依托“項目式學習”模式促進高中化學深度學習的教學實踐

劉莉

摘要：隨著教育的不斷改革與發(fā)展，越來越重視培養(yǎng)學生的核心素養(yǎng)，而學科核心素養(yǎng)正是學科育人價值的集中體現(xiàn)。而深度學習對發(fā)展學生化學學科核心素養(yǎng)具有重要價值，項目式學習是實現(xiàn)深度學習的重要途徑。以“工業(yè)制堿”為例，基于“化學反應原理的確定”、“原料來源的選擇”、“化工流程的設計”等核心任務對學習中涉及的化學理論、學科觀念、化工生產(chǎn)流程等進行項目式整合，在真實情境中完成項目任務，使學生在學習主動性、學科思維以及深度學習方面獲得提高與進步。

關鍵詞：項目式學習;深度學習;核心素養(yǎng);創(chuàng)新意識

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出：應重視開展“素養(yǎng)為本”的教學。學科核心素養(yǎng)是學科育人價值的集中體現(xiàn)，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力[1]。深度學習是落實核心素養(yǎng)的重要途徑。胡久華等把聚焦化學核心素養(yǎng)的深度學習界定為：在教師的引領下，學生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學習主題，開展以化學實驗為主的探究活動，從宏微結(jié)合、變化守恒的視角，運用證據(jù)推理與模型認知的思維方式，建立運用化學學科思想解決問題的思路和方法，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和實踐能力，促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展[2]。而“項目式學習”模式是以問題情境為中心的教學模式，教師將學習任務項目化，引導學生運用已有的知識和經(jīng)驗在真實情境中再建構(gòu)與創(chuàng)造新知識的學習過程。該學習模式不僅符合新課程標準的學習要求，而且能夠促進學生的深度學習[3]。

本文以“工業(yè)制堿”為例，依托“項目式學習”模式，解決如何制備純堿的問題，包括制堿原理的確定、原料來源的選擇、工藝流程的設計等問題，培育學生的社會責任感，落實立德樹人的根本任務，展開依托“項目式學習”模式促進高中化學深度學習的教學實踐。

二、主題的確立

化學工業(yè)對國計民生的發(fā)展起著不可替代的重要作用，是化學學科知識綜合應用的具體實例。本課時為上科版高三拓展型課程第五章第三節(jié)“化工生產(chǎn)”的學習內(nèi)容，前面已經(jīng)有了溶解平衡、碳酸鈉與碳酸氫鈉、氯堿工業(yè)等內(nèi)容，后面還將繼續(xù)學習化工生產(chǎn)的基本原理。本節(jié)課的制堿工業(yè)是無機化工最重要的內(nèi)容，是氯堿工業(yè)、海水提溴、海帶提碘、工業(yè)制硫酸等無機化工的延伸和拓展，也是物質(zhì)溶解度、溶解平衡、離子反應規(guī)律、化學平衡移動規(guī)律等化學理論的實際應用，也為后面化工生產(chǎn)的系統(tǒng)復習奠定基礎。

基于主題的確立，結(jié)合具體的學情，確定如下項目教學目標與教學重難點： （1） 通過實驗探究，理解氨堿法和聯(lián)合制堿法的原理及化工生產(chǎn)的簡單流程;（2）初步學會從經(jīng)濟、環(huán)保等角度進行化工生產(chǎn)流程的設計，體會化工生產(chǎn)中的綠色化學思想，并通過了解“侯氏制堿法”的背景，感悟侯德榜先生的愛國主義情感，增強民族自信，激發(fā)愛國主義情懷。

重點：氨堿法和聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿的原理。

難點：氨堿法和聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿的原理。

三、設計的思路

聯(lián)合制堿工業(yè)是新中國的第一項專利，承載著民族化學工業(yè)的驕傲。本節(jié)課依托“項目化學習”模式，圍繞經(jīng)濟（成本）、環(huán)保等方面考慮，解決如何制堿的問題。通過小組討論、分析先后確定制堿的化學反應原理、原料來源以及濾液的處理方法，展現(xiàn)化學工業(yè)在綜合利用資源、節(jié)約能源、保護環(huán)境等方面采取的技術措施，逐步自主構(gòu)建制備純堿的工藝流程。最后，給出兩種制堿方法的名稱，從而引出侯氏制堿法及其化學發(fā)展史，了解“侯氏制堿法”誕生的歷史背景，感受其在內(nèi)憂外患的情況下發(fā)展民族工業(yè)的艱辛，體會侯德榜先生的實業(yè)救國理想和愛國主義情感，增強學生的民族自豪感，激發(fā)學生的愛國主義情懷。

四、項目教學設計

4. 項目學習實施

4.1情境引入：碳酸鈉的用途

廚房中的食用純堿可用于發(fā)面、去油污等。純堿是一種非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、洗滌劑、造紙、紡織、食品等工業(yè)中有著非常廣泛的應用。我們的老祖宗最早使用的是天然堿。內(nèi)蒙古堿湖中就存在碳酸鈉。但是隨著工業(yè)的發(fā)展，天然堿的量遠遠不能滿足日常生活、生產(chǎn)的需求。在1775年法國科學院懸賞10萬法郎征求可工業(yè)化的制堿方法。如果你是制堿的工程師，你將打算如何生產(chǎn)純堿呢？

