基于化學(xué)核心素養(yǎng)發(fā)展的項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐

楊菲菲

摘要：將高一繁雜瑣碎的元素化合物學(xué)習(xí)根植于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，激發(fā)學(xué)生自主探究熱情，同時有利于學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的提升?；诖?，以“工業(yè)尾氣SO₂的治理”項(xiàng)目為例，對項(xiàng)目的流程進(jìn)行詳細(xì)分析。在解決問題的過程中，學(xué)生經(jīng)查閱資料、實(shí)驗(yàn)探究、組內(nèi)和組間評價、反思總結(jié)等途徑獲得核心知識，提升關(guān)鍵能力，達(dá)到了較理想的教學(xué)效果。

關(guān)鍵詞：化學(xué)核心素養(yǎng);項(xiàng)目式學(xué)習(xí);元素化合物;工業(yè)尾氣SO₂的治理

文章編號：1008-0546（2020）11-0019-05 中圖分類號：G632.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B

doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.11.005

一、項(xiàng)目背景

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Proiect-Based Learning，簡稱PBL），源于杜威提出的“從做中學(xué)”的教育理念，后來逐漸發(fā)展演變?yōu)椤绊?xiàng)目學(xué)習(xí)”教學(xué)法。它與我國著名教育家陶行知先生“生活即教育、教學(xué)做合一、行是知之始”的教育理念有著異曲同工之處。它以小組合作解決具有現(xiàn)實(shí)意義的問題為載體，通過一系列流程（見圖1），改變了學(xué)生和老師的角色。學(xué)生從單一的被動接受者轉(zhuǎn)變成主動探索者，教師則從單純的講授者轉(zhuǎn)變成項(xiàng)目的督導(dǎo)者，在探究和解決問題的過程中發(fā)展了學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)。因此，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)符合基礎(chǔ)教育改革倡導(dǎo)的理念，是未來教學(xué)的必然趨勢。

元素化合物知識是高中核心教學(xué)內(nèi)容之一，也是培養(yǎng)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的重要載體。其內(nèi)容具有繁雜、零亂的特點(diǎn)，傳統(tǒng)教學(xué)多數(shù)圍繞物質(zhì)的制備、性質(zhì)、用途等方面進(jìn)行學(xué)習(xí)，缺乏真實(shí)的教學(xué)實(shí)踐情境，學(xué)生無法獲得情感、知識、技能等體驗(yàn)，處于被動灌輸?shù)慕巧?。學(xué)生通過機(jī)械記憶的途徑獲得知識，這樣的知識保留時間也是很短暫的，會經(jīng)常性遺忘。因此對于這部分內(nèi)容，學(xué)生普遍存在畏懼和抵觸心理，并沒有形成知識結(jié)構(gòu)化、解決問題的一般思路與方法和持久性學(xué)習(xí)的能力。

高一學(xué)生根據(jù)問題情境，自主選定項(xiàng)目為工業(yè)尾氣S02的治理，并依據(jù)項(xiàng)目的流程完成該項(xiàng)目。以硫磺回收廠尾氣的主要成分、尾氣中sO₂的處理和處理后尾氣中殘余sO₂的檢測為項(xiàng)目主線，在真實(shí)有意義的情境中，復(fù)習(xí)了研究元素化合物的一般思路與方法，并將知識進(jìn)行遷移應(yīng)用。在活動探究中，小組討論形成初步的sO₂處理方案和殘余sO₂的檢測方案。通過評價交流和反思總結(jié)，學(xué)生進(jìn)一步完善方案，并形成最終成果，提煉出工業(yè)尾氣處理和物質(zhì)檢測的一般思路與方法。在整個項(xiàng)目的實(shí)施過程中，學(xué)生的化學(xué)核心素養(yǎng)也得到了很大的提升。

二、項(xiàng)目設(shè)計流程

1.準(zhǔn)備階段

（1）項(xiàng)目選擇

[問題情境]硫磺是一種重要化工原料，主要被用來生成硫酸、鈦白粉、二硫化碳等產(chǎn)品，這些產(chǎn)品在輕工、醫(yī)藥等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。2019年我國硫磺產(chǎn)量和進(jìn)口量分別約為705.31萬噸和964.39萬噸，出現(xiàn)供不應(yīng)求的局面，很大程度上要依賴于國外進(jìn)口，因此對硫磺的回收勢在必行。目前硫磺回收主要是采用克勞斯法對石油煉制產(chǎn)生的煙氣進(jìn)行處理，在獲得硫磺的同時，從該裝置中排出的尾氣含有SO₂和少量其它雜質(zhì)。SO₂作為大氣的主要污染物之一，嚴(yán)重地威脅著生態(tài)環(huán)境和人們的健康。

