核心素養(yǎng)背景下的高中化學(xué)項目式教學(xué)

化學(xué)學(xué)科作為自然科學(xué)的重要領(lǐng)域，其核心在于通過對物質(zhì)性質(zhì)、變化規(guī)律的探究，揭示自然界的基本運行機制，培養(yǎng)理性思維與實踐能力?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》明確指出，化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)涵蓋“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、證據(jù)推理與模型認(rèn)知、科學(xué)探究與創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任\"五個方面。培養(yǎng)學(xué)生這些素養(yǎng)不僅能深化學(xué)科知識，還承載著促進(jìn)學(xué)生全面發(fā)展的時代使命。

一、聚焦真實問題，確定項目主題

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中明確提出“結(jié)合真實情境中的應(yīng)用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重要化合物的主要性質(zhì)”。真實問題在項目式教學(xué)中具有“問題驅(qū)動\"的核心地位，是貫通理論學(xué)習(xí)與實際應(yīng)用的關(guān)鍵路徑。

教學(xué)伊始，教師利用隕鐵在地球歷史中的特殊地位作為切入點，結(jié)合丹霞地貌中氧化鐵的鮮明紅色，展示鐵在自然界的獨特存在形式，從視覺上引發(fā)學(xué)生對鐵及其化合物的初步興趣。

為了使問題更加貼近實際生活，教師提出與生活密切相關(guān)的情境問題，例如，在某些醬油中加入鐵強化劑，強調(diào)鐵在人體健康中的重要作用。同時，教師可以展示腐蝕的鐵制品，帶領(lǐng)學(xué)生思考鐵在日常生活中的使用現(xiàn)狀及其帶來的問題。在此基礎(chǔ)上，教師可以結(jié)合煉鐵高爐生產(chǎn)流程的簡要介紹，進(jìn)一步激發(fā)學(xué)生探索鐵從礦石提取到工業(yè)應(yīng)用全過程的興趣。通過逐步延展問題鏈，教師從“鐵在自然界中以何種形態(tài)存在\"到“鐵的性質(zhì)如何決定其用途”，再到“鐵的氧化還原特性如何影響其在工業(yè)與生活中的應(yīng)用”，構(gòu)建完整的問題框架，形成宏觀與微觀的交織聯(lián)系。

二、梳理知識體系，設(shè)計項目路徑

梳理知識體系在項目式教學(xué)中具有承上啟下的重要作用，是建立科學(xué)探究邏輯與認(rèn)知框架的前提。圍繞“鐵及其化合物”主題，通過知識體系的系統(tǒng)化與層次化梳理，教師能夠引導(dǎo)學(xué)生從分散的知識點中提煉出核心概念，建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)與實際應(yīng)用的內(nèi)在聯(lián)系。教師在梳理過程中應(yīng)突出“宏觀辨識與微觀探析\"的要求，幫助學(xué)生從物質(zhì)的結(jié)構(gòu)和性質(zhì)上剖析鐵的化學(xué)行為，明確鐵的氧化還原反應(yīng)在工業(yè)與生活中的地位與作用。在“變化觀念與平衡思想\"指導(dǎo)下，教師要梳理鐵化學(xué)性質(zhì)的內(nèi)在規(guī)律與環(huán)境條件的平衡關(guān)系，為學(xué)生理解反應(yīng)原理提供思維支撐。結(jié)合“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”，以鐵的性質(zhì)實驗為基礎(chǔ)，教師逐步歸納鐵及其化合物的轉(zhuǎn)化路徑及其相關(guān)反應(yīng)機理，最終通過邏輯鏈條的建構(gòu)，為項目路徑的設(shè)計提供科學(xué)依據(jù)。

