基于真實任務驅動的項目式學習實踐

劉寶強 施志斌 張賢金

摘 要 以碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別為真實情境，圍繞水溶液中離子反應與離子平衡主題內容展開分析，設計了四個環環相扣、層層遞進的教學活動，通過問題引領、任務驅動方式幫助學生建立離子反應、離子平衡等核心知識的有效關聯，建構知識結構，建立認識電解質溶液的基本思路。同時，結合教學效果與反思，從規劃項目任務活動，設計有層次的問題，滲透實踐活動等角度豐富認識思路，拓寬認識視角，從而發展學科核心素養。

關鍵詞 高中化學 真實問題情境 任務驅動 項目式學習 離子反應與離子平衡

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》[1]73（以下簡稱《化學課標》）提倡創設真實且富有價值的問題情境，為學生提供真實的表現機會，從而促進學生化學學科核心素養的形成和發展。隨著“素養為本”新課程理念的推廣，項目式學習逐步成為落實“素養為本”理念的可行途徑，是培育學科核心素養的重要載體。

項目式學習是一種建構性的教學方式，通常以驅動性任務為核心，教師將學習任務項目化，對基于真實問題情境所生成的一系列問題進行合理組織與有效設計，并利用相關知識與信息進行研究、設計與實踐操作，最終解決問題并展示和分享項目成果[2]。項目式學習是一種探究性學習過程，能夠引導學生深入、連貫地進行探究，在激發學生的學習動力、增強問題解決能力、轉變學習方式、建構學科觀念等方面具有積極作用，是培育學生核心素養的重要載體，是落實“素養為本”教學的可行途徑，已成為一線教師樂于探索并實施的一種課堂教學模式。

水溶液中離子反應與平衡是化學反應原理的三大主題之一，涵蓋電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等核心知識，是高考考查的熱點，更是高中化學教學的重點和難點。在化學反應原理模塊單元整合復習時，筆者發現學生對于水溶液的認知始終停留在記憶規律、生搬硬套的淺層次，同時，教師在教學實踐中也普遍存在就題論題、生灌硬塞等情況。如何才能有效地創設真實而合理的問題情境？如何將知識結構化、系統化？使學生對水溶液的認識思路結構化，進而明確認知視角，培養高階思維，最終實現學科核心素養在課堂教學中落地。針對上述問題，本文嘗試以“水溶液中離子反應與平衡”為主題開展項目式學習活動，嘗試探索基于碳酸鈉和碳酸氫鈉的鑒別這一真實問題解決過程的教學實踐，以期對當前“素養為本”的課堂教學有所啟示。

一、項目主題分析

“水溶液中的離子反應與平衡”是普通高中教科書化學（魯科版）選擇性必修第一冊第三章的內容。《化學課標》中的“內容要求”從電離、離子反應、化學平衡的角度認識電解質溶液的組成、性質和反應，了解電解質在水溶液中的行為。“學業要求”中明確提出“能通過實驗證明水溶液中存在的離子平衡，能舉例說明離子反應與平衡在生產、生活中的應用，能綜合運用離子反應、化學平衡原理，分析和解決生產、生活中有關電解質溶液的實際問題”[1]33-36。

如何讓學生真正參與到問題解決活動中？有效的辦法是讓學生親歷真實問題解決全過程。真實問題情境可以有效激發學習欲望，引導學生學會用化學眼光看世界。這就要求教師要將教學目標與學生學情相結合，深度挖掘與教學內容相關的素材，提煉化學學科問題，創設思維提升的學習氛圍[3]。筆者從NaHCO3和Na2CO3 溶液的鑒別出發，圍繞碳酸氫鈉的微粒組成、平衡體系、濃度關系設置一系列問題，通過真實、連貫、持續的一系列問題驅動，引領學生開展由宏觀到微觀、定性到定量、變化到平衡的學習活動，幫助學生建構研究水溶液中離子反應與平衡的基本思路與方法，進一步發展學生微粒觀、平衡觀和守恒觀。同時利用實驗現象、相關數據等證據素材，培養學生“證據推理與模型認知”“科學探究與創新意識”“科學態度與社會責任”等化學學科核心素養。

