基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)培養(yǎng)學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)

鄒雁

摘要：以石頭紙、木漿紙的實(shí)驗(yàn)探究為載體，以項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的方式層層深入復(fù)習(xí)酸、堿、鹽知識(shí)。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目化學(xué)習(xí);科學(xué)探究;學(xué)科素養(yǎng)

文章編號(hào)：1008-0546（2022）09-0083-05中圖分類號(hào)：G632.41文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

教育應(yīng)賦予學(xué)生面向未來的能力。通過真實(shí)的問題、親身的體驗(yàn)、持續(xù)的好奇心“喚醒”學(xué)習(xí)者的力量，培養(yǎng)他們的主動(dòng)性，在解決問題的過程中專注、有計(jì)劃、能反思，善于建立聯(lián)系，能夠個(gè)性化表達(dá)。以上目標(biāo)都融入項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，在實(shí)踐中內(nèi)化學(xué)生學(xué)科素養(yǎng)。

學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)是聚焦學(xué)科的關(guān)鍵概念和能力、在真實(shí)情境圍繞一定目標(biāo)與主題開展的探究活動(dòng)。[1]在化學(xué)教育的起始年級(jí)，要不斷激發(fā)學(xué)生的好奇心，讓學(xué)生積極思考、體驗(yàn)科學(xué)探究。引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)物質(zhì)變化的規(guī)律，潛移默化地培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，形成化學(xué)的基本觀念。[2]

一、教學(xué)內(nèi)容與現(xiàn)狀分析

積累一些有代表性的反應(yīng)后，九年級(jí)化學(xué)進(jìn)入了酸、堿、鹽章節(jié)學(xué)習(xí)，大部分學(xué)生的感受是“信息量大增”，難度增大。因此，在階段性的總結(jié)提升中既要注重綜合性、應(yīng)用性，還要關(guān)注趣味性和思維方法。本文以酸、堿、鹽復(fù)習(xí)課——“石頭紙與木漿紙”的教學(xué)為例，介紹學(xué)科項(xiàng)目化學(xué)習(xí)在初中課堂的實(shí)踐與思考。

二、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的設(shè)計(jì)

1.問題驅(qū)動(dòng)，指向?qū)W科概念

酸、堿、鹽是九年級(jí)的核心知識(shí)，也是高中化學(xué)的重要基礎(chǔ)。在項(xiàng)目設(shè)計(jì)之初尋找情境主線，以整合酸的通性、堿的通性、鹽的通性、物質(zhì)轉(zhuǎn)化、物質(zhì)鑒別、物質(zhì)分離等基礎(chǔ)知識(shí)和技能。

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)以問題驅(qū)動(dòng)學(xué)習(xí)。碳酸鈣能與強(qiáng)酸反應(yīng)，灼燒后又能與水反應(yīng)生成堿。新興的“石頭紙”本子，主要成分為碳酸鈣，作為實(shí)驗(yàn)樣本讓學(xué)生有代入感。驅(qū)動(dòng)性問題圍繞石頭紙一步步挖掘，指出持續(xù)思考的方向。

2.抓住契機(jī)，提高核心素養(yǎng)

石頭紙作為情境主線，帶動(dòng)學(xué)生運(yùn)用酸、堿、鹽知識(shí)，進(jìn)行創(chuàng)建、決策、實(shí)驗(yàn)和問題解決。在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中鍛煉科學(xué)探究的能力、建立宏微結(jié)合，增強(qiáng)變化觀念。挖掘石頭紙中的化學(xué)知識(shí)，認(rèn)識(shí)化學(xué)、技術(shù)、環(huán)境的相互關(guān)系，更全面地提高學(xué)科素養(yǎng)。

3.全程評(píng)價(jià)，促進(jìn)共同進(jìn)步

項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的評(píng)價(jià)，貫穿始終。學(xué)生對(duì)照評(píng)價(jià)量規(guī)，通過自我評(píng)價(jià)表、小組評(píng)價(jià)表，可以提高實(shí)踐活動(dòng)的有效性。通過對(duì)成果的評(píng)價(jià)，引發(fā)更深層次的探索、創(chuàng)造與合作。

