走進社區的項目式學習

摘 要： 圍繞社區收集的生活問題，從生活視角走向化學視角，開展項目式學習探索。從微觀視角建模認識甲醛的危害原理、用模實施微型檢測實驗以及探究去除甲醛的方案、結合跨學科視角優化甲醛凈化方案。從理論分析到理想實驗探究，再進階至生活中真實復雜的環境問題的解決，發展學生的化學學科核心素養。

關鍵詞： 項目式學習； 甲醛； 實驗探究； 模型認知

文章編號： 1005-6629（2024）11-0059-06

中圖分類號： G633.8

文獻標識碼： B

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》（以下簡稱“新課標”）倡導真實問題情境的創設［1］。真實問題的解決過程，是知識有效重整、遷移應用的過程，也是素養進階發展的過程。真實問題不僅源于教師的創設與提煉，也源于學生在日常學習、生活中的觀察與思考。在本項目活動中，學生將走進社區，面向社區居民收集生活問題，嘗試將高頻的熱點生活問題轉化為化學問題，圍繞相關主題展開項目式學習探索，再將項目成果轉化為生活知識與社區居民分享。

1 項目主題內容及教學現狀分析

近期社區里進行家裝的住戶較多，他們好奇“吸入甲醛會得白血病嗎、咋知道房間里還有沒有甲醛、風油精能不能除甲醛、有沒有推薦的除甲醛方法……”這些家裝居民的多數問題均與“甲醛”有關。

“新課標”中要求“認識醛的組成和結構特點、性質、轉化關系及其在生產生活中的重要應用”。“甲醛”不僅是當前人們關切的議題主角，也是高中化學選擇性必修階段重點學習的有機化合物，甲醛的性質與其極性多重鍵的結構密切相關［2］。由此觀之，甲醛可作為關聯“物質結構與性質”與“有機化學基礎”模塊的項目活動的學習內容。

本項目的參與對象是完成了“物質結構與性質”模塊第一章學習的高二學生，學生能從電負性視角分析鍵的極性，但是對有機化合物的結構性認識還停留在必修階段的淺層學習，對尋找、分析

有機化合物的反應位點存在一定困難。本項目以甲醛的危害與凈化為任務載體，通過理論分析建構認知模型，并應用模型進行實驗探究，綜合多學科視角優化方案，從物質結構的視角分析有機物的反應，打破模塊間的壁壘，發展化學學科核心素養。

2 項目學習目標

（1） 基于電負性分析化學鍵的極性與分子的電荷分布，分析甲醛與蛋白質作用的原理，尋找部分有機反應的規律，建構基于電負性視角的有機反應認知模型。

（2） 能夠應用模型預測甲醛可能發生的反應，分析甲醛檢測盒的反應原理，設計、實施甲醛的“微型化”凈化實驗，綜合多學科視角嘗試凈化甲醛。

（3） 通過繪制甲醛認知手冊等任務，內化思維模型，梳理甲醛的來源、危害、檢測與凈化思路。結合課前收集的甲醛問題，走進社區進行有關甲醛的科普活動，體會化學的實用性與社會責任感。

3 項目任務及教學流程

本項目由前期社區調查梳理與目標確立、中期課堂討論與實驗探究、后期歸納整合與社區宣講三個環節構成，項目教學流程如圖1所示。

4 項目實施過程及學生部分學習成果

4.1 課前任務：收集梳理生活中的甲醛困惑

［問題轉化］學生梳理歸類前期社區走訪調查時收集的“甲醛”問題，將生活問題轉化為化學問題，如圖2所示。師生交流討論共同確立項目學習目標。

［家庭實驗］學生通過甲醛檢測盒、家用甲醛檢測儀在生活的不同區域檢測甲醛含量并記錄檢測的結果。部分

檢測的實驗結果如圖3所示。

4.2 任務一：揭秘甲醛的危害原理

［資料卡片］甲醛的毒性主要源于破壞蛋白質、DNA的原有結構（見圖4）。

［學生活動1］通過分析對比反應圖示，關注反應位點（不參與反應的部分用R基表示）判斷反應類型，繪制示意圖，基于電負性分析斷、成鍵部位的電荷分布，尋找反應規律。

［分享展示］碳氧雙鍵中碳原子顯正電性，氧原子顯負電性；蛋白質分子中的氮氫鍵也是極性鍵，氮原子顯負電性，氫原子顯正電性，反應結果呈現“正負相連”的結果。分析推理過程如圖5所示。

［分享展示］依據“正負相連”的規律可推出加成產物，對比加成產物與最終產物，推斷第二步是脫水，存在碳氧、氮氫極性鍵的斷裂，氧氫、碳氮極性鍵的形成，仍然遵循“正負相連”的規律。分析推理過程如圖6所示。

