基于項目式學習培養化學宏微素養的實踐研究
——以“氣體摩爾體積”為例

龔翠萍 上海市川沙中學

新課程改革背景下，教學活動的設計更加注重化學學科核心素養的培養。在此階段應用項目式學習方法，通過創設情境，設置目標，提出問題，以制定項目任務的方式，讓學生主動參與探究和解決問題的活動，提交項目成果，并進行學習效果的檢測和項目活動的評價與改進，可以有效提升學生的學習興趣，培養學生的化學學科核心素養。

化學學科核心素養中的“宏觀辨識與微觀探析”，是化學研究物質及其變化的獨特視角。在化學學習中，學生應盡可能地將宏觀和微觀結合起來，從微觀本質上理解和思考宏觀現象和變化。新課程新教材強調教學過程是師生交往、共同發展的互動過程。在教學過程中以問帶學，通過問題鏈，處理好傳授知識與培養能力的關系，注重學生的獨立性和自主性的培養。引導學生觀察、質疑、探究，在實踐中學習，使學習成為在教師指導下主動的、富有個性的過程。

一、教學背景分析

（一）教材分析

在中學階段的基本概念和基礎理論知識中，《氣體摩爾體積》這一專篇占有重要地位，對學好化學計算、掌握氣體性質起著十分關鍵的作用，也是中學化學教學的重點和難點之一。中學化學許多反應都會涉及到氣體，若要進行定量分析，運用氣體摩爾體積不僅能簡化計算，給化學研究帶來方便，同時也能為以后學習有關氣態反應物和生成物的化學方程式計算、化學反應速率、化學平衡提供必備的基礎知識。

（二）學情分析

氣體摩爾體積是一個抽象的概念，需要學生從以前的“以質量為核心”向現在的“以物質的量為核心”及時轉變。實際上，大部分學生對固體、液體、氣體只有感性上的認識，卻很少關注物質的三態在微觀上的異同。好在高一學生具備了一定的探究意識和觀察能力、分析能力、數據處理能力，這些都為更好地學習氣體摩爾體積做好了鋪墊。

二、教學設計

圖1

三、基于項目式學習的教學實施

（一）創設問境，滲透宏微結合的雙向培養（見表1）

表1

（二）直觀展示，強化微觀探析素養的培養

【環節1】1 mol氣體的體積〉〉1 mol固、液體的體積

圖2 物質聚集狀態的示意圖

設計意圖：借助物質聚集狀態的示意圖，我們可以知道，氣體微粒間的距離遠大于固、液體微粒間的距離，所以當微粒數目都為1 mol 時，氣體的體積一定遠大于固、液體的體積。引導學生從固、液、氣體的微觀結構角度去解釋。

【環節2】有氣體摩爾體積，而沒有固、液體摩爾體積

圖3

設計意圖：引導學生從圖示進一步體會固、液體微粒間距小，摩爾體積受微粒的大小影響，沒有定值，故沒有固、液體摩爾體積。氣體的摩爾體積受分子間距離的影響，因為分子間距在同溫同壓下是定值，故有氣體摩爾體積。

【環節3】阿伏加德羅定律中應用對象的說明

圖4

設計意圖：由圖可知，氣體分子間的距離遠遠大于分子直徑，故分子本身的大小可以忽略不計。所以這里的“任何氣體”，可以是單一氣體或混合氣體。通過直觀展示，更利于學生理解微觀結構影響宏觀現象。

（三）證據推理，鞏固宏觀辨識素養的培養

【環節1】建立阿伏加德羅定律

【教師】1 mol的氣體，微粒數相等，體積主要和微粒間距有關。同溫同壓下，由于不同的氣體分子間的距離相等，因此1 mol的氣體其體積相同。反過來，同溫同壓下，若兩種氣體的體積相同，則它們的分子數是什么關系？

【學生】它們的分子數一定相等。

【教師】引出阿伏加德羅定律。關注到“同”這一詞，前面的“三同”是條件，最后的“一同”是結論。

設計意圖：氣體運動規律是氣體所占體積的內因，外界條件是氣體所占體積的外因。外因通過內因起作用，內因是事物變化的根據。通過分析，使學生理解內因和外因的辯證關系。進一步幫助學生通過宏觀認識進行微觀探析，培養化學學科核心素養。

【環節2】建立氣體摩爾體積

【教師】通過概念辨析，明確1 mol的氣體，在同溫同壓下的體積是相等的。從而引出氣體摩爾體積的概念：一定溫度和壓強下，每摩爾氣體所具有的體積。

【教師】在標準狀況下，Vm=22.4 L·mol-1。那么只有在標準狀況下，氣體摩爾體積才等于22.4 L·mol-1嗎？

【學生】標準狀況只是定了氣體分子間距，氣體摩爾體積數值可以有很多，在確定的溫度和壓強下是定值。所以在非標準狀況下，氣體摩爾體積也可以是22.4 L·mol-1。

設計意圖：從標準狀況推廣到任一溫度和壓強，再次強調宏觀上一定的溫度和壓強決定了微觀上的微粒間距，即當溫度和壓強確定后，分子間的平均距離就是定值，只要粒子數確定，即體積確定。

