學科核心觀念統領的化學項目學習活動設計

張朝賽 韓麗君

摘要： 在“從自然界中的鹽到餐桌上的食鹽”項目學習中，以核心概念的建構和發展作為核心教學活動的設計依據，以系列項目學習活動構成學生完成項目任務的“腳手架”。通過溶液質劑比概念的建構和應用此概念解決問題的活動發展學生對于溶液的基本認識，發掘項目式學習活動的功能與價值，同時促進學生實現深度學習，發展學科核心素養。

關鍵詞： 項目式學習； 溶液質劑比； 動態平衡； 極限思想

文章編號： 10056629（2022）10005505

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

學科核心觀念也稱學科大概念，指“能反映學科的特質，居于學科的中心地位，具有較為廣泛的適用性和解釋力，具有超越課堂的持久價值和遷移價值的原理、思想和方法”［1］。《普通高中化學課程標準（2017年版）》（簡稱“課程標準”）提出了“突出化學基本觀念（大概念）的統領作用”［2］。學科核心觀念的發展是學科核心素養發展的重要內容和表現形式，如“動態平衡”觀念與學科核心素養中的“平衡思想”相對應。課程標準建議“基于核心觀念實現教學內容的結構化設計，逐步提升學生的化學知識結構化水平，發展化學學科核心素養”。“從自然界中的鹽到餐桌上的食鹽”是九年級化學項目式學習實驗教材［3］中的一個項目，主要發展學生對于溶液的基本認識。以學科核心觀念為統領設計該項目中的學習活動，有利于發揮項目式學習的優勢，促進學生深度學習，發展學科核心素養。

1 基于“動態平衡”核心觀念構建溶液知識框架

1.1 “動態平衡”核心觀念的知識層級結構

“動態平衡”是化學學科的核心觀念之一，其基本觀點是可逆變化的過程是動態的、有限度的、可調控的。對于化學反應體系、弱電解質的電離、弱酸堿鹽的水解以及難溶電解質的溶解等可逆變化過程，都可以用相應的平衡常數來表示該過程的限度，可以控制溫度、濃度、壓強等因素影響Q和K的相對大小關系，來調控平衡移動的方向（見圖1）。

1.2 基于“動態平衡”理解初中階段溶液主題知識框架

溶質在溶劑中的溶解過程存在極限，通過改變溶液中溶質和溶劑的相對關系或是溶解極限可以調控溶質在溶液中的溶解和結晶等過程（見圖2）。

首先，在溶液體系中，可以用溶液中溶劑和溶質兩個要素的相對關系來表示溶液的狀態。“溶液質劑比”是指一定條件下溶液中溶質質量和溶劑質量的比值，用m（溶質）m（溶劑）表示。當溶液達到溶解極限即飽和時，溶液質劑比達到該條件下的最大值，該極值用max（質劑比）表示。max（質劑比）越大，表示溶質在該條件下的該溶劑中溶解限度越大。

其次，對于某溶液，根據任意時刻m（溶質）m（溶劑）與該條件下的max（質劑比）的相對大小關系，可以判斷是否達到該條件下的溶解限度：

m（溶質）m（溶劑）

m（溶質）m（溶劑）=max（質劑比），溶液達到飽和；

m（溶質）m（溶劑）>max（質劑比），溶液飽和且有晶體析出。

飽和溶液和不飽和溶液的調控，其實質是對m（溶質）m（溶劑）與max（質劑比）相對大小關系的調控（見圖3）。通過增減m（溶質）或m（溶劑）改變m（溶質）m（溶劑）、或者改變溫度控制max（質劑比）的大小，可以調控m（溶質）m（溶劑）與max（質劑比）的相對大小關系，進而實現飽和溶液和不飽和溶液以及溶解和結晶的調控。

雖然義務教育化學學業標準［4］和課程標準［5］都沒有明確提出對學生“動態平衡”認識發展的要求，但從整個中學階段學生的認識發展來看，義務教育階段溶液主題若能建構“溶液質劑比”的核心概念將有助于學生理解變化體系中的極限思想，并通過影響任意狀態與極限狀態的相對大小關系對體系進行調控，能夠為高中階段認識化學反應平衡、電離平衡及難溶電解質的溶解平衡等平衡體系奠定認識基礎［6］。