課堂進(jìn)一步深入，從鐵的單質(zhì)性質(zhì)切人，教師列舉鐵的延展性、導(dǎo)熱性和磁性，引導(dǎo)學(xué)生理解其物理特性對應(yīng)用的支撐作用，緊接著講解鐵的熔點、密度等關(guān)鍵數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)向其化學(xué)性質(zhì)的核心一氧化還原反應(yīng)。教師采用多媒體工具呈現(xiàn)鐵與鹽酸生成氫氣，以及鐵與氯氣形成三氯化鐵，逐步揭示鐵的化合價變化規(guī)律。教師展示實驗現(xiàn)象視頻，結(jié)合電子轉(zhuǎn)移方程式，明確鐵在不同氧化還原體系中的行為特點，從理論與實踐兩方面深化對鐵的反應(yīng)機理的認(rèn)識。教師在過程中通過圖示化的邏輯鏈條將鐵的單質(zhì)性質(zhì)、氧化還原反應(yīng)、價態(tài)變化和鐵化合物的分類與轉(zhuǎn)化關(guān)系串聯(lián)，逐步帶動學(xué)生建立鐵及其化合物性質(zhì)的完整體系（如圖1所示）。

機制，研究鐵作為還原劑時的電子轉(zhuǎn)移特點，構(gòu)建價態(tài)變化的模型。學(xué)生從化學(xué)方程式中提取鐵在不同反應(yīng)條件下的行為特征，歸納出鐵作為金屬單質(zhì)在化學(xué)反應(yīng)中的規(guī)律性。

任務(wù)鏈條由此延伸至第三個子項目—“鐵化合物的分類與生成機制”，以鐵的氧化物（FeO、Fe₂O₃，F(xiàn)e₃O₄， 和氫氧化物 [Fe（OH）₂ 、Fe（OH）₃] 的制備與性質(zhì)為重點，設(shè)置實驗任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生通過實

在完成知識梳理后，教師依據(jù)知識設(shè)計項目路徑，以鐵的價態(tài)變化為主線，構(gòu)建項目任務(wù)鏈，采用動態(tài)任務(wù)形式和交互呈現(xiàn)的方式，使學(xué)習(xí)內(nèi)容具有連貫性和層次感。通過“單質(zhì)鐵的化學(xué)性質(zhì) $$ 鐵的氧化還原反應(yīng)規(guī)律 $$ 鐵化合物的分類與生成機制 $$ 鐵化合物的用途與功能模型制作 $$ 分析鐵的氧化與腐蝕機制 $$ 研究煉鐵高爐化學(xué)反應(yīng)過程 $$ 鐵資源開發(fā)與環(huán)境保護策略探索\"這一路徑，教師引領(lǐng)學(xué)生在動態(tài)任務(wù)完成中構(gòu)建對鐵及其化合物的科學(xué)規(guī)律與社會價值的綜合認(rèn)知。

三、分解項目任務(wù)，構(gòu)建邏輯模型

分解項目任務(wù)是實現(xiàn)復(fù)雜問題科學(xué)化和系統(tǒng)化的重要手段，分解任務(wù)的價值在于將知識點和實踐活動串聯(lián)成具有“邏輯閉環(huán)\"的鏈條，從鐵的微觀性質(zhì)到宏觀應(yīng)用，從反應(yīng)規(guī)律到環(huán)境影響，形成科學(xué)問題的完整研究框架。分解過程注重“知識要素的關(guān)聯(lián)性”和“任務(wù)設(shè)計的遞進(jìn)性”，以鐵的化學(xué)性質(zhì)為基礎(chǔ)，分析其在氧化還原反應(yīng)、鐵化合物制備與應(yīng)用、鐵資源可持續(xù)利用中的具體表現(xiàn)，構(gòu)建“理論問題一實踐任務(wù)一應(yīng)用解決”三位一體的項目結(jié)構(gòu)。

在“鐵及其化合物\"項目式教學(xué)中，教師以“單質(zhì)鐵的化學(xué)性質(zhì)”為起點，將任務(wù)轉(zhuǎn)化為問題驅(qū)動的子項目，設(shè)計包括鐵的物理特性和化學(xué)性質(zhì)的研究。任務(wù)細(xì)化為：研究鐵的延展性和導(dǎo)熱性，明確其作為金屬的基本屬性；借助鐵與鹽酸、氯氣的反應(yīng)，分析其在氧化還原反應(yīng)中的價態(tài)變化，由此形成第一個子項目。

