依托“項目式學習”模式促進高中化學深度學習的教學實踐

劉莉

摘要：隨著教育的不斷改革與發展，越來越重視培養學生的核心素養，而學科核心素養正是學科育人價值的集中體現。而深度學習對發展學生化學學科核心素養具有重要價值，項目式學習是實現深度學習的重要途徑。以“工業制堿”為例，基于“化學反應原理的確定”、“原料來源的選擇”、“化工流程的設計”等核心任務對學習中涉及的化學理論、學科觀念、化工生產流程等進行項目式整合，在真實情境中完成項目任務，使學生在學習主動性、學科思維以及深度學習方面獲得提高與進步。

關鍵詞：項目式學習;深度學習;核心素養;創新意識

一、問題的提出

《普通高中化學課程標準（2017年版）》指出：應重視開展“素養為本”的教學。學科核心素養是學科育人價值的集中體現，是學生通過學科學習而逐步形成的正確價值觀念、必備品格和關鍵能力[1]。深度學習是落實核心素養的重要途徑。胡久華等把聚焦化學核心素養的深度學習界定為：在教師的引領下，學生圍繞具有挑戰性的學習主題，開展以化學實驗為主的探究活動，從宏微結合、變化守恒的視角，運用證據推理與模型認知的思維方式，建立運用化學學科思想解決問題的思路和方法，培養學生的創新精神和實踐能力，促進學生核心素養的發展[2]。而“項目式學習”模式是以問題情境為中心的教學模式，教師將學習任務項目化，引導學生運用已有的知識和經驗在真實情境中再建構與創造新知識的學習過程。該學習模式不僅符合新課程標準的學習要求，而且能夠促進學生的深度學習[3]。

本文以“工業制堿”為例，依托“項目式學習”模式，解決如何制備純堿的問題，包括制堿原理的確定、原料來源的選擇、工藝流程的設計等問題，培育學生的社會責任感，落實立德樹人的根本任務，展開依托“項目式學習”模式促進高中化學深度學習的教學實踐。

二、主題的確立

化學工業對國計民生的發展起著不可替代的重要作用，是化學學科知識綜合應用的具體實例。本課時為上科版高三拓展型課程第五章第三節“化工生產”的學習內容，前面已經有了溶解平衡、碳酸鈉與碳酸氫鈉、氯堿工業等內容，后面還將繼續學習化工生產的基本原理。本節課的制堿工業是無機化工最重要的內容，是氯堿工業、海水提溴、海帶提碘、工業制硫酸等無機化工的延伸和拓展，也是物質溶解度、溶解平衡、離子反應規律、化學平衡移動規律等化學理論的實際應用，也為后面化工生產的系統復習奠定基礎。

基于主題的確立，結合具體的學情，確定如下項目教學目標與教學重難點： （1） 通過實驗探究，理解氨堿法和聯合制堿法的原理及化工生產的簡單流程;（2）初步學會從經濟、環保等角度進行化工生產流程的設計，體會化工生產中的綠色化學思想，并通過了解“侯氏制堿法”的背景，感悟侯德榜先生的愛國主義情感，增強民族自信，激發愛國主義情懷。

重點：氨堿法和聯合制堿法生產純堿的原理。

難點：氨堿法和聯合制堿法生產純堿的原理。

三、設計的思路

聯合制堿工業是新中國的第一項專利，承載著民族化學工業的驕傲。本節課依托“項目化學習”模式，圍繞經濟（成本）、環保等方面考慮，解決如何制堿的問題。通過小組討論、分析先后確定制堿的化學反應原理、原料來源以及濾液的處理方法，展現化學工業在綜合利用資源、節約能源、保護環境等方面采取的技術措施，逐步自主構建制備純堿的工藝流程。最后，給出兩種制堿方法的名稱，從而引出侯氏制堿法及其化學發展史，了解“侯氏制堿法”誕生的歷史背景，感受其在內憂外患的情況下發展民族工業的艱辛，體會侯德榜先生的實業救國理想和愛國主義情感，增強學生的民族自豪感，激發學生的愛國主義情懷。

四、項目教學設計

4. 項目學習實施

4.1情境引入：碳酸鈉的用途

廚房中的食用純堿可用于發面、去油污等。純堿是一種非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、洗滌劑、造紙、紡織、食品等工業中有著非常廣泛的應用。我們的老祖宗最早使用的是天然堿。內蒙古堿湖中就存在碳酸鈉。但是隨著工業的發展，天然堿的量遠遠不能滿足日常生活、生產的需求。在1775年法國科學院懸賞10萬法郎征求可工業化的制堿方法。如果你是制堿的工程師，你將打算如何生產純堿呢？