［學生活動2］梳理基于電負性認識反應的思路。

［模型建構］首先聚焦反應位點，利用電負性分析化學鍵的電荷分布，然后依據“正負相連”的規律進行片段重組。

［用模預測］尋找極性鍵，“正負相連”片段重組。反應示意圖如圖7所示。

設計意圖：對兩種反應結合球棍模型進行分析推理，引導搭建學習支架，由淺入深，認識甲醛與蛋白質氨基部位的反應，建構基于電負性認識化學反應的思維模型，從微觀化學視角認識甲醛的危害原理。

4.3 任務二：室內甲醛的含量檢測

［學生提問］新櫥柜氣味較重，但甲醛檢測盒顯示櫥柜的甲醛含量未超標，而甲醛檢測儀顯示甲醛含量超標了。那么甲醛檢測盒能檢測出甲醛超標的情況嗎？甲醛檢測盒、甲醛檢測儀檢測的結果可靠嗎？

［學生活動3］探究甲醛檢測盒檢測效果的實驗。

［實驗過程］完成定性檢測實驗（見圖8）：將白色粉末（MBTH）倒入圓盒，用試劑A（蒸餾水）溶解，用膠頭滴管吸取1mL市售福爾馬林（37%～40%的甲醛溶液）快速轉移至圓盒內，用密封罩罩住1分鐘，迅速加入試劑B（硫酸鐵銨），比色觀察記錄。

［學生分析］溶液由無色變為藍綠色，測定值達0.20mg/m3（超標）。通過本實驗可推斷甲醛檢測盒可以檢出高濃度甲醛溶液，但對于低濃度甲醛溶液或空氣中甲醛檢測的靈敏度仍無法驗證。

［資料支持］甲醛檢測盒的有效成分是MBTH（3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙鹽酸水合物），甲醛能與MBTH反應，應用模型預測二者反應的產物。

［小組展示］反應位點在MBTH的氮氫鍵與甲醛的碳氧雙鍵。推測反應產物存在兩種可能性：

A為加成產物；

B為先加成后脫水得到的產物（見圖9）。

［教師引導］非常好。小組同學已經能熟練應用模型，但是我們也發現模型存在的局限性：無法辨別多種預測產物。

［資料支持］氨及其衍生物能與醛酮發生親核加成，然后脫水，形成含碳氮雙鍵的化合物［3］。實際反應過程生成產物B，最終轉化為藍綠色化合物顯色。

［教師提問］你覺得在測定過程中需要注意哪些要點？請大家思考后，討論形成甲醛檢測盒的簡易版操作手冊。

［學生分享］在實際測定過程中我們發現測定的時間不同，顯色程度不同；要關注反應時長、溫度、濕度、光照等影響因素。

設計意圖：通過實驗檢測微型環境中的甲醛含量，從實驗中認識甲醛溶液與試劑MBTH反應，追溯反應的微觀原理，運用模型預測產物，認識模型的局限性。關注外部因素對實驗測定的影響，形成簡易操作手冊，作為進社區的輔助科普材料。

4.4 任務三：室內甲醛的凈化探索

［教師提問］對于甲醛含量超標的居室，如何凈化處理甲醛呢？

［學生回答］開窗通風、活性炭吸附、茶葉梗吸收甲醛……

［科普視頻］開窗通風、用水吸收甲醛、使用甲醛凈化噴劑效果較好；綠植、活性炭吸附效果并不佳；加濕器反而使得甲醛濃度升高。

［學生提問］甲醛凈化噴劑的有效成分是什么呢？

［教師引導］噴劑的有效成分應能與甲醛發生化學反應，可以反向思考甲醛的化學性質，預測反應試劑，進行實驗設計，探究檢測試劑的凈化效果。

［學生活動4］設計甲醛凈化方案。

［學生A］甲醛可能與含—NH2結構的NH3發生反應，但反應無明顯現象，應如何檢測？

［學生B］可以用酚酞指示劑，若發生反應，pH改變，會看到變色現象。

［學生C］但是加入酚酞，如何證明甲醛主要與氨水反應還是與酚酞反應？

［學生B］酚酞用量少；退色后再向溶液中加氨水，若顏色恢復，可以證明主要是氨水與甲醛發生了反應。

［教師提問］方案2中，是否只要觀察到酸性高錳酸鉀退色就可以證明反應發生了？

［學生A］還需要控制變量，加入等體積蒸餾水形成對照組（見圖10）。

［實驗觀察］氨水與酸性高錳酸鉀均快速退色，實驗現象圖略。

［教師提問］在日常生活中，你會選擇氨水或酸性高錳酸鉀溶液來吸收甲醛嗎？

［學生評價］不用氨水。因為氨水易揮發，刺鼻的氣味也容易帶來新的污染。

［教師引導］凈化劑的選擇需要綜合考慮反應物與產物的安全性、穩定性以及反應的快慢、限度等。

［資料支持］市售甲醛凈化噴劑常見成分是光觸媒、生物酶、天然提取物等，光觸媒除甲醛的效果相對穩定，應用比較廣泛［4］。

［跨學科視角］從物理角度分析，利用甲醛的揮發性、溶解度等物理性質通過吸附吸收，性價比高但容易出現二次污染釋放；從生物學角度分析，利用植物吸收或微生物對甲醛溶液進行凈化分解，相對溫和但顯效較慢；從化學角度分析，利用甲醛的氧化反應、加成反應等實現凈化，試劑價格稍高但見效快（見圖11）。

