初中化學專題復習的項目式教學*
——自制“熱冰”

朱建紅 徐 敏

（蘇州高新區第三中學校 江蘇 蘇州 215163）

陶行知先生說，生活即教育，社會即學校，教學做合一。義務教育化學課程標準（2022版）也指出，應聚焦學科育人方式的轉變，深化化學教學改革。創設真實問題情境，倡導“做中學”“用中學”“創中學”，開展項目式學習，重視跨學科實踐活動［1］。這是陶行知先生的思想在21世紀的新發展，其本質要義是相同的。

項目式教學是在做中學的課程體現。項目式學習（project based learning）是一種動態的學習方法，學生們通過PBL主動地探索現實世界的問題和挑戰，在這個過程中領會到更深刻的知識和技能。夏雪梅博士在《項目化學習設計:學習素養視角下的國際與本土實踐》一書中指出項目式教學旨在促進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。這也是項目式教學的顯著優勢［2］。

一、項目主題分析

初中化學復習課形式多樣，既可以單元為主題也可以項目為主題，以單元為主題的初中化學復習課在單元核心知識的整合方面表現突出，能夠促使學生深化單元核心知識，促進能力的遷移和高階思維的發展，但其在跨單元知識和能力的運用方面，涉及不多，對學生綜合能力的培養稍顯不足。2017 年高中化學課程提出全面提升學生化學核心素養的要求，化學核心素養就是學生綜合能力的一種體現，其所滲透的化學思想觀念和社會價值態度正是通過學生解決真實情境中的問題表現出來。項目式教學正是一種帶領學生調用綜合能力解決真實問題的教學形式，其最終呈現的項目教學成果更讓學生體會到化學學習的樂趣、價值和意義。

初中化學“自制熱冰”的項目式教學以制作熱冰為項目式主題任務，在讓學生完成項目任務的過程中，復習常見鹽的溶解度曲線和降溫結晶的原理、方法及步驟，并結合溶解度計算、化學方程式計算和溶質質量分數的計算考查學生綜合運用各項計算能力解決復雜情境問題的能力。該專題復習課涵蓋的核心知識點涉及第4章認識化學變化第3節化學方程式的書寫與應用，第6 章溶解現象和第7 章應用廣泛的酸、堿、鹽第3節幾種重要的鹽，屬于跨單元的知識整合和綜合計算運用的一節復習課，這也是項目式教學相比大單元教學的優勢所在，但其對學生的學科知識背景和實踐操作能力要求較高。

二、項目教學目標

通過“自制熱冰”項目式教學，拓寬學生對物質結晶條件的再認識，發展他們對溶解度曲線模型的認知素養，培養他們將綜合運算與實踐操作相融合去解決一類復雜問題的能力，在交流與合作中豐富學生的情感體驗，他們能感受到項目學習的成果，體會學習的真正意義。具體目標如下:

第一，通過繪制醋酸鈉的溶解度曲線，體會溫度對固體物質溶解度的影響趨勢，重溫根據溫度確定固體溶解度的方法。

第二，通過選擇制取醋酸鈉的原料，復習鹽和鹽、鹽和酸之間的復分解反應。

第三，通過確定原料的用量，復習溶解度、溶質質量分數與化學方程式的綜合計算。

第四，通過項目實施過程，復習蒸發和結晶的操作，讓學生學會運用知識解決新情境的問題。

第五，通過展示項目成果體會成功背后的規律，豐富學生的情感體驗。

第六，通過天宮熱冰實驗，讓學生感受不同的重力場環境下熱冰結晶的形狀不同，學習用變化的觀點看待物質。

三、項目任務及教學流程

四、項目實施過程及學生學習成果

1.確定項目任務

【課堂導入】同學們去過溜冰場嗎？老師去過龍湖天街的溜冰場，溜冰場的冰面用真冰制作，為保證冰面不融化，需要維持較低的環境溫度。于是老師希望有一種常溫下的溜冰場，即使在光照下它也不會融化。

【承上啟下】同學們，你們能幫老師實現這個愿望嗎？有一種叫作“熱冰”的物質也許可以幫到我們哦。同學們記得上節課我們利用雞蛋殼制作了牙膏摩擦劑碳酸鈣，在向醋酸鈣溶液中滴加飽和碳酸鈉溶液的過程中，我們除了得到輕質碳酸鈣，同時還得到了醋酸鈉溶液:(CH3COO)2Ca+Na2CO3== ==== CaCO3↓+2CH3COONa。將這種溶液蒸發濃縮，冷卻結晶就可以得到“熱冰”（圖1）。

