基于培養學生核心素養的項目式化學教學設計*

李 晴，凌 波，王 駿，董 玲

(合肥師范學院化學與化學工程學院，安徽 合肥 230601)

化學是一門以實驗為基礎的學科，在提到化學學習時，想必大多數人都會想到實驗。然而化學知識復雜、瑣碎，對學生來說具有一定的難度。所以教師在實際上進行化學學習教學時，往往強調學生的化學知識的掌握，忽視了在學習過程中對學生學科素養的培養。隨著新課標對培養學生學科素養的強調，項目式學習以在學習中解決真實問題被人們所熟知，作為一種有效發展學生核心素養的教學手段在化學課堂教學中有著廣泛應用。項目式學習以建構主義為基礎，是一種深度學習理論。將化學知識與現實生活建立聯系，將學習任務拆解為一個個具體的項目，以小組合作式探究式學習的形式完成項目任務，提升學科素養[1]。從生活中的實際化學情境出發，能有效激發學習興趣。在學生自主合作探究項目任務的過程中，培養學生的自主學習能力、辯證思維、創新能力等。

1 項目式教學主題分析

在以往對化學課堂的教學中通常采用演示實驗甚至讓學生觀看實驗視頻的形式學習，課堂上依舊是教師教，學生學的機械學習模式[2]。學生在課堂上往往只是帶著耳朵聽，學習興趣不高，參與度較低[3]。采用項目式教學模式以疫情期間我們每個人都離不開的醫用酒精為切入點，將乙醇的學習轉換為具體的項目任務，學生分組合作探究的形式在探究項目任務的過程中解決問題，獲得知識，提升素養。

學生在進行乙醇的學習之前，已經學習過烴，具備一些有機物學習的基礎知識，本章節內容有著承上啟下的作用，對后續學習選修內容具有極大幫助。酒精在日常生活中具有廣泛用途，學生雖然在日常生活中接觸過酒精也在初中學習過乙醇的一些基本的物理性質，不過都是停留在表面，并沒有深入到結構這一微觀層面。而高中化學強調從微觀結構層次分析物質的化學性質，形成“結構?性質”的觀念[4]。教師以乙醇在防控疫情期間在生活中的的巨大作用和我國自古以來關于酒的文化的學習為主線設計項目任務，提前布置學習任務，讓學生在課前提前搜索信息，通過小組協助自主探究等方式在課堂進行討論和實驗探究中完成項目任務。培養學生的“模型認知”能力、“宏微結合”思想、“科學探究”意識和“社會責任”[5]。所以選取“乙醇”作為項目任務具有一定的理論意義與現實意義。

2 項目式教學目標

學生通過調查了解市面上常用的醫用酒精的度數和飲用酒的種類等基本信息，鍛煉學生信息搜集分析和總結的技巧；對酒精的使用用途及對酒駕危害的調查培養了科學態度和社會責任；對乙醇結構的探究，培養模型認知能力；對乙醇與氧氣的反應，乙醇與金屬鈉的反應等問題進行了實驗探究，培養學生的科學探索意識及宏微結合思維；具體教學目標如下：

