高中化學項目教學實踐探析
——以“暖寶寶的發熱原理探究”為例

吳雅琴 劉良先

一、開展項目學習意義

化學這門學科是以實驗為基礎,探究其物質的組成性質及之間的轉化,依據新課標標準,倡導在教學中開展多樣化、真實情境問題的探究活動,重視以素養為本的教學[2],采取多樣化教學評價方式,全面發展學生核心素養。項目學習是一種教學互融,學生與教師共同參與其中,以問題驅動導入任務,學生以小組合作設計方案解決問題。采取項目學習有助于幫助學生在實際學習情境中去發現問題、解決問題,從而獲得知識與能力的提升。

二、項目學習流程

項目學習主要可分為四個階段:項目準備階段、項目計劃階段、項目實施階段、項目評價階段。如下圖1,在該四個階段,教師與學生活動各不相同,在項目準備階段中主要工作為:確定項目主題、明確項目目標、采取互質原則組建小組。第二階段為項目計劃階段,在此過程中教師指導學生制定項目計劃書,學生要明確各自任務內容。項目實施階段最為關鍵,學生依據項目計劃書設計方案動手實施,教師要實時監督并指導幫助學生解決問題。最后一個階段為評價階段,項目學習的評價要注重過程性評價與總結性評價相結合,依據教師先前準備的項目評價量表,客觀評價學生的成果作品以及在整個項目學習過程中的表現。項目學習的評價包括教師對學生的整體評價、組間評價以及自評。從多個角度采取多元化評價。

三、項目學習實施-以“暖寶寶的發熱原理探究”為例

1.項目準備階段

(1)項目主題“暖寶寶的發熱原理探究”的確定。本次課是在學習了人教版必修一《化學反應原理》中的原電池及鐵的性質知識基礎上。學生已經初步了解原電池的工作原理,已經金屬鐵的各個化合物相互轉化知識,本次以生活中的暖寶寶為情境素材,開展探究其主要成分和發熱原理,將原電池知識與金屬性質知識聯系起來,讓學生們在探究獲取知識的過程中,達到新舊知識的遷移,體會化學探究的樂趣。

(2)項目學習目標。項目學習目標是凌駕于常規課堂的學習目標之上的,不僅僅是知識結構的鞏固,還包括自身能力目標的提升,通過項目學習逐步形成探索未知的意識。項目學習目標的確立能夠幫助學生更加清晰的了解本節課的重點知識,在解決問題時能夠明確方向,有利于培養學生的獨立思考、敢于質疑的精神。

表一 項目學習目標

2.項目計劃階段 在計劃階段中列出本次主題各個子任務,給與學生一個探究方向,同學們圍繞這幾個任務自行設計項目方案去完成各個任務,在這次活動中共分為5個小組,每個小組8個人,學生自行選出一人為組長,項目活動時間安排為一周。教師指導學生制作項目計劃書,填寫項目計劃表。

表二 項目子任務

3.項目實施階段-教學片斷實錄 (1)項目情境導入。

老師:展示市面上的暖寶寶,提出問題:暖寶寶大家了解嗎?它怎么使用?

學生:暖寶寶可用于取暖,將其撕掉外包裝貼于衣物上即可。

老師:那暖寶寶發熱的原因大家了解嗎?主要成分是什么呢?如何設計實驗探究其成分呢?

學生:查尋資料可知暖寶寶主要成分包括活性炭、鐵粉、蛭石、NaCl等。

設計意圖:在真實情境中以驅動問題導入學習主題,引起學生探究興趣,激發學生的求知欲望。通過生活用品引入課堂,讓學生體會化學與生活的緊密聯系。

(2)項目任務探究。

子項目任務一“暖寶寶成分探究”

將“暖寶寶”拆開可看到:均勻細膩的黑色固體,其中混雜白色的小顆粒,含少量水。各小組查閱資料得出暖寶寶的成分:鐵粉、活性炭氯化鈉等,并根據各成分性質特點設計實驗驗證。

成果匯報:

小組1:“暖寶寶”中的鐵粉可以利用其物理性質磁性來驗證,將樣品倒在一部分于濾紙上,用磁鐵檢驗鐵粉的存在,而活性炭則可以取樣品灼燒,罩一涂有澄清石灰水的燒杯,觀察燒杯內壁是否白色沉淀,氯化鈉的驗證可根據鈉的焰色反應獨特特征驗證其存在。取樣品溶于水,離心,取上層清液,做焰色反應可觀察到黃色火焰。

小組2:在氯化鈉的鑒別試驗中與第一小組存在疑點,實驗并不能完全證明有氯化鈉的存在,可能是其他鈉鹽,所以在第一組的基礎上根據氯化鈉溶液中氯離子的性質來鑒別。取樣品溶于水,離心,取上層清液,加入酸化的AgNO3溶液,可觀察到有白色沉淀產生,則證明有氯離子的存在,即反應物NaCl。

