基于項目式學習的元素化合物復習課教學研究

胡珺晶

摘要：在元素化合物復習課教學中，運用項目式學習，有利于培養學生在真實情境中解決實際問題的能力，促進其深度學習。以“氯及其化合物”復習課為例，依據理解核心概念，提升核心素養為設計導向，圍繞“‘84消毒液”實施項目式學習，引導學生通過完成項目任務，自主重構學科基礎知識、培養學科關鍵能力、提升學科核心素養，充分發揮復習課“回顧整理、溝通生長”的獨特功能。

關鍵詞：項目式學習；情境；實驗探究；證據推理

文章編號：1008-0546（2022）11-0045-05

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：Bdoi：10.3969/j.issn.1008-0546.2022.11.010

一、問題的提出

元素化合物知識是高中化學的主要內容之一。其是化學基本概念及理論、反應原理等主題內容的學習和化學實驗探究開展的載體，亦是高考考查的重點內容。高一學生在元素化合物知識學習過程中，主要存在“知識零散、記憶困難、不會運用”等問題。

1．高一化學復習課現狀

基于真實情境的課堂教學及試卷命制早已成為考試領域及教育教學實施核心素養、評價學科能力的實現形式和重要手段。[1]然而，當前的高一復習課大多關注元素及其化合物的性質及相互轉化關系等知識點的梳理，課堂上普遍存在著“乏味”的方程式記憶和“單一”的“題海戰術”，這種復習方式，高耗低效，不夠重視學生問題解決能力的培養和基于核心素養的觀念建構，導致學生一旦遇到新情境的試題根本“無從下手”，復習效果不夠理想。

2．項目式學習

《普通高中化學課程標準（2017年版）》提倡創設真實問題情境，指出教學設計應“重視以學科大概念為核心，以主題為引領，使課程內容情境化，促進學科核心素養的落實”[2]。

項目式學習源自杜威的“做中學”，并由克伯屈1918年明確提出“項目式學習”在教育領域的概念，他認為所有明確目的、全情投入的行為皆是項目。[3]項目式學習是秉承“做中學”的理念，設置真實情境化的任務，而學生作為主體，完成項目任務。項目式學習是促進學生深度學習的一種教學模式，可促使教師變革教學內容、策略、成果等，亦能轉變學生的學習狀態、方法、效果等。

3．項目式學習對于高一復習課的意義

高一化學復習課堂上常見的“梳理一練習一講解”模式，重知識、輕能力，往往只強調陳述性知識，但對批判性思維、問題解決等能力的培養不足。將項目式學習應用于復習課中，利于學生感受在真實情境中解決實際問題，推動學生的深度學習。具體來說，首先，項目式學習是基于真實情境，增強了教學的直觀性，激活了學生的感受性；其次，在“任務驅動、問題導向”的情境中，學生會經歷發現、分析、解決、評價問題的過程，透過實驗探究、自主互助、思考評價來學習化學。讓學生在獲得知識、增強信心的同時，提升素養；再次，項目式學習關注知識建構。基于情境實施項目式學習，能使學生加深對化學知識的理解，體驗真實問題的綜合性、復雜性，引發思維碰撞，優化思維品質，培養高階思維。

二、基于項目式學習的教學設計

根據課程標準，結合實際學情，以物質性質、基本概念、基礎理論為核心，基于真實問題情境開展項目式學習。從而，激發學生的認知沖突，引導學生進行歸納演繹、宏微結合、證據推理、模型解釋、設計評價等具備學科特質的學習活動。利用實驗探究尋找真實證據進行邏輯推理解決認知沖突，以實現核心知識結構化、高階思維品質化，有效促進學生對知識的深度理解及學科核心素養的提升。為此，筆者建立了基于項目式學習的高一化學復習課教學設計流程（見圖1），進行了元素化合物高一復習教學實踐。

在基于項目式學習的高一化學復習教學實踐中，筆者結合課程標準，針對元素化合物這部分內容的特點進行教學設計，嘗試基于真實情境，引發認知沖突；基于認知沖突，進行實驗探究；基于實驗探究，增強證據推理。

三、“氯及其化合物”復習課教學實踐

1．教學內容分析

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》提出：透過真實情境中的應用案例或實驗探究，了解氯及其化合物的重要性質，認識其在生產中的應用以及對生態環境的影響；以氧化還原知識為媒介，認識不同價態氯元素的相互轉化；運用物質性質，解決現實生活問題。[4]筆者選取該章節在新舊人教版教材中的內容進行了分析比較，見表1。

