初中化學(xué)專題復(fù)習(xí)的項(xiàng)目式教學(xué)*
——自制“熱冰”

朱建紅 徐 敏

（蘇州高新區(qū)第三中學(xué)校 江蘇 蘇州 215163）

陶行知先生說，生活即教育，社會(huì)即學(xué)校，教學(xué)做合一。義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022版）也指出，應(yīng)聚焦學(xué)科育人方式的轉(zhuǎn)變，深化化學(xué)教學(xué)改革。創(chuàng)設(shè)真實(shí)問題情境，倡導(dǎo)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，重視跨學(xué)科實(shí)踐活動(dòng)［1］。這是陶行知先生的思想在21世紀(jì)的新發(fā)展，其本質(zhì)要義是相同的。

項(xiàng)目式教學(xué)是在做中學(xué)的課程體現(xiàn)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)（project based learning）是一種動(dòng)態(tài)的學(xué)習(xí)方法，學(xué)生們通過PBL主動(dòng)地探索現(xiàn)實(shí)世界的問題和挑戰(zhàn)，在這個(gè)過程中領(lǐng)會(huì)到更深刻的知識(shí)和技能。夏雪梅博士在《項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì):學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國(guó)際與本土實(shí)踐》一書中指出項(xiàng)目式教學(xué)旨在促進(jìn)形成對(duì)核心知識(shí)和學(xué)習(xí)歷程的深刻理解，能夠在新情境中進(jìn)行遷移。這也是項(xiàng)目式教學(xué)的顯著優(yōu)勢(shì)［2］。

一、項(xiàng)目主題分析

初中化學(xué)復(fù)習(xí)課形式多樣，既可以單元為主題也可以項(xiàng)目為主題，以單元為主題的初中化學(xué)復(fù)習(xí)課在單元核心知識(shí)的整合方面表現(xiàn)突出，能夠促使學(xué)生深化單元核心知識(shí)，促進(jìn)能力的遷移和高階思維的發(fā)展，但其在跨單元知識(shí)和能力的運(yùn)用方面，涉及不多，對(duì)學(xué)生綜合能力的培養(yǎng)稍顯不足。2017 年高中化學(xué)課程提出全面提升學(xué)生化學(xué)核心素養(yǎng)的要求，化學(xué)核心素養(yǎng)就是學(xué)生綜合能力的一種體現(xiàn)，其所滲透的化學(xué)思想觀念和社會(huì)價(jià)值態(tài)度正是通過學(xué)生解決真實(shí)情境中的問題表現(xiàn)出來。項(xiàng)目式教學(xué)正是一種帶領(lǐng)學(xué)生調(diào)用綜合能力解決真實(shí)問題的教學(xué)形式，其最終呈現(xiàn)的項(xiàng)目教學(xué)成果更讓學(xué)生體會(huì)到化學(xué)學(xué)習(xí)的樂趣、價(jià)值和意義。

初中化學(xué)“自制熱冰”的項(xiàng)目式教學(xué)以制作熱冰為項(xiàng)目式主題任務(wù)，在讓學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)的過程中，復(fù)習(xí)常見鹽的溶解度曲線和降溫結(jié)晶的原理、方法及步驟，并結(jié)合溶解度計(jì)算、化學(xué)方程式計(jì)算和溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的計(jì)算考查學(xué)生綜合運(yùn)用各項(xiàng)計(jì)算能力解決復(fù)雜情境問題的能力。該專題復(fù)習(xí)課涵蓋的核心知識(shí)點(diǎn)涉及第4章認(rèn)識(shí)化學(xué)變化第3節(jié)化學(xué)方程式的書寫與應(yīng)用，第6 章溶解現(xiàn)象和第7 章應(yīng)用廣泛的酸、堿、鹽第3節(jié)幾種重要的鹽，屬于跨單元的知識(shí)整合和綜合計(jì)算運(yùn)用的一節(jié)復(fù)習(xí)課，這也是項(xiàng)目式教學(xué)相比大單元教學(xué)的優(yōu)勢(shì)所在，但其對(duì)學(xué)生的學(xué)科知識(shí)背景和實(shí)踐操作能力要求較高。

二、項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

通過“自制熱冰”項(xiàng)目式教學(xué)，拓寬學(xué)生對(duì)物質(zhì)結(jié)晶條件的再認(rèn)識(shí)，發(fā)展他們對(duì)溶解度曲線模型的認(rèn)知素養(yǎng)，培養(yǎng)他們將綜合運(yùn)算與實(shí)踐操作相融合去解決一類復(fù)雜問題的能力，在交流與合作中豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)，他們能感受到項(xiàng)目學(xué)習(xí)的成果，體會(huì)學(xué)習(xí)的真正意義。具體目標(biāo)如下:

