初中“物質分離與提純”跨學科項目式教學實踐

中圖分類號：G633.8 文獻標識碼：B

1項目主題內容與教學現狀分析

本項目是初中化學物質分離與提純專題復習課（2課時），涵蓋人教版教材（2024年版）中水的凈化、粗鹽提純、海水制鹽等內容。物質分離是《義務教育化學課程標準（2022年版）》（以下簡稱“課標”）要求的學生必做實驗中的一類探究活動[1]。教學實踐中發(fā)現，學生僅體驗“水的凈化、粗鹽提純”，在“設計與制作凈水器”“分析冬撈堿、夏曬鹽\"“過氧化氫溶液制取氧氣后回收二氧化錳”等情境應用中暴露出“物質分離思路不清、提純方法不當”等問題。基于課標分析，物質分離實驗的育人價值可深入挖掘：（1）深化物質分離的一般思路，提升學生實驗探究能力；（2）凸顯基本方法，通過條件控制強化學生的變化觀、實驗觀，增進學生對化學學科本質的理解；（3）彰顯學科價值，結合實例引導學生認識化學在分離提純、創(chuàng)造新物質、改善人類生活上的重要作用。

以“物質分離”“物質提純”為關鍵詞進行文獻查閱發(fā)現，初中化學案例主要涉及凈水[2]、制鹽[3.4]等，符合初中學生認知發(fā)展需求的還包括青蒿素的提取[5、從植物中提取精油與肥皂制作等。受此啟發(fā)，以“橄欖油肥皂的制作與設計”為主題開發(fā)跨學科項目式教學，融合化學、歷史、地理、工程、生物學等課程相關內容，引導學生先了解甘肅隴南種植橄欖的致富之路，然后查閱文獻資料，梳理提取橄欖油的工藝，設計與論證制備橄欖油肥皂的方案，最后制作橄欖油肥皂、檢驗產品效果，并對肥皂外形與包裝進行文創(chuàng)美化。在鞏固物質分離的思路與方法的同時，發(fā)展化學觀念。

2 項目教學目標

（1）通過了解種植橄欖致富的實例，查閱文獻梳理橄欖油的提取工藝，感悟“綠水青山就是金山銀山”的科學發(fā)展觀念，鞏固物質分離與提純的一般思路與方法，提高檢索、整合信息分析實際問題的能力。

（2）通過制作橄欖油肥皂、普通肥皂并比較二者的使用效果，提升實驗操作技能，強化控制變量思想，初步認識皂化反應，形成多視角認識物質及其變化的系統(tǒng)思維，體會化學實驗在解決物質分離、提純、轉化及應用等相關實際問題中的重要作用。

（3）運用文化創(chuàng)意設計肥皂的外形及包裝，提高審美素養(yǎng)，發(fā)展運用跨學科知識與思維解決真實問題的能力，增強創(chuàng)新意識。

3 項目教學流程

項目教學流程如表1所示。

表1教學流程

4項目實施過程及學習成果

4.1 共探甘肅隴南的橄欖致富之路——初識橄欖種植之術

[視瀕」甘肅隴南市種植橄欖油致富。

[提問]請結合資料卡片，分析當地種植橄欖有哪 些優(yōu)勢？

資料卡片1：油橄欖生長需高鈣、疏松土壤， pH5～ 8，最適溫度 18～24^°C ，需充足日照[8]

資料卡片2：甘肅隴南地理環(huán)境類似地中海油橄欖原產地，年均溫 14.99C，7 月均溫 24.99C ，年降水量

474～900mm ，日照1911.7小時[9]

[學生1]優(yōu)勢：從自然條件看，該地土壤厚度大、土質適宜油橄欖生長；從氣候條件看，光照充足、夏季高溫、降水多、晝夜溫差大，有利于油橄欖果實的成長。

[學生2]劣勢：交通不便，遠離經濟發(fā)達地區(qū)，運輸成本高。

[學生3]雖遠離發(fā)達地區(qū)，但勞動力成本較低。種植橄欖既可綠化環(huán)境，又能創(chuàng)造經濟價值。

[學生4]當地種植橄欖正是踐行了“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。

[追問]種植橄欖究竟是如何創(chuàng)造經濟價值的？

[學生]新鮮橄欖可直接食用，富含蛋白質、維生素C和多種礦物質。果實可加工成橄欖油，用于食品或護膚品，滋潤皮膚。木材適用于制作家具、農具和建筑材料。

4.2從橄欖中提取橄欖油一 —再探精油提煉之法

［過渡]我國古人很早就掌握了從果實中提取油的技藝。明代的《天工開物》中記載：“草木之實，其中蘊藏膏液，而不能自流。假媒水火，憑藉木石，而后傾注而出焉凡取油，榨法而外，有兩煮取法，以治蓖麻與蘇麻（如圖1）。”

圖1《天工開物》中記載的榨油與炒蒸油料的工藝插圖[10]