“氯及其化合物”是人教版（2019）第二章第二節的內容。本節內容之前，學生學習了第一章“物質及其變化”和第二章第一節“鈉及其化合物”，構建了三個研究無機物性質的認識維度，也為學習相對更復雜的氯及其化合物做好鋪墊，而氯氣與堿、水的反應，更凸顯了氧化還原反應的相關規律，且檢驗氯離子及次氯酸鹽的性質，對于離子反應規律、類別通性的呈現也更突出。[5]通過對教材編排的分析，不難發現，基于項目式學習，創設真實情境，引發學生的認知沖突，讓學生從化合價、物質類別（見圖2）、類別通性、離子反應、氧化還原反應等角度分析氯及其化合物的性質，發現問題，提出假設，設計方案，實驗探究，完成真實情境下不同類型的項目任務，有利于鞏固認識，明晰思路，提升運用類別通性、氧化還原反應及離子反應等多個維度系統研究物質的性質，同時，培養學生高階思維能力，提高學生實驗探究水平，提升學生化學學科核心素養。

2．教學流程設計

本節課是高一單元復習課，需要解決“對路、到位”問題。筆者在反思基礎上，試圖改進教學，提升復習課效益。本節課圍繞“‘84消毒液”創設真實情境，開展項目式學習，引發學生的認知沖突，提出五個“是真的嗎？”項目問題，引導學生結合資料卡，設計活動方案，進行實驗探究，外顯證據推理過程，通過小組合作、討論交流、分組實驗等方式，完成項目任務。教學流程見圖3。

3．教學實錄

活動1：實物展示，引入項目主題

【展示】“84”消毒液。

【PPT】“84”消毒液的研發歷程。

【教師】北京第一傳染病醫院也就是如今的地壇醫院，金耀光醫生帶領的團隊在前人研究的基礎上，研發了新型氯制消毒劑。當年的北京市科委主任劉志德建議用年份命名，而當年恰好是1984年，故有了我們如今的“84”消毒液。“84”消毒液在2003年“SARS”病毒暴發及當前新冠肺炎疫情防控期間，一次次彰顯了它的巨大威力，成為千家萬戶必備的消毒劑。“84”消毒液的主要成分是什么，有同學知道嗎？

【學生】次氯酸鈉。（同步PPT）“84”消毒液的成分表。

【教師追問】它可能具有什么性質？

【學生】氧化性、漂白性、水溶性……。

【過渡】性質決定用途。次氯酸鈉有強氧化性，“84”消毒液可殺菌消毒。那么，以NaClO為主要成分的“84”消毒液在使用時又該注意什么呢？請大家一起來看產品說明中的注意事項，你能用NaClO的性質來解釋么？請大家交流討論。

【學生】討論、板演。

【PPT】“84”的消毒機理。

【提問】“資料卡”通篇都是HC1O。而“84”的主要成分是NaClO，那么，NaClO是如何轉變成HClO的呢？

【學生】NaClO與CO2、H2O反應生成HClO。

【追問】現在大家知道為何要避光保存“84”消毒液了么？

【學生】板演HClO分解的化學方程式。

【教師】HClO分解反應中氧化劑是什么？氧化產物是什么？氧化性孰強孰弱？

【學生】氧化劑的氧化性強于氧化產物，也就是說HClO的氧化性強于O2。

【教師】HClO具有較強的氧化性，可用來殺菌消毒，但是為何“84”消毒液主要成分是NaClO而不是HClO？

【學生】較穩定，方便儲運。

設計意圖：學生的注意力是否被吸引并能否積極主動地參與課堂直接決定一節課教學效果的好壞。本節課以實物展示“84”消毒液作為導入，并以產品說明創設真實問題情境，激發學生學習興趣，能主動參與課堂并積極思考，同時，結合離子反應、氧化還原及應對次氯酸、次氯酸鈉的主要性質及其轉化關系進行了回顧。

活動2：“84”消毒液不能與潔廁劑同時使用，是真的嗎？

【教師】產品說明中提及“84”消毒液不能與潔廁劑同時使用，是真的嗎？

【學生】會產生氯氣。

【演示實驗】將“84”消毒液與潔廁劑混合。

【學生】有黃綠色氣體生成。

【教師】你知道為什么嗎？【展示圖片】本節課所用這款潔廁劑的主要成分是HCl。請大家寫出這個反應的離子方程式。

【學生】板演。

【教師】請從化合價分析，這個反應有何特殊性？

【學生】是歸中反應。

【過渡】請同學們再次關注“84”消毒液的產品說明。把這句話讀全。“切勿將本品與潔廁類清潔產品等酸性產品同時使用”。那么，除了潔廁劑，家里常見的酸性產品還有什么呢？

【學生】食醋，白醋。

設計意圖：本次項目學習共設置了五個任務即五個“是真的嗎？”化學是以實驗為基礎的學科，而本環節是第一項任務，即通過教師演示實驗，學生尋得證據，進而用離子方程式的形式對此進行解釋。本環節的實施，旨在使學生在實驗基礎上，體會宏觀、微觀與符號相結合的“三重表征”思維方式，且可運用所學知識解釋并解決相應的STSE問題。

