指向核心素養的微項目化學習

葉宏秀 張賢金

摘要：以“多組分混合體系除雜”為項目主題，開展粗鹽精制的微項目化學習。學生在實驗過程中完成粗鹽精制的項目任務，建構多組分混合體系除雜模型，學會物質的分離、提純、檢驗等知識。使課堂成為學生科學探究的主場，讓學生感受化學活力，感悟化學作用。

關鍵詞：微項目化學習：粗鹽精制；離子反應；除雜

文章編號：1008-0546（ 2022 ）11x-0059-04

中圖分類號：G632.41

文獻標識碼：B

doi： 10.3969/j .issn.1008-0546.2022.11x.015

上海市教科院學習素養課程研究所所長夏雪梅老師認為：項目化學習（簡稱PBL）是學生在一段時間內對學科或跨學科有關的驅動性問題進行深入持續的探索，在調動所有知識、能力、品質等創造性地解決新問題、形成公開成果，形成對核心知識和學習歷程的深刻理解，能夠在新情境中進行遷移。[1]

項目化學習形式多樣，微項目化學習是其中一種，它是指在課堂中為學生提供探索性項目任務，對某個內容或主題進行小探索，它通常是一個大主題中的一個小的驅動性問題或探究性實踐，在45分鐘課堂內能夠完成。[1]對一線教師而言，微項目化學習是一種比較實用的形式，筆者以“粗鹽的精制”為例，談談運用微項目化學習，讓學生在做項目過程中，實現知識應用和建構，落實化學核心素養。

一、教材內容分析

“粗鹽的精制”是2019魯科版《化學必修（第一冊）》第二章第2節“電解質的電離離子反應”——離子反應的應用中“活動·探究”的內容，是《普通高中化學課程標準（2017年版）》要求的學生必做實驗。粗鹽混合體系是高中學生第一次分析的陌生的多組分混合體系，是高中化學“陌生的多組分混合體系分離提純的活動原型”。內容設計目標是引導學生建構“水溶液中雜質離子去除”的分析思維模型，掌握研究物質分離提純的核心思路與基本方法，在理論和實際的應用中深入理解離子反應的概念；對物質的認識實現從“宏觀一微觀一宏觀”的切換，真正建立宏微結合的思維，建立牢固的“微粒觀”；同時這一節內容設置了“方法導引”及運用流程圖表述實驗操作過程，促進實驗思維發展，保證實驗操作的有序性，利于學生建構物質除雜的模型。[2]

本節內容的教學目標為：

1．通過粗鹽提純實驗，建立用離子反應分離、除雜的基本思路和方法，培養學生科學探究能力，樹立綠色化學的社會責任意識。

2．掌握一定的基本實驗操作技能以及記錄、描述實驗過程、實驗現象的能力，培養科學精神。

3．進一步鞏固物質溶解性、復分解反應及其發生的條件、離子反應等的化學知識；知道一些常見離子的檢驗及除雜、過濾等分離方法。

二、教學流程

教學流程主要包括教學環節、學生活動、教師支持和設計意圖等方面的介紹，圍繞主題“粗鹽的精制”項目任務展開，具體如表1所示。

三、教學過程

1．主題呈現

食鹽是我們不可或缺的一種調味品，除了調味之外，食鹽還有什么作用呢？用PPT展示食鹽用途，簡介氯堿工業，知道氯堿工業中粗鹽除了含有難溶性雜質外，還含有鈣鹽、鎂鹽等可溶性雜質。這些可溶性雜質增加生產能耗，降低產品質量。因此，氯堿工業重要一道工序就是除去粗鹽水的雜質。今天我們是工廠工程師，請結合化學，運用實驗用品，探究粗鹽水精制過程，為化學學習交一份完美的答卷。

2．實驗用品

粗鹽水、稀鹽酸、稀硫酸、NaOH溶液、Ba（OH）2溶液、Na2CO3溶液、BaCl2溶液；

燒杯、漏斗、玻璃棒、表面皿、pH試紙、濾紙、試管、膠頭滴管、鐵架臺（帶鐵圈）。

3．項目確定：粗鹽精制——除去粗鹽水中雜質離子。

4．項目過程

[教師]請大家根據教材中的方法導引，結合離子反應、除雜的原理，探究粗鹽精制的過程。

任務1：除雜試劑的選擇

[學生]根據離子反應及除雜原理，我們可以用Na2CO3溶液除去鹽水中的Ca2+；用NaOH溶液除去鹽水中的Mg2+；用BaCI2溶液除去鹽水中的SO4'。或者也可以用Ba（OH）2溶液同時除去Mg2+、SO4'。

