科學(xué)·技術(shù)·文化的有機(jī)融合

黃燕寧

一、項(xiàng)目緣起

鹽是人類每日飲食中不可或缺的物質(zhì)，對維持細(xì)胞滲透壓，保持體內(nèi)電解質(zhì)平衡有重要作用。古代人類曾為獲得鹽而發(fā)生戰(zhàn)爭，也為得到更多的鹽而設(shè)立鹽神；包拯、歐陽修、范仲淹等許多歷史名人都做過鹽業(yè)的主管官員，鹽成為推動社會文化發(fā)展的重要元素。學(xué)生對鹽并不陌生，絕大多數(shù)學(xué)生知道鹽的主要成分是氯化鈉，且以海水為資源可以獲得鹽。但是從海水到餐桌上的鹽到底經(jīng)過了多少步驟？其中蘊(yùn)含著哪些科學(xué)原理，使用了怎樣的關(guān)鍵技術(shù)呢？很多學(xué)生都沒有想過這些問題。通過本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)，我們希望可以讓學(xué)生感受到科學(xué)、技術(shù)、文化的融合，感受到三者互相促進(jìn)、融合發(fā)展的基本規(guī)律。

選擇鹽的獲取作為本項(xiàng)目主題，主要有以下幾方面的考慮：

1.義務(wù)教育階段化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)在“科學(xué)探究”主題下要求學(xué)生初步學(xué)習(xí)使用過濾、蒸發(fā)的方法對混合物進(jìn)行分離，要求學(xué)生能夠完成粗鹽中難溶雜質(zhì)去除的實(shí)驗(yàn)。同時，混合物、純凈物是化學(xué)學(xué)科的重要概念，對二者的區(qū)分是學(xué)生明確化學(xué)研究對象、建立物質(zhì)觀的基礎(chǔ)。自然界中的鹽到餐桌上的鹽這一話題，恰好滿足了從自然界中的混合物中提取純凈物，然后再對純凈物進(jìn)行加工，形成人類所需的混合物的過程，既幫助學(xué)生認(rèn)識到什么是混合物、純凈物，又促使學(xué)生思考研究混合物、純凈物的意義，以及人類在利用天然物質(zhì)資源時的思路方法。在從混合物中提取純凈物的過程中，又自然運(yùn)用到分離的思路和方法，由于是真實(shí)的工業(yè)生產(chǎn)過程，所以從實(shí)驗(yàn)室分離方法到工業(yè)化過程的技術(shù)思維也會呈現(xiàn)出來。

2.義務(wù)教育階段化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)“身邊的化學(xué)物質(zhì)”主題下有“水和常見的溶液”二級主題，其中溶解現(xiàn)象、溶液在生產(chǎn)生活中的重要意義，溶液濃度的表達(dá)和意義，溶質(zhì)和溶劑的關(guān)系以及溶解度對溶質(zhì)和溶劑定量關(guān)系的影響等都是重要的學(xué)習(xí)內(nèi)容。在從海水、井鹽、礦鹽中提取鹽時，其實(shí)都是讓原料以溶液形式存在，通過對溶液的過濾、蒸發(fā)、重結(jié)晶等操作實(shí)現(xiàn)物質(zhì)的分離，獲得所需的產(chǎn)品。一定量的原料溶液可以獲得多少鹽？原料溶液溶質(zhì)成分復(fù)雜，如何保證沉淀下來的是氯化鈉？將氯化鈉加工成餐桌上的含碘鹽、富硒鹽時又如何保證添加劑與鹽混合均勻？這一系列問題都需要利用溶液知識進(jìn)行解答。

3.鹽是生活中必需的物質(zhì)，有著深厚的歷史和文化背景。在古代，爭奪鹽的控制權(quán)是國家大事，至今鹽業(yè)生產(chǎn)也是以國有產(chǎn)業(yè)為主。在從古至今的鹽業(yè)發(fā)展中，人們從靠天吃鹽，到增大產(chǎn)量的規(guī)模生產(chǎn)，再到根據(jù)特殊需求形成多種多樣的產(chǎn)品，這其中蘊(yùn)含的物質(zhì)分離、提純的基本原理和分離思路始終沒有改變，但是技術(shù)的進(jìn)步卻使得生產(chǎn)過程有了巨大變化。引領(lǐng)學(xué)生體會原理與技術(shù)的整合，體會科技對人類生活的改變是科學(xué)教育不可推卸的責(zé)任。