活動3：“84”消毒液不能與白醋同時使用，是真的嗎？

【教師】食醋、白醋的主要成分都是醋酸。那么，“84”消毒液能否與白醋同時使用呢？

【學生】不能，會產生Cl2。

【追問】是真的嗎？

【分組實驗】想到不如做到。請前后四個同學為一組，完成這個實驗。

【學生】沒有Cl2產生。

【教師】沒明顯現象就說明沒有反應發生嗎？僅根據顏色來判斷是否有Cl2產生合理嗎？想解決這個問題，怎么辦？

【學生】做實驗。

【教師】如何做？請依據實驗框里的試劑設計實驗方案。

【交流討論】用淀粉-KI試紙、KI溶液、CCl4。

【分組實驗】匯報實驗內容、現象（見圖4）與結論。

設計意圖：項目式學習的載體是活動，培養學科思維、構建學科觀念都須通過開展活動來實現。本環節中，學生先期實驗已引發認知沖突，通過“無明顯現象就意味無反應發生嗎？”“如何判斷是否產生Cl2？”等問題串的提出，意在啟發學生關注真實實驗情境下的問題解決，譬如：實驗現象的預判，實驗方案的設計和實驗條件的控制等。引導學生靈活運用反應原理及實驗方法，設計方案解決化學問題，讓學生充分感受化學實驗的獨特魅力。

活動4：“84”消毒液里含有Cl-，是真的嗎？

【教師】該反應的離子方程式怎么寫？（學生板演）

【提問】Cl-從何而來？

【學生】“84”消毒液里就有。

【教師】是真的嗎？如何檢驗？

【學生】稀HNO3酸化的AgNO3。

【分組實驗】確實“84”消毒液里就有Cl-。

【過渡】我們常常會用電解飽和食鹽水的方式來制備“84”消毒液。

【PPT】氯氣的工業制備。

【教師】這個反應也是氯氣的工業制法，由于同時生成了氯氣和堿，故又稱之為氯堿工業。但未見“84”的有效成分。怎么解釋？

【學生】書寫Cl2和NaOH反應的方程式，指出其是歧化反應。

設計意圖：高一復習若只是簡單重復已學知識對于多數學生而言是無效的。只有把知識轉化為解決問題的能力，并在新情境中遷移運用才是復習課高效的關鍵。本環節，試圖通過學生書寫離子方程式，尋找矛盾點，使學生主動激疑，繼而引導學生準確分析問題情境，確定問題指向，通過分析、比較、實驗、推理等方法，確定解決問題的方向及途徑，以提升學生實驗探究的學科素養。

活動5：“84”消毒液消毒能力不如ClO2，是真的嗎？

【PPT】課前老師也做了一組“84”消毒液與白醋的實驗。從左至右分別是：50 mL“84”消毒液+10 mLH2O、50mL“84”消毒液+1 mL CH3COOH+9 mL H2O、50 mL“84”消毒液+2 mL CH3COOH+8 mL H2O、50 mL“84”消毒液+3 mL CH3COOH+7 mL H2O、50 mL“84”消毒液+4 mL CH3COOH+6 mL H2O，見圖5。實驗發現在一定的pH范圍內，隨著pH的降低，“84”消毒液的漂白效果逐漸增強。由此可見，“84”消毒液的使用有局限性，那么，有沒有消毒劑的消毒效果受pH影響較小呢？

【PPT】Cl02與不同濃度白醋實驗：50 mL ClO2泡騰劑+1 mL CH3COOH+9 mL H2O、50 mL ClO2泡騰劑+2 mL CH3COOH+8 mL H2O、50 mL ClO2泡騰劑+3 mLCH3COOH +7 mL H2O、50 mL ClO2泡騰劑+4 mLCH3COOH+6 mLH2O。見圖6。

【PPT】蘇教版教材（2020年版）中介紹了新型滅菌消毒劑-ClO2。除了受pH影響小這一個優點以外，教材中提到了其消毒能力比氯氣強。那和“84”消毒液相比呢？

【學生】比“84”強。

【教師】是真的嗎？商業上常用“有效氯”來說明消毒劑的消毒能力。“有效氯”是指一定質量的該消毒劑與多少質量的Cl2氧化效果相當，其數值可以用此時氯氣的質量對消毒劑質量的百分比來表示。某“84消毒液”產品中有效氯含量為4.5%～4.99%，而剛才實驗中所用的1 g二氧化氯泡騰片中含二氧化氯10%，求其有效氯含量。