設計意圖：本節課以純堿在日常生活、生產中的廣泛應用，引出天然堿的數量遠遠不能滿足生產、生活的需求，引領學生化身“小小工程師”，引出如何進行工業制堿的項目任務，激發學生的探知欲，幫助學生樹立“性質決定用途、用途決定生產”的化學觀念。

4.2 項目任務：將工業制堿劃分成三個子項目：（1）化學反應原理的確定、（2）原料來源的選擇、（3）化工流程的設計等完成三個子項目任務。

[任務一] 化學反應原理的確定

[提問] 海水中有大量的氯化鈉。我們從元素守恒的角度分析，我們可以想辦法把氯化鈉轉化成碳酸鈉，即向飽和食鹽水中通入CO2，這樣能制得碳酸鈉嗎？

[演示實驗] 向充滿CO2的礦泉水瓶中倒入20毫升飽和食鹽水，充分振蕩。

[實驗現象] 發現沒有固體。氣體體積沒有變化。

[教師拓展補充] CO2在水中的溶解度很小，飽和碳酸的濃度只有0.033mol/L。而碳酸二級電離產生的CO32-就更少了。

[追問] 是否有辦法能夠增大CO2溶解度，從而促進碳酸的電離，使其產生更多的CO32-呢？

[學生回答] 加堿。

[追問]從降低成本的角度考慮，向NaCl溶液中加入哪種堿性物質比較好？

[學生] NH3。

[設問] 理論上，氨水作為堿能促進碳酸的電離，事實上移動平衡的效果明顯嗎？

[演示實驗] 先向氨的飽和實驗水中滴入酚酞，然后再向充滿CO2的礦泉水瓶中倒入20mL氨的飽和食鹽水（不要振蕩）。

[實驗現象] 瓶子越來越癟，最后兩邊瓶壁幾乎貼合一起，溶液顏色變淺。

[提問] 既然氨水能充分吸收CO2，那么他們反應后到底是碳酸銨，還是碳酸氫銨？

[學生] 碳酸氫銨。

[提問] 氨的食鹽水吸收CO2后生成了碳酸氫銨，則溶液中大量存在哪些離子？

[學生] 有鈉離子、氯離子、銨根、碳酸氫根離子、碳酸根離子。

[追問] 可組成幾種物質？分別是哪些？

[學生] 5種。氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化銨、碳酸氫銨。

[提問] 最先析出的鹽是？

[學生] 碳酸氫鈉。

[設問] NH3、CO2、NaCl這三者能否反應析出碳酸氫鈉沉淀呢？

[演示實驗] 先向氨的飽和食鹽水通CO2，然后放入冰水中冷卻。

[實驗現象] 溶液變渾濁。

[教師拓展補充] 經過實驗驗證，可以析出碳酸氫鈉固體。

請同學們完善化學方程式。學生寫：

[教師拓展補充] Na+和HCO3-結合生成沉淀析出，導致溶液中的這兩種離子的濃度減小。根據離子互換反應發生的條件，離子反應總是向著離子濃度減小的方向進行，所以這個反應能夠一直向右進行。

[小結] 我們就此確定下制備純堿的化學反應原理。

設計意圖：本環節重在實驗探究與理論分析。通過教師演示實驗——飽和食鹽水加入到CO2中、CO2通入氨鹽水中。對實驗現象的分析，意在培養學生“證據推理”的能力。引導學生對宏觀現象（瓶子変癟、溶液顏色變淺、溶液變渾濁）給出合理的解釋，提升學生“變化觀念”、“證據推理”、“科學探究”等化學核心素養。