[學(xué)生]選定研究項(xiàng)目為工業(yè)尾氣SO₂的治理。

[設(shè)計意圖]通過硫資源短缺的現(xiàn)狀，開拓學(xué)生廢棄資源再利用，變廢為寶的思維。在回收的過程中又會伴隨SO₂環(huán)境污染問題，引導(dǎo)學(xué)生確定主題為工業(yè)尾氣SO₂的治理。讓學(xué)生感悟到凡事都有兩面性，學(xué)會辯證看待問題。從真實(shí)的情境入手，更能增強(qiáng)學(xué)生的成就感和興趣度，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。

（2）制定計劃

在此環(huán)節(jié)中，做好小組的分工是項(xiàng)目順利進(jìn)行的前提，合理的分工可以更大地發(fā)揮項(xiàng)目價值性。合理的分工應(yīng)具有一定層次性，從多維度、多角度對學(xué)生進(jìn)行綜合考量，考量的因素主要有性別性格、知識儲備、人際交往能力、動手能力、決策力、領(lǐng)導(dǎo)力等。結(jié)合班級實(shí)際情況，以6人為一組，共分成6組。小組成員通過民主投票的形式選出心目中的組長人選，這樣既能增強(qiáng)組員對組長的認(rèn)同感，又能提高工作推進(jìn)的效率。

[學(xué)生]通過上網(wǎng)查閱資料和走訪附近工廠進(jìn)行咨詢，將核心項(xiàng)目“工業(yè)尾氣SO₂的治理”拆分成三個子項(xiàng)目：①硫磺回收廠尾氣的主要成分②尾氣中S02的處理②處理后尾氣中殘余SO₂的檢測。組內(nèi)交流，通過以前元素化合物學(xué)習(xí)的相關(guān)知識，初步制定項(xiàng)目計劃，并畫出草圖。

[教師]各組初步方案做好以后，引導(dǎo)學(xué)生組間交換意見，經(jīng)分析討論形成最終計劃（見圖2）。如若遇到瓶頸，教師可以適當(dāng)提供方法指導(dǎo)。

2實(shí)施階段

[學(xué)生]依據(jù)制定好的項(xiàng)目計劃，深入細(xì)致地討論交流，確定在每個子項(xiàng)目中要解決的問題。學(xué)生根據(jù)自己設(shè)計的方案，利用老師提供的儀器和藥品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。如果遇到困難，可向老師尋求幫助。

[教師]在活動探究的過程中，為學(xué)生提供必要的支持（見圖3）。

[學(xué)生]通過老師引導(dǎo)和小組互助合作的方式，完成探究過程，記錄好相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象和結(jié)論。并將做好的脫硫方案和SO₂檢測方案寫在紙上，用于成果展示交流。

（1）硫磺回收廠尾氣的主要成分

[學(xué)生]根據(jù)提供的克勞斯法基本流程（見圖4）和所學(xué)工藝流程知識，生生討論，師生討論，分析燃燒爐和轉(zhuǎn)化器中所發(fā)生的主要反應(yīng)，確定硫磺回收廠尾氣主要成分為SO₂、CO₂、H2S、O₂。

[設(shè)計意圖]以真實(shí)的硫磺回收工業(yè)為背景，引出其中伴隨的環(huán)境污染問題，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。借助情境，復(fù)習(xí)鞏固工藝流程的相關(guān)知識，提升綜合運(yùn)用能力，同時讓學(xué)生了解硫磺回收廠尾氣的主要成分，為后面問題的有效解決做好鋪墊。

（2）尾氣中SO₂的處理

[學(xué)生]類比遷移以前學(xué)習(xí)的元素化合物知識，先從價類二維的視角先預(yù)測SO₂的化學(xué)性質(zhì)。從物質(zhì)類別的角度，SO₂具有酸性氧化物的通性;從元素化合價的角度，SO₂中硫元素的化合價為+4價，處于硫的中間價態(tài)，應(yīng)既有氧化性，又有還原性。想要探究一個物質(zhì)是否具有氧化性（還原性），應(yīng)選擇具有還原性（氧化性）的試劑。接下來，再利用提供的材料設(shè)計方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。經(jīng)組內(nèi)討論，理論上能和S02反應(yīng)的試劑可以被用來脫硫，制定初步脫硫方案。各組初步方案匯總?cè)缦聢D（見圖5）所示。