【學生】計算結果為26.3%。

【實物展示】本節課所用“84”消毒液的有效氯含量。

【學生】就今天所提及的產品來說，這款“84”消毒液的有效氯含量不如ClO2。

設計意圖：本環節運用教師的課前實驗提供素材，培養學生在真實具體的情境中獲取、分析信息的能力。繼而，結合實驗現象、教材鏈接提出本次項目學習的第四個“是真的嗎？”引導學生閱讀資料卡，通過計算實驗所用的二氧化氯泡騰片的“有效氯”完成項目任務。如此組織教學內容，既將氧化還原反應知識關聯結構化，還利于學生從學科知識向學科素養轉化。

活動5：“84”消毒液不能與醫用酒精混用，是真的嗎？

【過渡】不論是“84”消毒液還是ClO2，其實都屬于氯系消毒劑。在我們的生活當中，還有沒有什么大家熟悉的其他類型消毒劑呢？

【學生】酒精。

【PPT】介紹75%酒精消毒原理。

【網頁鏈接】“84”消毒液遇75%酒精使人中毒身亡，這則網絡傳言，是真的嗎？

【分組實驗】

【學生】醫用酒精和“84”消毒液混合會有Cl：產生，但是其產量可能是微量的，需要進一步的實驗證明。

【教師】謠言止于智者。網絡上的那則消息有一定道理，但是也有夸大其詞的嫌疑。Cl2只是醫用酒精和“84”消毒液混合后產物中的一種物質。鑒于課堂實驗條件和時間所限，現提供中英文文獻各一份，請同學們課后對此反應的產物成分做進一步的探究。

設計意圖：新冠肺炎（奧密克戎）疫情突發背景下，真實的STSE問題是富有價值的情境素材。本環節提出“‘84消毒液與醫用酒精不能混用，是真的嗎？”這項任務，促使學生進行文獻查閱、方案設計、實驗探究。在本項目任務的最后，教師提出：這個反應還會有哪些其他產物？如此一來，將個別問題留給學生課后思考，以期將項目式學習從課堂延伸至課外。這樣的設計，意在引導學生主動進行建構學習、探究學習、問題解決學習等，進而促進學生轉變學習方式。同時，應用所學知識解釋生活問題，讓學生感受真實且有用的化學。

四、實踐反思

從本項目的實施過程和任務完成度來看，學生活動有效，師生互動充分，不僅充分提升了復習效率，還做到了從知識為本走向觀念為本走向素養為本。

首先，轉變教師的教學觀念，促進項目式教學落地。在開展本節課項目式教學過程中，針對比較復雜氧化還原反應和離子反應的學習任務，筆者按照一定的邏輯結構，精心設計“問題串”，這可引導學生由初級思維向高階思維發展，亦可將高階思維推往縱深方向。其次，環環相扣的驅動性問題激發了學生學習的內驅力，增強了其學科自信，使其在面對問題情境時，主動思考，充分整合和應用已學知識，通過實驗探究、分組討論等活動去尋找證據，展開推理，嘗試解決問題，完成項目設置的任務。如此，既幫學生重構基礎知識、培養關鍵能力、提升核心素養，還充分發揮了復習課“回顧整理、溝通生長”的獨有功能。第三，教師適時而有效地追問，可引導學生反思其認識維度與路徑，呈現其思維內容和過程，及時篩查出學生的學習障礙點，培養其解決問題的能力。同時，引導學生在進行后續元素化合物的相關學習中，主動運用“價一類”圖去解決問題，積極形成使用模型、工具等復習其他元素化合物的方法和思路。[6]

誠然，基于項目式學習的元素化合物復習的教學模式仍在摸索之中。我們一線教師須依據“教、學、評”一致性去進一步優化項目式教學設計，且采用合適的激勵舉措，使項目式學習得以順利高效地實施。同時，須針對學科大概念的理解與核心素養的提升，按照項目式學習研究模式的要求，高質量地開展項目活動，最終，達成促進學生深度學習的目標。

參考文獻

[1]單旭峰．基于高考評價體系的化學科考試內容改革實施路徑[J]．中國考試，2019（12）：45-52．

[2]陳思明．基于“項目式”學習的《有機化學基礎》模塊教學案例分析——以“從柳樹葉到解熱鎮痛藥”高三復習課為例[J]．考試周刊，2022（1）：115-118．

[3]黃清輝，張賢金，吳新建，基于項目式學習促進學生化學深度學習的實踐與探索[J]．中小學實驗與裝備，2021（6）：10-12．

[4]中華人民共和國教育部．普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）[s]．北京：人民教育出版社，2020．

[5]蔣敏，劉瑞，梁慧穎．新舊人教版教材“氯及其化合物”內容的比較[J]．中學化學教學參考，2021（2）：57-59．

[6]丁浩，黃金泉，韓竹海．走向真實情境的項目式學習的教學實踐——以滅菌消毒劑ClO2的學習為例[J]．化學教與學，2022（1）：10-15，48．

*本文系常州市教育科學“十三五”規劃創新崗專項課題“基于模型認知的初高中銜接教學的課例研究”的階段性成果。