基于真實(shí)情境的高中化學(xué)項(xiàng)目式教學(xué)*
——以“設(shè)計(jì)鐵系脫氧劑說明書”為例

王嬋嬋 魏夢雪

（省部共建煤炭高效利用與綠色化工國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，化學(xué)國家級實(shí)驗(yàn)教學(xué)示范中心 寧夏大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院 寧夏 銀川 750021）

一、項(xiàng)目內(nèi)容主題分析

教學(xué)情境具有認(rèn)知性、情感性和實(shí)踐性，其真實(shí)性乃是認(rèn)知性、情感性和實(shí)踐性的基礎(chǔ)和保證。［1］創(chuàng)設(shè)的教學(xué)情境越真實(shí)，越容易發(fā)揮學(xué)生的主動性，學(xué)生主動建構(gòu)的知識就越可靠，越容易解決真實(shí)情境中的問題，從而真正理解和掌握知識，進(jìn)而促進(jìn)學(xué)生高階思維能力的發(fā)展。［2］項(xiàng)目式學(xué)習(xí)通過真實(shí)的和具有挑戰(zhàn)性的任務(wù)，使學(xué)生逐步習(xí)得知識、技能和關(guān)鍵品格。在知識的基礎(chǔ)上，通過項(xiàng)目活動運(yùn)用知識，使學(xué)生創(chuàng)造新知識，形成穩(wěn)定的解決復(fù)雜問題的思路和方法。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)在問題解決的過程中彰顯化學(xué)知識的功能價(jià)值，使化學(xué)核心知識結(jié)構(gòu)化，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。［2］

在高中化學(xué)知識體系中，鐵及其化合物的內(nèi)容是十分重要的一部分。本節(jié)課的學(xué)習(xí)中，學(xué)生通過項(xiàng)目主題“設(shè)計(jì)鐵系脫氧劑說明書”，討論從脫氧劑到設(shè)計(jì)說明書需解決的問題，自主完成項(xiàng)目規(guī)劃，進(jìn)行活動探究。學(xué)生首先通過查閱資料結(jié)合生活實(shí)際，了解到鐵系脫氧劑通過與氧氣反應(yīng)，對食物有很好的保鮮作用，對脫氧劑有了初步的認(rèn)識。此后通過組內(nèi)交流溝通、實(shí)驗(yàn)探究等方式，對鐵系脫氧劑的反應(yīng)原理進(jìn)行探究，了解到鐵系脫氧劑是運(yùn)用鐵的吸氧腐蝕去除氧氣，在所學(xué)知識的基礎(chǔ)上引導(dǎo)學(xué)生構(gòu)建價(jià)-類二維圖和原電池模型，幫助學(xué)生在解決問題的過程中進(jìn)行知識運(yùn)用和建構(gòu)。最后通過自制脫氧劑，從視覺上感受脫氧效果，總結(jié)脫氧劑使用的注意事項(xiàng)，自主設(shè)計(jì)脫氧劑說明書，引導(dǎo)學(xué)生用化學(xué)反應(yīng)原理解決生活中的問題，幫助學(xué)生在化學(xué)層面上找到分析問題和解決問題的方法，培養(yǎng)學(xué)生從生活中學(xué)習(xí)化學(xué)的意識，提高學(xué)生的探究能力、動手能力以及合作能力。［2］

二、項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

（1）通過鐵系脫氧劑主要成分的驗(yàn)證設(shè)計(jì)，復(fù)習(xí)鞏固物質(zhì)檢驗(yàn)的方法，學(xué)會從化學(xué)的視角解決一些簡單的實(shí)際問題。

（2）能夠通過實(shí)驗(yàn)探究，綜合運(yùn)用鐵及其化合物的知識和電化學(xué)知識，構(gòu)建鐵及其化合物的價(jià)—類二維圖和原電池工作原理示意圖。

（3）通過自制脫氧劑，體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)的過程，感受化學(xué)對生產(chǎn)生活的貢獻(xiàn)，樹立創(chuàng)新意識。