[布置任務]請同學們4人為一小組，利用豆包、秘塔等AI工具查閱資料，歸納《天工開物》中記錄的蒸榨法和水代法。

[學生]分組合作學習、匯報。蒸榨法主要靠外力擠出油脂，主要流程包括：破碎、清洗、軋胚、蒸炒（使油料中蛋白質變性，油脂黏度降低，流動性增強，便于壓榨時油脂流出）壓榨（擠壓出油脂）。水代法利用油與水不相溶，但油料中的非油成分溶于水，使油脂與水分離，主要流程包括：炒制、加水、沉淀、分離。

[展示資料]果實的特征不同，提取植物油的方法也不同，比較成熟且應用較廣的橄欖油提取方法有：壓榨法、浸提法和酶法（如表2所示）。

表2橄欖油提取方法[11～13]

續(xù)表

[提問]從操作步驟看，表2提取橄欖油的三種方 法有何異同？

[學生]核心步驟是一樣的，包括粉碎、固液分離、油水分離。但分離的工藝差別較大，壓榨法操作簡便，浸提法、酶法的工藝相對復雜。

[追問]三種分離、提取油的方法與原理有何異同？ 請分組查閱資料，研討匯報。

[小組1匯報：壓榨法是物理外力粉碎果實，離心、過濾使油與果肉分離；浸提法是粉碎橄欖后利用物質的溶解性差異，使橄欖油溶解于有機溶劑，再通過蒸餾將其分離；酶法是用酶破壞細胞壁，再用石油醚溶解橄欖油，最后通過多次萃取得到橄欖油。

[小組2]補充：石油醚是無色透明液體，有煤油氣味，主要為戊烷和己烷的混合物； 60～90^°C 沸程的石油醚，成分類似汽油。如圖2，當酶破壞了細胞壁，石油醚接觸橄欖油，溶為一體，使得橄欖油從水中抽提出來。

[追問]如何理解萃取？

[小組3]萃取是利用溶質在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度差異，將溶質從一種溶劑轉移到另一種溶劑。油水混合物中，橄欖油不易溶于水，加入的溶劑石油醚能與橄欖油互溶，即從水中分離提取出橄欖油。

[引導對比]水的凈化、粗鹽提純與橄欖油的提取，分離提純的過程完全一樣嗎？

[學生1這三類物質分離提純過程中都有難溶于水的固體雜質，采用過濾方法即可將水和難溶于水的固體雜質除去。

圖2學生繪制的酶法分離、提取橄欖油的示意圖

[學生2]橄欖油的提取過程，有油水混合物及醚油混合物，過濾不能分離液-液混合物，需要用萃取或蒸餾。

[追問]蒸餾為什么可以分離橄欖油與有機溶劑？

[學生2]橄欖油與有機溶劑的沸點不同。

[追問]我們還學習過哪些利用混合物沸點不同將其分離的實例？

[學生3]液態(tài)空氣分離法、石油的分餾。

[學生4]提出疑問：減壓蒸餾是如何實現的，減壓有什么作用？

［教師]演示實驗（如圖3所示），拉動注射器， 80^°C 水重新沸騰。減壓可以降低液體的沸點，減少蒸餾過程的能耗，節(jié)約成本。

圖3實驗演示減壓蒸餾原理示意圖

[教師]你能說出物質分離、提純的基本思路與方法嗎？

[學生]物質分離的基本思路與方法是：先明確混合物成分，再分析其中的物質性質，進而根據物質的性質差異選擇合適的方法將雜質去除或轉化。

［反思]教師評價、小組互評設計的物質分離提純的一般思路圖并修正（見圖4）。

[學生]觀看視頻，了解提取橄欖油的關鍵操作。

4.3制作橄欖油肥皂并設計文創(chuàng)周邊——實踐感受橄欖之用

[過渡]從橄欖油怎么變成硬實的肥皂呢？請同學們閱讀資料，研討后設計制作橄欖油肥皂的方案。

資料卡片3：油脂在堿性條件下水解生成甘油和高 級脂肪酸的鈉鹽，該反應稱為皂化反應，反應原理：油 脂 + 堿一 $$ 高級脂肪酸的鈉鹽（肥皂的主要成分） + 甘油。

[演示實驗]皂化反應：混合堿液和油脂、加熱、鹽析、用紗布過濾肥皂。

[學生]動手實驗，利用皂基制作橄欖油肥皂。實驗步驟：（1）稱量皂基質量；（2）計算所需液體（牛奶/水）質量；（3）水浴加熱熔化皂基（根據個人喜好加入色素、干花等裝飾品）；（4）入模、冷卻、脫膜制得普通肥皂；（5）向熔化后的皂基中加入橄欖油，攪拌后入模、冷卻、脫模，制得橄欖油肥皂（如圖5所示）。