第二個子項目聚焦于“鐵的氧化還原反應(yīng)規(guī)律”，分析鐵與不同氧化劑（如鹽酸和硫酸銅）的反應(yīng)驗現(xiàn)象建立鐵化合物的分類體系。

之后進(jìn)一步擴展到第四個子項目“鐵化合物的用途與功能模型制作”。學(xué)生需要分析鐵化合物的物理化學(xué)特性，制備鐵紅顏料，研發(fā)鐵強化食品。學(xué)生以實驗數(shù)據(jù)為依據(jù)，展示優(yōu)化功能模型，將知識應(yīng)用能力外顯化。

隨后，項目進(jìn)入第五個子項目“鐵的氧化與腐蝕機制分析”，通過鐵與水蒸氣反應(yīng)的實驗，學(xué)生研究鐵在高溫條件下的氧化行為，結(jié)合生活中的鐵制品腐蝕現(xiàn)象，提出防護策略，形成理論與實踐的結(jié)合。

第六個子項目圍繞“煉鐵高爐化學(xué)反應(yīng)過程研究\"展開，任務(wù)聚焦于分析鐵礦石還原的化學(xué)反應(yīng)及其能量轉(zhuǎn)化。通過數(shù)據(jù)模型和工業(yè)實例，學(xué)生研究還原劑的選擇及反應(yīng)條件優(yōu)化的理論依據(jù)，為提升工業(yè)生產(chǎn)效率提供科學(xué)支持。

項目最終延伸至第七個子項目“探索鐵資源開發(fā)與環(huán)境保護策略”，結(jié)合當(dāng)前鐵資源開發(fā)利用的實際情況，學(xué)生需要從資源循環(huán)利用、防腐蝕技術(shù)創(chuàng)新等角度提出具體策略，綜合體現(xiàn)社會責(zé)任感和科學(xué)思維。

四、進(jìn)行項目探究，獲取科學(xué)證據(jù)

項目探究是實現(xiàn)知識轉(zhuǎn)化與實踐驗證的核心環(huán)節(jié)，是學(xué)生從理論走向?qū)嵺`、從觀察走向驗證的關(guān)鍵路徑。在“鐵及其化合物\"這一課中，項目探究不僅是知識遷移的重要載體，還是培養(yǎng)學(xué)生“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”的重要途徑。項目探究使學(xué)生能夠從“微觀結(jié)構(gòu)與宏觀現(xiàn)象”的對比中找到化學(xué)本質(zhì)的真實證據(jù)。通過探究活動，學(xué)生在實驗現(xiàn)象的觀察與數(shù)據(jù)推理中發(fā)展“證據(jù)推理與模型認(rèn)知\"素養(yǎng)，并借助提出驗證科學(xué)假設(shè)培養(yǎng)邏輯思維能力與問題解決能力。

教學(xué)設(shè)計圍繞“鐵及其化合物\"主題，采用分組項目探究形式，學(xué)生分為七組，每組聚焦一個具體子項目，明確研究目標(biāo)與實驗方法，設(shè)計并實施科學(xué)探究。

第一組以單質(zhì)鐵的化學(xué)性質(zhì)為研究重點，采用鐵粉、鐵片等材料，設(shè)計鐵與鹽酸、硫酸銅溶液的反應(yīng)實驗。組員需準(zhǔn)備不同濃度的鹽酸與硫酸銅溶液，將鐵粉逐一加入反應(yīng)體系，利用觀察鐵溶解并產(chǎn)生氫氣或置換出銅的現(xiàn)象，記錄實驗現(xiàn)象和反應(yīng)速率。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，組員書寫離子方程式分析鐵作為還原劑的電子轉(zhuǎn)移過程，并結(jié)合熔點和延展性數(shù)據(jù)，討論鐵的物理與化學(xué)特性如何賦予其多樣用途。