（4）通過對本節(jié)內(nèi)容的梳理，設(shè)計(jì)鐵系脫氧劑說明書，拓展深化已有認(rèn)知，完善鐵及其化合物的知識結(jié)構(gòu)。

三、項(xiàng)目任務(wù)及教學(xué)流程

見表1。

表1 項(xiàng)目任務(wù)

四、項(xiàng)目實(shí)施過程及學(xué)生學(xué)習(xí)成果

1.項(xiàng)目提出及拆解

脫氧劑是學(xué)生日常生活中常見的物質(zhì)。教師創(chuàng)設(shè)情境：展示月餅袋中的脫氧劑包裝，觀察脫氧劑包裝上的信息。如果你是廠家，你想讓消費(fèi)者了解哪些信息？

【學(xué)生展示】脫氧劑的包裝袋上都標(biāo)注“脫氧劑、不可食用”的提示，但都沒有說明脫氧劑的其余信息。我想知道脫氧劑的主要成分、反應(yīng)原理、注意事項(xiàng)等。

2.檢測脫氧劑的主要成分

學(xué)生在知網(wǎng)查閱脫氧劑的主要成分的相關(guān)資料，發(fā)現(xiàn)脫氧劑的種類很多，但一般包括主劑、活性劑、填充劑、改性劑或功能擴(kuò)展劑。按主劑不同可分為有機(jī)類和無機(jī)類，有機(jī)脫氧劑主要有葡萄糖氧化酶脫氧劑和抗壞血酸型脫氧劑，無機(jī)類使用較廣的是鐵系脫氧劑、亞硫酸鹽系脫氧劑和加氫催化劑脫氧劑，而鐵系脫氧劑是目前應(yīng)用最廣的，市售糕點(diǎn)也基本是鐵系脫氧劑，其主要成分為還原鐵粉、活性炭、氯化鈉。

【分組討論】根據(jù)已有知識，結(jié)合資料信息，請選擇合適的試劑驗(yàn)證包裝袋中脫氧劑中含有還原鐵粉、碳粉和氯化鈉。

【小組匯報(bào)】鐵粉和碳粉都為黑色，用磁鐵靠近脫氧劑粉末，發(fā)現(xiàn)部分黑色粉末被吸附，為了進(jìn)一步確認(rèn)脫氧劑的成分，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)，見表2。

表2 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

【教師歸納】通過以上實(shí)驗(yàn)，證明脫氧劑中含有鐵粉、碳粉和氯化鈉。還原鐵粉與氧氣反應(yīng)除掉包裝內(nèi)的氧氣；碳粉與鐵粉形成微型原電池，加快反應(yīng)速度；氯化鈉充當(dāng)電解質(zhì)，加快反應(yīng)速度。

3.探究脫氧劑的反應(yīng)原理

【分組討論】常溫下，脫氧劑中鐵粉與氧氣反應(yīng)產(chǎn)物是什么？闡述反應(yīng)過程。請選擇合適的試劑和儀器完成實(shí)驗(yàn)探究。

【小組展示】

（1）向U 形管中加入一定量的氯化鈉溶液，向碳棒一極附近通入氧氣，以加快反應(yīng)速度，安裝裝置，見圖1。

圖1 鐵與氧氣反應(yīng)實(shí)驗(yàn)裝置圖［3］

（2）反應(yīng)一段時(shí)間后，向U形管中滴加2滴酚酞溶液，碳棒附近溶液顏色變紅，說明正極有OH-生成。

（3）分別向兩極附近加入2滴鐵氰化鉀溶液，檢測鐵片附近是否有Fe2+生成。

（4）分別向兩極加入2滴硫氰化鉀溶液，觀察溶液顏色變化，檢測鐵片附近是否有Fe3+生成，觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，見表3。

表3 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

【教師歸納】通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象證明鐵粉與氧氣和水反應(yīng)生成Fe（OH）2，F(xiàn)e（OH）2進(jìn)一步被O2氧化成Fe（OH）3，F(xiàn)e（OH）3脫去一部分水生成Fe2O3·nH2O，［4］這也是鐵生銹的原理。