第一，通過繪制醋酸鈉的溶解度曲線，體會(huì)溫度對(duì)固體物質(zhì)溶解度的影響趨勢(shì)，重溫根據(jù)溫度確定固體溶解度的方法。

第二，通過選擇制取醋酸鈉的原料，復(fù)習(xí)鹽和鹽、鹽和酸之間的復(fù)分解反應(yīng)。

第三，通過確定原料的用量，復(fù)習(xí)溶解度、溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)與化學(xué)方程式的綜合計(jì)算。

第四，通過項(xiàng)目實(shí)施過程，復(fù)習(xí)蒸發(fā)和結(jié)晶的操作，讓學(xué)生學(xué)會(huì)運(yùn)用知識(shí)解決新情境的問題。

第五，通過展示項(xiàng)目成果體會(huì)成功背后的規(guī)律，豐富學(xué)生的情感體驗(yàn)。

第六，通過天宮熱冰實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生感受不同的重力場(chǎng)環(huán)境下熱冰結(jié)晶的形狀不同，學(xué)習(xí)用變化的觀點(diǎn)看待物質(zhì)。

三、項(xiàng)目任務(wù)及教學(xué)流程

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

1.確定項(xiàng)目任務(wù)

【課堂導(dǎo)入】同學(xué)們?nèi)ミ^溜冰場(chǎng)嗎？老師去過龍湖天街的溜冰場(chǎng)，溜冰場(chǎng)的冰面用真冰制作，為保證冰面不融化，需要維持較低的環(huán)境溫度。于是老師希望有一種常溫下的溜冰場(chǎng)，即使在光照下它也不會(huì)融化。

【承上啟下】同學(xué)們，你們能幫老師實(shí)現(xiàn)這個(gè)愿望嗎？有一種叫作“熱冰”的物質(zhì)也許可以幫到我們哦。同學(xué)們記得上節(jié)課我們利用雞蛋殼制作了牙膏摩擦劑碳酸鈣，在向醋酸鈣溶液中滴加飽和碳酸鈉溶液的過程中，我們除了得到輕質(zhì)碳酸鈣，同時(shí)還得到了醋酸鈉溶液:(CH3COO)2Ca+Na2CO3== ==== CaCO3↓+2CH3COONa。將這種溶液蒸發(fā)濃縮，冷卻結(jié)晶就可以得到“熱冰”（圖1）。

圖2 醋酸鈉的溶解度曲線

圖3 向室溫下的過飽和醋酸鈉溶液中投入“晶種”

圖4 圍繞“晶種”出現(xiàn)晶體

圖5 晶體逐漸長(zhǎng)大

圖6 晶體越來越多

圖7 形成“熱冰”

圖8 無重力作用下的“熱冰”

【教師提示】這是醋酸鈉在不同溫度下的溶解度數(shù)據(jù)表，你能據(jù)此畫出醋酸鈉的溶解度隨溫度的變化曲線嗎？

溫度/℃溶解度/g 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 119 121 124 126 136 138 140 146 153 161 170

【學(xué)生活動(dòng)】在坐標(biāo)紙上繪制醋酸鈉的溶解度曲線。

【教師提問】同學(xué)們的溶解度曲線畫得不錯(cuò)，根據(jù)醋酸鈉的溶解度，對(duì)照20 ℃各種類型物質(zhì)的溶解度，你覺得醋酸鈉屬于哪一類物質(zhì)？

表1 20 ℃物質(zhì)溶解度和溶解性的關(guān)系

【學(xué)生回答】因?yàn)榇姿徕c在20 ℃的溶解度為124 g，遠(yuǎn)大于10 g，所以它屬于易溶于水的物質(zhì)。

【教師追問】如果給你一支溫度計(jì)，你能根據(jù)所畫的溶解度曲線確定當(dāng)下環(huán)境溫度下醋酸鈉的溶解度嗎？

【學(xué)生回答】用溫度計(jì)測(cè)得當(dāng)下的環(huán)境溫度為23.5℃，根據(jù)溶解度曲線，用描點(diǎn)法得出醋酸鈉的溶解度為124.5 g左右。

【教師介紹】制作熱冰首先需要配制室溫下的醋酸鈉過飽和溶液。那么什么是過飽和溶液呢？過飽和溶液是指一定溫度、壓力下，當(dāng)溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量已超過該溫度、壓力下溶質(zhì)的溶解度，而溶質(zhì)仍未析出的溶液。該現(xiàn)象叫過飽和現(xiàn)象。過飽和溶液是不穩(wěn)定的，如果攪拌溶液、使溶液受到震動(dòng)、摩擦容器器壁或者往溶液里投入固體“晶種”，溶液里的過量溶質(zhì)就會(huì)馬上結(jié)晶析出。