三、項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的開展

見表1。

四、教學(xué)實(shí)錄

1.如何辨別石頭紙和木漿紙？

展示“石頭紙筆記本”，介紹石頭紙是新型紙張，上面的水性筆跡可被擦洗。隨后學(xué)生打開材料包，在紙張樣品中挑選。

2.石頭紙真的由碳酸鈣和聚乙烯組成嗎？

學(xué)生提議將石頭紙取樣，滴加鹽酸。初步實(shí)驗(yàn)表明，石頭紙“不怕水而怕酸”。石頭紙的成分中，碳酸鈣不可燃而聚乙烯可燃，那它“怕火”嗎？學(xué)生觀察到石頭紙可燃，但是不如普通木漿紙易燃。石頭紙灰燼接近白色（見圖1），木漿紙的灰燼接近黑色（見圖2）。完成表3填寫。

3.石頭紙灰燼的主要成分是什么？

鼓勵(lì)學(xué)生說出不同的猜測和理由。學(xué)生經(jīng)小組討論，猜測1——碳酸鈣，理由是它不可燃，高溫條件下才分解。石頭紙灰燼中仍然有碳酸鈣嗎？學(xué)生很快用鹽酸與樣品的反應(yīng)證實(shí)了（見圖3）：滴加鹽酸至不再產(chǎn)生氣泡，樣品基本溶解。猜測2——不僅有碳酸鈣還有氧化鈣。理由是聚乙烯燃燒放熱，能使碳酸鈣分解。是否產(chǎn)生了氧化鈣？學(xué)生回憶道，氧化鈣與水反應(yīng)會(huì)放熱。鼓勵(lì)他們積極試驗(yàn)：石頭紙灰燼加少量水振蕩浸泡，然而沒有明顯放熱現(xiàn)象。對(duì)此有的學(xué)生認(rèn)為沒有氧化鈣，有的學(xué)生認(rèn)為可能有氧化鈣但含量少。

引導(dǎo)學(xué)生換個(gè)思路，假設(shè)灰燼中有氧化鈣，那么浸泡的過程除了能量的轉(zhuǎn)換，還有物質(zhì)的轉(zhuǎn)化。溶液中是否生成了氫氧化鈣？學(xué)生從堿的通性分析，想到了酸堿指示劑、銅鹽溶液、鐵鹽溶液等試劑。也有同學(xué)提議通入二氧化碳?xì)怏w。老師提醒學(xué)生，通常情況下氫氧化鈣溶解度很小，盡量選擇實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯的試劑。學(xué)生最終選擇了pH試紙對(duì)靜置后的上層清液進(jìn)行檢驗(yàn)（見圖4），發(fā)現(xiàn)溶液確實(shí)呈堿性，pH約為13（見圖5）。

為了確定樣品成分，還須檢驗(yàn)鈣離子。閱讀焰色反應(yīng)的相關(guān)資料，觀察石頭紙灰燼的焰色反應(yīng)（圖6）、比對(duì)鈣元素的標(biāo)準(zhǔn)焰色。根據(jù)以上實(shí)驗(yàn)結(jié)果：石頭紙可燃，灰燼中有碳酸鈣和氧化鈣。說明石頭紙燃燒的過程，碳酸鈣部分分解了。完成表4填寫。

4.木漿紙灰燼，它又含有何物？

木漿紙?jiān)谏钪懈鼮槌Ｒ?，它的灰燼也有類似的焰色（見圖6），兩種紙樣的灰燼成分相同嗎？

多數(shù)學(xué)生當(dāng)即一試：取樣木漿紙灰燼并滴加鹽酸，也有氣泡產(chǎn)生（見圖7），看來木漿紙灰燼竟然也含有碳酸鹽。提供資料“木漿紙的成分：植物纖維（有機(jī)物）和灰分（無機(jī)鹽）。堿法制漿工藝原理：原料選擇與加工后，用氫氧化鈉與蒽醌的混合液為蒸煮液，在堿回收系統(tǒng)中用氫氧化鈉[4]或碳酸鈉[5]來補(bǔ)充生產(chǎn)過程中堿的損耗?！蹦緷{紙灰燼真的含有碳酸鈉、氫氧化鈉嗎？

學(xué)生測得木漿紙灰燼的浸泡液pH約為12，確實(shí)呈堿性（見圖8）。能否斷定其中含有氫氧化鈉？學(xué)生明確提出，碳酸鈉溶液也為堿性。探究溶質(zhì)是否含有氫氧化鈉，需先除去碳酸鈉，再對(duì)分離后的溶液檢驗(yàn)氫氧根離子。填寫表5。

