基于培養(yǎng)學(xué)生核心素養(yǎng)的項(xiàng)目式化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)*

李 晴，凌 波，王 駿，董 玲

(合肥師范學(xué)院化學(xué)與化學(xué)工程學(xué)院，安徽 合肥 230601)

化學(xué)是一門以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，在提到化學(xué)學(xué)習(xí)時(shí)，想必大多數(shù)人都會(huì)想到實(shí)驗(yàn)。然而化學(xué)知識(shí)復(fù)雜、瑣碎，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)具有一定的難度。所以教師在實(shí)際上進(jìn)行化學(xué)學(xué)習(xí)教學(xué)時(shí)，往往強(qiáng)調(diào)學(xué)生的化學(xué)知識(shí)的掌握，忽視了在學(xué)習(xí)過(guò)程中對(duì)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的培養(yǎng)。隨著新課標(biāo)對(duì)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)的強(qiáng)調(diào)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以在學(xué)習(xí)中解決真實(shí)問(wèn)題被人們所熟知，作為一種有效發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)的教學(xué)手段在化學(xué)課堂教學(xué)中有著廣泛應(yīng)用。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義為基礎(chǔ)，是一種深度學(xué)習(xí)理論。將化學(xué)知識(shí)與現(xiàn)實(shí)生活建立聯(lián)系，將學(xué)習(xí)任務(wù)拆解為一個(gè)個(gè)具體的項(xiàng)目，以小組合作式探究式學(xué)習(xí)的形式完成項(xiàng)目任務(wù)，提升學(xué)科素養(yǎng)[1]。從生活中的實(shí)際化學(xué)情境出發(fā)，能有效激發(fā)學(xué)習(xí)興趣。在學(xué)生自主合作探究項(xiàng)目任務(wù)的過(guò)程中，培養(yǎng)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力、辯證思維、創(chuàng)新能力等。

1 項(xiàng)目式教學(xué)主題分析

在以往對(duì)化學(xué)課堂的教學(xué)中通常采用演示實(shí)驗(yàn)甚至讓學(xué)生觀看實(shí)驗(yàn)視頻的形式學(xué)習(xí)，課堂上依舊是教師教，學(xué)生學(xué)的機(jī)械學(xué)習(xí)模式[2]。學(xué)生在課堂上往往只是帶著耳朵聽，學(xué)習(xí)興趣不高，參與度較低[3]。采用項(xiàng)目式教學(xué)模式以疫情期間我們每個(gè)人都離不開的醫(yī)用酒精為切入點(diǎn)，將乙醇的學(xué)習(xí)轉(zhuǎn)換為具體的項(xiàng)目任務(wù)，學(xué)生分組合作探究的形式在探究項(xiàng)目任務(wù)的過(guò)程中解決問(wèn)題，獲得知識(shí)，提升素養(yǎng)。

學(xué)生在進(jìn)行乙醇的學(xué)習(xí)之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)過(guò)烴，具備一些有機(jī)物學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)知識(shí)，本章節(jié)內(nèi)容有著承上啟下的作用，對(duì)后續(xù)學(xué)習(xí)選修內(nèi)容具有極大幫助。酒精在日常生活中具有廣泛用途，學(xué)生雖然在日常生活中接觸過(guò)酒精也在初中學(xué)習(xí)過(guò)乙醇的一些基本的物理性質(zhì)，不過(guò)都是停留在表面，并沒有深入到結(jié)構(gòu)這一微觀層面。而高中化學(xué)強(qiáng)調(diào)從微觀結(jié)構(gòu)層次分析物質(zhì)的化學(xué)性質(zhì)，形成“結(jié)構(gòu)?性質(zhì)”的觀念[4]。教師以乙醇在防控疫情期間在生活中的的巨大作用和我國(guó)自古以來(lái)關(guān)于酒的文化的學(xué)習(xí)為主線設(shè)計(jì)項(xiàng)目任務(wù)，提前布置學(xué)習(xí)任務(wù)，讓學(xué)生在課前提前搜索信息，通過(guò)小組協(xié)助自主探究等方式在課堂進(jìn)行討論和實(shí)驗(yàn)探究中完成項(xiàng)目任務(wù)。培養(yǎng)學(xué)生的“模型認(rèn)知”能力、“宏微結(jié)合”思想、“科學(xué)探究”意識(shí)和“社會(huì)責(zé)任”[5]。所以選取“乙醇”作為項(xiàng)目任務(wù)具有一定的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

2 項(xiàng)目式教學(xué)目標(biāo)