設計意圖：本節(jié)課以純堿在日常生活、生產(chǎn)中的廣泛應用，引出天然堿的數(shù)量遠遠不能滿足生產(chǎn)、生活的需求，引領學生化身“小小工程師”，引出如何進行工業(yè)制堿的項目任務，激發(fā)學生的探知欲，幫助學生樹立“性質(zhì)決定用途、用途決定生產(chǎn)”的化學觀念。

4.2 項目任務：將工業(yè)制堿劃分成三個子項目：（1）化學反應原理的確定、（2）原料來源的選擇、（3）化工流程的設計等完成三個子項目任務。

[任務一] 化學反應原理的確定

[提問] 海水中有大量的氯化鈉。我們從元素守恒的角度分析，我們可以想辦法把氯化鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉，即向飽和食鹽水中通入CO2，這樣能制得碳酸鈉嗎？

[演示實驗] 向充滿CO2的礦泉水瓶中倒入20毫升飽和食鹽水，充分振蕩。

[實驗現(xiàn)象] 發(fā)現(xiàn)沒有固體。氣體體積沒有變化。

[教師拓展補充] CO2在水中的溶解度很小，飽和碳酸的濃度只有0.033mol/L。而碳酸二級電離產(chǎn)生的CO32-就更少了。

[追問] 是否有辦法能夠增大CO2溶解度，從而促進碳酸的電離，使其產(chǎn)生更多的CO32-呢？

[學生回答] 加堿。

[追問]從降低成本的角度考慮，向NaCl溶液中加入哪種堿性物質(zhì)比較好？

[學生] NH3。

[設問] 理論上，氨水作為堿能促進碳酸的電離，事實上移動平衡的效果明顯嗎？

[演示實驗] 先向氨的飽和實驗水中滴入酚酞，然后再向充滿CO2的礦泉水瓶中倒入20mL氨的飽和食鹽水（不要振蕩）。

[實驗現(xiàn)象] 瓶子越來越癟，最后兩邊瓶壁幾乎貼合一起，溶液顏色變淺。

[提問] 既然氨水能充分吸收CO2，那么他們反應后到底是碳酸銨，還是碳酸氫銨？

[學生] 碳酸氫銨。

[提問] 氨的食鹽水吸收CO2后生成了碳酸氫銨，則溶液中大量存在哪些離子？

[學生] 有鈉離子、氯離子、銨根、碳酸氫根離子、碳酸根離子。

[追問] 可組成幾種物質(zhì)？分別是哪些？

[學生] 5種。氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化銨、碳酸氫銨。

[提問] 最先析出的鹽是？

[學生] 碳酸氫鈉。

[設問] NH3、CO2、NaCl這三者能否反應析出碳酸氫鈉沉淀呢？

[演示實驗] 先向氨的飽和食鹽水通CO2，然后放入冰水中冷卻。

[實驗現(xiàn)象] 溶液變渾濁。

[教師拓展補充] 經(jīng)過實驗驗證，可以析出碳酸氫鈉固體。

請同學們完善化學方程式。學生寫：

[教師拓展補充] Na+和HCO3-結(jié)合生成沉淀析出，導致溶液中的這兩種離子的濃度減小。根據(jù)離子互換反應發(fā)生的條件，離子反應總是向著離子濃度減小的方向進行，所以這個反應能夠一直向右進行。

[小結(jié)] 我們就此確定下制備純堿的化學反應原理。

設計意圖：本環(huán)節(jié)重在實驗探究與理論分析。通過教師演示實驗——飽和食鹽水加入到CO2中、CO2通入氨鹽水中。對實驗現(xiàn)象的分析，意在培養(yǎng)學生“證據(jù)推理”的能力。引導學生對宏觀現(xiàn)象（瓶子変癟、溶液顏色變淺、溶液變渾濁）給出合理的解釋，提升學生“變化觀念”、“證據(jù)推理”、“科學探究”等化學核心素養(yǎng)。