4.鹽是學(xué)生熟悉的物質(zhì)，對于鹽的來源學(xué)生也有所了解，但是真的走進(jìn)鹽的生產(chǎn)過程，其中的原理看似簡單實(shí)則豐富，不斷更新的技術(shù)又總讓學(xué)生有柳暗花明的感覺，對自己熟悉的事物突然有了全新而深刻的了解，這會是一種多么奇妙的學(xué)習(xí)感受。

二、項(xiàng)目特征

本項(xiàng)目除了具有一般項(xiàng)目的真實(shí)性、活動性、有顯性成果等特點(diǎn)外，還有如下幾個特征：

1.關(guān)注核心知識和思路方法的落實(shí)。圖1是對本項(xiàng)目學(xué)習(xí)內(nèi)容的概括整合，包括核心知識和思路方法。從中可以看出項(xiàng)目承載的核心知識包括純凈物、混合物、分離方法、溶液等內(nèi)容。項(xiàng)目承載的思路方法主要體現(xiàn)在圖中的橫縱兩軸。圖中橫軸展現(xiàn)了人類從自然界中的混合物提取純凈物再制造成符合自己功能需求的混合物的物質(zhì)轉(zhuǎn)化利用的基本思路，縱軸則體現(xiàn)了物質(zhì)分離的基本思路、分離方法以及分離方法的適用任務(wù)類型。

2.關(guān)注歷史文化與科學(xué)的融合。鹽是生活中不可或缺的物質(zhì)，有著深厚的歷史和文化背景。教材中呈現(xiàn)了鹽在歷史進(jìn)步中的社會價值，還通過分析“天日映成”“熬煮海水”等古代制鹽法的共同特征及優(yōu)勢與不足，引發(fā)學(xué)生思考設(shè)計現(xiàn)代制鹽技術(shù)，使歷史文化與科學(xué)技術(shù)自然地融合在一起。不僅如此，教材中的習(xí)題也注意引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的視角分析歷史文化現(xiàn)象。比如，歷史上，最早被稱為“中國”的地方在現(xiàn)在山西運(yùn)城一帶，黃帝、蚩尤大戰(zhàn)于此，夏、商、周三代建都于此。在古代這個地方發(fā)達(dá)的原因之一是有被稱為“鹽池”的湖，可以產(chǎn)鹽。舜在統(tǒng)治這個地方時曾創(chuàng)作《南風(fēng)歌》一首，描述了舜對鹽業(yè)生產(chǎn)的重視，也說明了天氣對鹽業(yè)生產(chǎn)的影響很大：“南風(fēng)之熏兮，可以解吾民之慍兮；南風(fēng)之時兮，可以阜吾民之財兮?！贝烁璐笠馐牵耗巷L(fēng)溫暖地吹來，可以解除老百姓內(nèi)心的憂愁；南風(fēng)及時地吹來，可以給老百姓帶來更多的財富。自南向北吹的風(fēng)一般都比較溫暖，且運(yùn)城鹽湖南邊有一座中條山，南風(fēng)經(jīng)過這座山，風(fēng)力就會加大。請分析：

（1）為什么南風(fēng)一來，古人就會得到更多的鹽呢？

（2）你能推斷出每年的什么時候是運(yùn)城產(chǎn)鹽的季節(jié)嗎？

（3）運(yùn)城鹽池北岸有河?xùn)|鹽業(yè)博物館，這里原來是“池神廟”，是人們?yōu)榱双@得鹽業(yè)豐收而供奉神靈的地方。人們從影響鹽產(chǎn)量的自然界因素中抽提出三種重要因素幻化為神靈，供奉在寺院里，其中一位神靈是池神，猜猜另外兩位神靈是什么神。

3.展現(xiàn)技術(shù)與知識的融合、技術(shù)與社會發(fā)展的關(guān)系。技術(shù)始終是將知識應(yīng)用于生活的重要途徑，是社會發(fā)展的重要推動力。本項(xiàng)目始終強(qiáng)調(diào)技術(shù)在解決生產(chǎn)問題中的重要價值。比如，教材中介紹了被稱為中國古代技術(shù)活化石的“墾畦澆曬”制鹽法如何實(shí)現(xiàn)鹽和水的分離，還介紹了離心機(jī)、流化床等現(xiàn)代技術(shù)對生產(chǎn)工藝的促進(jìn)，通過“食鹽加碘技術(shù)的改進(jìn)”這樣的專欄描述，幫助學(xué)生了解技術(shù)發(fā)展線索，體會技術(shù)對社會發(fā)展的推動。項(xiàng)目中還留有問題空間，讓學(xué)生分析、解釋生產(chǎn)工藝，發(fā)展學(xué)生的技術(shù)意識。比如，在古代，得鹽者得天下，戰(zhàn)爭中圍城禁鹽，使城內(nèi)人因缺鹽而投降是常用的手段。為了更多地獲得鹽，在春秋戰(zhàn)國時期，運(yùn)城鹽池地區(qū)的老百姓就開始使用“墾畦澆曬”法制鹽，英國科學(xué)家李約瑟在他的著作《中國科學(xué)技術(shù)史》中把這種生產(chǎn)工藝稱為中國古代技術(shù)史的活化石。請思考：