5.木漿紙灰燼的成分，如何分離？

從溶有碳酸鈉的溶液中分離出氫氧化鈉，此實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)對(duì)學(xué)生來說難度較大。首先是試劑的選擇，學(xué)生會(huì)考慮將碳酸根離子沉淀，還提到了氫氧化鈣、氫氧化鋇。引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)試劑寫出可能的方程式，學(xué)生自然發(fā)覺不妥之處：沉淀劑帶入了大量氫氧根離子，后續(xù)無法證明樣本中的氫氧化鈉。符合要求的實(shí)驗(yàn)試劑，既能使碳酸根離子沉淀，又不干擾氫氧根離子的檢驗(yàn)，學(xué)生想到了氯化鈣、硝酸鈣、氯化鋇等，最終選擇了毒性低又常見的氯化鈣試劑。

指導(dǎo)學(xué)生書寫實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案：一般需說明試劑及用量、操作步驟、假設(shè)的現(xiàn)象和對(duì)應(yīng)的結(jié)論。這一題型對(duì)學(xué)生要求很高，不能公布一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)答案以蔽之。讓學(xué)生體驗(yàn)完整的過程，自行書寫、討論修正、明確方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、得出結(jié)論。學(xué)生向木漿紙灰燼浸泡液中，滴加過量氯化鈣濃溶液，振蕩、靜置（見圖9），取上層清液測定pH約為11（見圖10），溶液仍顯堿性。以上實(shí)驗(yàn)證實(shí)“木漿紙灰燼中既有碳酸鈉，也有氫氧化鈉”。填寫表6。

6.復(fù)分解反應(yīng)如何發(fā)生？

以上探究活動(dòng)中，學(xué)生能夠運(yùn)用復(fù)分解反應(yīng)，使樣品中的某些成分向目標(biāo)產(chǎn)物轉(zhuǎn)化。此時(shí)向?qū)W生展示微距拍攝的硫酸銅溶液與氫氧化鈉溶液、碳酸鈉溶液與足量鹽酸反應(yīng)的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。使用動(dòng)畫模擬溶質(zhì)微粒的動(dòng)態(tài)，分析溶液中自由移動(dòng)離子的濃度變化。幫助學(xué)生理解復(fù)分解反應(yīng)的實(shí)質(zhì)——某些離子的濃度下降。

在實(shí)踐中內(nèi)化概念，關(guān)注復(fù)分解反應(yīng)在生產(chǎn)生活中的應(yīng)用。例如：石頭紙制作的一次性水杯不可盛裝酸性飲料。含鉛廢水排放標(biāo)準(zhǔn)為鉛總含量小于10-3g/L，要求學(xué)生根據(jù)資料（見表7），選擇適合的氫氧根離子濃度，來除去印染廢水中的鉛離子?？偨Y(jié)酸堿參與的復(fù)分解反應(yīng)，歸納與氫離子、氫氧根離子不能大量共存的離子，生成項(xiàng)目學(xué)習(xí)成果。填寫表8。

五、教學(xué)效果與反思

1.理解學(xué)科概念

基于項(xiàng)目化學(xué)習(xí)，以真實(shí)的載體和情境，開展酸、堿、鹽復(fù)習(xí)課，不是局限于知識(shí)點(diǎn)的回顧，而是更關(guān)注知識(shí)的綜合運(yùn)用、思維和能力的培養(yǎng)。以邏輯性的問題鏈，將知識(shí)點(diǎn)組織于問題驅(qū)動(dòng)中;以形式多樣的實(shí)驗(yàn)（驗(yàn)證、檢驗(yàn)、測定、分離），放手讓學(xué)生做真探究;基于各種實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，推測得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論;通過多種信息獲取的方式（視頻、實(shí)驗(yàn)、資料卡等），逐步解開疑問。不僅讓學(xué)生掌握研究物質(zhì)的一般方法，更讓學(xué)生在實(shí)踐中反思與突破，基于證據(jù)推理的能力、邏輯思維能力得到鍛煉，真正落實(shí)了為思維而教，為能力而教。

2.鍛煉學(xué)科能力

（1）嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度

測得石頭紙灰燼浸泡液為堿性，應(yīng)該排除其中碳酸鈣的干擾。學(xué)生小組商議后，決定增加一組碳酸鈣粉末浸泡液（飽和溶液）的對(duì)比實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)其堿性弱于石頭紙灰燼浸泡液（見圖11）。方能得出“石頭紙灰燼中有氧化鈣，浸泡后生成了氫氧化鈣”的結(jié)論。在九年級(jí)不深究碳酸鈣水溶液呈堿性的原因，但不忽略其對(duì)樣品浸泡液pH的影響。通過對(duì)比實(shí)驗(yàn)，證實(shí)浸泡液的堿性主要由氫氧化鈣產(chǎn)生，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度。