【學(xué)生展示】脫氧劑反應(yīng)的電極反應(yīng)式。

負(fù)極：2Fe-4e-=2Fe2+

正極：O2+2H2O+4e-=4OH-

電池反應(yīng)：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

觸摸U 形管外壁，溫度升高，說明反應(yīng)過程中化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能和熱能

【發(fā)現(xiàn)新問題】Fe2+沒有被氧氣氧化成Fe3+，而Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3。

【教師】因?yàn)镕e（OH）2不穩(wěn)定，遇到氧氣易被氧化。

【學(xué)生展示】在教師指導(dǎo)下建構(gòu)鐵及其化合物的價(jià)—類二維圖，見圖2。

圖2 鐵元素的二維圖

4.設(shè)計(jì)脫氧劑的制備方案

【實(shí)驗(yàn)探究】參考資料卡片自制脫氧劑，見表4。可選擇用品：鐵粉、氯化鈉、碳粉；100 mL 規(guī)格的廣口瓶，100 mL量筒，直角導(dǎo)管，無紡布袋。

表4 資料卡片

【學(xué)生】按圖組裝儀器，見圖3。分組實(shí)驗(yàn)，觀察量筒內(nèi)頁面下降的高度，液面不再下降時(shí)結(jié)束實(shí)驗(yàn)，見表5。

圖3 利用“食品脫氧劑”測定空氣中氧氣含量的設(shè)計(jì)［5］

表5 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

【小組展示】量筒內(nèi)液面下降，說明脫氧劑與廣口瓶中的氧氣反應(yīng)，使瓶內(nèi)氣壓下降。

【追問】怎樣證明脫氧劑的除氧效果好？

【學(xué)生】廣口瓶中的氧氣約占總體積的20%，當(dāng)量筒中液面下降20 mL 左右，即說明氧氣已除盡，除氧效果好。

【追問】如果你是面包廠工作人員，在裝脫氧劑時(shí)應(yīng)注意什么？

【學(xué)生】將脫氧劑真空包裝，包裝好的脫氧劑密封保存，使用時(shí)快速放入面包包裝袋封存，防止影響脫氧效果。

5.制作鐵系脫氧劑說明書

經(jīng)過探究了解了鐵系脫氧劑的主要成分、脫氧原理，學(xué)生展示設(shè)計(jì)的作品，見圖4。

圖4 鐵系脫氧劑說明書

五、項(xiàng)目教學(xué)反思

1.以脫氧劑的探究為情境，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣

目前很多復(fù)習(xí)課大都以題海戰(zhàn)術(shù)或講練結(jié)合的形式開展，學(xué)生對此已經(jīng)厭倦。以“設(shè)計(jì)脫氧劑說明書”為主線，激發(fā)學(xué)生的探究欲望，改變以往傳統(tǒng)的復(fù)習(xí)形式，在解決問題中鞏固鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化認(rèn)知，了解電化學(xué)在生活中的應(yīng)用。

2.實(shí)驗(yàn)探究中培養(yǎng)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

通過資料查閱、實(shí)驗(yàn)探究、理論分析等活動引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已學(xué)知識設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，調(diào)動五官感受反應(yīng)的發(fā)生過程。

化學(xué)是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，在教學(xué)中增加以證據(jù)推理為基礎(chǔ)的科學(xué)探究，能夠提升學(xué)生的創(chuàng)新意識與理性思維，［6］以上教學(xué)過程既培養(yǎng)證據(jù)推理與模型認(rèn)知的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)，也培養(yǎng)了學(xué)生科學(xué)探究的能力。

3.增加對化學(xué)職業(yè)的了解

運(yùn)用已學(xué)知識解釋脫氧劑的反應(yīng)原理，密切聯(lián)系化學(xué)與學(xué)生生活，使學(xué)生感受到一些科技發(fā)明并非遙不可及，提升對化學(xué)學(xué)習(xí)的信心，對化學(xué)相關(guān)工作選擇有更深刻的了解。