（1）“墾畦澆曬”就是在鹽池旁邊開辟一片一片的鹽田，把鹽池水引入鹽田，然后經(jīng)過一系列工序獲得食鹽。鹽田的功能是什么？

（2）工人們在鹽田中收鹽時并不等鹽田水曬干，而是讓鹽田中還留有一些溶液就收鹽，這是為什么呢？

（3）鹽池自古是鹽的主要產(chǎn)地，但是我國解放后就以出產(chǎn)硫酸鈉為主了。你認(rèn)為這可能是什么原因呢？

4.緊密貼近學(xué)生生活，并引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)生活中的秘密。學(xué)以致用是產(chǎn)生深度學(xué)習(xí)的路徑。項(xiàng)目中設(shè)計了多個與學(xué)生生活有關(guān)的問題，啟發(fā)學(xué)生用化學(xué)的視角看生活，在生活中發(fā)現(xiàn)化學(xué)的奧秘。比如，一根沒吃完的冰棍放在碗里部分融化，此時再吃是冰棍更甜呢，還是融化出的水更甜？

能回答這個問題嗎？先做個實(shí)驗(yàn)試試。要想解釋清楚，來學(xué)習(xí)這個項(xiàng)目吧。

三、項(xiàng)目學(xué)習(xí)線索

項(xiàng)目以生產(chǎn)鹽過程中從原料加工到形成產(chǎn)品需要解決的幾個問題為任務(wù)線索推進(jìn)展開，學(xué)生在完成各項(xiàng)任務(wù)的過程中完成知識技能的學(xué)習(xí)并提煉思路方法，形成學(xué)科能力。與此同時，體會技術(shù)進(jìn)步的價值，并展現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)與社會文化的相互推動。本項(xiàng)目的學(xué)習(xí)過程是任務(wù)活動、知識技能、方法能力、技術(shù)理解、社會文化等多條線索并進(jìn)的學(xué)習(xí)過程，如圖2所示。

任務(wù)活動線索是本項(xiàng)目外顯的線索，是學(xué)生要面對的系列問題。首先在項(xiàng)目導(dǎo)引環(huán)節(jié)通過對“自然界的鹽”和“餐桌上的鹽”的成分分析，明確要獲得餐桌上的鹽需要解決的三個問題：如何從自然界（如海水中）得到粗鹽？如何從粗鹽中提純氯化鈉？如何把氯化鈉加工為餐桌上有功能的食用鹽（如含碘鹽）？

知識技能線索伴隨著任務(wù)活動線而發(fā)展。在進(jìn)行“自然界的鹽”和“餐桌上的鹽”成分分析時引入混合物與純凈物的概念。在從自然界中的海水蒸發(fā)獲得粗鹽時，學(xué)生明確了溶質(zhì)、溶劑和溶液的關(guān)系，知道溶液的濃度會影響溶液的性質(zhì)，能夠用溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)表達(dá)溶液的濃度，發(fā)現(xiàn)溶液的飽和狀態(tài)，并掌握了蒸發(fā)操作技能。在從粗鹽中提純氯化鈉的過程中，學(xué)生利用溶解度知識分析不同溶質(zhì)的溶解結(jié)晶問題，并掌握過濾的實(shí)驗(yàn)操作。通過將氯化鈉轉(zhuǎn)變成有功能的營養(yǎng)鹽，學(xué)生體會了溶液均一穩(wěn)定的性質(zhì)。