第二組圍繞鐵的氧化還原反應(yīng)規(guī)律展開實驗，以氯氣和氧氣作為氧化劑，探討鐵的氧化行為。在通人氯氣的裝置中加人鐵粉，觀察生成的三氯化鐵物質(zhì)顏色變化，稱量初始鐵粉和生成物的質(zhì)量，計算鐵的轉(zhuǎn)化效率，并歸納價態(tài)變化的規(guī)律。組員分析鐵從0價到 +3 價的電子轉(zhuǎn)移過程，書寫反應(yīng)方程式，并結(jié)合理論模型解釋氧化劑強弱對反應(yīng)條件的影響。

第三組研究鐵化合物的分類與生成機制，設(shè)計氫氧化鐵和氧化鐵的制備實驗。組員將 FeCl₃ 溶液與ΔNaOH 溶液混合，觀察紅褐色氫氧化鐵沉淀生成；將沉淀加熱，制備紅棕色氧化鐵，并記錄產(chǎn)物質(zhì)量和顏色變化。憑借實驗現(xiàn)象，組員繪制轉(zhuǎn)化路徑圖，展示氧化物和氫氧化物的相互關(guān)系，并討論實驗條件對生成物性質(zhì)的影響。

第四組聚焦制作鐵化合物的用途與功能模型，以鐵紅顏料的制備為例。組員將制備的氧化鐵與黏合劑混合，調(diào)制成顏料，涂抹于不同材料表面，比較其附著性和耐久性。組員設(shè)計表格記錄顏料性能數(shù)據(jù)，分析氧化鐵的顆粒結(jié)構(gòu)對應(yīng)用效果的影響，并結(jié)合實驗結(jié)果優(yōu)化制備方案。

第五組探究鐵的氧化與腐蝕機制，設(shè)計濕熱環(huán)境下鐵氧化實驗。組員搭建裝置，將濕棉布包裹在鐵片表面，模擬腐蝕條件，觀察生成的鐵銹形態(tài)和氧化速率，通過測量氧化物的質(zhì)量，結(jié)合反應(yīng)方程式，分析氧氣和水對腐蝕過程的影響。組員需涂覆保護膜或使用防銹劑，并通過實驗驗證其效果。

第六組模擬煉鐵高爐的化學(xué)反應(yīng)過程，通過將Fe₂O₃ 與一氧化碳在高溫下反應(yīng)，觀察鐵單質(zhì)的生成。組員調(diào)整溫度和一氧化碳流量，記錄鐵產(chǎn)量的變化，結(jié)合熱力學(xué)理論分析反應(yīng)條件的優(yōu)化方案，書寫反應(yīng)方程式并繪制能量變化曲線，討論提升工業(yè)生產(chǎn)效率的科學(xué)依據(jù)。

第七組探討鐵資源開發(fā)與環(huán)境保護策略，通過實驗驗證鐵廢料的回收路徑。組員將生銹的鐵制品浸泡在稀酸溶液中，觀察溶解現(xiàn)象，制備可再利用的鐵化合物。通過檢測產(chǎn)物純度，分析回收效率，并結(jié)合經(jīng)濟成本和環(huán)境影響，提出具體的資源循環(huán)利用方案。

五、整合探究成果，呈現(xiàn)項目報告

整合探究成果是項目式教學(xué)中學(xué)生從“碎片化認(rèn)知\"到“系統(tǒng)化建構(gòu)\"的重要過渡。在“鐵及其化合物\"教學(xué)中，成果整合以知識重組為核心，貫穿從實驗數(shù)據(jù)解析到理論驗證再到實際應(yīng)用的全鏈條邏輯。呈現(xiàn)項目報告不僅是一種輸出形式，還是一種“知識內(nèi)化與再生產(chǎn)\"的認(rèn)知過程，能夠促使學(xué)生將復(fù)雜的科學(xué)現(xiàn)象還原為條理清晰的學(xué)術(shù)表達(dá)。

這一項目階段以整合探究成果為核心，組織學(xué)生將實驗現(xiàn)象、數(shù)據(jù)分析、反應(yīng)機理與實際應(yīng)用逐步構(gòu)建為完整的項目報告，課堂開始，教師指導(dǎo)學(xué)生梳理各子項目的實驗數(shù)據(jù)，將鐵的單質(zhì)反應(yīng)、氧化還原規(guī)律、化合物分類與生成等實驗現(xiàn)象分類整理，建立清晰的化學(xué)反應(yīng)邏輯鏈條。小組內(nèi)成員根據(jù)實驗任務(wù)分工，詳細(xì)記錄反應(yīng)條件、現(xiàn)象、生成物特征與數(shù)據(jù)分析結(jié)果，以實驗方程式為中心，構(gòu)建鐵的化學(xué)行為與價態(tài)變化的內(nèi)在聯(lián)系。