[教師]Na2CO3溶液不能除去溶液中的Mg“嗎？

[學生]因為MgCO3溶解性為微溶，不能除盡溶液中的Mg“。

任務2：探究試劑的用量、試劑過量的判斷、試劑滴加順序

交流反饋后，學生已蠢蠢欲動。實驗時，大多埋頭實驗，將該加的試劑都加入；有部分同學在滴加試劑時，臉上出現困惑，并與組員及其他組成員研討滴加試劑的量，筆者從旁引導，學生探討氛圍更加激烈，“任務2”應運而生。

經過各組的交流討論，形成兩種方案：

方案1：測定粗鹽水中雜質離子的量，根據離子反應，定量加入除雜試劑。

方案2：不論粗鹽水中雜質離子的量，往粗鹽水加入過量的除雜試劑。

[學生]老師，實驗室的粗鹽水中各雜質離子的含量是多少？

[教師]沒有固定的數值，工廠中不同批次的粗鹽水所含雜質離子的濃度不同。

[學生分組討論]

方案1：測定的方法及可行性。

[學生]根據離子反應，可以用沉淀法測定各離子濃度，即取一定量的粗鹽水加入過量除雜試劑，待沉淀完全，過濾、洗滌、干燥、稱量，運用化學反應計算待測離子的濃度。整個過程操作復雜，還可能出現誤差。（學生果斷放棄，一致選用方案2）

方案2：判斷除雜試劑過量。

經過各組的交流討論，出臺了兩種方案：

方案①驗證粗鹽水中雜質離子的存在：取濾液再滴加除雜試劑，如檢驗SO4存在，可以往濾液再加入BaCl2溶液，如果有白色沉淀，說明除雜試劑不過量。 方案②驗證除雜試劑的存在：取濾液加入雜質離子，如檢驗BaCl2溶液過量，可以往濾液加入SO4，如果有白色沉淀，說明BaCI2溶液過量。

[教師]二種方案相比較，哪個更有優勢？

[學生]根據已有的實驗用品，選擇第一種方案。

[教師]檢驗過程一定要過濾嗎？一些參考書在這樣的操作時一般是取上層清液，你們覺得呢？

[學生實驗]取上層清液，效果不好，因為實驗時，為了反應更快，一般要振蕩或攪拌，溶液比較渾濁；若完全澄清，所用的時間過長。

[學生]老師，每次檢驗都要過濾很麻煩，有沒有簡便，讓固體快速沉淀的方法呢？

[教師]在化學實驗室有一種叫離心機的儀器，能讓固體快速沉淀。展示離心機。

[學生]小組代表看說明，了解離心機使用。

[教師]前面有同學提出用Ba（OH）2溶液可以同時除去Mg2+、SO4，那如何判斷除雜試劑過量？

[學生]運用Ba（OH）2溶液檢驗，如果沒有白色沉淀，說明除雜試劑過量。

粗鹽水中Mg2、SO2-含量可能不同，如果兩者相差太多，不浪費嗎？

我們在九年級的學習中，常見的堿主要是NaOH、Ca（OH）2和氨水，Ba（OH）2不常見，它貴嗎？

[教師]很好，我們該如何判斷呢？

[學生]電腦查詢Ba（OH）2、BaCl2相關資料并討論。

資料顯示，Ba（OH）2的價格相對更高；同時如果兩種離子濃度相差比較大，會造成浪費，如Mg2+濃度很大，SO4濃度小，在除去Mg2+時，將引人大量Ba2+，后面還要除多余Ba2+，很不劃算。因而從經濟效益看，我們應該選擇BaCl2溶液來除雜。