［課堂小結］項目思維模型梳理呈現（見圖12）。

設計意圖：在實驗過程中利用微型化儀器減少污染，節約藥品用量，通過設計、分析、評價等任務推動學生進行深入思考。面對真實復雜的凈化問題，需要多角度認識凈化方案，科學分析綜合治理。

4.5 課后任務：走進社區進行甲醛科普宣講

［項目成果］梳理繪制甲醛科普手冊（見圖13）。

［社區實踐］攜帶科普手冊，學習小組為家裝居民答“甲醛之惑”。

設計意圖：梳理項目成果，有利于學生對本次項目的再認識、再提升。學以致用，學生通過團隊合作能夠體驗、分享、傳播科學知識的樂趣以及成就感和責任感。

5 項目教學效果與反思

據統計，本項目活動中，約85%的學生能積極主動地參與問題解決的過程；在項目結束后對不同小組成員隨機訪談，學生表示對甲醛的來源、危害、檢測與凈化方法有更全面的認識，能與家人分享甲醛的相關知識，體悟化學的實用性；還有學生提到發現了有機反應的“秘密”，電負性模型能幫助他們理解不少有機反應。復盤本項目的設計與實施，有以下三點思考。

5.1 適時搭建支架突破關鍵問題

教師在項目式學習中扮演了重要角色，需要隨時搭建支架幫助學生突破困境，如在分析甲醛危害原理時，指定角度分析反應位點的思路方法，有利于學生建構模型；在探究甲醛凈化實驗設計時通過不斷地追問，引發學生更深入的思考。學生在關鍵知識的學習上經歷挑戰，有利于促進知識的深度理解，如基于模型預測甲醛檢測盒產物時，形成兩種產物的沖突，學生能認識到模型的局限性。學生能力的發展需要一定的自主思考的時間與空間，如何抓住提供學習支架的時機以及提供何種支架還需要結合學情，不斷實踐與反思探索。

5.2 評價反饋促學促教

評價反饋的目的是促進學生的學習與教師的教學，評價的主體、方式可以更加多元化。教師通過課堂觀察及時給予學生反饋評價，學生提出的方案、觀點也可以生生互評，如在探究甲醛與氨水反應的實驗設計中，來自不同學生的質疑、反饋使得最終的實驗方案更加科學嚴謹。紙筆測試也是重要的評價方式，通過本項目的學習，86%的學生面對甲醛與甲醇的簡單反應時能運用電負性模型準確書寫加成產物，說明學生對模型的理解程度較好；在面對陌生情境的試題時（見圖14），僅有67%的學生能夠分析推理、預測書寫“乙醛使DNA交聯”的反應產物。測試結果說明學生的遷移應用能力還需提升，在后續有機模塊中對取代反應、烯烴與羰基的不對稱加成反應等還需要持續滲透模型的運用。

3. 乙醛作為乙醇的代謝副產物，它也能與蛋白質反應，科學研究發現乙醛能使DNA兩個相鄰的鳥嘌吟G發生交聯，影響轉錄進而導致癌變。

請運用本節課的電負性認知模型，推理預測反應過程的產物，繪出反應過程的圖像。

5.3 及時轉化應用項目成果

首先在班級公開展示團隊制作的甲醛認知手冊成果，教師、同學之間相互討論、反饋與啟發，然后經反思修訂迭代出更優質的項目成果。在手冊初次展示時，要點以條目式形式呈現，在教師的引導下逐步實現從多點到關聯結構的轉化，同時還擴充了對甲醛來源的分析，對家裝材料的環保性選擇有所認識。在面向社區居民進行科普分享時，成果內容還需要經過更加實用化、生活化、趣味化的處理，比如在講解甲醛的危害時主要從宏觀層面介紹，可對甲醛進行“擬人化”處理：甲醛“偷襲”蛋白質，導致蛋白質失去“工作能力”，類似機器零件損傷引發后續問題。總之，通過及時轉化項目成果，發揮成果的實用價值，從而更好地激發學生的學習熱情。

參考文獻：

［1］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2020年修訂）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 1.

［2］戴光宏. 有機反應類型復習的主題式情境教學設計與實施——探秘“甲醛的危害與去除”［J］. 化學教學， 2021， （12）： 52～57.

［3］邢其毅， 裴偉偉等. 基礎有機化學（第4版）［M］. 北京： 北京大學出版社， 2017： 1.

［4］胡朋舉， 劉兵兵等. 空氣凈化用甲醛清除劑凈化性能研究［J］. 綠色科技， 2022， 24（16）： 219～221.