學(xué)生通過(guò)調(diào)查了解市面上常用的醫(yī)用酒精的度數(shù)和飲用酒的種類等基本信息，鍛煉學(xué)生信息搜集分析和總結(jié)的技巧；對(duì)酒精的使用用途及對(duì)酒駕危害的調(diào)查培養(yǎng)了科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任；對(duì)乙醇結(jié)構(gòu)的探究，培養(yǎng)模型認(rèn)知能力；對(duì)乙醇與氧氣的反應(yīng)，乙醇與金屬鈉的反應(yīng)等問(wèn)題進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)探究，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探索意識(shí)及宏微結(jié)合思維；具體教學(xué)目標(biāo)如下：

(1)通過(guò)對(duì)醫(yī)用酒精的消毒作用的了解，聯(lián)系課前搜集的信息，對(duì)酒精消毒原理進(jìn)行猜想和假設(shè)并分組進(jìn)行試驗(yàn)驗(yàn)證，發(fā)展學(xué)生探究能力、科學(xué)態(tài)度和社會(huì)責(zé)任感。

(2)通過(guò)探究乙醇與鈉的反應(yīng)，加深對(duì)官能團(tuán)的理解，初步形成“結(jié)構(gòu)決定性質(zhì)”的意識(shí)，從宏觀的物質(zhì)現(xiàn)象與微觀物質(zhì)結(jié)構(gòu)相結(jié)合，培養(yǎng)宏微結(jié)合的思想和模型認(rèn)知能力。

(3)通過(guò)學(xué)生實(shí)驗(yàn)完成對(duì)乙醇的氧化反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)探究，分析酒精在生活中的應(yīng)用和在人體內(nèi)的轉(zhuǎn)化，促進(jìn)學(xué)生了解身邊的化學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的社會(huì)責(zé)任。

3 項(xiàng)目流程設(shè)計(jì)

表1 “乙醇”項(xiàng)目教學(xué)流程

4 項(xiàng)目實(shí)施過(guò)程

4.1 創(chuàng)設(shè)情境，引入項(xiàng)目

[情景創(chuàng)設(shè)]酒精在生活中常常會(huì)見到，尤其在疫情期間，醫(yī)用酒精更是我們用來(lái)消毒的重要物品。

[問(wèn)題提出]除了用酒精消毒外，在什么情況下我們會(huì)用到酒精？

[小組展示]酒精在日常生活中使用十分廣泛，酒精可以消毒，發(fā)燒時(shí)用酒精涂抹可以物理降溫，更是有種類繁多的飲用美酒。

[任務(wù)布置]酒精用作消毒劑是利用了酒精的什么性質(zhì)?設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證酒精用作消毒劑的原理。

[分組實(shí)驗(yàn)]向含有蛋清的試管中加入酒精。

[小組展示]試管中產(chǎn)生了白色絮狀沉淀，原因是酒精使蛋白質(zhì)變性失活了，達(dá)到消毒的目的。

4.2 實(shí)驗(yàn)探究，搭建模型

[回顧舊知]乙醇有一股特殊的香味，常溫下為液態(tài)。查詢資料，了解到酒精易揮發(fā)，熔點(diǎn)較低而且與水能夠任意比互溶。

[任務(wù)布置]回憶鈉的保存方式，水和鈉的反應(yīng)，設(shè)計(jì)乙醇和金屬鈉的反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，完成實(shí)驗(yàn)表格。

[實(shí)驗(yàn)探究]學(xué)生分小組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

[實(shí)驗(yàn)過(guò)程]將綠豆大小的金屬鈉放入潔凈的試管中，試管上方插入盛有無(wú)水乙醇注射器并連接壓力傳感器與電腦，通過(guò)試管塞將儀器密封，將無(wú)水乙醇注入試管中，反應(yīng)開始，利用壓力傳感器測(cè)量的數(shù)據(jù)判斷氫氣生成的量，從而計(jì)算出反應(yīng)物的物質(zhì)的量，不僅驗(yàn)證了乙醇的結(jié)構(gòu)還得出乙醇與鈉反應(yīng)的化學(xué)計(jì)量數(shù)之比。討論乙醇結(jié)構(gòu)并用球棍搭建乙醇的分子結(jié)構(gòu)。

表2 鈉分別與水、煤油、乙醇反應(yīng)Table 2 Sodium reacts with water、kerosene、ethanol

圖1 鈉與乙醇反應(yīng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)裝置Fig.1 Digital experimental apparatus for the reaction of sodium and ethanol

[小組討論]乙醇的分子結(jié)構(gòu)究竟是什么樣的。

[結(jié)果展示]鈉的儲(chǔ)存方式是保存在煤油中，這說(shuō)明鈉與煤油能夠共存，煤油屬于碳?xì)浠衔锏幕旌衔?，其中只含有C-H鍵，說(shuō)明鈉與碳?xì)滏I不發(fā)生反應(yīng)。鈉能夠與水發(fā)生反應(yīng)，水中只含有O-H鍵，這說(shuō)明鈉與水分子中的O-H鍵發(fā)生反應(yīng)。乙醇的分子式為C2H6O，可能有CH3OCH3和C2H5OH這兩種結(jié)果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明鈉和乙醇能夠發(fā)生反應(yīng)，反應(yīng)產(chǎn)生氫氣，所以乙醇的結(jié)構(gòu)為C2H5OH。