二、項目式學習目標分析

學生在九年級認識了溶液，對溶液形成、溶解度以及濃度等基本概念有初步認識；通過高一階段學習，對電解質的電離、離子反應、常見離子的檢驗以及通過實驗事實認識離子反應發生的條件有了更深入的認識。通過選擇性必修1第三章的學習，了解了水的電離、弱電解質電離、鹽類水解以及難溶電解質的沉淀溶解平衡。至此，學生對電解質在水溶液中的行為有了進一步認識，具備了進行探究式學習的認知基礎。再結合《化學課標》中“內容要求”和“學業要求”，制定具體的項目式學習目標為：

（1）通過鑒別兩瓶沒有貼標簽、濃度相同的Na2CO3和NaHCO3溶液，開展實驗探究，激趣促學。

（2）通過宏觀視角和微觀視角認識電解質溶液體系中的微粒種類，從平衡視角認識微粒的數量關系，逐步明確認識角度與認識方法。

（3）通過對“氯化鈣溶液不能鑒別Na2CO3和NaHCO3溶液”的原因剖析，學會從定量視角認識微粒間的相互作用。

（4）通過“工業用NH4HCO3溶液做沉淀劑”，感受真實化工生產，培養學生真實問題解決的能力、可持續發展意識和綠色化學觀念，強化科學態度與社會責任。

三、項目活動流程設計

驅動性問題是項目式學習的關鍵，在項目式學習中具有驅動和組織作用[4]。在本項目教學中，筆者從碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液的鑒別這一真實的問題情境出發，通過設計多角度、遞進式、有價值的問題鏈，引導學生從微觀、定量、平衡等多視角展開分析，逐步突破認識水溶液中離子反應的思維障礙，有效地推動學生微粒觀、轉化觀、平衡觀等化學觀念的進一步發展。

根據項目式學習目標，以“碳酸鈉和碳酸氫鈉溶液的鑒別”為真實情境，開展環環相扣、層層遞進的學生活動，并通過驅動性問題逐步展開，設計“溶液鑒別，激趣促學”“實驗探究，原因剖析”“多維分析，建構模型”“應用模型，解決問題”等4個進階式的項目式學習活動，具體教學活動安排以及設計意圖（見圖1）。

四、項目活動實施過程

（一）基于溶液鑒別導課，激趣促學

電解質溶液在工業生產、日常生活中有著廣泛而重要的應用。Na2CO3（俗名純堿）和NaHCO3（俗名小蘇打）是日常生活中常見的食品添加劑。

[情境導入]兩瓶沒有貼標簽、濃度均為0.1 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3溶液，請同學們思考并設計鑒別方案。提供的試劑：0.1 mol·L-1稀鹽酸、0.1 mol·L-1 NaOH溶液、0.1 mol·L-1 CaCl2溶液、酚酞、甲基橙；提供的儀器：試管和膠頭滴管若干。

[PPT展示學案中的實驗方案設計]（見表1），學生將方案補充完整。

[分組實驗]學生根據設計方案，分別選擇酚酞、稀鹽酸、氯化鈣溶液等試劑進行實驗，記錄現象。

[組1]選擇酚酞。滴加酚酞后一支試管中液體變紅，另一支無明顯變化，變紅的是Na2CO3溶液。

[組2]選擇稀鹽酸。滴加稀鹽酸，產生氣泡更多的是NaHCO3

[組3]我們組認為稀鹽酸無法鑒別，因為鹽酸與Na2CO3、NaHCO3均看到氣泡產生，二者現象是相同的，所以無法鑒別。

[教師]可以選擇CaCl2溶液或者是NaOH溶液嗎？

[組4]向兩支試管中滴加CaCl2溶液，都有大量的白色沉淀生成，無法鑒別。若選用NaOH，雖然NaHCO3能與NaOH發生反應，但是卻觀察不到明顯現象，也無法鑒別。

[教師小結]很好。通過方案設計及實驗驗證環節，大家對于鑒別方案的共識是：酸堿指示劑選擇酚酞，不選甲基橙；都不選CaCl2溶液和NaOH溶液是因為現象相同或無明顯變化，有部分學生認為可以用稀鹽酸，有部分學生認為用稀鹽酸無法鑒別。