2.制定項(xiàng)目計(jì)劃

【布置任務(wù)】如果我們用100 g水配制室溫下的醋酸鈉過飽和溶液，需要用到164 g醋酸鈉，計(jì)算需要多少克雞蛋殼？（以雞蛋殼含50%CaCO3計(jì)）

【學(xué)生分組計(jì)算匯報(bào)】

【教師小結(jié)】一個(gè)雞蛋含雞蛋殼的質(zhì)量大約為10 g，200 g 需要20 個(gè)雞蛋殼，即打碎20 個(gè)雞蛋，一個(gè)雞蛋以1 元計(jì)，20 個(gè)雞蛋20 元錢。成本相對(duì)較高，有沒有更經(jīng)濟(jì)的辦法？我們先來看看家中還有什么材料？

【展示圖片】小蘇打和白醋。

【學(xué)生回答】我們可以利用小蘇打和白醋反應(yīng)來制備。

【教師追問】你能寫出小蘇打與白醋反應(yīng)的化學(xué)方程式嗎？

【學(xué)生書寫】NaHCO3+CH3COOH== == == CH3COONa+H2O+CO2↑

【布置任務(wù)】下面請(qǐng)同學(xué)計(jì)算一下，如果用164 g醋酸鈉配制室溫下的醋酸鈉過飽和溶液，需要NaHCO3的質(zhì)量是多少克？需要6%的白醋體積約為多少毫升？（白醋的密度約為1.0 g/mL）如果改用30%的醋精體積約為多少毫升？（30%的醋精密度約為1.0 g/mL）

【學(xué)生分組計(jì)算匯報(bào)】

【教師提問】同學(xué)們的計(jì)算是正確的?，F(xiàn)在如果讓你來選擇，你選擇6%的白醋還是30%的醋精？為什么？

【學(xué)生回答】選擇30%的醋精，可以減少后續(xù)蒸發(fā)濃縮操作的時(shí)間，節(jié)約能源。

【教師追問】回答得有理。在工業(yè)生產(chǎn)中我們經(jīng)常需要加入一種過量反應(yīng)物以使另一種反應(yīng)物完全反應(yīng)，在這個(gè)反應(yīng)中你覺得應(yīng)該誰過量比較好，為什么？

【學(xué)生回答】30%的醋精過量比較好，因?yàn)榇姿嵋讚]發(fā)在后續(xù)加熱過程中可以除去。

【教師提問】你覺得過量多少會(huì)比較合適呢？

【學(xué)生回答】稍微過量就可以，否則又會(huì)延長(zhǎng)蒸發(fā)濃縮的時(shí)間。

【教師提示】配制含164 g醋酸鈉的過飽和醋酸鈉溶液需要100 g 水，反應(yīng)后溶液中含有多少克水？另需蒸發(fā)掉多少克水？

【學(xué)生分組計(jì)算匯報(bào)】

溶液中含有316 g水，需要蒸發(fā)216 mL的水。

【師生小結(jié)】綜合考慮上述因素，建議大家量取約400 mL 30%的醋精加入84 g的小蘇打中，加熱至固體完全溶解，蒸發(fā)濃縮，再緩慢冷卻至形成室溫下的醋酸鈉的過飽和溶液。

【教師說明并提問】由于過飽和溶液是一種不穩(wěn)定的溶液狀態(tài)，當(dāng)攪拌溶液、使溶液受到震動(dòng)、摩擦容器器壁或者往溶液里投入固體“晶種”，都會(huì)使溶質(zhì)結(jié)晶析出，那么我們?cè)撛趺醋霾拍艿玫酱姿徕c的過飽和溶液呢？

【學(xué)生討論】加熱后的冷卻過程中我們可以在容器上加蓋表面皿以防止灰塵進(jìn)入，冷卻至室溫后小心輕放，避免使其發(fā)生震動(dòng)。

【教師提醒】同學(xué)們注重細(xì)節(jié)的習(xí)慣很好?，F(xiàn)在大家明確實(shí)驗(yàn)中試劑的用量和操作注意事項(xiàng)，就可以開始動(dòng)手制作室溫下的醋酸鈉過飽和溶液了。鑒于試劑用量比較大，所以老師為每個(gè)小組準(zhǔn)備了2 L 的加熱鍋，大家可以將400 mL 30%的醋精分批緩慢加入含84 g小蘇打的加熱鍋中并攪拌，以防止氣泡逸出速率太快，反應(yīng)液逸出。配制好溶液后，請(qǐng)大家用電磁爐加熱并濃縮。加熱濃縮后的液體混合物請(qǐng)緩慢倒入結(jié)晶皿中制作熱冰，實(shí)驗(yàn)過程中給大家準(zhǔn)備了棉布手套，請(qǐng)大家小心操作、謹(jǐn)防燙傷。