（2）高效的信息處理能力

日常的作業(yè)練習(xí)發(fā)現(xiàn)部分學(xué)生閱讀文字材料和表格數(shù)據(jù)的能力有所欠缺。本課特意設(shè)置了多個(gè)資料卡：“石頭紙成分”“焰色反應(yīng)”“木漿紙成分與堿法制漿工藝”“不同氫氧根離子環(huán)境中鉛離子的飽和濃度”，輔助項(xiàng)目化學(xué)習(xí)順利推進(jìn)。培養(yǎng)學(xué)生在不同情境中找到所需資源，創(chuàng)造性地解決問題的能力。

3.優(yōu)化展現(xiàn)學(xué)科形象

石頭紙為環(huán)保產(chǎn)品，它的制造不需砍伐木材，造紙工藝不排放含酸、堿的廢水，擦拭后的石頭紙可反復(fù)使用。本文對(duì)石頭紙的探究實(shí)驗(yàn)做出改良設(shè)計(jì)，貫徹綠色化學(xué)的理念，踐行社會(huì)責(zé)任。

（1）更輕巧的分組實(shí)驗(yàn)

學(xué)生的材料包中（見圖12），液體藥品裝入5mL、10mL、20mL塑料滴瓶，攜帶輕便，不易碎不滲漏，滴加試液十分方便。固體樣品放置在帶螺旋蓋的塑料小罐，取用方便，也可加水振蕩。不需振蕩的實(shí)驗(yàn)，由井穴板代替試管——試劑用量小，對(duì)比實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，無需試管架（材料包內(nèi)物品如圖13所示）。

（2）更環(huán)保的藥品處置

考慮到燃燒產(chǎn)生的廢氣和顆粒物，紙樣的燃燒為演示實(shí)驗(yàn)。分組實(shí)驗(yàn)所需的灰燼樣品，課前在通風(fēng)櫥中制作。廢液進(jìn)入廢液缸，課后進(jìn)行中和。

（3）更清晰的實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象

受教科書“雞蛋在水和鹽酸中的沉浮”啟發(fā)，[6]石頭紙樣品剪細(xì)條加鹽酸浸沒，不時(shí)振蕩。石頭紙樣品表面出現(xiàn)氣泡，隨著氣泡的產(chǎn)生與破裂，樣品浮浮沉沉，為簡單的實(shí)驗(yàn)增加趣味（見圖14）。鈣元素、鈉元素的焰色試驗(yàn)，酒精燈本身的火焰焰色常受燈芯和瓷片干擾，且樣品用鉑絲蘸取易掉落。由于紙樣灰燼主要為片狀，可以用坩堝鉗直接夾持于打火機(jī)的藍(lán)色火焰上灼燒。

學(xué)生在這樣的課堂體驗(yàn)中，自然會(huì)感嘆化學(xué)制造的魅力（木頭可以造紙，石頭也可以造紙），明白物質(zhì)轉(zhuǎn)化規(guī)律及其應(yīng)用。石頭紙的面世是環(huán)保造紙的一個(gè)改革，化學(xué)必將給生活帶來更好的環(huán)境和體驗(yàn)！項(xiàng)目化學(xué)習(xí)的復(fù)習(xí)課堂，讓學(xué)生主動(dòng)參與知識(shí)的建構(gòu)，彰顯了學(xué)生的主體地位，在實(shí)驗(yàn)探究、解決真問題的過程中不僅獲得知識(shí)、培養(yǎng)思維和能力，而且深入理解學(xué)科內(nèi)容，形成學(xué)科觀念。

參考文獻(xiàn)

[1]夏雪梅.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國際與本土實(shí)踐[M].北京：教育科學(xué)出版社，2018.

[2]中華人民共和國教育部.義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）[S].北京：北京師范大學(xué)出版社，2022.

[3]賈中奇，任哲東，趙曉東.環(huán)保石頭紙生產(chǎn)裝備研發(fā)制造[Z].鄭州：河南省工業(yè)和信息化廳.2019.

[4]周倫.蔗渣堿性過氧化氫法制漿的研究[D].廣州：華南理工大學(xué)，2019.

[5]謝雪金.玉米秸稈Na2CO3預(yù)處理過程中的重要因子多變量分析方法研究[D].青島：青島科技大學(xué)，2018.

[6]中學(xué)化學(xué)國家課程標(biāo)準(zhǔn)研制組.義務(wù)教育教科書（化學(xué)九年級(jí)下冊(cè)）[M].上海：上海教育出版社，2012.