針對鐵的單質(zhì)化學(xué)性質(zhì)部分，組員從鐵與鹽酸反應(yīng)生成氫氣的實驗數(shù)據(jù)入手，測定生成氣體的體積，計算反應(yīng)速率和鐵的消耗量，結(jié)合反應(yīng)方程式分析鐵作為還原劑的電子轉(zhuǎn)移特點。在鐵的氧化還原反應(yīng)規(guī)律模塊，結(jié)合鐵與氯氣反應(yīng)生成三氯化鐵的實驗現(xiàn)象，記錄生成物的質(zhì)量變化，繪制價態(tài)變化曲線，并分析氧化劑強度對反應(yīng)程度的影響。在鐵化合物分類部分，組員制備鐵氫氧化物實驗，觀察生成物的顏色與溶解性，結(jié)合化學(xué)反應(yīng)式歸納 Fe（OH）₂ 氧化為 Fe（OH）₃ 的條件與反應(yīng)路徑，利用轉(zhuǎn)化關(guān)系圖直觀呈現(xiàn)鐵化合物的分類邏輯。

成果整合進(jìn)一步聚焦鐵化合物的功能應(yīng)用，以鐵紅顏料的制作實驗為案例，分析顏料的化學(xué)結(jié)構(gòu)對附著力與穩(wěn)定性的影響。組員需通過實驗優(yōu)化反應(yīng)條件，探討溫度和溶劑選擇對顏料性能的調(diào)控作用，并結(jié)合實際應(yīng)用場景，提出功能材料的改進(jìn)方向。在鐵的氧化與腐蝕機制模塊，組員結(jié)合鐵與水蒸氣高溫反應(yīng)實驗數(shù)據(jù)，繪制生成物與反應(yīng)時間的動態(tài)曲線，通過化學(xué)平衡原理分析氧化物生成的驅(qū)動力，并討論鐵銹形成過程中的環(huán)境變量，提出基于防腐技術(shù)的化學(xué)解決方案。

在煉鐵高爐化學(xué)反應(yīng)研究部分，組員通過鐵礦石與一氧化碳還原反應(yīng)的實驗?zāi)Ｐ?，結(jié)合產(chǎn)物質(zhì)量和反應(yīng)條件優(yōu)化分析，書寫 Fe₂O₃ 與CO反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)方程，討論反應(yīng)溫度、還原劑濃度對還原效率的影響，并利用數(shù)據(jù)繪制工業(yè)生產(chǎn)的能量變化曲線。在鐵資源開發(fā)與環(huán)境保護模塊，組員基于實驗數(shù)據(jù)，提出廢棄鐵制品回收和再生利用的技術(shù)路徑，并通過成本效益分析與環(huán)境影響評價，形成資源循環(huán)利用的科學(xué)建議。

六、分析項目成效，深化學(xué)習(xí)體驗

分析項目成效是項目式教學(xué)的收官環(huán)節(jié)，也是學(xué)生深化學(xué)習(xí)體驗、構(gòu)建反思性認(rèn)知的重要過程。在“鐵及其化合物\"案例中，教師分析成效不僅著眼于知識目標(biāo)的達(dá)成，還關(guān)注學(xué)生在科學(xué)探究過程中的成長軌跡以及核心素養(yǎng)的形成情況。這一環(huán)節(jié)通過“多維度評估\"揭示學(xué)生“宏觀辨識與微觀探析\"素養(yǎng)的形成結(jié)果，以及其在復(fù)雜化學(xué)現(xiàn)象中提取本質(zhì)規(guī)律的能力。