3.組織項(xiàng)目實(shí)施

【學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)】用84 g 小蘇打和30%的醋精配制室溫下含164 g 醋酸鈉的過飽和溶液，加熱煮沸后再緩慢冷卻至室溫，投入“晶種”。

【教師引導(dǎo)】實(shí)驗(yàn)過程中如何確定加入的醋精已經(jīng)過量了？

【學(xué)生回答】向溶液中繼續(xù)滴加30%的醋精至不再產(chǎn)生氣泡。

【教師提示】配制好的室溫下的過飽和醋酸鈉溶液，該如何使它結(jié)晶析出成為熱冰？你有哪些方法？

【學(xué)生匯報(bào)】①投入“晶種”醋酸鈉；②用玻璃棒輕輕觸碰溶液；③用玻璃棒攪拌溶液；④用玻璃棒摩擦容器壁。

【教師小結(jié)】請(qǐng)每一小組用上述一種方法獲得熱冰，看哪一組得到的熱冰形狀最完美。

4.項(xiàng)目成果展示

【學(xué)生分組】展示自制的熱冰、評(píng)價(jià)熱冰的形狀、總結(jié)獲得熱冰的最佳方法。

【學(xué)生組一】自制的熱冰中還含有少量醋酸鈉溶液，加熱濃縮時(shí)間不夠。

【學(xué)生組二】自制的熱冰表面有些凹凸不平，制備時(shí)為使結(jié)晶速率加快，晃動(dòng)了結(jié)晶皿。

【學(xué)生組三】自制的熱冰中含有氣泡，結(jié)晶時(shí)用玻璃棒攪拌了混合液，有空氣進(jìn)入。

【學(xué)生組四】自制的熱冰硬度不夠，用玻璃棒輕輕碰觸就出現(xiàn)凹陷，需要適當(dāng)增加過飽和溶液中醋酸鈉的含量或者延長(zhǎng)加熱濃縮的時(shí)間。

【學(xué)生組五】自制的熱冰中含有細(xì)碎的小結(jié)晶，因?yàn)榻Y(jié)晶時(shí)有空氣中的灰塵進(jìn)入增加了“晶種”，建議在投入“晶種”后蓋上玻璃蓋制備熱冰。

【拓展延伸】最近大火的天宮熱冰實(shí)驗(yàn)，給我們展示了無重力下的熱冰形狀，一起來看視頻《天宮熱冰實(shí)驗(yàn)》。

【師生小結(jié)】原來在無重力作用下形成的熱冰是一個(gè)玻璃球。

五、項(xiàng)目教學(xué)反思及改進(jìn)建議

“雞蛋殼的妙用”第2課時(shí)的項(xiàng)目式主題任務(wù)“自制熱冰”是承接第1課時(shí)“自制牙膏摩擦劑”的專題復(fù)習(xí)課，借用第1課時(shí)中白醋溶解雞蛋殼生成醋酸鈉和碳酸鈣的化學(xué)反應(yīng)，介紹利用溶質(zhì)醋酸鈉制取“熱冰”的方法，通過項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)的拆解，即項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)提出、分析項(xiàng)目任務(wù)的解決方法、通過化學(xué)實(shí)驗(yàn)實(shí)踐項(xiàng)目式學(xué)習(xí)任務(wù)、最終體驗(yàn)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)成果等環(huán)節(jié)，主要復(fù)習(xí)物質(zhì)的溶解度曲線、化學(xué)方程式和溶解度的綜合計(jì)算及固體物質(zhì)結(jié)晶的方法，培養(yǎng)學(xué)生自主學(xué)習(xí)的意識(shí)和與他人交流合作的精神。

教學(xué)過程中涉及的項(xiàng)目式實(shí)驗(yàn)對(duì)試劑的用量比較大，學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)過程中有部分小組制備反應(yīng)液時(shí)加入試劑速率太快，導(dǎo)致出現(xiàn)部分反應(yīng)液逸出的現(xiàn)象，建議改進(jìn)試劑用量。教師在準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)用酒精燈或水浴加熱速率均太慢，采用電熱水壺加熱不太規(guī)范，最后還是采用電磁爐對(duì)帶柄的加熱鍋進(jìn)行加熱，若改用燒杯加熱學(xué)生也容易發(fā)生燙傷事故。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)最終以項(xiàng)目式成果的形式呈現(xiàn)，學(xué)生在享受項(xiàng)目式學(xué)習(xí)成果中體驗(yàn)學(xué)習(xí)化學(xué)的意義和價(jià)值，這也是項(xiàng)目式教學(xué)最終的育人價(jià)值所在，同時(shí)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生的知識(shí)和能力要求較高，這也與發(fā)展學(xué)生適應(yīng)終身發(fā)展和社會(huì)發(fā)展需要的必備品格和關(guān)鍵能力的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)目標(biāo)一致。