基于項目式學習促進化學學科核心素養培育的實踐研究
——以高中化學“沉淀反應的應用”教學為例

葉建偉 劉汝亭

核心素養是個體在解決復雜現實問題過程中體現出來的綜合性品質，聚焦學生未來發展必備品格和關鍵能力的培育，著力于提升學生應對復雜的、不確定的現實問題的綜合能力。化學學科是培育學生核心素養不可或缺的載體。

項目式學習以真實問題情境為基礎，以創設獨特又相互聯系的任務為前提，借助現有的資源，師生通力合作達成任務目標。在教學中項目式學習強調采取合作、遷移等方式，過程中學生積極挑戰未知領域，經歷了目標導向下解決任務的全過程并獲取新的知識，對知識遷移和創新能力的提升具有重要的功能，對于化學學科核心素養的培育具有特殊的意義。于此同時，該種教學方式能達到知行合一的效果，讓學生在完成任務的同時，體會到化學學科的魅力，從而激發學習化學的興趣。

現以人教版高二化學選修《化學反應原理》第三章第四節“難溶電解質的溶解平衡”中的“沉淀反應的應用”一課為例，就如何基于項目式學習培育化學學科核心素養展開探討。

一、關注學科本質的知識分析

“沉淀反應的應用”是“難溶電解質的溶解平衡”的第二課時，內容包括沉淀的生成、溶解和轉化三個方面，這三個方面的內容聯系密切，與所學的溶解度、化學平衡、電解質、電離和水解等概念相互交織。高考對于該部分知識的考察均是基于真實問題情境，學生在面對該部分知識時往往難以理順幾組概念間的關系，導致不知從何入手。

沉淀溶解平衡是一類特殊的化學平衡，在進行教學時應始終貫徹“平衡觀”的建構，通過宏微結合、定性和定量等多維度系統分析難溶電解質的溶解平衡和影響平衡的因素，幫助學生深入理解難溶電解質的溶解平衡也是動態平衡，可以通過改變條件使得平衡移動，并掌握如何通過Q-K關系判斷沉淀的生成、溶解和轉化［1］。

二、課程學習的認知障礙分析

1.知識遷移存在困難 學生習慣將沉淀溶解平衡視為獨立的知識體系，難以與學過的化學平衡建立聯系，無法遷移運用學過的相關知識解決溶解平衡問題。

2.概念辨析存在困惑 溶解平衡體系中往往會涉及到電解質在水溶液中的電離和水解等行為，面對多組概念、多種行為同時存在的情況下學生理不順關系。

3.觀念建構存在障礙 學生容易將沉淀的溶解、生成和轉化概念相互割裂，無法建立沉淀溶解平衡模型，理解溶解平衡是“平衡觀”的一種新的應用。

三、教學實踐過程

1.教學思路 本節課選用真實問題情境“水垢的形成和去除”，課程設計緊緊圍繞核心素養培育，聚焦學生能力的提升，通過設置連續性問題，讓學生完成理論知識與現實問題的整合，進而幫助學生深入理解沉淀溶解平衡的本質，建構沉淀溶解平衡模型，完成“平衡觀”的建立，提升解決實際問題的綜合素養。為達成以上目標，將教學內容分解成六個項目式任務，見表一。

表一 沉淀反應的應用教學的項目式任務

2.教學過程 采用項目式學習的教學方式，以“水垢的形成和去除”為情境，將教學內容進行編排整合，始終貫徹核心素養培育，圍繞課程教學的核心內容，通過創設不同的情境任務，引導學生運用學過的知識，解決實際問題，促進理論與實際相融合，提高學生學科核心素養。

項目一：沉淀的形成

［資料展示］水垢的危害及其每年給我國造成的經濟損失。

［情境素材］水中含有多種礦物質和微量元素，利用水中含有的鈣、鎂離子含量將水分為軟水和硬水。硬水在加熱時，容易形成水垢，水垢大多為碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣等。

［實驗1］利用氯化鈣和碳酸氫鈉溶液反應模擬碳酸鈣生成。提示：自來水中含有Ca2＋和HCO-3離子。

在燒杯中加入氯化鈣和碳酸鈉溶液，無明顯現象；再對燒杯進行加熱，有白色沉淀產生。通過手持技術演示加熱前后溶液電導率的變化，從微觀角度理解沉淀生成過程。

［問題1］水垢中的碳酸鈣如何形成？

HCO3-在水溶液中同時存在電離和水解兩個平衡：HCO3-?H＋＋CO32-，HCO3-＋H2O?H2CO3＋OH-，其中水解程度大于電離，但是由于電離程度小，CO32-濃度低，故無沉淀形成。在加熱情況下兩個平衡均正向移動，電離和水解產生的H＋和OH-反應，進一步促進了上訴平衡的正移，導致CO32-溶度增大，當溶度達到一定程度時，發生Ca2＋＋CO32-=CaCO3↓。

［設計意圖］通過水垢中碳酸鈣的形成過程，引導學生從濃度角度重新審視沉淀的生成；并通過電導率的測定，定量呈現在沉淀形成過程中微觀粒子濃度的變化情況，提高學生宏觀辨識和微觀探析素養。通過分析HCO3-在水溶液當中的行為，復習化學平衡相關的概念。