教師基于各組探究過程中的實驗記錄與最終成果，帶領(lǐng)學(xué)生從“實驗設(shè)計的科學(xué)性、數(shù)據(jù)鏈條的完整性、結(jié)論表達(dá)的邏輯性”三個維度審視其學(xué)習(xí)成效。在鐵的氧化還原反應(yīng)模塊，教師結(jié)合學(xué)生的實驗數(shù)據(jù)，帶動全班從化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)與熱力學(xué)特征的層面探討價態(tài)變化的普遍規(guī)律，深入解析電子轉(zhuǎn)移機制，將鐵的價態(tài)變化過程與氧化劑的強弱對比，形成對鐵氧化還原規(guī)律的系統(tǒng)認(rèn)知。

教師以鐵氧化物生成實驗為案例，從實驗現(xiàn)象和數(shù)據(jù)記錄切入，引導(dǎo)學(xué)生分析 Fe（OH）₂ 氧化為Fe（OH）₃ 時氧氣濃度與反應(yīng)時間的影響，并借助化學(xué)方程式推導(dǎo)反應(yīng)條件的最優(yōu)范圍。學(xué)生分析生成物溶解性和顏色變化的關(guān)聯(lián)，構(gòu)建出鐵氧化物的轉(zhuǎn)化路徑圖。教師借助此案例強調(diào)“變化觀念與平衡思想”，解析反應(yīng)條件與生成物特性的平衡關(guān)系，深化學(xué)生對反應(yīng)本質(zhì)的理解。

針對鐵化合物的實際應(yīng)用模塊，教師帶領(lǐng)學(xué)生從化學(xué)與工程的結(jié)合點反思顏料制備實驗中的數(shù)據(jù)變化與性能優(yōu)化策略。以顏料附著力實驗的數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，分析溫度與溶劑對氧化鐵顆粒結(jié)構(gòu)的影響，進(jìn)一步討論改進(jìn)實驗設(shè)計的可能性。結(jié)合鐵的腐蝕與防護機制的實驗結(jié)果，教師對比數(shù)據(jù)曲線并分析生成物特性，引導(dǎo)學(xué)生討論鐵銹生成速率與環(huán)境變量的定量關(guān)系，明確濕熱條件下腐蝕防護措施的化學(xué)原理。

在煉鐵高爐模擬實驗的成效分析中，教師結(jié)合學(xué)生的實驗產(chǎn)物數(shù)據(jù)與能量變化曲線，帶動學(xué)生從氧化還原反應(yīng)的熱力學(xué)和動力學(xué)角度審視鐵礦石還原過程的效率與條件優(yōu)化方法。從實際應(yīng)用層面，探討高爐煉鐵的反應(yīng)模型為工業(yè)流程的改進(jìn)提供理論支撐的方法。在鐵資源開發(fā)與環(huán)境保護模塊，教師借助學(xué)生實驗數(shù)據(jù)，引導(dǎo)他們從可持續(xù)發(fā)展角度思考廢鐵回收與再利用的技術(shù)路徑，并通過環(huán)境影響評價模型深化對資源循環(huán)利用的認(rèn)知。教學(xué)最后階段，教師帶動學(xué)生以審視實驗中的數(shù)據(jù)偏差與設(shè)計改進(jìn)點，從化學(xué)規(guī)律與實際應(yīng)用結(jié)合的角度，深化“宏觀辨識與微觀探析”的能力形成。

總之，在核心素養(yǎng)背景下實施化學(xué)項目式教學(xué)，不僅創(chuàng)新了知識傳遞方式，還能培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)思維和實踐能力。以“鐵及其化合物\"為案例，教師構(gòu)建理論與實踐交融的教學(xué)體系，使化學(xué)反應(yīng)的微觀本質(zhì)與宏觀應(yīng)用實現(xiàn)了深度融合。在實驗探究中，學(xué)生通過邏輯推演與模型構(gòu)建逐步掌握了化學(xué)規(guī)律，在數(shù)據(jù)分析與成果整合中實現(xiàn)了知識的遷移內(nèi)化，形成了分析問題、解決問題的綜合能力，生成了化學(xué)核心素養(yǎng)。

（作者單位：蘭州市第七十一中學(xué)）

編輯：李琴芳