圖2 醋酸鈉的溶解度曲線

圖3 向室溫下的過飽和醋酸鈉溶液中投入“晶種”

圖4 圍繞“晶種”出現晶體

圖5 晶體逐漸長大

圖6 晶體越來越多

圖7 形成“熱冰”

圖8 無重力作用下的“熱冰”

【教師提示】這是醋酸鈉在不同溫度下的溶解度數據表，你能據此畫出醋酸鈉的溶解度隨溫度的變化曲線嗎？

溫度/℃溶解度/g 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 119 121 124 126 136 138 140 146 153 161 170

【學生活動】在坐標紙上繪制醋酸鈉的溶解度曲線。

【教師提問】同學們的溶解度曲線畫得不錯，根據醋酸鈉的溶解度，對照20 ℃各種類型物質的溶解度，你覺得醋酸鈉屬于哪一類物質？

表1 20 ℃物質溶解度和溶解性的關系

【學生回答】因為醋酸鈉在20 ℃的溶解度為124 g，遠大于10 g，所以它屬于易溶于水的物質。

【教師追問】如果給你一支溫度計，你能根據所畫的溶解度曲線確定當下環境溫度下醋酸鈉的溶解度嗎？

【學生回答】用溫度計測得當下的環境溫度為23.5℃，根據溶解度曲線，用描點法得出醋酸鈉的溶解度為124.5 g左右。

【教師介紹】制作熱冰首先需要配制室溫下的醋酸鈉過飽和溶液。那么什么是過飽和溶液呢？過飽和溶液是指一定溫度、壓力下，當溶液中溶質的質量已超過該溫度、壓力下溶質的溶解度，而溶質仍未析出的溶液。該現象叫過飽和現象。過飽和溶液是不穩定的，如果攪拌溶液、使溶液受到震動、摩擦容器器壁或者往溶液里投入固體“晶種”，溶液里的過量溶質就會馬上結晶析出。

2.制定項目計劃

【布置任務】如果我們用100 g水配制室溫下的醋酸鈉過飽和溶液，需要用到164 g醋酸鈉，計算需要多少克雞蛋殼？（以雞蛋殼含50%CaCO3計）

【學生分組計算匯報】

【教師小結】一個雞蛋含雞蛋殼的質量大約為10 g，200 g 需要20 個雞蛋殼，即打碎20 個雞蛋，一個雞蛋以1 元計，20 個雞蛋20 元錢。成本相對較高，有沒有更經濟的辦法？我們先來看看家中還有什么材料？

【展示圖片】小蘇打和白醋。

【學生回答】我們可以利用小蘇打和白醋反應來制備。

【教師追問】你能寫出小蘇打與白醋反應的化學方程式嗎？

【學生書寫】NaHCO3+CH3COOH== == == CH3COONa+H2O+CO2↑

【布置任務】下面請同學計算一下，如果用164 g醋酸鈉配制室溫下的醋酸鈉過飽和溶液，需要NaHCO3的質量是多少克？需要6%的白醋體積約為多少毫升？（白醋的密度約為1.0 g/mL）如果改用30%的醋精體積約為多少毫升？（30%的醋精密度約為1.0 g/mL）

【學生分組計算匯報】

【教師提問】同學們的計算是正確的。現在如果讓你來選擇，你選擇6%的白醋還是30%的醋精？為什么？

【學生回答】選擇30%的醋精，可以減少后續蒸發濃縮操作的時間，節約能源。

【教師追問】回答得有理。在工業生產中我們經常需要加入一種過量反應物以使另一種反應物完全反應，在這個反應中你覺得應該誰過量比較好，為什么？

【學生回答】30%的醋精過量比較好，因為醋酸易揮發在后續加熱過程中可以除去。

【教師提問】你覺得過量多少會比較合適呢？

【學生回答】稍微過量就可以，否則又會延長蒸發濃縮的時間。

【教師提示】配制含164 g醋酸鈉的過飽和醋酸鈉溶液需要100 g 水，反應后溶液中含有多少克水？另需蒸發掉多少克水？

【學生分組計算匯報】

溶液中含有316 g水，需要蒸發216 mL的水。

【師生小結】綜合考慮上述因素，建議大家量取約400 mL 30%的醋精加入84 g的小蘇打中，加熱至固體完全溶解，蒸發濃縮，再緩慢冷卻至形成室溫下的醋酸鈉的過飽和溶液。

