踐行“低碳行動”項目

鄢鵬 支梅

摘 要：本文闡述了如何運用“項目學(xué)習(xí)”進(jìn)行“碳和碳的化合物”單元復(fù)習(xí)。先拋出“溫室效應(yīng)”的社會話題，讓學(xué)生多渠道獲取信息，了解溫室效應(yīng)的現(xiàn)狀、危害、根源，然后小組討論進(jìn)行“低碳行動”項目的策劃，自己提出研究方案，即圍繞“大氣中的二氧化碳含量超標(biāo)嗎—二氧化碳從哪里來—如何降低二氧化碳含量—如何發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)”展開學(xué)習(xí)，調(diào)用已有知識、查閱資料、交流協(xié)作，解決現(xiàn)實生活中的真問題，在解決問題的過程中促進(jìn)知識的系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，發(fā)展核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：項目學(xué)習(xí) 低碳行動 核心素養(yǎng)

項目學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，縮寫為PBL）是以學(xué)科的基本概念和原理為中心，通過小組合作的形式，借助多種資源，對現(xiàn)實生活中復(fù)雜、真實的問題進(jìn)行探究，并在一定時間內(nèi)解決一系列問題的探究性學(xué)習(xí)模式[1]。北京師范大學(xué)化學(xué)教育團(tuán)隊編寫的九年級化學(xué)項目學(xué)習(xí)實驗教材[2][3]，以培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)為宗旨，將初中化學(xué)所有核心知識進(jìn)行整合，設(shè)計了十個項目，引導(dǎo)學(xué)生自主、合作學(xué)習(xí)，探究物質(zhì)世界的奧秘。其中的“低碳行動”項目主要是針對溫室效應(yīng)這一社會話題，圍繞二氧化碳的來龍去脈，從元素守恒的角度認(rèn)識二氧化碳的產(chǎn)生和轉(zhuǎn)化，把化學(xué)知識與社會生活建立起聯(lián)系，理解具體低碳行動背后的化學(xué)原理，最終形成低碳行動公約，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任。筆者整合“低碳行動”項目的內(nèi)容，設(shè)計并實施了“碳和碳的化合物”的單元復(fù)習(xí)，不僅調(diào)動了學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，提高了復(fù)習(xí)效率，也提升了學(xué)生化學(xué)學(xué)科能力，發(fā)展了化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

一、觀電影《后天》，了解溫室效應(yīng)的危害，齊心協(xié)力設(shè)計低碳項目之旅

科幻片《后天》主要講述了北半球因溫室效應(yīng)引起冰山融化，地球進(jìn)入第二冰河期，龍卷風(fēng)、海嘯、地震在全球肆虐，整個紐約陷入冰河包圍的故事。在開展本項目之前，讓學(xué)生們利用周末時間在家觀看影片，并在班級微信群中互相交流觀影感受。對于緊張的畢業(yè)班學(xué)生來說，這樣的周末作業(yè)很受歡迎。他們在群里互動非常熱烈，在互相交流中增強(qiáng)了對溫室效應(yīng)及其危害的認(rèn)識，調(diào)動了參與項目學(xué)習(xí)的積極性。某學(xué)生寫道：“我在看完了《后天》這部電影后，最深的感觸便是大自然的破壞力會摧毀人類多年來的成果。這部電影真實地描述了我們?nèi)祟愃翢o忌憚地浪費，過度排放污染氣體，溫室效應(yīng)加劇，導(dǎo)致悲劇的發(fā)生。給我最大的啟示莫過于保護(hù)環(huán)境時不我待，如果我們不珍惜環(huán)境，環(huán)境自然也不會給我們生存的機(jī)會。”

項目導(dǎo)引課上，學(xué)生們小組合作，進(jìn)一步溝通交流溫室效應(yīng)產(chǎn)生的原因，討論制訂自己的低碳項目學(xué)習(xí)之旅。他們認(rèn)真分析自然界的碳循環(huán)圖，領(lǐng)悟到大氣中的二氧化碳有來有去，原本是一個動態(tài)平衡，正是因為人類的活動打破了這個動態(tài)平衡，才造成溫室效應(yīng)加劇等環(huán)境問題。于是設(shè)計出的“低碳行動”項目的思路是：大氣中的二氧化碳含量超標(biāo)嗎？這些二氧化碳從哪里來？如何降低大氣中二氧化碳含量？如何發(fā)展低碳經(jīng)濟(jì)，將二氧化碳變廢為寶？捋清思路之后，學(xué)生按照自己制訂的項目任務(wù)展開研究。