[任務三] 化工流程的設計

[過渡] 化學反應原理和原料來源都確定好了，我們再來設計一下生產流程。

[學生討論] 學生以小組為單位，討論、交流、設計方案。

[第一組] 設計的流程圖（在黑板上畫）如下圖。

其他組學生補充、完善。

[學生A] 陳述修改理由：根據碳酸氫鈉分解的化學方程式，還有CO2產生，將CO2循環可以降低成本。

[學生B] 陳述修改理由：因為溶液中能析出NaHCO3固體，說明溶液中的NaHCO3是飽和的，所以濾液中肯定還存在NaHCO3。

[過渡] 這是工業制堿的一種方案。氯化銨是農業上常用的氮肥。

[提問] 根據NH4Cl的溶解平衡原理NH4Cl（s）NH4++Cl-和溶解度曲線，分析如何使NH4Cl析出而NaHCO3不析出？方案越多越好。

[資料] 幾種鹽的溶解度曲線。

[學生C] 加氯化鈉，加氯化鈉可以增加氯離子的濃度，使氯化銨的溶解平衡逆移。

[學生D] 適當降低溫度，降溫是因為碳酸氫鈉的溶解度隨溫度的升高而增大得較為明顯。

[學生E] 通NH3，通氨氣是增加NH4+的濃度使氯化銨的溶解平衡逆移。

[追問] 除此之外，通NH3還有什么作用？

[學生F] NH3與NaHCO3反應，使NaHCO3轉化成溶解度更大的Na2CO3，使析出的NH4Cl純度更高。

學生補充完整兩種流程圖。

[教師拓展補充] 制堿的原料來源是NH3和石灰石，加生石灰處理濾液得到NH3后循環的這種方法叫氨堿法，他是索爾維設計的，所以又叫索爾維制堿法。而將合成氨工業和制堿工業聯合起來的制堿方法叫聯合制堿法，是侯德榜設計的，又稱侯氏制堿法。

設計意圖：通過小組交流、商討工業制堿的工藝流程圖，讓學生在過程中感悟綠色化學的理念，也將學生所學的理論知識應用于實際，達到學以致用的目的，也能夠更好地幫助學生理解工業制堿的原理，逐步自主構建制備純堿的工藝流程，促進學生的深度學習，培養學生的創新意識與科學態度。

五、項目教學反思

1. 體驗科研過程，促進綜合化的有意義學習

何謂科研？一般是指在發現問題后，經過分析找到可能解決問題的方案，并利用科學實驗，對可能的結果進行驗證和改進，從而獲得新產品。科學研究的基本任務就是探索、認識未知和創新。以“項目任務一”為例，學生站在制堿工程師的角度思考，如何將海水中的氯化鈉轉化成碳酸鈉。學生根據元素守恒的思想，想到向了飽和氯化鈉溶液中通CO2氣體;緊接著思考如何增大CO2在水中的溶解度。學生能夠想到加堿，而對于 “選擇加入哪一種堿比較好”這個問題，學生也能考慮到生產成本和環保等重要問題。化學是一門以實驗為基礎的學科，通過實驗證明，將CO2通入到氨鹽水中能夠析出碳酸氫鈉，從而確定制堿的化學反應原理。這一過程是在真實問題情境中，學生體驗用所學的化學知識和學科思維解決在實際化工生產中的面臨的問題和挑戰，也能夠感受到化學這門學科的功能和價值，促進學生綜合化的有意義的學習。

2. 理論應用實際，培養解決真實問題的能力

學科知識與學科思維均在解決真實問題中凸顯其價值，彰顯出學科魅力。在“項目任務三”中對于濾液的處理方式涉及到的理論有化學平衡理論、溶解平衡理論、物質溶解度、變化觀念等。當然，學生能夠很好地應用這些理論解決了“如何變廢為寶”的問題。在項目式學習中，學生不僅達成了知識目標，而且通過學以致用，結合生產實際解決了濾液的處理問題，大大地降低了工業制堿的成本，同時也考慮到環保問題，提高了學生解決問題的能力，發展了學生的學科核心素養。

3. 建構工藝流程，提高學生深度學習的能力

高考改革的方向更傾向于考察學生的語言表達能力。學生將自己的制堿思路訴諸于筆端，呈現于紙上。在此過程中，學生自主構建工藝流程圖，理順了自己的思路。通過小組同學間的合作與交流，完成了從氯化鈉到碳酸鈉的化工生產過程的構建，也能夠將其中涉及到的分離與提純的方法嵌入在合適的位置。由此可見，經過教師的引導與啟發，學生深度學習的能力可見一斑。項目式的學習方式改變了傳統課堂“滿堂灌”的學習方式，真正做到了凸顯學生的主體性地位。通過這節課的學習，初步給學生建立解決化工生產問題的思考模型，提高學生探究與創新的能力，促進學生的深度學習。

參考文獻

[1] 中華人民共和國教育部制定.普通高中化學課程標準（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]洪清娟. 基于"教學評"一體化的高三化學項目式復習——以習題教學設計與實踐為例[J]. 中學化學教學參考， 2019（15）.

[3]李雪萍. 基于深度學習的高中化學項目式教學的應用研究[D]. 四川師范大學， 2020.

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