學科核心觀念統(tǒng)領(lǐng)的化學項目學習活動設(shè)計

張朝賽 韓麗君

摘要： 在“從自然界中的鹽到餐桌上的食鹽”項目學習中，以核心概念的建構(gòu)和發(fā)展作為核心教學活動的設(shè)計依據(jù)，以系列項目學習活動構(gòu)成學生完成項目任務(wù)的“腳手架”。通過溶液質(zhì)劑比概念的建構(gòu)和應(yīng)用此概念解決問題的活動發(fā)展學生對于溶液的基本認識，發(fā)掘項目式學習活動的功能與價值，同時促進學生實現(xiàn)深度學習，發(fā)展學科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 項目式學習； 溶液質(zhì)劑比； 動態(tài)平衡； 極限思想

文章編號： 10056629（2022）10005505

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

學科核心觀念也稱學科大概念，指“能反映學科的特質(zhì)，居于學科的中心地位，具有較為廣泛的適用性和解釋力，具有超越課堂的持久價值和遷移價值的原理、思想和方法”［1］?！镀胀ǜ咧谢瘜W課程標準（2017年版）》（簡稱“課程標準”）提出了“突出化學基本觀念（大概念）的統(tǒng)領(lǐng)作用”［2］。學科核心觀念的發(fā)展是學科核心素養(yǎng)發(fā)展的重要內(nèi)容和表現(xiàn)形式，如“動態(tài)平衡”觀念與學科核心素養(yǎng)中的“平衡思想”相對應(yīng)。課程標準建議“基于核心觀念實現(xiàn)教學內(nèi)容的結(jié)構(gòu)化設(shè)計，逐步提升學生的化學知識結(jié)構(gòu)化水平，發(fā)展化學學科核心素養(yǎng)”?！皬淖匀唤缰械柠}到餐桌上的食鹽”是九年級化學項目式學習實驗教材［3］中的一個項目，主要發(fā)展學生對于溶液的基本認識。以學科核心觀念為統(tǒng)領(lǐng)設(shè)計該項目中的學習活動，有利于發(fā)揮項目式學習的優(yōu)勢，促進學生深度學習，發(fā)展學科核心素養(yǎng)。

1 基于“動態(tài)平衡”核心觀念構(gòu)建溶液知識框架

1.1 “動態(tài)平衡”核心觀念的知識層級結(jié)構(gòu)

“動態(tài)平衡”是化學學科的核心觀念之一，其基本觀點是可逆變化的過程是動態(tài)的、有限度的、可調(diào)控的。對于化學反應(yīng)體系、弱電解質(zhì)的電離、弱酸堿鹽的水解以及難溶電解質(zhì)的溶解等可逆變化過程，都可以用相應(yīng)的平衡常數(shù)來表示該過程的限度，可以控制溫度、濃度、壓強等因素影響Q和K的相對大小關(guān)系，來調(diào)控平衡移動的方向（見圖1）。

1.2 基于“動態(tài)平衡”理解初中階段溶液主題知識框架

溶質(zhì)在溶劑中的溶解過程存在極限，通過改變?nèi)芤褐腥苜|(zhì)和溶劑的相對關(guān)系或是溶解極限可以調(diào)控溶質(zhì)在溶液中的溶解和結(jié)晶等過程（見圖2）。

首先，在溶液體系中，可以用溶液中溶劑和溶質(zhì)兩個要素的相對關(guān)系來表示溶液的狀態(tài)。“溶液質(zhì)劑比”是指一定條件下溶液中溶質(zhì)質(zhì)量和溶劑質(zhì)量的比值，用m（溶質(zhì)）m（溶劑）表示。當溶液達到溶解極限即飽和時，溶液質(zhì)劑比達到該條件下的最大值，該極值用max（質(zhì)劑比）表示。max（質(zhì)劑比）越大，表示溶質(zhì)在該條件下的該溶劑中溶解限度越大。