二、動手實驗測定空氣中二氧化碳含量，增強(qiáng)對低碳行動必要性的認(rèn)識

如何才能知道大氣中的二氧化碳含量是否超標(biāo)呢？學(xué)生聯(lián)想到了測定空氣中氧氣含量的方法，決定選用同樣的原理測定空氣中二氧化碳含量。選什么物質(zhì)作為吸收劑？大家通過小組討論決定要對比水、氫氧化鈣溶液、氫氧化鈉溶液三者吸收二氧化碳的效果。如圖1，向裝有等量二氧化碳的三個相同大小的塑料瓶中分別加入等體積的水、飽和氫氧化鈣溶液、飽和氫氧化鈉溶液，振蕩，觀察塑料瓶變癟的程度。實驗后的現(xiàn)象如圖2所示：倒入水和氫氧化鈣溶液的瓶子微微變癟，倒入氫氧化鈉溶液的瓶子明顯變癟。

根據(jù)實驗現(xiàn)象，大家選定了氫氧化鈉溶液作為吸收二氧化碳的試劑。還有學(xué)生提出，可以向等體積的水、飽和氫氧化鈣溶液、飽和氫氧化鈉溶液中通入足量的二氧化碳，分別稱量反應(yīng)前后實驗裝置增加的質(zhì)量，比較三種物質(zhì)吸收二氧化碳質(zhì)量的大小。這也是很好的方法。

裝置如何設(shè)計？學(xué)生仿照測定空氣中氧氣含量的裝置，設(shè)計了實驗裝置，結(jié)果如圖3、圖4、圖5所示：學(xué)生互相討論，認(rèn)為圖5裝置中的注射器和量筒都有刻度，能比較方便得出最終流入錐形瓶中的液體總體積，提前測量出錐形瓶的體積，就可以計算出樣品中二氧化碳的體積分?jǐn)?shù)。實驗測得樣品中二氧化碳的濃度約為10%。若空氣中二氧化碳含量達(dá)到10%會對人體造成什么嚴(yán)重的影響呢？學(xué)生查閱資料，如表1所示。

一般情況下，空氣中二氧化碳濃度遠(yuǎn)低于10%，所以用上述實驗測定真實空氣中二氧化碳含量誤差很大。這時教師展示了二氧化碳傳感器，并讓學(xué)生動手測定了教室中二氧化碳含量，如圖6所示。經(jīng)過一節(jié)課的學(xué)習(xí)，教室中二氧化碳濃度達(dá)到了1 267ppm（即二氧化碳含量為0.126 7%），所以學(xué)生意識到需要馬上開窗通風(fēng)，否則會影響身體健康。課后學(xué)生分小組測定了臥室、廚房、馬路邊、公園等不同地點的二氧化碳濃度，認(rèn)識到了空氣中二氧化碳濃度超標(biāo)的客觀事實，激發(fā)了后續(xù)對二氧化碳來龍去脈的探究欲望。

三、梳理能夠產(chǎn)生二氧化碳的化學(xué)反應(yīng)，依據(jù)元素觀制訂低碳行動公約

針對大氣中二氧化碳含量超標(biāo)的事實，教師引導(dǎo)學(xué)生尋找這些二氧化碳的來源。先從含有碳元素的物質(zhì)入手，列出自己知道的含有碳元素的物質(zhì)：碳、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、酒精、碳酸、碳酸鈣、碳酸鈉、葡萄糖、蛋白質(zhì)等，試著寫出能產(chǎn)生二氧化碳的化學(xué)方程式或反應(yīng)關(guān)系，在小組內(nèi)交流并不斷完善。這個活動不僅復(fù)習(xí)了相關(guān)化學(xué)方程式的書寫，也增強(qiáng)了學(xué)生對元素觀、分類觀、轉(zhuǎn)化觀的認(rèn)識。

