基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的高中化學(xué)教學(xué)設(shè)計(jì)

【摘" 要】 文章凸顯素養(yǎng)導(dǎo)向的課改理念，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科的核心素養(yǎng)，以“汽車尾氣與環(huán)境保護(hù)”為例的項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)，引領(lǐng)學(xué)生進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)。文章利用價(jià)類二維圖分析氮及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，深入探討汽車尾氣的危害與處理，使學(xué)生感受到“學(xué)以致用，回饋社會”的理念與價(jià)值，并在解決問題的過程中發(fā)展學(xué)生的高階化學(xué)核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)；化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)；汽車尾氣

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（Project-Based Learning，簡稱PBL），來源于美國教育家杜威的教育理念——“從做中學(xué)”，是一種建構(gòu)性的教和學(xué)的方式。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是指在教師的指導(dǎo)下，創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，讓學(xué)生自己動手解決項(xiàng)目。學(xué)生最開始要收集關(guān)于這個(gè)項(xiàng)目的信息，然后設(shè)計(jì)方案，最后進(jìn)行項(xiàng)目實(shí)施，整個(gè)過程以項(xiàng)目為主線、教師起引導(dǎo)作用、體現(xiàn)了學(xué)生的主體地位?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》（以下簡稱《標(biāo)準(zhǔn)》）提出化學(xué)教學(xué)要立足于學(xué)生的社會生活實(shí)際和未來發(fā)展的需求，基于生活中的真實(shí)情境提出問題，開展探究活動，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和動手解決問題的能力。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教育理念和我國當(dāng)前的教育改革相一致，有利于學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)，是未來中學(xué)化學(xué)課堂教學(xué)的必然趨勢。

一、項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)的原則與要素

（一）教學(xué)設(shè)計(jì)的原則

根據(jù)《標(biāo)準(zhǔn)》，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)有利于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的落實(shí)，體現(xiàn)“做中學(xué)”的教育理念。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)設(shè)計(jì)充分體現(xiàn)了整體化學(xué)習(xí)，學(xué)生從頭到尾經(jīng)歷整個(gè)項(xiàng)目的全過程，從頭到尾完整地做一件事情。由項(xiàng)目作品驅(qū)動，學(xué)生通過小組合作完成一系列子任務(wù)，然后進(jìn)行整體性展示，整個(gè)項(xiàng)目實(shí)施過程充分體現(xiàn)“自主探究”“合作交流”“匯報(bào)展示”等活動要素。

最后，師生共同確定評價(jià)目標(biāo)，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)注重過程性評價(jià)，在主要節(jié)點(diǎn)上要設(shè)計(jì)相應(yīng)的評價(jià)量規(guī)和評價(jià)量表，使定性與定量兼顧、綜合。

（二）教學(xué)設(shè)計(jì)的要素

確立項(xiàng)目，明確目標(biāo)。培養(yǎng)學(xué)生能力素養(yǎng)的發(fā)展，教師設(shè)置一系列的驅(qū)動性問題，學(xué)生小組合作完成項(xiàng)目。

項(xiàng)目拆解。教師根據(jù)學(xué)生問題解決的思路、相關(guān)的核心知識以及能力素養(yǎng)的發(fā)展融合進(jìn)行項(xiàng)目拆解。學(xué)生在問題的解決過程中自然地融入知識、技能的學(xué)習(xí)，因此相關(guān)的知識以及技能都有了相應(yīng)的提升。

活動設(shè)計(jì)。教學(xué)設(shè)計(jì)的活動有各種各樣的類型，比如導(dǎo)引課、探究課、展示課等。

學(xué)習(xí)環(huán)境、資源、素材。在進(jìn)行教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)要考慮到學(xué)生學(xué)習(xí)的場所、物品、實(shí)驗(yàn)以及資料等。

評價(jià)設(shè)計(jì)。項(xiàng)目式教學(xué)設(shè)計(jì)時(shí)教師不僅要確立好項(xiàng)目，還要考慮教學(xué)評價(jià)設(shè)計(jì)，比如評價(jià)的內(nèi)容、評價(jià)的任務(wù)、評價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)以及評價(jià)的方式等。教師在進(jìn)行評價(jià)設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)外顯學(xué)生的做事過程與思維進(jìn)行診斷，促進(jìn)學(xué)生的發(fā)展。

二、項(xiàng)目主題內(nèi)容分析

本課例教學(xué)主題選自高中化學(xué)人教版必修2第5章 “化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素”第2節(jié)“氮及其化合物”。主要內(nèi)容包括氮及氮的固定、一氧化氮和二氧化氮、氨和銨鹽、硝酸、酸雨及其防治。根據(jù)物質(zhì)類別研究氮的化合物，應(yīng)用氧化還原反應(yīng)原理，設(shè)計(jì)含氮化合物的轉(zhuǎn)化，提升學(xué)生“變化觀念”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。酸雨及其防治以及測定雨水的pH的研究與實(shí)踐活動，有意識地滲透資源的合理利用和環(huán)境保護(hù)的意識，促進(jìn)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”核心素養(yǎng)的發(fā)展。