[教師]所以，我們在選擇除雜試劑時，不能只考慮化學反應，還應該多角度綜合考慮，如：經濟、環保、操作、安全等。

[學生問題]過量的除雜試劑除去雜質離子，但同時又變成新的雜質，我們還要繼續除雜吧？

[教師]是的，為了更好地除去雜質離子及過量的除雜試劑，我們在滴加溶液時一定要考慮先后順序。為了能更清楚地分析滴加試劑順序，可以用流程圖。

任務3：繪制流程圖

[教師]結合課文，講述除雜流程圖的作用及繪制方法。

[學生活動]小組討論試劑滴加順序并繪制粗鹽精制流程圖。小組代表講解流程圖。

[教師]根據剛才的分析，我們是否發現了除去鹽水中雜質的規律？

[學生] BaCl2溶液一定要在Na2CO3溶液之前加，因為Na2CO3溶液在除去Ca2+的同時除去過量的Ba2+。

[教師]從你們的流程圖中，過濾后運用鹽酸除去OH-、CO2，該如何操作？

[學生]過量的NaOH、Na2CO3可以用鹽酸除去，通過調節pH的方法來控制。

[教師]如何調節？

[學生]運用pH試紙，先測定原溶液的pH，再邊加鹽酸邊測定溶液的pH，直至溶液呈中性或略顯酸性，因鹽酸易揮發，受熱易除去；或運用pH計，邊加鹽酸邊觀察溶液的pH。

任務4：實驗操作

[學生實驗]（提醒學生記錄實驗現象）

[教師]通過剛才的實驗，我們已經知道粗鹽精制的過程與方法。請大家結合實驗的過程，思考其他多組分雜質體系的除雜。

任務5：模型建構

[學生活動]成果展示并講解（學生的除雜模型如圖1所示）。

四、教學反思

1．微項目化學習讓課堂成為學生探究的主場

本節課采用微項目化學習，讓學生圍繞粗鹽精制進行多方面、多角度的科學探究。在試劑選擇任務完成后，引導學生檢驗雜質離子，探究試劑用量。學生質疑、討論，課堂真正成為學生探究的主場。他們沿著粗鹽精制的主線，通過不斷地質疑一分析研討一設計方案一討論方案一確定方案一實驗探究一模型建構。整個過程充分體現：學生是課堂的主體，學習的主人；課堂上，學生敢于質疑、樂于思考、善于合作、勇于創新、勤于實踐、終于建模，讓化學核心素養真正落地生根。

2．微項目化學習讓學生“活”起來

威廉·巴特勒·葉芝說過：教育不是注滿一桶水，而是點燃一把火。[3]教育不僅僅是知識培養，更重要是燃起學生對知識的渴望，培養主動學習、主動汲取知識的熱情。這節課以粗鹽精制為項目，以小組為單位，學生在同伴激勵與互助下，積極參與實驗，根據實驗的實踐，敢于提問，合作思考、協作交流，共同解決問題。特別是在完成任務2與任務3時，很多同學爭論得面紅耳赤，討論得有理有據，思維不斷激發，自我認知不斷升華。這樣的實驗探究無疑就是那把火，燃起了課堂的氣氛，也燃起了學生主動探究化學、應用化學的熱情，學生“活”起來了。

皮亞杰的建構主義教學論指出：學習發生的最佳情境不應是簡單抽象的，相反，只有在真實世界的情境中才能使學習變得更為有效。[4]學生在除雜操作過程中生成的問題，問題間的相互關聯，貫穿項目學習全程，引領學生不斷質疑，不斷探索，使學生真實地感受到化學的生命，體會化學的活力，也真正體會到化學理論設計與實踐操作的差異，清晰地認識到“生活處處有化學，化學源于生活，用于生活”，使學生號準化學命脈，找準學習化學的“根”，進而學會真知識，獲得真技能，落實真素養。

參考文獻

[1]夏雪梅，項目化學習設計：學習素養視角下的國際與本土實踐[M]．北京：教育科學出版社，2019.

[2]王磊，陳光巨，曹居東．化學必修第一冊教師用書[M].濟南：山東科學技術出版社，2019.

[3] 曹璐娜，基于學歷案的高中生物深度學習研究[D].臨汾：山西師范大學，2019．

[4] 張屹，祝智庭．建構主義理論指導下的信息化教育[J].電化教育研究，2002（1）：19-23．