設計意圖：本環節以碳酸鈉與碳酸氫鈉的鑒別為問題情境，基于真實問題展開探索，激發學生的好奇心和探究欲，為后續的教學奠定基礎。用生活、生產和科學實驗中的素材創設問題情境，能夠給學生營造親切的氛圍，體會化學源自生活，又服務于生活的理念；能夠引發學生主動思考，敢于質疑，培養學生科學探究品質。

（二）借助“異常現象”探究，剖因尋源

在分組實驗過程中，出現了“意想不到”的情形。學生們對“異常現象”有各自不同的看法。利用這一真實狀況，通過設計真實、有價值、可探究的驅動性問題，引領學生參與到項目探究中，收集有價值的證據進行解釋、分析和論證，形成對真實問題解決的一般思路和方法，進而達成項目式學習目標。

[教師]結合溶液中可能存在的平衡，分析碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液中分別有哪些微粒？

[學生]結合碳酸鈉溶液中電離平衡：H2O?H+ + OH-，水解平衡：CO32- +H2O?HCO3- + OH-，HCO3- + H2O?H2CO3 ?+ OH-，碳酸氫鈉溶液中除存在水的電離平衡、HCO3-水解平衡外，還存在HCO3- ?H+ + CO32-。

[教師]碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液中微粒種類是相同，為什么可以用稀HCl鑒別呢？請結合實驗操作解釋。

[學生]取兩支試管，分別取一定量的上述兩種溶液，用膠頭滴管向試管中緩慢滴加稀HCl，一支立即產生氣泡，另一支開始時無明顯現象，繼續滴加有氣泡產生。立即產生氣泡的試管中的試液是NaHCO3溶液。

[教師]很好，你們組是采用滴管逐滴滴加操作的。有沒有不同的操作？或者你們在實驗過程中看到了不同的現象。

[學生]我們將鹽酸分別倒入兩支試管的試液中，發現兩支試管中均有氣泡產生，現象相同，因此我們認為無法鑒別。

[思考]對比你們兩組的實驗過程及現象，實驗過程有何不同？

[學生]我發現一組采用的是“滴”的方式，而另一組采用的是“倒”的操作，是不是這個原因造成的呢？

[教師]一個“滴”，另一個“倒”，操作中的差異會引起什么不同的變化呢？

[學生]推測實驗現象與H+的量有關。

[教師]對，這就可以合理解釋碳酸鈉溶液中開始滴加HCl沒看到明顯現象了。

[學生]因為滴加少量H+，此時大部分的CO32-只結合一個H+生成了HCO3-。只有極少部分結合H+生成H2CO3，分解釋放出CO2。

[教師追問]為什么CaCl2溶液卻不能鑒別Na2CO3和NaHCO3呢？

設計意圖：本環節主要圍繞用稀鹽酸、CaCl2溶液鑒別碳酸氫鈉和碳酸鈉時的現象分析，增強學生信息獲取能力，使學生能夠根據實驗宏觀現象分析，初步學會從微觀視角認識電解質溶液體系中的微粒種類，從平衡視角認識微粒的數量關系，豐富認識視角與方法。

（三）通過多維視角分析，建構模型

向NaHCO3溶液中滴加CaCl2溶液生成大量的白色沉淀，沉淀是什么？如何從平衡的視角分析產生的沉淀？能否從平衡常數的大小來判斷該反應的程度如何？沿著這一條問題鏈，層層深入，抽絲剝繭，多角度、有梯度地建立起分析復雜水溶液離子反應與離子平衡體系的認識模型。

[教師]問題：碳酸鈉溶液中滴加CaCl2產生CaCO3白色沉淀，那么碳酸氫鈉溶液中滴加CaCl2生成大量的白色沉淀是什么？結合溶液中的微粒，推測白色沉淀可能是什么？

[學生]可能是CaCO3或Ca（OH）2。

[教師]如何定量判斷反應進行的程度？

[學生]比較濃度商Q與平衡常數K的大小。

[展示]將濃度均為0.2 mol·L-1 CaCl2溶液與NaHCO3溶液等體積混合 （忽略體積變化），請通過計算判斷有無CaCO3沉淀生成。已知：Ksp（CaCO3） = 2.8 × 10-9 ，Ksp[Ca（OH）2] = 4.7 × 10-6，定量判斷白色沉淀的主要成分。