“汽車尾氣與環(huán)境保護(hù)”這一項(xiàng)目主題是源于真實(shí)的生活情境，與學(xué)生的生活息息相關(guān)，這個(gè)項(xiàng)目主題包含“氮及其化合物”的性質(zhì)及其相互之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，體現(xiàn)了研究物質(zhì)性質(zhì)及其相互之間轉(zhuǎn)化的思路，彰顯綠色化的教學(xué)思想與可持續(xù)發(fā)展的理念，承載“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”“變化觀念”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

三、項(xiàng)目教學(xué)及評價(jià)目標(biāo)

（一）教學(xué)目標(biāo)

從物質(zhì)的類別、元素的價(jià)態(tài)方面論證汽車尾氣是否會形成霧霾，掌握氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究意識與證據(jù)推理能力。學(xué)生通過對凈化尾氣技術(shù)的了解，意識到化學(xué)科學(xué)為環(huán)境保護(hù)貢獻(xiàn)出巨大的力量，樹立可持續(xù)發(fā)展理念，培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”的化學(xué)學(xué)科素養(yǎng)。同時(shí)，利用“價(jià)類二維圖”研究氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，發(fā)展學(xué)生“變化觀念”的化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

（二）評價(jià)目標(biāo)

教師通過對學(xué)生收集信息，診斷學(xué)生認(rèn)識物質(zhì)的水平；觀察學(xué)生對氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化的討論，診斷并發(fā)展學(xué)生對物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化思路的認(rèn)識水平；通過學(xué)生對汽車尾氣與環(huán)境保護(hù)的探討，診斷并發(fā)展學(xué)生解決實(shí)際問題的能力及其對化學(xué)價(jià)值的認(rèn)識水平。

四、項(xiàng)目教學(xué)流程

【情境引入】 隨著我國工業(yè)化進(jìn)程的迅猛發(fā)展，汽車已經(jīng)悄悄地走進(jìn)了人們的家中，越來越多的人在享受汽車帶來方便的同時(shí)，也面臨著一個(gè)前所未有的環(huán)境問題——汽車尾氣。霧霾天氣越來越嚴(yán)重，許多城市出臺了汽車限行的政策。面對汽車限行，你持怎樣的觀點(diǎn)呢？

【學(xué)生回答】 學(xué)生對于和生活緊密相關(guān)的問題非常感興趣，各抒己見。有的學(xué)生支持限行，可以減輕環(huán)境污染，還人們一片藍(lán)天；而有的同學(xué)不贊成限行，他們認(rèn)為這樣做給出行帶來了不便，認(rèn)為霧霾天氣不完全是由汽車尾氣造成的。

項(xiàng)目一：了解汽車尾氣的構(gòu)成

【信息資料】汽車尾氣是汽車使用時(shí)產(chǎn)生的廢氣，其中的污染物有固體懸浮顆粒、CO、CO₂、碳?xì)浠衔?、氮氧化物、鉛及硫氧化合物等。尾氣在直接危害人體健康的同時(shí)，還會對人類生活的環(huán)境產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。尾氣中的二氧化硫具有強(qiáng)烈的刺激性氣味，達(dá)到一定濃度時(shí)容易導(dǎo)致“酸雨”的發(fā)生，造成土壤和水源酸化，影響農(nóng)作物和森林的成長。霧霾主要由可吸入顆粒物（PM）、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和碳?xì)浠衔铮–XHY）組成，它能使大氣渾濁，視野模糊并導(dǎo)致能見度降低。

【教師提問】汽車尾氣中的氮氧化物是怎么形成的？

【學(xué)生回答】 氮氧化物是空氣中的N₂在氣缸的高溫條件下被O₂氧化所形成。汽油的成分是碳?xì)浠衔?，不完全燃燒產(chǎn)生的是CO。

項(xiàng)目二：探究霧霾的形成

【交流討論】 從元素守恒、價(jià)態(tài)變化和物質(zhì)類別變化思考，預(yù)測汽車尾氣如何轉(zhuǎn)化為霧霾中的硝酸鹽、銨鹽？并寫出相關(guān)的化學(xué)方程式。

【學(xué)生思考】 N₂+O₂高溫2NO

2NO+O₂=2NO₂

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO

【學(xué)生疑問】 硝酸如何轉(zhuǎn)化為硝酸鹽呢？

【大膽猜想】 從物質(zhì)類別的轉(zhuǎn)化角度思考，酸轉(zhuǎn)化為鹽需要加堿或堿性氧化物?？諝庵写嬖趬A性氣體NH₃，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃。

【學(xué)生疑問】 空氣中為什么會存在NH₃呢？

【大膽猜想】 汽車尾氣中的CO和H₂O在發(fā)動機(jī)高溫的條件下會反應(yīng)生成H₂。從化合價(jià)變化角度的出發(fā)，N₂需要加還原劑才能轉(zhuǎn)化成NH₃，H₂具有還原性，因此能反應(yīng)產(chǎn)生NH₃。