[小組活動(dòng)]搭建乙醇球棍模型。

4.3 乙醇的氧化反應(yīng)

[小組討論]乙醇作為燃料在生活中有什么應(yīng)用。

表3 乙醇的燃燒Table 3 Combustion of ethanol

[小組討論]使用乙醇汽油的優(yōu)點(diǎn)

[任務(wù)布置]酒精直接點(diǎn)燃會(huì)生成二氧化碳和水，如果對(duì)其加一個(gè)催化劑金屬銅，會(huì)有什么反應(yīng)現(xiàn)象？

[實(shí)驗(yàn)探究]設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，學(xué)生分小組實(shí)驗(yàn)。

[實(shí)驗(yàn)過(guò)程]將下端為蠶繭狀的銅絲，置于酒精燈上灼熱，立即插入裝有乙醇的試管中，重復(fù)上述步驟。填寫實(shí)驗(yàn)表格。

[結(jié)果展示]

表4 乙醇的催化氧化Table 4 Catalytic oxidation of ethanol

[實(shí)驗(yàn)結(jié)果]有刺激性氣體乙醛生成。

[真實(shí)情境]在馬路上經(jīng)?？吹浇痪榫岂{。

[小組討論]過(guò)量飲酒對(duì)身體的影響，酒后駕車的危害，酒精檢測(cè)儀是怎么如此精準(zhǔn)的檢測(cè)酒駕的。

[小組展示]酒精在人體內(nèi)的轉(zhuǎn)化形式為“乙醇→乙醛→乙酸→二氧化碳、水”由于大量喝酒后乙醛堆積在體內(nèi)，可能會(huì)導(dǎo)致會(huì)頭昏、嘔吐、臉色變得發(fā)紅，而且人的大腦也會(huì)變得不受調(diào)節(jié)。我們查酒駕的主要原因就是為了避免酒后開車時(shí)發(fā)生車禍。我們作為中學(xué)生也要做到不酒駕，面對(duì)身邊有喝了酒還開車的人要及時(shí)勸阻。交警使用的酒精檢測(cè)儀進(jìn)行查酒駕，所使用的也是酒精的氧化反應(yīng)原理，檢測(cè)儀器中的還原劑與乙醇發(fā)生反應(yīng)后檢測(cè)儀會(huì)變色。

5 項(xiàng)目反思

從化學(xué)的角度認(rèn)識(shí)社會(huì)，通過(guò)身邊的化學(xué)現(xiàn)象清楚的認(rèn)識(shí)到化學(xué)與生活的緊密聯(lián)系。將生活中的化學(xué)現(xiàn)象與項(xiàng)目任務(wù)相結(jié)合，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣，提高課堂參與度。整個(gè)項(xiàng)目任務(wù)的解決過(guò)程中，主要為學(xué)生相互協(xié)助，小組為單位進(jìn)行完成實(shí)驗(yàn)，教師只是充當(dāng)了實(shí)驗(yàn)引導(dǎo)者的角色，充分發(fā)揮了小組學(xué)生的集體主觀能動(dòng)性。讓學(xué)生在解決問(wèn)題的過(guò)程中不僅僅學(xué)到了知識(shí)，更促進(jìn)了學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。

以學(xué)生在疫情期間頻繁接觸的酒精消毒液出發(fā)，圍繞酒精的消毒原理，乙醇與鈉的反應(yīng)，乙醇的氧化反應(yīng)設(shè)計(jì)項(xiàng)目。從鈉能與水發(fā)生反應(yīng)而不與煤油不發(fā)生反應(yīng)，類比法推測(cè)乙醇的結(jié)構(gòu)并設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證猜測(cè)，進(jìn)一步了解化學(xué)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)的關(guān)系。將實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象與物質(zhì)結(jié)構(gòu)結(jié)合起來(lái)，促進(jìn)學(xué)生的宏微結(jié)合與模型認(rèn)知能力。從酒精燈的燃燒引出乙醇汽油這種清潔燃料的使用。從乙醇的催化氧化引出酒精在人體內(nèi)的氧化從而引出飲酒對(duì)個(gè)人和社會(huì)的危害，實(shí)現(xiàn)學(xué)生社會(huì)責(zé)任感的培養(yǎng)。在此次項(xiàng)目任務(wù)的解決過(guò)程中，學(xué)生的資料搜集分析能力、宏微結(jié)合思想、模型認(rèn)知能力、社會(huì)責(zé)任感及動(dòng)手能力都得到提升。