方法能力線索是本項(xiàng)目的核心線索。本項(xiàng)目的方法能力包含兩個子主題：一個是認(rèn)識物質(zhì)分離，一個是解決溶液問題。伴隨著一個個任務(wù)活動的完成，學(xué)生對溶液的問題解決能力也不斷發(fā)展著。對于物質(zhì)分離，學(xué)生的能力發(fā)展脈絡(luò)是：明確從混合物中得到純凈物需要物質(zhì)分離操作→建立物質(zhì)分離的基本思路——利用要分離物質(zhì)的性質(zhì)差異將其轉(zhuǎn)變?yōu)椴煌瑺顟B(tài)的物質(zhì)→應(yīng)用物質(zhì)分離的思路結(jié)合溶液相關(guān)知識解決與溶液有關(guān)的分離問題。對于溶液，學(xué)生能力發(fā)展的脈絡(luò)是：認(rèn)識溶質(zhì)、溶劑是溶液的組成成分→在一定條件下，調(diào)節(jié)溶質(zhì)、溶劑關(guān)系可以改變?nèi)芤簼舛龋侨苜|(zhì)在溶劑中的溶解有極限→理解溶解度是溶質(zhì)在溶劑中溶解極限的定量描述，根據(jù)溶解度，調(diào)節(jié)溶質(zhì)、溶劑關(guān)系，實(shí)現(xiàn)溶質(zhì)的溶解和結(jié)晶。

技術(shù)理解線索和社會文化線索是對學(xué)生方法能力線索發(fā)展的補(bǔ)充。如，能力線索中學(xué)生根據(jù)水和鹽的性質(zhì)差異選擇用蒸發(fā)的方法從鹽水中分離出鹽，教材就從技術(shù)角度給學(xué)生補(bǔ)充了分離鹽和水的多種技術(shù)方法；能力線索中學(xué)生利用溶解度調(diào)節(jié)溶質(zhì)的溶解和結(jié)晶，技術(shù)角度則指導(dǎo)學(xué)生解釋“墾畦澆曬”留少量母液的原理；相應(yīng)的，社會文化線索引導(dǎo)學(xué)生關(guān)注了鹽生產(chǎn)與社會發(fā)展的關(guān)系、鹽場選址與資源的綜合利用、鹽類資源的合理開發(fā)與利用、個性化食鹽產(chǎn)品開發(fā)等。技術(shù)理解線索和社會文化線索是在學(xué)生學(xué)科能力發(fā)展的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生體會科學(xué)與技術(shù)、科學(xué)與社會的關(guān)系，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。

四、項(xiàng)目活動設(shè)計

在項(xiàng)目導(dǎo)引中，教材設(shè)計了項(xiàng)目策劃活動，引導(dǎo)學(xué)生明確完成項(xiàng)目需解決的核心問題，確定各項(xiàng)任務(wù)及目標(biāo)。除此之外，對于項(xiàng)目的3項(xiàng)任務(wù)，教材設(shè)計了6個活動12項(xiàng)子活動任務(wù)支撐學(xué)生的學(xué)習(xí)?；顒觾?nèi)容及活動目標(biāo)如表1所示。

加上項(xiàng)目導(dǎo)引中的活動，12個具體活動主要以實(shí)驗(yàn)探究、交流研討為主，還有合作學(xué)習(xí)、自主學(xué)習(xí)和調(diào)查分析等活動類型。其中實(shí)驗(yàn)探究活動強(qiáng)調(diào)學(xué)生動手進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，從中發(fā)現(xiàn)知識、訓(xùn)練技能、概括方法，或者利用獲得的知識方法在實(shí)驗(yàn)操作中解決問題。交流研討活動針對不需要通過實(shí)驗(yàn)解決的問題，但是也需要學(xué)生通過合作活動完成知識、技能、方法的學(xué)習(xí)或者相關(guān)內(nèi)容的遷移應(yīng)用。實(shí)驗(yàn)探究活動和交流研討活動是學(xué)生發(fā)現(xiàn)新知、應(yīng)用新知，獲得學(xué)科能力發(fā)展的主要活動。合作學(xué)習(xí)活動中學(xué)生的學(xué)習(xí)任務(wù)難度相對較小，且由多個并行的小任務(wù)組成，學(xué)生通過先分工后整合的方式達(dá)成有效學(xué)習(xí)的目的。本項(xiàng)目中的合作學(xué)習(xí)任務(wù)是對多項(xiàng)鹽水分離技術(shù)手段的分析和比較。調(diào)研分析活動則把學(xué)生的視角引向社會，促使他們在社會背景下理解學(xué)習(xí)內(nèi)容，發(fā)現(xiàn)真實(shí)問題，體會科學(xué)、技術(shù)與社會的關(guān)系。自主學(xué)習(xí)則要求學(xué)生自主梳理和反思學(xué)習(xí)內(nèi)容，并將其創(chuàng)造性地應(yīng)用于陌生問題的解決。