2 “動態平衡”觀念統領下的項目活動設計與實施

在常規的化學課中實施PBL教學，其首要目標是按照課程標準的要求，促進學生化學學科核心素養的發展，促進學生基本知識、技能以及核心概念、思想方法的落實［7，8］。在項目式學習過程中，將通過完成該項目拆解出的項目任務和項目活動，達成目標，解決問題，二者的結合，共同指導項目活動的設計與實施。根據學情和學習目標，挖掘項目活動中發展學生認識方式的功能和價值，對項目學習任務和項目活動進行設計，是教材校本化轉化的重要任務之一。化學項目式學習實驗教材［9］（以下簡稱“化學項目教材”）中項目二“從自然界中的鹽到餐桌上的食鹽”是一個以溶液為主題的項目，通過以海水等自然界中的鹽為原料，定性及定量地認識溶液的組成，理解并遷移應用食鹽生產歷史及生產工藝，設計并制作餐桌上的功能食鹽。

2.1 項目學習目標

基于學生的項目目標及化學學科核心素養的發展目標，該項目的學習目標應包含以下幾個方面：

（1） 能夠將項目拆分成從自然界中得到粗鹽、粗鹽提純得到氯化鈉以及功能食用鹽等子項目。

（2） 能夠從“拆”和“合”的不同角度認識溶液是混合物，由溶質和溶劑組成；能夠用質劑比來表示溶液的組成；能夠基于物質的性質，分析在溶解和蒸發的過程中溶質和溶劑的變化。

（3） 知道質劑比達到最大值時達到溶解極限，并能夠設計實驗測量氯化鈉溶液的最大質劑比。分別用溶液質劑比和溶質質量分數表示溶液的濃度，能夠根據質劑比配制一定質量分數的溶液。進而能夠分析煮鹽、曬鹽等工藝原理，并設計在生產粗鹽過程中如何提高產率、降低能耗的方法。

（4） 能夠根據現象或溶液質劑比與其最大值的相對關系來判斷溶液是否飽和；能用溶解度和質劑比最大值描述溶解極限；能夠從數據、溶解度曲線中獲取溶解極限信息并認識溶解極限和溫度的關系；能夠運用質劑比調控飽和與不飽和溶液的轉化及物質的溶解和結晶。進而能夠分析、設計在粗鹽提純氯化鈉固體過程中如何保證純凈并提高產率的方法，能夠分析“鹽礦石中分離氯化鈉”以及“夏天曬鹽、冬天撈堿”等生產工藝的原理。

（5） 能夠完成溶解、蒸發、過濾、配制一定濃度的溶液等實驗操作。通過查閱資料，設計并實施制作不同功能的食用鹽。

2.2 項目活動對學生發展學科大概念的功能與價值

化學項目教材中將項目拆解為“從自然界中得到粗鹽”“從粗鹽中提純氯化鈉”和“制作不同功能的食用鹽”三個任務，每個任務又拆解成兩個活動，詳見圖4。

化學項目教材中呈現了非常豐富的學習材料，實驗探究、交流研討等類型的學習活動。“溶液質劑比”是認識、表達和應用極限思想的核心概念，項目活動開展時，要保障學生化學學科核心素養的發展一定是圍繞著這個核心概念的建構和發展的。認識這些活動對于學生建構和發展“溶液質劑比”概念的功能和價值，

將有利于促進學生相關概念的認識和發展。項目中部分項目子任務及子活動對促進學生“溶液質劑比”概念發展的功能和價值如表1所示。

2.3 項目學習活動設計

選取“溶液質劑比”的概念建構以及概念應用相關活動為例，展現項目活動開展的師生活動。

2.3.1 “溶液質劑比”概念建構活動設計

學生“溶液質劑比”概念的建構與發展可以從“拆分”溶液和“合成”溶液兩個視角分別認識溶液的兩個要素——溶質和溶劑的關系，要經歷定性認識、分析溶液質劑比變化到定量認識溶液質劑比的大小與溶液濃度的關系，同樣還要經歷基于事實的概念建構過程到概念的簡單應用的認識發展過程。將學生的認識發展線索與項目任務和活動結合起來，對項目任務1活動1中實驗探究活動“從食鹽水中分離出氯化鈉”和活動2中交流討論活動“熬煮海水能得到多少鹽”進行重新設計，并始終以驅動性問題推動活動的開展（見圖5）。