小組3:“暖寶寶”中鐵粉不僅可以利用其物理性質還可以利用化學性質來檢驗,在煮沸的稀硫酸中加入樣品,加苯覆蓋以隔絕氧氣防止氧化,長滴管加入K3Fe(CN)6,可觀察到產生大量氣泡,溶液變成藍色,則有Fe2+存在,推測反應物為鐵粉。

項目任務二“發熱原理”

老師導入:目前,在市場上已經出現了很多自發熱產品,暖寶寶為片狀貼劑,在使用時,去掉外袋,讓無紡布袋暴露在空氣里,氧氣通過透氣膜進入里面,暖寶寶開始持續低溫發熱大約58℃。由于攜帶方便,發熱持久穩定,暖寶寶成為取暖驅寒,熱敷理療的時尚用品。那么它的原理是什么呢?各成分起到了什么作用呢?

成果匯報:

小組1:經查閱資料蛭石具有良好的保溫隔熱性能,而白色的小顆粒為吸水性樹脂具有吸水性結合具有吸附性活性炭,吸附空氣中的氧氣和水,則可使得鐵粉發生氧化反應放出熱量。小組2:小組1的結論還不完全,發生在暖寶寶中的化學反應不只是鐵粉的銹蝕,發生緩慢氧化反應放熱,還有鐵粉與活性炭、氯化鈉構成原電池加速其氧化,發生吸氧腐蝕,將化學能轉化為熱能,放出大量的熱。在利用蛭石的保溫效能、具有微孔透氣膜的無紡布袋,可以控制氧氣的進入,從而可持續低溫發熱,且保持幾小時。

總結:各個小組依據原理的總結,模擬發熱原理,將“暖寶寶”的成分拆解為原電池并寫出其正負極反應式。

負極:Fe-2e-=Fe2+

正極:O2+2H2O+4e-=4OH-

總反應:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

子項目任務三“暖寶寶產物探究”

老師:我們將發熱后“暖寶寶”拆開可以看到,之前灰黑色粉末有一部分變成紅褐色,凝結成大塊固體,微硬不松散。那么這些產物是什么呢?如何設計實驗鑒定?

學生:猜測是鐵與氧氣反應生成氧化鐵,產物應該有氧化鐵、氯化鈉、活性炭等。

成果匯報:

小組1:Fe2O3的鑒定可以利用亞鐵離子與鐵離子性質之間的區別,首先向產物樣品中加入氫氧化鈉溶液,過濾,在濾液中加入KSCN,發現無明顯現象,有大量不溶物。在這實驗中可證明濾中無鐵離子,證明該產物不溶于氫氧化鈉即不是鐵鹽,第二步向產物樣品中加入鹽酸溶液,過濾得濾液,向濾液中滴加KSCN,可觀察到溶液變成血紅色,則濾液中有鐵離子存在,產物中有Fe2O3。而活性炭與氯化鈉的鑒定與任務一方法一致。

小組2:產物氧化鐵的鑒定第二步除了第一組的鑒定還可以利用鐵的氫氧化物顏色變化來鑒定,向產物樣品中加入鹽酸溶液,過濾得濾液,向濾液中滴加NaOH過濾得沉淀并加熱,可以發現首先產生灰綠色沉淀,后沉淀部分消失,變紅褐色沉淀,加熱變成紅棕色固體即鑒定為產物中有Fe2O3。

4.項目評價階段 項目實施后,由各個小組選派小組代表在班上進行項目成果交流匯報,在項目學習評價這最后一個環節不僅需要各小組間作品的評價,同時還需要對小組間各成員的合作效果以及每個成員參與積極性進行評價,采取他評、自評、師評多樣化評價方式。除了過程性評價外,還需要結合終結性評價方式對于學生的知識理解程度進行反饋評價,并對本次學習活動進行總結鞏固,使學生對于化學學習的思維方法有新的體會。

結語:項目學習不同于傳統教學以教師為主導講授知識,而是將學生和老師在學習過程中有機配合,通過一系列真實情境以解決問題為突破點,循循漸進,由淺入深獲取知識。項目學習不局限于課堂,將學習拓展與課外,所以教師要實施監督,對于部分積極性持久性差的學生要恰當的給與鼓勵與指導,同時對于項目完成的時間要進行把控,要實時抽查小組任務進度。項目學習的根本目標是通過活動的探究學習,學生能夠完善知識結構,提升解決問題能力,采取小組合作、組間競爭,不斷評價、自我反思并改進。同樣的,教師以不同于傳統教學模式的項目學習模式進行教學,結合教材與生活知識確定項目主題,學習目標的確立凌駕于常規目標之上,項目實施過程中角色角色的定位,以及項目評價方式的選擇與結果的處理,對教師的能力也有所提高和挑戰。