[教師]提供實(shí)驗(yàn)所需的儀器、藥品和指導(dǎo)。

[設(shè)計意圖]利用物質(zhì)類別和元素價態(tài)兩個維度學(xué)習(xí)sO₂的性質(zhì)，復(fù)習(xí)酸性氧化物通性、氧化還原反應(yīng)、基本實(shí)驗(yàn)操作等核心知識，學(xué)會運(yùn)用價類二維模型解決問題。在實(shí)驗(yàn)探究和問題解決的過程中，提高學(xué)生的科學(xué)探究能力。根據(jù)現(xiàn)象，建立宏觀物質(zhì)轉(zhuǎn)化和微觀粒子轉(zhuǎn)化間的聯(lián)系，培養(yǎng)了學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析”和“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。

（3）處理后尾氣中殘余sO₂的檢測

[學(xué)生]結(jié)合SO₂的性質(zhì)，最初提出的方案是利用尾氣SO₂處理那一步中現(xiàn)象明顯的試劑進(jìn)行檢測。小組其他成員表達(dá)各自看法，有的同學(xué)提出反對意見，認(rèn)為還應(yīng)該結(jié)合克勞斯法工藝流程考慮尾氣中其它氣體的干擾。在交流討論中，發(fā)現(xiàn)前面用到的試劑并不能很好地進(jìn)行尾氣中SO₂的檢測，此時在老師的引導(dǎo)下閱讀教材，進(jìn)一步實(shí)驗(yàn)探究，修改檢測方案。學(xué)生確定將SO₂的水溶液（針筒）注射到裝有品紅溶液的青霉素藥瓶（帶膠塞）中，再將溶液褪色后的藥瓶放在酒精燈上加熱。其中針對藥瓶如何加熱進(jìn)行交流，學(xué)生普遍認(rèn)識到直接加熱藥瓶，會導(dǎo)致瓶內(nèi)壓強(qiáng)增大，使膠塞噴出，存在一定危險性。接著，進(jìn)一步改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，最終選擇在青霉素藥瓶膠塞上插一個針頭，從而達(dá)到平衡內(nèi)外壓強(qiáng)的目的，安全性高，又可以減少有毒氣體對環(huán)境的污染。將小組商討后的S02檢測方案寫在紙上，用于后面的成果交流。各組初步方案匯總?cè)缦聢D（見圖6）所示。

[教師]提供實(shí)驗(yàn)儀器和藥品，并在恰當(dāng)?shù)臅r候進(jìn)行引導(dǎo)。

[設(shè)計意圖]體驗(yàn)式教學(xué)能讓我們的課堂煥發(fā)生機(jī)和活力，增強(qiáng)學(xué)生學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。通過交流討論，讓學(xué)生的思維進(jìn)行碰撞，突破個人思維局限性，進(jìn)而引發(fā)深度學(xué)習(xí)。利用所給實(shí)驗(yàn)裝置和藥品，進(jìn)行藥品選取、實(shí)驗(yàn)裝置組裝和改進(jìn)一系列活動，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”和“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的核心素養(yǎng)。

3.總結(jié)階段

（1）成果交流

[學(xué)生]各小組代表展示本組初步設(shè)計的尾氣中S02處理方案和處理后尾氣中殘余SO₂的檢測方案，講述活動探究過程，分享在項(xiàng)目實(shí)施過程中遇到的困難、疑惑和本組又是如何突破困難，找尋到解決方法的。

[教師]組織學(xué)生進(jìn)行成果交流，對學(xué)生該環(huán)節(jié)需要講述的方面給予指導(dǎo)。培養(yǎng)學(xué)生的語言表達(dá)能力、邏輯思維能力和團(tuán)隊(duì)合作意識。