［教師]等待脫模過程中，過渡：好的產品需要好的包裝與宣傳，請大家觀看故宮文創(chuàng)視頻，邊看邊思考，如何利用文化創(chuàng)意增加當地橄欖油肥皂的價值？

[學生]觀看視頻，討論：如何融合文化創(chuàng)意升級橄欖油肥皂的外形與包裝？

圖5學生利用皂基制作普通肥皂與橄欖油肥皂

［教師]組織匯報。

［學生]形狀設計：做成橄欖果實形狀；做成小沙堆形狀，寓意橄欖出于貧瘠之境。包裝設計：融合甘肅文化，如敦煌元素、七彩丹霞地貌、鳴沙泉，以及慶陽剪紙和面食技藝。

[教師]請同學根據構思，設計肥皂外形及包裝圖。

[學生]分組合作，進行文化創(chuàng)意設計（如圖6所示）。

圖6學生設計的文創(chuàng)作品代表

[小組1]在外包裝設計泉邊倒影著掛滿橄欖的橄欖樹，意在宣傳甘肅的旅游勝地“鳴沙泉”。

［小組2]雕刻敦煌飛天舞女于肥皂上，展現了中國文化的重要符號，象征著對美好、自由和快樂的向往。

[小組3］外包裝展現河西走廊西端沙漠與月牙泉旁行走的駱駝。駱駝象征古絲綢之路，富含文化意義，是甘肅文化旅游的特色。

［教師]同學們的文創(chuàng)都體現了甘肅當地的文化特色，創(chuàng)意十足，讓橄欖油肥皂承載著地方文化走向全國各地乃至世界。我們來將肥皂脫模，比較一下普通肥皂和橄欖油肥皂的使用效果（提供實驗器材：皮膚水分檢測儀、擦手紙巾）？

［學生]分組實驗，比較兩種肥皂的使用效果，并進行實驗交流分享。以小組為單位，利用皮膚水分檢測儀測量某同學的左、右手皮膚含水、含油量，再分別使用普通肥皂和橄欖油肥皂清洗該同學的左右手，再次測定含水、含油量。所測數據見表3。

表3學生測試兩種肥皂的數據記錄

［學生1]我們組測定的普通皂洗手后水分含量由 38% 變成了 44% ，橄欖皂洗手后水分含量則由 36% 變 為 47% ，說明普通肥皂洗完手后皮膚會偏干，橄欖油肥 皂更加滋潤。

[學生2]普通皂洗手后皮膚油分含量由 34% 變成了 21% ，橄欖皂清洗后皮膚的含油量由 34% 變?yōu)?23% ，可見普通肥皂的清潔力更強，去油效果更好，橄欖油肥皂更溫和。

[師生]共同制訂評價量表（如表4），進行量化評分。

表4項目評價量表

續(xù)表

5項目教學效果及反思

本節(jié)課根據課標要求創(chuàng)設“甘肅隴南種植橄欖走向致富”“古人從果實中提取油”“故宮文創(chuàng)設計”等真實情境，基于情境設計具有層進性的跨學科問題，引導學生整合運用化學、歷史、地理、工程、生物學、美術等學科知識完成項目任務。學生在活動中經歷自主學習、合作探究、展示交流、反思改進等一系列問題解決過程，不僅實現了對物質分離與提純的思路、方法的深度理解與意義構建，還形成了運用多學科知識、技術、工程融合解決問題的系統(tǒng)思維。在撰寫體會時，學生感言“祖國有很多像七彩丹霞這樣的壯麗景色，要行萬里路去看一看”“運用跨學科知識可以賦能創(chuàng)新，為農產品創(chuàng)造更多價值”“一塊小小的橄欖皂藏著如此繁雜的工藝，要珍愛來之不易的生活資源”，其學科價值觀、科學態(tài)度與社會責任感得以深化提升。

項目式學習通常會在傳統(tǒng)教材內容之外進行擴展，教師必須深度備課，化繁為簡地搭建學習支架，支撐學生的學習進階。比如，教師在任務2提供以表格形式呈現的“橄欖油提取”文獻材料，在任務3演示皂化反應實驗，講解反應原理，立足學情簡化了萃取、皂化反應等陌生概念的剖析。既拓展了學生認知，降低了學習難度，又與高中化學進行銜接，打下了基礎。又如在制皂中，原實驗方案為“混合橄欖油和 40% 的氫氧化鈉溶液，入模與保溫，再脫模處理”，但課前試驗發(fā)現高級脂肪酸鈉鹽裝人模具后需等待一天左右的時間后才可脫模，無法立即使用，同時還存在高濃度堿液殘留肥皂的風險。因此改為直接讓學生使用市售皂基制作橄欖皂，不僅保障學生能夠充分體驗實驗，還提高了實驗效率，為學生進行文創(chuàng)設計預留時間，以激發(fā)創(chuàng)新意識、培養(yǎng)創(chuàng)造能力。

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