學生將在兩個項目活動中經歷四次鹽水蒸發的實驗，但每次蒸發對促進學生認識發展的功能和價值都不同。第一次蒸發，側重于蒸發的實驗操作及現象觀察分析，促進學生認識氯化鈉溶液的組成，提出溶液質劑比概念，并用其去分析蒸發過程中溶質和溶劑的變化情況。第二次蒸發，側重于借助溫度傳感器測定蒸發過程中的溫度變化。沸騰前，溫度逐漸升高，水基本不蒸發；開始沸騰后，溫度維持在100℃左右，水蒸發而氯化鈉不析出；沸騰一段時間后，氯化鈉析出，溫度略有升高。促進學生基于溫度變化的證據認識溶液質劑的變化以及溶解的限度——飽和溶液質劑比最大值。第三次蒸發，側重于學生在實驗過程中將溫度變化與現象相對應，驗證觀點，深化對蒸發過程中質劑比變化及溶解限度的理解。第四次蒸發則側重于學生認識不同濃度溶液蒸發過程中質劑比變化的相同與不同，有助于學生定量地認識溶液質劑比的大小。

蒸發氯化鈉溶液是“分”的思想，即通過蒸發結晶，將溶液中溶質和溶劑分開，進而認識溶液中兩者的關系。而配制溶液，則體現“合”的思想，即通過將溶質和溶劑混合得到溶液，來認識溶液中兩者的關系。

2.3.2 應用“溶液質劑比”概念解決問題的活動設計

“溶液質劑比”概念應用于解決真實、復雜的定量問題中，幫助學生建立解決復雜問題的思路與方法。以任務2活動1中交流研討活動“從粗鹽中分離氯化鈉需要考慮哪些問題”為例，化學項目教材中，該活動通過引導學生完成分析、解釋“鹽田中蒸發海水獲得粗鹽時，工人們選擇畦內有部分水的時候收鹽”原理的定性任務，促進學生理解溶解度的概念。將該活動重新設計，拆分成“從海水中得到雜質盡可能少的粗鹽”和“從粗鹽中分離氯化鈉”兩個方案設計型的任務，使學生通過“溶液質劑比”和“質劑比最大值”（溶解度）的計算，解決“蒸發多少水時撈鹽氯化鈉產量最高且雜質最少”這一核心驅動問題，形成定量解決問題的方案及通過“溶液質劑比”相關計算定量解決問題的思路（見圖6）。

3 總結與思考

項目式學習不是常態課的補充，項目學習活動給學生提供了大量“做”的機會，但只有深刻挖掘與認識項目活動對發展學科大概念的功能和價值，才能夠將其與常態課的學科教學目標結合起來，保障學生“做”的學習效果，也只有這樣才能推進在常態化課中實施項目式學習。

學生在“探究常溫下氯化鈉溶解的最大質劑比”和“制作不同功能的食用鹽”兩個項目成果匯報展示過程中提供的證據充分說明了學生對溶解的限度的深刻理解和運用。然而，在本項目的設計與實施過程中，還沒有突破平衡的“動態”這一個認知難點，可以在初、高中銜接課程中再進一步建構溶解過程中的動態平衡思想，為高中必修階段認識化學反應的限度、選修階段基于K、 Q關系認識化學平衡的移動及調控化學反應的方向奠定認識基礎。

參考文獻：

［1］何彩霞. 化學學科核心素養導向的大概念單元教學探討［J］. 化學教學， 2019，（11）： 44～48.

［2］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.

［3］［9］王磊， 魏銳， 胡久華. 項目學習實驗教材·化學·九年級［M］. 太原， 山西教育出版社， 2018.

［4］北京市海淀區教師進修學校. 海淀區義務教育學業標準與教學指導·化學·9年級［M］. 北京： 北京師范大學出版社， 2018.

［5］中華人民共和國教育部制定. 義務教育化學課程標準（2011年版）［S］. 北京： 北京師范大學出版社， 2012.

［6］崔文秀. 初中化學溶液知識中體現的學科思想［J］. 化學教與學， 2014，（10）： 9～10，89.

［7］巴克教育研究所. 項目學習教師指南（第2版）［M］. 北京： 教育科學出版社， 2008： 4～5.

［8］焦建利. 《地平線報告》2015基礎教育版簡評［J］. 中國信息技術教育， 2015，224（21）： 31～32.