[任務三] 化工流程的設計

[過渡] 化學反應原理和原料來源都確定好了，我們再來設計一下生產(chǎn)流程。

[學生討論] 學生以小組為單位，討論、交流、設計方案。

[第一組] 設計的流程圖（在黑板上畫）如下圖。

其他組學生補充、完善。

[學生A] 陳述修改理由：根據(jù)碳酸氫鈉分解的化學方程式，還有CO2產(chǎn)生，將CO2循環(huán)可以降低成本。

[學生B] 陳述修改理由：因為溶液中能析出NaHCO3固體，說明溶液中的NaHCO3是飽和的，所以濾液中肯定還存在NaHCO3。

[過渡] 這是工業(yè)制堿的一種方案。氯化銨是農(nóng)業(yè)上常用的氮肥。

[提問] 根據(jù)NH4Cl的溶解平衡原理NH4Cl（s）NH4++Cl-和溶解度曲線，分析如何使NH4Cl析出而NaHCO3不析出？方案越多越好。

[資料] 幾種鹽的溶解度曲線。

[學生C] 加氯化鈉，加氯化鈉可以增加氯離子的濃度，使氯化銨的溶解平衡逆移。

[學生D] 適當降低溫度，降溫是因為碳酸氫鈉的溶解度隨溫度的升高而增大得較為明顯。

[學生E] 通NH3，通氨氣是增加NH4+的濃度使氯化銨的溶解平衡逆移。

[追問] 除此之外，通NH3還有什么作用？

[學生F] NH3與NaHCO3反應，使NaHCO3轉(zhuǎn)化成溶解度更大的Na2CO3，使析出的NH4Cl純度更高。

學生補充完整兩種流程圖。

[教師拓展補充] 制堿的原料來源是NH3和石灰石，加生石灰處理濾液得到NH3后循環(huán)的這種方法叫氨堿法，他是索爾維設計的，所以又叫索爾維制堿法。而將合成氨工業(yè)和制堿工業(yè)聯(lián)合起來的制堿方法叫聯(lián)合制堿法，是侯德榜設計的，又稱侯氏制堿法。

設計意圖：通過小組交流、商討工業(yè)制堿的工藝流程圖，讓學生在過程中感悟綠色化學的理念，也將學生所學的理論知識應用于實際，達到學以致用的目的，也能夠更好地幫助學生理解工業(yè)制堿的原理，逐步自主構(gòu)建制備純堿的工藝流程，促進學生的深度學習，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識與科學態(tài)度。

五、項目教學反思

1. 體驗科研過程，促進綜合化的有意義學習

何謂科研？一般是指在發(fā)現(xiàn)問題后，經(jīng)過分析找到可能解決問題的方案，并利用科學實驗，對可能的結(jié)果進行驗證和改進，從而獲得新產(chǎn)品。科學研究的基本任務就是探索、認識未知和創(chuàng)新。以“項目任務一”為例，學生站在制堿工程師的角度思考，如何將海水中的氯化鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉。學生根據(jù)元素守恒的思想，想到向了飽和氯化鈉溶液中通CO2氣體;緊接著思考如何增大CO2在水中的溶解度。學生能夠想到加堿，而對于 “選擇加入哪一種堿比較好”這個問題，學生也能考慮到生產(chǎn)成本和環(huán)保等重要問題?；瘜W是一門以實驗為基礎的學科，通過實驗證明，將CO2通入到氨鹽水中能夠析出碳酸氫鈉，從而確定制堿的化學反應原理。這一過程是在真實問題情境中，學生體驗用所學的化學知識和學科思維解決在實際化工生產(chǎn)中的面臨的問題和挑戰(zhàn)，也能夠感受到化學這門學科的功能和價值，促進學生綜合化的有意義的學習。

2. 理論應用實際，培養(yǎng)解決真實問題的能力

學科知識與學科思維均在解決真實問題中凸顯其價值，彰顯出學科魅力。在“項目任務三”中對于濾液的處理方式涉及到的理論有化學平衡理論、溶解平衡理論、物質(zhì)溶解度、變化觀念等。當然，學生能夠很好地應用這些理論解決了“如何變廢為寶”的問題。在項目式學習中，學生不僅達成了知識目標，而且通過學以致用，結(jié)合生產(chǎn)實際解決了濾液的處理問題，大大地降低了工業(yè)制堿的成本，同時也考慮到環(huán)保問題，提高了學生解決問題的能力，發(fā)展了學生的學科核心素養(yǎng)。

3. 建構(gòu)工藝流程，提高學生深度學習的能力

高考改革的方向更傾向于考察學生的語言表達能力。學生將自己的制堿思路訴諸于筆端，呈現(xiàn)于紙上。在此過程中，學生自主構(gòu)建工藝流程圖，理順了自己的思路。通過小組同學間的合作與交流，完成了從氯化鈉到碳酸鈉的化工生產(chǎn)過程的構(gòu)建，也能夠?qū)⑵渲猩婕暗降姆蛛x與提純的方法嵌入在合適的位置。由此可見，經(jīng)過教師的引導與啟發(fā)，學生深度學習的能力可見一斑。項目式的學習方式改變了傳統(tǒng)課堂“滿堂灌”的學習方式，真正做到了凸顯學生的主體性地位。通過這節(jié)課的學習，初步給學生建立解決化工生產(chǎn)問題的思考模型，提高學生探究與創(chuàng)新的能力，促進學生的深度學習。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]洪清娟. 基于"教學評"一體化的高三化學項目式復習——以習題教學設計與實踐為例[J]. 中學化學教學參考， 2019（15）.

[3]李雪萍. 基于深度學習的高中化學項目式教學的應用研究[D]. 四川師范大學， 2020.

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