[思考]已知：0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液的pH = 8.3，其中c（CO32-） = 1.2 × 10-3 mol·L-1。通過計算，判斷生成的白色沉淀的成分。

[學生]計算并判斷：首先兩溶液等體積混合，濃度減半，c（Ca2+） = 0.1mol·L-1。已知pH = 8.3，c（OH-） = 10-5.7 mol·L-1，Qc = c（Ca2+） · c2（OH-）= 0.1 × （10-5.7）2 = 1 × 10-12.4，此時的Qc Ksp（CaCO3），則產生的沉淀為CaCO3。

[追問]從平衡移動的視角理解CaCl2與NaHCO3產生CaCO3沉淀的反應歷程。

[展示]反應歷程為

[教師]寫出Ca2+與NaHCO3反應的離子方程式。

[學生]思考后書寫離子方程式：Ca2+ + 2HCO3- ?= CaCO3↓ + H2O + CO2 ↑。

[建構認識模型]對比分析碳酸鈉與碳酸氫鈉，從微觀、平衡、定量三個視角對水溶液的認識模型展開建構。師生合作繪制出“水溶液中離子反應與離子平衡體系”的認識模型，如圖2所示。

設計意圖：本環節圍繞CaCl2不能鑒別Na2CO3和NaHCO3的原因展開討論，引領學生從電離平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等平衡視角分析離子反應，再結合Q、K等數據從定量視角展開推理，幫助學生建構多維視角分析模型，強化“宏—微—符”三重表征能力，進一步發展學生的微粒觀、轉化觀、平衡觀等化學觀念。

（四）聯系工業生產實例，解決問題

“模型認知”要求依據物質及其變化信息，建立現象與模型之間的聯系，從而實現科學模型的建構。但是更應該把模型認知的焦點聚集在科學思維的過程中，即要將化學知識應用于解決實際問題[1]4-6。

[思考]工業上制備難溶碳酸鹽（如CoCO3、MnCO3）時，常用NH4HCO3溶液，為什么不用可溶性的正鹽溶液（如K2CO3、Na2CO3）呢？

[學生]HCO3-也能提供生成碳酸鹽沉淀所需的CO32-。

[教師追問]對。HCO3-確實有提供CO32-的作用，還有其他作用嗎？

[學生]HCO3-能與H+反應，可以調節溶液的酸堿性。

[練習]（2013年全國I卷27題節選）某離子電池正極材料有鈷酸鋰（LiCoO2），導電劑乙炔黑和鋁箔等。現欲利用以下工藝流程（見圖3）回收正極材料中的金屬Co。回答下列問題：

寫出“沉鈷”過程中發生反應的化學方程式。

[學生]明確“沉鈷”過程中HCO3-的作用，一是提供CO32-，二是能夠調節溶液的pH，即中和產生的H+。因此，離子方程式為Co2+ + 2HCO3- = CoCO3↓ + H2O + CO2 ↑

設計意圖：本環節的目的是將認知模型與實際問題融合，運用認知模型解決真實工業生產問題。讓學生將“認識模型”在真實的工業生產中學以致用，促進學生完成水溶液知識體系結構化，認識思路系統化，認識視角多樣化，進一步實現學生必備知識與關鍵能力的協調發展。

五、項目式學習效果與反思

本節項目式學習設計四個環環相扣、層層深入的學習任務，遵循學生的認知特點和已有經驗，以探索“碳酸氫鈉和碳酸鈉的鑒別”為主線，依托真實問題驅動、實驗探索發現、定量計算分析等手段，精心設計學生活動，巧妙滲透素養培育。在問題解決過程中，學生積極參與活動，形成認識水溶液中離子反應與離子平衡的認識思維模型，基本達到了本節課的預設目標。反思本節課的教學，筆者有以下幾點想法與思考：