項目二：沉淀平衡的建立

［問題2］碳酸鈣形成后水中是否還存在Ca2＋？

［實驗2］取實驗1的上層清液于試管中，往試管中滴加碳酸鈉溶液。

往上層清液滴加碳酸鈉溶液后，溶液重新變渾濁。利用濁度計定量測量反應前后的溶液渾濁程度的變化。

［追問］為什么還存在Ca2＋？

因為溶液中存在溶解平衡CaCO3?Ca2＋＋CO32-。

［設計意圖］通過實驗從定性和定量兩個角度突破學生認識障礙：難溶不等于不溶，難溶電解質在水中也能溶解，存在溶解平衡；借助手持技術，提高學生科學探究素養。

項目三：沉淀的溶解

［問題3］如何除掉水垢中的碳酸鈣？

可通過加入酸，例如鹽酸或醋酸。碳酸鈣在水中存在：CaCO3?Ca2＋＋CO32-，當加入酸，此時CO32-＋H＋?HCO3-，HCO3-＋H＋?H2CO3=H2O＋CO2↑，溶解平衡正向移動，碳酸鈣溶解。

［問題4］如何除掉水垢中的氫氧化鎂？

氫氧化鎂在水中存在：Mg（OH）2?Mg2＋＋2OH-，加入酸后，OH-溶度降低，平衡正向移動，Mg（OH）2溶解。

［追問］除了利用加酸除氫氧化鎂，從平衡移動的角度思考是否可以加入鹽溶液溶解氫氧化鎂？

［實驗3］向盛有少量氫氧化鎂沉淀的試管中加入氯化銨溶液。

［追問］為什么氯化銨可以除氫氧化鎂？

氯化銨溶液中的NH4＋與OH-發生：NH4＋＋OH-?NH3·H2O，促進氫氧化鎂溶解平衡向正向移動。

［設計意圖］通過思考如何除去水垢中的碳酸鈣和氫氧化鎂，促進深入理解難溶電解質的溶解平衡也是動態平衡，可以通過改變條件使平衡移動。

項目四：沉淀的轉化

［問題5］水垢中的硫酸鈣如何除去？

［實驗4］兩根盛有少量硫酸鈣沉淀的試管，其中一根加入鹽酸，另一根先加碳酸鈉再加鹽酸。

在水溶液中硫酸鈣存在溶解平衡：CaSO4?Ca2＋＋SO42-，只加鹽酸對上述平衡沒有影響。加入碳酸鈉后，Ca2＋＋CO32-?CaCO3，促進CaSO4的溶解平衡正向移動變為CaCO3，再加鹽酸后，沉淀溶解。

［追問］溶液中碳酸根濃度最少為多少時硫酸鈣可轉化為碳酸鈣？（提供：KSP［CaSO4］=9.1×10-6，KSP［CaCO3］=2.8×10-9，計算時取KSP［CaSO4］=10-6，KSP［CaCO3］=10-9）CaSO4?Ca2＋＋SO42-，［Ca2＋］=［SO42-］=10-3mol／l；欲使硫酸鈣轉化為碳酸鈣，需滿足Q［CaCO3］≥KSP［CaCO3］=10-9，此時［CO32-］≥10-6。由計算可知，硫酸鈣容易轉化為碳酸鈣。

［設計意圖］以水垢中硫酸鈣的去除為背景，引導學生利用Q-K關系判斷沉淀的轉化，幫助學生從定量的角度理解難溶電解質的溶解平衡，提升學生證據推理能力。

項目五：模型建構

［問題6］思考沉淀溶解平衡與學過的化學平衡有什么關系？研究方法有什么相同的地方？

［設計意圖］引導學生通過歸納課堂內容，深入理解溶解平衡是“平衡觀”的一種新的應用，建立沉淀溶解平衡模型，提高模型認知素養。

三、總結

本節課采用項目式學習的教學方式，以貼近生產生活的真實問題情境“水垢的形成和去除”為教學線索，對沉淀反應的生成、溶解和轉化等相關知識進行有機整合，力爭讓學生通過解決具體的任務目標，完成理論知識和真實問題解決相結合，從而培養學生解決實際文題的綜合品質，達到學科核心素養的有效提高。

四、實施建議

進行項目式學習教學，應始終圍繞核心素養培育和學科本質展開，建議做到：

1.項目選取應服務教學 項目選擇前提需符合教學實際，需適合學生的認知發展水平，可以從課程內容對化學學科核心素養發展的價值或者學科本體知識在生產生活領域中的應用等視角切入。

2.環節設計應聚焦素養 在教學環節設計時應緊密結合學科本質要求，深入挖掘課程背后所蘊含的學科核心素養，每一個教學環節的設計應該時刻與核心素養對標。

3.實施過程應關注學生 項目式學習實施過程當中應以學生為主體，以任務為目標，以理論為指導，整個教學環節始終圍繞學生進行展開，時刻關注學生在解決真實問題中的認知的發展，并適當予以引導。