其次，對于某溶液，根據(jù)任意時刻m（溶質(zhì)）m（溶劑）與該條件下的max（質(zhì)劑比）的相對大小關(guān)系，可以判斷是否達到該條件下的溶解限度：

m（溶質(zhì)）m（溶劑）

m（溶質(zhì)）m（溶劑）=max（質(zhì)劑比），溶液達到飽和；

m（溶質(zhì)）m（溶劑）>max（質(zhì)劑比），溶液飽和且有晶體析出。

飽和溶液和不飽和溶液的調(diào)控，其實質(zhì)是對m（溶質(zhì)）m（溶劑）與max（質(zhì)劑比）相對大小關(guān)系的調(diào)控（見圖3）。通過增減m（溶質(zhì)）或m（溶劑）改變m（溶質(zhì)）m（溶劑）、或者改變溫度控制max（質(zhì)劑比）的大小，可以調(diào)控m（溶質(zhì)）m（溶劑）與max（質(zhì)劑比）的相對大小關(guān)系，進而實現(xiàn)飽和溶液和不飽和溶液以及溶解和結(jié)晶的調(diào)控。

雖然義務(wù)教育化學學業(yè)標準［4］和課程標準［5］都沒有明確提出對學生“動態(tài)平衡”認識發(fā)展的要求，但從整個中學階段學生的認識發(fā)展來看，義務(wù)教育階段溶液主題若能建構(gòu)“溶液質(zhì)劑比”的核心概念將有助于學生理解變化體系中的極限思想，并通過影響任意狀態(tài)與極限狀態(tài)的相對大小關(guān)系對體系進行調(diào)控，能夠為高中階段認識化學反應(yīng)平衡、電離平衡及難溶電解質(zhì)的溶解平衡等平衡體系奠定認識基礎(chǔ)［6］。

2 “動態(tài)平衡”觀念統(tǒng)領(lǐng)下的項目活動設(shè)計與實施

在常規(guī)的化學課中實施PBL教學，其首要目標是按照課程標準的要求，促進學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展，促進學生基本知識、技能以及核心概念、思想方法的落實［7，8］。在項目式學習過程中，將通過完成該項目拆解出的項目任務(wù)和項目活動，達成目標，解決問題，二者的結(jié)合，共同指導(dǎo)項目活動的設(shè)計與實施。根據(jù)學情和學習目標，挖掘項目活動中發(fā)展學生認識方式的功能和價值，對項目學習任務(wù)和項目活動進行設(shè)計，是教材校本化轉(zhuǎn)化的重要任務(wù)之一?；瘜W項目式學習實驗教材［9］（以下簡稱“化學項目教材”）中項目二“從自然界中的鹽到餐桌上的食鹽”是一個以溶液為主題的項目，通過以海水等自然界中的鹽為原料，定性及定量地認識溶液的組成，理解并遷移應(yīng)用食鹽生產(chǎn)歷史及生產(chǎn)工藝，設(shè)計并制作餐桌上的功能食鹽。

2.1 項目學習目標

基于學生的項目目標及化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展目標，該項目的學習目標應(yīng)包含以下幾個方面：

（1） 能夠?qū)㈨椖坎鸱殖蓮淖匀唤缰械玫酱蛀}、粗鹽提純得到氯化鈉以及功能食用鹽等子項目。

（2） 能夠從“拆”和“合”的不同角度認識溶液是混合物，由溶質(zhì)和溶劑組成；能夠用質(zhì)劑比來表示溶液的組成；能夠基于物質(zhì)的性質(zhì)，分析在溶解和蒸發(fā)的過程中溶質(zhì)和溶劑的變化。