（一）挖掘真實教學情境，設計有層次的問題

項目式學習的關鍵在于驅動性問題設計，驅動性問題的質量直接決定項目式學習的效果，在項目式教與學中起重要的驅動和組織作用[4]。通過創設教學情境，問題引領，小組合作等讓學生參與到活動中[5]。問題能激發學習者尋求問題解決的欲望，是素材情境向教學情境轉化的關鍵一環。從情境素材中凝煉化學學科問題應遵循由易到難、由淺到深、由表及里的設計理念。如設計成合理、有序、連續的問題鏈，促使學生思考。“從微觀視角分析碳酸鈉溶液與碳酸氫鈉溶液中存在的微粒”“從平衡視角分析NaHCO3溶液中存在的多重平衡體系”“從定量視角分析Ca2+與HCO3-反應進行的程度”。合理、有序、連續的問題鏈能夠增強項目式學習活動的目的性與可行性，調動學生參與探究問題的主動性與積極性，達成知識體系的生成與認識模型的建構，促進有意義學習。

（二）規劃項目任務活動，促進有意義的學習

項目式學習整合了相關專題，讓學生在真實的情境中學以致用，自主構建具有遷移價值以及應用價值的認識模型，有效促進水溶液專題知識的結構化，促進學生綜合分析的有意義學習[6]。情境素材要真亦要實，可以來源于日常生活，或取材于工業生產，亦或是科學實驗。項目式學習用碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液的鑒別這一簡單但真實的實際問題為情境，也可以用阿司匹林中官能團的檢驗實驗為情境，或者圍繞補鐵劑這一生活情境，探討鐵及其化合物的相互轉化。教師應注重發掘合理情境，嘗試將素材情境轉化為教學情境，提煉情境中蘊含的化學知識，再將涉及的知識進行合理規劃，通過設置合理、有序、連續的問題鏈，促進學生提升認知層次，豐富學生對學科的理解與感受，同時，借助真實情境下的應用，體會化學知識的社會價值和學科意義。

（三）充分滲透實踐活動，發展科學探究能力

實踐活動主要發展學生的問題解決能力，應重點關注學生解決問題理念和化學知識價值認識視角[7]。項目實踐活動包含學生活動任務和問題，都應以發展學生的科學探究能力為中心，通過實踐活動，可以培養學生的動手操作、觀察思考、溝通合作、獲取信息、分析與解決問題等能力，有利于學科核心素養的培育和關鍵能力的養成。教師應增進師生的合作與交流，鼓勵學生參與實踐活動。實踐活動包括微型實驗、數字化實驗、定量實驗等，可以是常規、確切的實驗方案驗證，也可以是陌生、未知的實驗方案設計。在實驗方案設計環節，教師應與學生充分交流與討論，給予相應地指導與支持；在實驗操作環節，教師應預留充足的時間，營造寬松的課堂氛圍，包容探究過程中的失敗，重視“異常”現象或“失敗”實驗的再探究，讓學生切身感受實踐活動的樂趣，從而發展科學探究能力。如抓住用CaCl2鑒別過程中兩支試管均出現白色沉淀這一“異常”現象，引導學生展開分析，多角度、深層次地尋找并解釋形成“異常”的原因，逐步培養學生嚴謹求實的科學態度，發展勇于實踐的探究能力。

[參 考 文 獻]

[1]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.

[2]楊明全.核心素養時代的項目式學習：內涵重塑與價值重建[J].課程·教材·教法，2021，41（2）：57-63.

[3]汪雪.真實問題情境下的化學學科核心素養培養：以“氧化還原反應專題復習”為例[J].化學教學，2022（3）：57-61.

[4]何鵬.項目式學習中驅動性問題的設計與實施策略：以“電離與離子反應”為例[J].化學教育（中英文），2022，43（5）：68-73.

[5]劉寶強，張賢金.基于學科關鍵能力培育的高中化學教學設計：以“飲食中的有機化合物”為例[J].中小學教學研究，2021，22（4）：74-78.

[6]林波，楊潔，陳向陽.基于項目式學習的高三化學反應原理專題復習：以“二氧化碳催化加氫生產甲醇”為例[J].化學教學，2021（12）：58-64.

[7]姜顯光.學科素養導向化學課堂學習表現評價任務設計：基于《普通高中化學課程標準（2017年版）》教學與評價案例[J].中小學教學研究，2022，23（4）：87-90.

（責任編輯：姜顯光）