(1)通過對醫用酒精的消毒作用的了解，聯系課前搜集的信息，對酒精消毒原理進行猜想和假設并分組進行試驗驗證，發展學生探究能力、科學態度和社會責任感。

(2)通過探究乙醇與鈉的反應，加深對官能團的理解，初步形成“結構決定性質”的意識，從宏觀的物質現象與微觀物質結構相結合，培養宏微結合的思想和模型認知能力。

(3)通過學生實驗完成對乙醇的氧化反應的實驗探究，分析酒精在生活中的應用和在人體內的轉化，促進學生了解身邊的化學，培養學生的社會責任。

3 項目流程設計

表1 “乙醇”項目教學流程

4 項目實施過程

4.1 創設情境，引入項目

[情景創設]酒精在生活中常常會見到，尤其在疫情期間，醫用酒精更是我們用來消毒的重要物品。

[問題提出]除了用酒精消毒外，在什么情況下我們會用到酒精？

[小組展示]酒精在日常生活中使用十分廣泛，酒精可以消毒，發燒時用酒精涂抹可以物理降溫，更是有種類繁多的飲用美酒。

[任務布置]酒精用作消毒劑是利用了酒精的什么性質?設計實驗驗證酒精用作消毒劑的原理。

[分組實驗]向含有蛋清的試管中加入酒精。

[小組展示]試管中產生了白色絮狀沉淀，原因是酒精使蛋白質變性失活了，達到消毒的目的。

4.2 實驗探究，搭建模型

[回顧舊知]乙醇有一股特殊的香味，常溫下為液態。查詢資料，了解到酒精易揮發，熔點較低而且與水能夠任意比互溶。

[任務布置]回憶鈉的保存方式，水和鈉的反應，設計乙醇和金屬鈉的反應實驗，完成實驗表格。

[實驗探究]學生分小組進行實驗。

[實驗過程]將綠豆大小的金屬鈉放入潔凈的試管中，試管上方插入盛有無水乙醇注射器并連接壓力傳感器與電腦，通過試管塞將儀器密封，將無水乙醇注入試管中，反應開始，利用壓力傳感器測量的數據判斷氫氣生成的量，從而計算出反應物的物質的量，不僅驗證了乙醇的結構還得出乙醇與鈉反應的化學計量數之比。討論乙醇結構并用球棍搭建乙醇的分子結構。

表2 鈉分別與水、煤油、乙醇反應Table 2 Sodium reacts with water、kerosene、ethanol

圖1 鈉與乙醇反應數字化實驗裝置Fig.1 Digital experimental apparatus for the reaction of sodium and ethanol

[小組討論]乙醇的分子結構究竟是什么樣的。

[結果展示]鈉的儲存方式是保存在煤油中，這說明鈉與煤油能夠共存，煤油屬于碳氫化合物的混合物，其中只含有C-H鍵，說明鈉與碳氫鍵不發生反應。鈉能夠與水發生反應，水中只含有O-H鍵，這說明鈉與水分子中的O-H鍵發生反應。乙醇的分子式為C2H6O，可能有CH3OCH3和C2H5OH這兩種結果，通過實驗結果證明鈉和乙醇能夠發生反應，反應產生氫氣，所以乙醇的結構為C2H5OH。

[小組活動]搭建乙醇球棍模型。

4.3 乙醇的氧化反應

[小組討論]乙醇作為燃料在生活中有什么應用。

表3 乙醇的燃燒Table 3 Combustion of ethanol

[小組討論]使用乙醇汽油的優點

[任務布置]酒精直接點燃會生成二氧化碳和水，如果對其加一個催化劑金屬銅，會有什么反應現象？

[實驗探究]設計實驗方案，學生分小組實驗。

[實驗過程]將下端為蠶繭狀的銅絲，置于酒精燈上灼熱，立即插入裝有乙醇的試管中，重復上述步驟。填寫實驗表格。

[結果展示]

表4 乙醇的催化氧化Table 4 Catalytic oxidation of ethanol

[實驗結果]有刺激性氣體乙醛生成。

[真實情境]在馬路上經常看到交警查酒駕。

[小組討論]過量飲酒對身體的影響，酒后駕車的危害，酒精檢測儀是怎么如此精準的檢測酒駕的。

[小組展示]酒精在人體內的轉化形式為“乙醇→乙醛→乙酸→二氧化碳、水”由于大量喝酒后乙醛堆積在體內，可能會導致會頭昏、嘔吐、臉色變得發紅，而且人的大腦也會變得不受調節。我們查酒駕的主要原因就是為了避免酒后開車時發生車禍。我們作為中學生也要做到不酒駕，面對身邊有喝了酒還開車的人要及時勸阻。交警使用的酒精檢測儀進行查酒駕，所使用的也是酒精的氧化反應原理，檢測儀器中的還原劑與乙醇發生反應后檢測儀會變色。

5 項目反思

從化學的角度認識社會，通過身邊的化學現象清楚的認識到化學與生活的緊密聯系。將生活中的化學現象與項目任務相結合，激發學習興趣，提高課堂參與度。整個項目任務的解決過程中，主要為學生相互協助，小組為單位進行完成實驗，教師只是充當了實驗引導者的角色，充分發揮了小組學生的集體主觀能動性。讓學生在解決問題的過程中不僅僅學到了知識，更促進了學生核心素養的發展。

以學生在疫情期間頻繁接觸的酒精消毒液出發，圍繞酒精的消毒原理，乙醇與鈉的反應，乙醇的氧化反應設計項目。從鈉能與水發生反應而不與煤油不發生反應，類比法推測乙醇的結構并設計實驗驗證猜測，進一步了解化學結構與性質的關系。將實驗現象與物質結構結合起來，促進學生的宏微結合與模型認知能力。從酒精燈的燃燒引出乙醇汽油這種清潔燃料的使用。從乙醇的催化氧化引出酒精在人體內的氧化從而引出飲酒對個人和社會的危害，實現學生社會責任感的培養。在此次項目任務的解決過程中，學生的資料搜集分析能力、宏微結合思想、模型認知能力、社會責任感及動手能力都得到提升。