（2）活動評價

①脫硫方案的評價

[學(xué)生]師生一起對展示的脫硫方案進(jìn)行評價，指出方案中的不足之處。學(xué)生評價1：根據(jù)提供的藥品價格，高錳酸鉀溶液和碘水的價格最為昂貴，工廠很看重經(jīng)濟(jì)效益，所以不會選擇這兩種藥品。對于氫硫酸易揮發(fā)產(chǎn)生H2S，它是有臭雞蛋氣味的劇毒氣體，會造成環(huán)境污染。同時根據(jù)我們所學(xué)的氧化還原知識知道氫硫酸具有強(qiáng)還原性，很容易被空氣氧化，不利于保存。學(xué)生評價2：氨水易揮發(fā)產(chǎn)生氨氣，不夠綠色環(huán)保，運(yùn)輸和存儲也存在問題。在老師的引導(dǎo)下，自己分析出脫硫裝置中氨水吸收SO₂后的產(chǎn)物為（NIL）2SO3，（NIL）2SO3進(jìn)一步被風(fēng)機(jī)引入的空氣氧化成（NIL）2SO4，銨鹽可以用作氮肥，脫硫的同時還能提高企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益。氫氧化鈉溶液具有強(qiáng)腐蝕性，使用起來不夠安全，不能選用氫氧化鈉溶液。學(xué)生評價3：對學(xué)生2的評價進(jìn)行補(bǔ)充，根據(jù)以前學(xué)習(xí)的氯氣尾氣處理知識，我們選擇了氫氧化鈉溶液，而沒有選擇氫氧化鈣溶液的原因是氫氧化鈣的溶解度較小，從而導(dǎo)致對氣體的吸收效果不好，因此對于SO2氣體的吸收，也應(yīng)該選擇氫氧化鈉溶液。學(xué)生評價4：我不同意學(xué)生3的想法，我們現(xiàn)在是在談工業(yè)SO2尾氣的處理，在價格上每噸氫氧化鈉要比氫氧化鈣貴1000多元錢，所以選用氫氧化鈣溶液更合適。學(xué)生評價5：這里面生石灰的價格最便宜，選擇生石灰豈不是更好。學(xué)生評價6：生石灰價格是便宜，但它是固體，固體對氣體的吸收效果一般沒有溶液好，我們不能只考慮成本。而且使用氫氧化鈣溶液吸收SO2，在脫硫裝置中最終產(chǎn)物為CaSO4·2H2O，石膏在建筑、醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域有著廣泛應(yīng)用。學(xué)生認(rèn)識到工業(yè)問題的解決應(yīng)考慮工業(yè)生產(chǎn)實(shí)際相關(guān)因素，不能單純從理論的角度進(jìn)行思考。經(jīng)綜合考量，認(rèn)為石灰漿一石膏法在工業(yè)脫硫中應(yīng)用更為普遍，而鈉堿法（NaOH）更適合實(shí)驗(yàn)室脫硫，并對方案加以完善。

[教師]組織學(xué)生交流評價，提供真實(shí)工業(yè)脫硫裝置圖（見圖7）和藥品價格，合理搭建解決問題的腳手架，并幫助學(xué)生補(bǔ)充完善。

②處理后尾氣中殘余SO2的檢測方案評價

[學(xué)生]師生一起對展示的SO2檢測方案進(jìn)行評價。根據(jù)資料顯示，工業(yè)生產(chǎn)上規(guī)定空氣中二氧化硫的最大允許排放濃度不得超過2×10^-5g·L^-1。認(rèn)識到隨著科技的發(fā)展和人們環(huán)保意識的提高，對SO2的檢測要精確到具體的量，進(jìn)而修改完善方案。查閱到的精確測量方法主要有比色法、碘量法、分光光度法和傳感器法（見圖8），并對這四種方法進(jìn)行簡要介紹。

[教師]組織學(xué)生進(jìn)行交流評價，適時提供資料和幫助。

（3）反思總結(jié)

[學(xué)生]通過反思，體會元素化合物性質(zhì)在解決實(shí)際問題中的重要性。在對方案進(jìn)行評價時，應(yīng)秉承多維度和多角度原則，從而形成對事物的完整認(rèn)識。結(jié)合本節(jié)課所學(xué)知識，在價類二維圖的基礎(chǔ)上，建構(gòu)含硫物質(zhì)相互轉(zhuǎn)化模型。總結(jié)工業(yè)情境下尾氣處理（見圖9）和物質(zhì)檢測的一般思路與方法（見圖10）。

[教師]在此環(huán)節(jié)中，引導(dǎo)學(xué)生做好反思總結(jié)。

三、教學(xué)反思

為了更好地滿足時代發(fā)展和個體發(fā)展的需要，本設(shè)計采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，以“工業(yè)尾氣sO2的治理”為項(xiàng)目進(jìn)行s02等有關(guān)知識的學(xué)習(xí)。通過真實(shí)情境下的問題解決，激發(fā)學(xué)生的探究熱情，讓學(xué)生在自主搜尋、過濾、分類、消化、整合、輸出信息的過程中，提升解決問題能力。在實(shí)驗(yàn)探究和評價反思環(huán)節(jié)，促使學(xué)生從記憶、理解、簡單應(yīng)用等低階思維向分析評價、創(chuàng)新創(chuàng)造等高階思維的過渡，同時培養(yǎng)了學(xué)生的溝通交流、團(tuán)結(jié)協(xié)作和實(shí)驗(yàn)操作等能力。在小組方案不斷修改完善中，教師在必要的時候提供解決問題的腳手架，最終由學(xué)生自主建構(gòu)解決問題的一般模型，增強(qiáng)學(xué)生自我成就感、學(xué)習(xí)化學(xué)的自信心和責(zé)任意識。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種提升化學(xué)核心素養(yǎng)的教學(xué)手段，項(xiàng)目的解決過程也就是核心素養(yǎng)的落實(shí)過程，在理念上它們是不謀而合的，關(guān)注核心知識獲得的同時，也要注重必備品格和關(guān)鍵能力的培養(yǎng)。