（3） 知道質(zhì)劑比達到最大值時達到溶解極限，并能夠設(shè)計實驗測量氯化鈉溶液的最大質(zhì)劑比。分別用溶液質(zhì)劑比和溶質(zhì)質(zhì)量分數(shù)表示溶液的濃度，能夠根據(jù)質(zhì)劑比配制一定質(zhì)量分數(shù)的溶液。進而能夠分析煮鹽、曬鹽等工藝原理，并設(shè)計在生產(chǎn)粗鹽過程中如何提高產(chǎn)率、降低能耗的方法。

（4） 能夠根據(jù)現(xiàn)象或溶液質(zhì)劑比與其最大值的相對關(guān)系來判斷溶液是否飽和；能用溶解度和質(zhì)劑比最大值描述溶解極限；能夠從數(shù)據(jù)、溶解度曲線中獲取溶解極限信息并認識溶解極限和溫度的關(guān)系；能夠運用質(zhì)劑比調(diào)控飽和與不飽和溶液的轉(zhuǎn)化及物質(zhì)的溶解和結(jié)晶。進而能夠分析、設(shè)計在粗鹽提純氯化鈉固體過程中如何保證純凈并提高產(chǎn)率的方法，能夠分析“鹽礦石中分離氯化鈉”以及“夏天曬鹽、冬天撈堿”等生產(chǎn)工藝的原理。

（5） 能夠完成溶解、蒸發(fā)、過濾、配制一定濃度的溶液等實驗操作。通過查閱資料，設(shè)計并實施制作不同功能的食用鹽。

2.2 項目活動對學生發(fā)展學科大概念的功能與價值

化學項目教材中將項目拆解為“從自然界中得到粗鹽”“從粗鹽中提純氯化鈉”和“制作不同功能的食用鹽”三個任務(wù)，每個任務(wù)又拆解成兩個活動，詳見圖4。

化學項目教材中呈現(xiàn)了非常豐富的學習材料，實驗探究、交流研討等類型的學習活動。“溶液質(zhì)劑比”是認識、表達和應(yīng)用極限思想的核心概念，項目活動開展時，要保障學生化學學科核心素養(yǎng)的發(fā)展一定是圍繞著這個核心概念的建構(gòu)和發(fā)展的。認識這些活動對于學生建構(gòu)和發(fā)展“溶液質(zhì)劑比”概念的功能和價值，

將有利于促進學生相關(guān)概念的認識和發(fā)展。項目中部分項目子任務(wù)及子活動對促進學生“溶液質(zhì)劑比”概念發(fā)展的功能和價值如表1所示。

2.3 項目學習活動設(shè)計

選取“溶液質(zhì)劑比”的概念建構(gòu)以及概念應(yīng)用相關(guān)活動為例，展現(xiàn)項目活動開展的師生活動。

2.3.1 “溶液質(zhì)劑比”概念建構(gòu)活動設(shè)計

學生“溶液質(zhì)劑比”概念的建構(gòu)與發(fā)展可以從“拆分”溶液和“合成”溶液兩個視角分別認識溶液的兩個要素——溶質(zhì)和溶劑的關(guān)系，要經(jīng)歷定性認識、分析溶液質(zhì)劑比變化到定量認識溶液質(zhì)劑比的大小與溶液濃度的關(guān)系，同樣還要經(jīng)歷基于事實的概念建構(gòu)過程到概念的簡單應(yīng)用的認識發(fā)展過程。將學生的認識發(fā)展線索與項目任務(wù)和活動結(jié)合起來，對項目任務(wù)1活動1中實驗探究活動“從食鹽水中分離出氯化鈉”和活動2中交流討論活動“熬煮海水能得到多少鹽”進行重新設(shè)計，并始終以驅(qū)動性問題推動活動的開展（見圖5）。