【教師說明并提問】由于過飽和溶液是一種不穩定的溶液狀態，當攪拌溶液、使溶液受到震動、摩擦容器器壁或者往溶液里投入固體“晶種”，都會使溶質結晶析出，那么我們該怎么做才能得到醋酸鈉的過飽和溶液呢？

【學生討論】加熱后的冷卻過程中我們可以在容器上加蓋表面皿以防止灰塵進入，冷卻至室溫后小心輕放，避免使其發生震動。

【教師提醒】同學們注重細節的習慣很好。現在大家明確實驗中試劑的用量和操作注意事項，就可以開始動手制作室溫下的醋酸鈉過飽和溶液了。鑒于試劑用量比較大，所以老師為每個小組準備了2 L 的加熱鍋，大家可以將400 mL 30%的醋精分批緩慢加入含84 g小蘇打的加熱鍋中并攪拌，以防止氣泡逸出速率太快，反應液逸出。配制好溶液后，請大家用電磁爐加熱并濃縮。加熱濃縮后的液體混合物請緩慢倒入結晶皿中制作熱冰，實驗過程中給大家準備了棉布手套，請大家小心操作、謹防燙傷。

3.組織項目實施

【學生分組實驗】用84 g 小蘇打和30%的醋精配制室溫下含164 g 醋酸鈉的過飽和溶液，加熱煮沸后再緩慢冷卻至室溫，投入“晶種”。

【教師引導】實驗過程中如何確定加入的醋精已經過量了？

【學生回答】向溶液中繼續滴加30%的醋精至不再產生氣泡。

【教師提示】配制好的室溫下的過飽和醋酸鈉溶液，該如何使它結晶析出成為熱冰？你有哪些方法？

【學生匯報】①投入“晶種”醋酸鈉；②用玻璃棒輕輕觸碰溶液；③用玻璃棒攪拌溶液；④用玻璃棒摩擦容器壁。

【教師小結】請每一小組用上述一種方法獲得熱冰，看哪一組得到的熱冰形狀最完美。

4.項目成果展示

【學生分組】展示自制的熱冰、評價熱冰的形狀、總結獲得熱冰的最佳方法。

【學生組一】自制的熱冰中還含有少量醋酸鈉溶液，加熱濃縮時間不夠。

【學生組二】自制的熱冰表面有些凹凸不平，制備時為使結晶速率加快，晃動了結晶皿。

【學生組三】自制的熱冰中含有氣泡，結晶時用玻璃棒攪拌了混合液，有空氣進入。

【學生組四】自制的熱冰硬度不夠，用玻璃棒輕輕碰觸就出現凹陷，需要適當增加過飽和溶液中醋酸鈉的含量或者延長加熱濃縮的時間。

【學生組五】自制的熱冰中含有細碎的小結晶，因為結晶時有空氣中的灰塵進入增加了“晶種”，建議在投入“晶種”后蓋上玻璃蓋制備熱冰。

【拓展延伸】最近大火的天宮熱冰實驗，給我們展示了無重力下的熱冰形狀，一起來看視頻《天宮熱冰實驗》。

【師生小結】原來在無重力作用下形成的熱冰是一個玻璃球。

五、項目教學反思及改進建議

“雞蛋殼的妙用”第2課時的項目式主題任務“自制熱冰”是承接第1課時“自制牙膏摩擦劑”的專題復習課，借用第1課時中白醋溶解雞蛋殼生成醋酸鈉和碳酸鈣的化學反應，介紹利用溶質醋酸鈉制取“熱冰”的方法，通過項目式學習任務的拆解，即項目式學習任務提出、分析項目任務的解決方法、通過化學實驗實踐項目式學習任務、最終體驗項目式學習成果等環節，主要復習物質的溶解度曲線、化學方程式和溶解度的綜合計算及固體物質結晶的方法，培養學生自主學習的意識和與他人交流合作的精神。

教學過程中涉及的項目式實驗對試劑的用量比較大，學生分組實驗過程中有部分小組制備反應液時加入試劑速率太快，導致出現部分反應液逸出的現象，建議改進試劑用量。教師在準備實驗時發現用酒精燈或水浴加熱速率均太慢，采用電熱水壺加熱不太規范，最后還是采用電磁爐對帶柄的加熱鍋進行加熱，若改用燒杯加熱學生也容易發生燙傷事故。

項目式學習最終以項目式成果的形式呈現，學生在享受項目式學習成果中體驗學習化學的意義和價值，這也是項目式教學最終的育人價值所在，同時項目式學習對學生的知識和能力要求較高，這也與發展學生適應終身發展和社會發展需要的必備品格和關鍵能力的核心素養的培養目標一致。