【教師總結(jié)】 氨氣很大程度上推進(jìn)了硫酸銨、硝酸銨等二次無機(jī)顆粒物的生成，所以氨氣是形成霧霾的重要物質(zhì)。

【設(shè)計(jì)意圖】 結(jié)合具體的生活情境，增強(qiáng)學(xué)生探索未知知識的好奇心，雖然部分學(xué)生分析能力稍有欠缺，但是通過團(tuán)隊(duì)協(xié)作，互幫互助，引導(dǎo)學(xué)生合理猜想，讓學(xué)生充分感受氧化還原反應(yīng)與生活息息相關(guān)。

【信息資料】 大量工廠燃煤燃燒排放二氧化硫，而工業(yè)和汽車尾氣排放的氮氧化物能夠促進(jìn)二氧化硫向硫酸鹽的快速轉(zhuǎn)變，在沙塵的作用下，氣體就變成了顆粒物，造成了重霧霾污染。

【小組合作探究】 利用“價(jià)類二維圖”探討NO2將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的可能途徑。

途徑一：SO₂→H₂SO₃→H₂SO₄→（NH₄）₂SO₄

途徑二：SO₂→SO₃→H₂SO₄→（NH₄）₂SO₄

【教師總結(jié)】 大多數(shù)學(xué)生在學(xué)習(xí)氮及其化合物的相關(guān)知識，能夠梳理出途徑一。由于學(xué)生缺乏知識背景，少數(shù)同學(xué)能夠梳理出途徑二。根據(jù)信息情境，創(chuàng)設(shè)有梯度的學(xué)習(xí)任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生利用氧化還原反應(yīng)的相關(guān)知識，推導(dǎo)氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，意識到汽車尾氣給人的生活帶來了危害。

項(xiàng)目三：科學(xué)探究汽車尾氣的轉(zhuǎn)化

【學(xué)習(xí)任務(wù)】 利用“價(jià)類二維圖”思考能否將汽車尾氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)變成沒有危害的物質(zhì)再排放。

【學(xué)生分析】 根據(jù)氧化還原反應(yīng)，氮氧化物具有氧化性，需要在還原劑的作用下可以轉(zhuǎn)化為N2，N2無污染可以排放在空氣中。汽車尾氣中有還原劑CO，反應(yīng)方程式如：2NO+2CO=2CO₂+N₂。

【教師講解】這個(gè)氧化還原反應(yīng)的反應(yīng)程度很大，但是反應(yīng)速率極慢。

【學(xué)生交流】根據(jù)信息查詢和生活中的日常經(jīng)驗(yàn)可知：汽車排氣系統(tǒng)中安裝了三元催化器，三元催化器可以加快尾氣處理的速率。

【交流討論】 三元催化器能夠把汽車尾氣排出的CO在高溫條件下轉(zhuǎn)變?yōu)闊o污染的CO₂，碳?xì)浠衔镛D(zhuǎn)化為無污染的H₂O和CO₂，氮氧化物轉(zhuǎn)化為N₂。三元催化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)蜂窩狀，表面涂了鉑、鈀、銠等貴金屬涂層，目的是增大氣體與催化劑的接觸面積，加快化學(xué)反應(yīng)速率。

【學(xué)習(xí)任務(wù)】 根據(jù)催化劑的特點(diǎn)，分析汽車尾氣三元催化器有可能存在的缺點(diǎn)。

【交流討論】 鉑、鈀、銠等貴金屬成本高；催化劑有可能會失效，面臨更換的問題。

【資料證據(jù)】 三元催化器能夠處理90%的廢氣，但是不能控制氨氣的形成；催化劑使用時(shí)間長了會老化、失活。所以，盡管有三元催化器處理汽車尾氣，但還是會對環(huán)境造成污染。

【教師歸納總結(jié)】 通過對汽車尾氣的成分以及造成霧霾的學(xué)習(xí)，讓學(xué)生更加懂得保護(hù)環(huán)境的重要性。呼吁學(xué)生保護(hù)環(huán)境，人人有責(zé)。

通過上述課例可以看出，在真實(shí)的情境中探討與化學(xué)相關(guān)的社會熱點(diǎn)問題，學(xué)生都能夠積極參與到項(xiàng)目活動中，通過小組合作、主動思考，共同尋找解決問題的辦法，最后完成整個(gè)項(xiàng)目的任務(wù)。根據(jù)真實(shí)情境能夠有效地調(diào)動學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性，通過對汽車尾氣的成分和處理方法的探究，既能夠加強(qiáng)學(xué)生對氧化還原反應(yīng)的綜合運(yùn)用，加深變化觀念與平衡的思想，還可以培養(yǎng)學(xué)生基于“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”的核心素養(yǎng)。對尾氣處理原理的深入分析能夠幫助學(xué)生形成嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度；加強(qiáng)學(xué)生的社會責(zé)任感。在教學(xué)中，教師應(yīng)該更多地引導(dǎo)學(xué)生把所學(xué)的知識運(yùn)用到與生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系中去，從而真正落實(shí)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

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