學生將在兩個項目活動中經(jīng)歷四次鹽水蒸發(fā)的實驗，但每次蒸發(fā)對促進學生認識發(fā)展的功能和價值都不同。第一次蒸發(fā)，側(cè)重于蒸發(fā)的實驗操作及現(xiàn)象觀察分析，促進學生認識氯化鈉溶液的組成，提出溶液質(zhì)劑比概念，并用其去分析蒸發(fā)過程中溶質(zhì)和溶劑的變化情況。第二次蒸發(fā)，側(cè)重于借助溫度傳感器測定蒸發(fā)過程中的溫度變化。沸騰前，溫度逐漸升高，水基本不蒸發(fā)；開始沸騰后，溫度維持在100℃左右，水蒸發(fā)而氯化鈉不析出；沸騰一段時間后，氯化鈉析出，溫度略有升高。促進學生基于溫度變化的證據(jù)認識溶液質(zhì)劑的變化以及溶解的限度——飽和溶液質(zhì)劑比最大值。第三次蒸發(fā)，側(cè)重于學生在實驗過程中將溫度變化與現(xiàn)象相對應(yīng)，驗證觀點，深化對蒸發(fā)過程中質(zhì)劑比變化及溶解限度的理解。第四次蒸發(fā)則側(cè)重于學生認識不同濃度溶液蒸發(fā)過程中質(zhì)劑比變化的相同與不同，有助于學生定量地認識溶液質(zhì)劑比的大小。

蒸發(fā)氯化鈉溶液是“分”的思想，即通過蒸發(fā)結(jié)晶，將溶液中溶質(zhì)和溶劑分開，進而認識溶液中兩者的關(guān)系。而配制溶液，則體現(xiàn)“合”的思想，即通過將溶質(zhì)和溶劑混合得到溶液，來認識溶液中兩者的關(guān)系。

2.3.2 應(yīng)用“溶液質(zhì)劑比”概念解決問題的活動設(shè)計

“溶液質(zhì)劑比”概念應(yīng)用于解決真實、復(fù)雜的定量問題中，幫助學生建立解決復(fù)雜問題的思路與方法。以任務(wù)2活動1中交流研討活動“從粗鹽中分離氯化鈉需要考慮哪些問題”為例，化學項目教材中，該活動通過引導(dǎo)學生完成分析、解釋“鹽田中蒸發(fā)海水獲得粗鹽時，工人們選擇畦內(nèi)有部分水的時候收鹽”原理的定性任務(wù)，促進學生理解溶解度的概念。將該活動重新設(shè)計，拆分成“從海水中得到雜質(zhì)盡可能少的粗鹽”和“從粗鹽中分離氯化鈉”兩個方案設(shè)計型的任務(wù)，使學生通過“溶液質(zhì)劑比”和“質(zhì)劑比最大值”（溶解度）的計算，解決“蒸發(fā)多少水時撈鹽氯化鈉產(chǎn)量最高且雜質(zhì)最少”這一核心驅(qū)動問題，形成定量解決問題的方案及通過“溶液質(zhì)劑比”相關(guān)計算定量解決問題的思路（見圖6）。

3 總結(jié)與思考

項目式學習不是常態(tài)課的補充，項目學習活動給學生提供了大量“做”的機會，但只有深刻挖掘與認識項目活動對發(fā)展學科大概念的功能和價值，才能夠?qū)⑵渑c常態(tài)課的學科教學目標結(jié)合起來，保障學生“做”的學習效果，也只有這樣才能推進在常態(tài)化課中實施項目式學習。

學生在“探究常溫下氯化鈉溶解的最大質(zhì)劑比”和“制作不同功能的食用鹽”兩個項目成果匯報展示過程中提供的證據(jù)充分說明了學生對溶解的限度的深刻理解和運用。然而，在本項目的設(shè)計與實施過程中，還沒有突破平衡的“動態(tài)”這一個認知難點，可以在初、高中銜接課程中再進一步建構(gòu)溶解過程中的動態(tài)平衡思想，為高中必修階段認識化學反應(yīng)的限度、選修階段基于K、 Q關(guān)系認識化學平衡的移動及調(diào)控化學反應(yīng)的方向奠定認識基礎(chǔ)。

參考文獻：

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