易生銹。

［教師］為什么同樣都會生銹，鋁制品要比鐵制品耐用？

［學生］鐵銹是疏松多孔的，空氣中的氧氣、水不斷進入孔隙，從而銹蝕加重。

［教師］同樣是生銹卻出現了不同的結果，這又體現了金屬的差異性。在制作蝕刻畫前，有必要對不需要蝕刻的部分做簡單保護，今天我們使用保護膜進行保護。

［學生活動］以小組為單位，根據提供的試劑（稀鹽酸、硫酸銅、硝酸銀），只選擇一種腐蝕液和一種金屬底板進行蝕刻。小組代表展示成果并說明選擇金屬底板和腐蝕液的原因。

3. 展示成果

［學生］選擇鐵板作為底板，使用硫酸銅進行蝕刻，發現成品很漂亮。鋁板則比較難蝕刻。

［教師］梳理上面兩個環節，我們運用了金屬的哪些化學性質？可以與哪些物質反應？

［學生］金屬可以跟氧氣、酸、金屬化合物溶液發生反應。

［教師］金屬可以與這三類物質反應，這是金屬的共性，但是在反應時反應條件、反應劇烈程度各不相同，體現了金屬的差異性，具體表現在金屬活動性順序上。宏觀看現象，微觀看本質，你如何從微觀角度來分析為什么金屬既具有共性，又具有差異性？通過提供的幾種常見金屬的原子結構示意圖分析。

［學生］它們的最外層電子數都小于4，容易失去外層電子，表現出共性。而失電子能力又不同，表現出差異性。

［教師］通過分析原子結構及其得失電子情況，就可以理解，為什么金屬既具有共性又具有差異性。

4. 提煉總結

［教師］其實我們發現，剛才的蝕刻過程緩慢，在不更換蝕刻液種類的前提下，我們可以采取什么方法提高蝕刻的效率？

［教師活動］展示資料：①蝕刻劑使用熱水溶解效率更高；②鋁使用稀鹽酸蝕刻的過程圖。

［學生］使用熱水溶解蝕刻劑與及時更換腐蝕液可以加快蝕刻效率。

［教師］提高蝕刻溫度可以提高蝕刻效率，從而提高反應效率。在蝕刻過程中，鋁會與稀鹽酸反應產生氯化鋁，同時稀鹽酸濃度也在降低，導致蝕刻效率減慢，因此更換蝕刻液的原理是提高溶液濃度，從而提高反應效率。請小組用氯化鐵溶液蝕刻銅板，并匯報實驗現象。

［學生］采用氯化鐵溶液蝕刻銅板，比采用硝酸銀蝕刻效率更高，而且不會產生固體析出的現象。

［教師］硝酸銀相對來說成本高，利用氯化鐵蝕刻具有成本低和蝕刻效率高、易于操作等特點，可用于制作印刷電路板。在電子設備普及的時代，印刷電路板是不可或缺的元件。

［教師活動］播放視頻：印刷電路板的生產過程。

［教師］印刷電路板制作過程中采用氯化鐵溶液蝕刻銅板，廢液中一定含有什么物質？

［學生］FeCl2和CuCl2。

［教師］如果將廢液直接排放，不僅浪費金屬資源，也會對環境造成嚴重污染。如何回收金屬銅？

［學生］加鐵。

［教師］加鐵粉還是鐵塊？為什么？

［學生］加入鐵粉。可以增大反應物之間的接觸面積，使反應更快更充分。

［教師］加入過量鐵粉還能發生以下反應：2FeCl3＋Fe3FeCl2。經過濾得到濾渣和濾液，濾液中含有FeCl2，那濾渣的成分是什么？

［學生］鐵粉和析出的銅。

［教師］如何進一步用化學方法分離鐵和銅？

［學生］加入足量的稀鹽酸，過濾。

［教師］這樣我們就獲得了銅，如果將兩部分濾液經過氯氣的氧化作用，可以得到腐蝕液氯化鐵，從而實現了原料的循環使用。銅的回收以及氯化鐵的循環使用，體現了綠色化學的思想。此外，通過硝酸銀煉得銀，通過硫酸銅煉得銅，腐蝕帶給我們的印象是金屬資源的浪費，但是通過金屬蝕刻，可以得到精美的版畫與精細的印刷電路板，希望今后大家都可以理性辯證地看待問題。

五、教學反思

本節課利用“制作金屬蝕刻畫”為主線進行項目化學習，學生體會了制作金屬蝕刻畫的過程，從選底板、選蝕刻溶液、打磨到制作，最后提煉總結金屬的物理化學性質，感受金屬蝕刻的重要應用，同時體會化學的魅力。

項目化學習是指向學科核心素養的深度學習，“制作金屬蝕刻畫”貼近學生認知、符合學生興趣。本文充分利用 “金屬蝕刻”這一真實情境，讓學生在交流探討、實驗探究中完成任務，復習金屬及其性質，采用項目化學習有助于培養學生進行多視角、有深度的思考，從而促進學生化學核心素養的發展。

參考文獻

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

［2］符愛琴.項目化學習：初中化學學習方式的變革［M］.沈陽：遼寧大學出版社，2021．

［3］劉春鳳，羅麗.“金屬和金屬材料”單元整體教學設計實踐與思考［J］.中學化學教學參考，2021（11）：18-20.

［4］張亞林，潘紅.大概念視域下的金屬及其性質單元整體教學實踐［J］.化學教育（中英文），2023（15）：71-78．

*基金項目：本文系江蘇省教學科學規劃“十三五”重點資助課題“指向關鍵能力的初中化學創意課程研究”（E-a/2020/05）的階段性研究成果。