（四）項目式學習，發展宏微結合素養的培養

1.項目介紹

1 mol 任何氣體的體積在同溫同壓下是相等的，在273 K和101 kPa時約為22.4 L。

布置任務：請你設計實驗測定一定條件下1 mol 氫氣的體積。

2.活動目標

（1）明確測定一定溫度和壓強下氣體摩爾體積的方法。

（2）學會測定1 mol氣體體積的實驗操作

（3）知道實驗誤差的形成和實驗相對偏差的計算

3.自主研究

活動1：學生小組討論，確定反應原理

問題1：制備氫氣的原理是什么？

問題2：反應物的選擇，相較于初中使用鋅粒與酸反應制備氫氣，為什么選擇鎂帶？

問題3：實驗時對硫酸的濃度有沒有要求？將硫酸換成鹽酸你認為是否合理？

小結：確定通過鎂和稀硫酸反應生成氫氣。

活動2：學生查閱資料，選擇反應裝置

問題1：實驗時一般不會直接用1 mol 的氣體進行測量，原因主要是什么？

問題2：通過反應物和生成物物質的量之間的關系，可以借由稱量固體物質的質量，等效替代氫氣的物質的量嗎？

問題3：生成的氫氣可用排水法收集在什么容器中？

問題4：測定氣體的體積，為什么要標明溫度和壓強？

小結：選擇電子天平稱量鎂帶質量，Y 形管、量氣管和水準管組合來測定反應中產生的氫氣的體積。

活動3：學生小組交流，設計反應路徑

問題1：化學定量實驗對實驗數據有何要求？為了達到這樣的要求，在實驗的設計上需要充分考慮哪些問題？

問題2：實驗時，稱取的鎂帶質量為何控制在0.015 0 g～0.025 0 g？

問題3：裝配好化學反應氣體體積測定裝置后，怎樣進行氣密性檢查？

問題4：讀量氣管刻度數據時，為何每次都需要先調節兩邊液面相平？

問題5：氫氣的體積怎么算？

小結：根據實驗裝置的設計，各小組交流實驗步驟，完善實驗方案。

活動4：學生實施項目，記錄實驗數據

學生小組實驗，測定并記錄常溫常壓下產生的氫氣的體積，進行數據處理，換算出1 mol 氫氣的體積，并能通過教師提供的實驗溫度下1 mol 氫氣體積的參考值，計算相對偏差。

教師盡可能多地收集全班同學的實驗數據，對這些數據進行對比，了解所有學生實驗數據的一致性情況及與參考值的偏差情況。

4.項目評價

（1）裝置的選擇

教師通過分析直接測量氣體體積的裝置（圖5）和排水法測量氣體體積的裝置（圖6）的利弊，引發學生討論自己的設計中有什么問題，嘗試進一步完善各小組設計方案，最后引出測定1 mol氫氣體積的正確裝置（圖7）。

圖5

圖6

圖7

（2）實驗誤差分析

實驗偏差有的來自儀器裝置自身或試劑的品質，有的來自操作的不當。定量測定的偏差允許在一個范圍內存在。通過收集全班同學的實驗數據后，對測定結果與參考值偏差很大的情況，引導學生回顧自己的實驗過程，分析產生誤差的可能原因。

四、教學反思

開展項目式學習培養化學宏微素養的實踐研究表明：

1.有助于學生化學學科核心素養“宏觀辨識與微觀探析”的培養。教學中不斷設“障”立“疑”，顯性地為學生提供微觀與宏觀之間的雙向思維路徑，有助于培養學生的微觀想象能力，用微粒的觀念去學習的習慣。只有合理地建構了微粒觀，才能使學生用科學的觀點理解宏觀事物及其變化，做出正確的判斷，也就相應地提升了學生的素質。

2.項目式學習能夠促進學生學習態度的轉變，激發學生學習興趣。能提高學生綜合能力和實驗認知能力，培養學生實驗操作能力，促進學生實驗態度的轉變，提升實驗思維。在小組合作時，學生能親身體驗成功，讓學生的自我效能感倍增，不僅能增強學生的學習自信心，更為學生化學學科核心素養的發展創設了重要的條件。

3.有助于把教學活動的重心從“教”轉移到“學”上，把教師的職能重心從“授”轉移到“導”上，把教學目標的重心從單純的知識傳授轉移到能力培養、智力開發上，這才與新課程中教與學要求相吻合。當教師從知識的傳遞者變成學生學習的促進者、組織者和指導者，就會極大地調動起學生學習的積極性和主動性，培養學生的問題解決意識，這與新課改目標和諧統一。