四、運用轉(zhuǎn)化知識設(shè)法降低二氧化碳含量，培養(yǎng)多角度分析和解決問題的思路

如何降低大氣中二氧化碳的含量？需要運用有關(guān)二氧化碳的哪方面知識才能解決問題？學(xué)生自主梳理二氧化碳的性質(zhì)，尋找吸收轉(zhuǎn)化二氧化碳的方法途徑。學(xué)生能比較順利梳理出二氧化碳的密度比空氣大，能溶于水，一般不可燃、不助燃、不供呼吸，能與水反應(yīng)生成碳酸，能與氫氧化鈣溶液反應(yīng)，能與氫氧化鈉溶液反應(yīng)，能參與光合作用，等等。接著教師提出現(xiàn)實問題：如何降低大氣中二氧化碳含量？學(xué)生們想到了用氫氧化鈉吸收。教師再引導(dǎo)他們結(jié)合火力發(fā)電1度會排放890 g二氧化碳的資料[4]，根據(jù)化學(xué)方程式計算出需要消耗氫氧化鈉的質(zhì)量為1 618.2 g，再自己查閱氫氧化鈉的價格為4 050元/噸，計算出每發(fā)電1度釋放的二氧化碳約需要6.6元的氫氧化鈉才能吸收完全。對比1度電的價格，明顯不劃算。此活動給學(xué)生展現(xiàn)了一個解決實際問題的新角度——要算經(jīng)濟(jì)賬。學(xué)生們提到了利用二氧化碳能溶于水并和水反應(yīng)的性質(zhì)，用海水吸收二氧化碳，教師提示他們查閱資料，分析海洋碳匯的利弊。學(xué)生們在查閱資料過程中又提到了光合作用吸收二氧化碳的方法，并嘗試書寫光合作用的化學(xué)方程式，不斷完善對二氧化碳轉(zhuǎn)化關(guān)系的構(gòu)建。針對光合作用，還拓展了森林碳匯和碳匯交易的話題，增強(qiáng)了學(xué)生的社會參與意識。最后教師提出，工業(yè)生產(chǎn)是二氧化碳的主要排放源，如何處理工業(yè)生產(chǎn)排放的二氧化碳？學(xué)生們結(jié)合CCS（CO2捕獲和封存）項目，對海洋封存、地質(zhì)封存、礦石碳化、工業(yè)利用幾種方式吸收二氧化碳的利與弊進(jìn)行對比分析。這樣的活動，讓學(xué)生把具體的物質(zhì)性質(zhì)與生產(chǎn)生活中轉(zhuǎn)化二氧化碳的方法建立起聯(lián)系，使學(xué)生面對真實世界，能從化學(xué)的視角認(rèn)識問題，抓住核心的物質(zhì)及其化學(xué)反應(yīng)尋找思路，借助查閱資料、討論交流、完善認(rèn)知，初步經(jīng)歷對真實的復(fù)雜問題進(jìn)行分析、拆解、轉(zhuǎn)化、嘗試解決、反思完善的過程。

五、結(jié)合美術(shù)特色班的特長，設(shè)計低碳行動LOGO走進(jìn)社區(qū)宣講學(xué)習(xí)成果

我校是多年的美術(shù)特色校，我教的這個班級也是美術(shù)特長班，為了將科學(xué)與藝術(shù)更好結(jié)合起來，課后我還組織學(xué)生進(jìn)行了低碳行動LOGO創(chuàng)意設(shè)計大賽，圖8是部分學(xué)生設(shè)計的創(chuàng)意LOGO，能夠看出來孩子們把學(xué)到的知識、理念與色彩、線條融為一體，體現(xiàn)了科學(xué)精神和社會責(zé)任的內(nèi)化。

為了將項目學(xué)習(xí)的成果體現(xiàn)在社會性功能的發(fā)揮上，我們選擇了一些優(yōu)秀的設(shè)計印在環(huán)保購物袋上，組織學(xué)生進(jìn)社區(qū)向市民宣講低碳行動理念，把各組設(shè)計的低碳公約海報張貼在社區(qū)的宣傳欄內(nèi)，把學(xué)習(xí)的成果與社會發(fā)展建立起關(guān)聯(lián)，讓孩子們感受到學(xué)以致用，感受到自己的所學(xué)、所思、所想、所做對人與自然和諧共處、可持續(xù)發(fā)展的價值，激發(fā)了他們的責(zé)任感和使命感，增強(qiáng)學(xué)生的社會參與意識。

在項目完成之后，我和美術(shù)老師進(jìn)行了交流，她指出，從美術(shù)專業(yè)的角度來說，LOGO設(shè)計有很多原則，比如獨特性、信息性、文化性、藝術(shù)性等，如果能在項目學(xué)習(xí)的最后，圍繞LOGO的設(shè)計，增加一節(jié)與美術(shù)教學(xué)融合的課，將會提升整個項目的綜合價值。綜上所述，以項目學(xué)習(xí)的方式開展復(fù)習(xí)課的教學(xué)，在真實問題的驅(qū)動下構(gòu)建化學(xué)知識，把零散抽象的知識與現(xiàn)實生活建立聯(lián)系，不僅促進(jìn)了知識的系統(tǒng)化、結(jié)構(gòu)化，也打通了課堂內(nèi)外，給學(xué)生創(chuàng)造了更多的自主學(xué)習(xí)、有效提取、表達(dá)交流的空間，培養(yǎng)了學(xué)生的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任，發(fā)展了學(xué)生的核心素養(yǎng)。

參考文獻(xiàn)

[1]周冬冬.開啟我的項目之旅[J].教育，2016（09）：8-9.

[2]王磊.項目學(xué)習(xí)實驗教材：化學(xué) 九年級 上冊[M].太原：山西教育出版社，2018.

[3]王磊.項目學(xué)習(xí)實驗教材：化學(xué) 九年級 下冊[M].太原：山西教育出版社，2018.

[4]段力勇，李方勇，王慶紅，等.電網(wǎng)企業(yè)碳排放核算與配額分配方法研究[J].能源與環(huán)保，2018，40（12）：127-131.