開展項目學習 發展核心素養

摘 要 項目學習方式是發展核心素養的重要途徑。以“揭秘暖貼的工作原理”為例，進行課前、課上項目規劃，通過解決真實問題，經歷實驗探究過程，發展學生模型認知、科學探究、社會責任等化學學科核心素養。

關鍵詞 高中化學 項目學習 核心素養 原電池

項目式學習是基于建構主義理論的學習方式，讓學生面對現實世界中的現實問題，運用學科思維方式分析問題、解決問題，建構學科知識，最終形成結構化的認知圖示。項目式學習的基本特征是：基于現實世界提出驅動問題，學生通過小組合作和外部資源協同進行科學探究，并進行持續的過程性和表現性評價，最終學生進行項目作品展示，開展終結性評價。研究表明，項目式學習對于發展學生的化學觀念、轉變學習方式、提升問題解決能力和激發學習興趣具有重要意義。[1-2]

一、項目主題的確立和分析

冬季來臨時，北方的冰雪旅游持續升溫。尤其是南方游客去北方旅游時，保暖成為優先被考慮的事項之一。暖貼由于其具有持續發熱功能，成為冬季戶外活動的日常必備用品。本研究是根據學生去北方旅游時使用暖貼，并在對暖貼的好奇聲中開展的。

運用所學的學科知識解決生活中的實際問題是學科素養的重要體現。該項目主要承載著電化學反應的相關內容，包括化學反應與電能、原電池、電極、電極反應、電化學方程式、電解質溶液等，重點發展學生的轉化觀和能量觀。學生在項目學習前，已經系統地學習了原電池的相關理論知識，掌握了一定的科學探究知識，但是對于完整的科學探究過程的了解和經歷較少，缺乏對知識的理解和建構過程。本研究旨在以學生為主體，經歷科學探究過程，建構原電池主題知識，促進科學探究能力和素養發展。

二、項目學習目標

1.通過對暖貼中物質成分的分析，認識暖貼發熱的原因；基于控制變量思想，設計鐵釘生銹的實驗探究方案。

2.通過鐵釘生銹的實驗探究，從化學角度認識鐵釘生銹的原因，學習實驗探究金屬腐蝕的原理、方法和步驟，初步了解科學探究的構成要素。

3.通過分析暖貼發熱過程中鐵粉的變化，從電化學角度認識加快鐵粉生銹的原因，學習原電池腐蝕的基本原理、構成條件，初步了解數字化實驗在科學探究素養培養過程中的價值。

4.通過建構原電池認知模型和經歷科學探究過程，感悟化學知識價值，實現知、情、意的統一。通過分析暖貼使用后的廢物處理問題，認識化學與社會可持續發展理念的融合，形成綜合視角分析問題能力。

三、項目學習規劃

項目活動分為課前活動和課上活動。課前活動主要完成項目學習目標1和目標2，課上活動完成項目學習目標3和目標4。具體活動見表1。

四、項目活動實踐

課前學習活動部分時間較長，本文僅呈現課上教學過程。

（一）討論、分析暖貼中各物質成分的作用

[師]經歷課前的實驗探究活動，我們已經了解了鐵的化學腐蝕條件和腐蝕原理，并且通過實驗探究進行了驗證，水是鐵腐蝕的必要條件之一。請大家再次觀察暖貼說明書中的物質成分，小組討論、分析如下問題。

問題1：暖貼中的水從何而來？

[生]在空氣中，或者在活性炭中。

追問：這兩個都可以嗎？

[生]空氣中水蒸氣含量太低，不足以提供足量的水使反應持續發生，因此水應該是吸附在活性炭中。

[師]在課前通過觀察分析，已經知道暖貼放熱過程中鐵粉被腐蝕了。

問題2：根據你所學的電化學知識，食鹽在其中起什么作用？

[生]溶解在水中形成電解質溶液，構成原電池。

追問：為什么能持續釋放熱量？

[生]反應過程中產生的熱量貯存在蛭石里，持續、緩慢釋放出來。

【設計意圖】通過設置驅動問題1引出鐵腐蝕的必要條件之一——水。通過問題2引出原電池構成的必要條件之一——電解質溶液。

（二）實驗探究暖貼工作的電化學原理

[師]暖貼放熱時，發生了原電池腐蝕，那么到底是哪些物質發生了反應呢？我們剛才的分析是否正確呢？

請同學們根據所提供的實驗材料，基于變量控制進行分組探究實驗。

實驗目的：利用數字化實驗探究活性炭、氯化鈉對鐵生銹速率的影響。

實驗器材和藥品：壓強傳感器、廣口瓶、帶導管橡膠塞、還原性鐵粉、10%的氯化鈉溶液、活性炭粉等。

實驗內容： 將以下四組藥品分別放入廣口瓶中，連接壓強傳感器，獲得實驗數據。

問題1：根據圖1分析，從坐標及曲線變化趨勢能得出什么結論？

[生]隨著反應過程中氧氣的消耗，密閉容器中壓強逐漸變小。

追問：這說明什么問題？

[生]說明在反應過程中有氧氣參與。

問題2：根據圖1，從參與反應的物質分析還能得出什么結論？

[生]加入食鹽后，消耗氧的速率加快；再加入活性炭后，消耗氧的速率進一步加快；同時加入食鹽和活性炭，消耗氧的速率迅速增加。

追問：這是什么原因造成的？

[生]根據原電池知識分析，這說明該反應發生了吸氧腐蝕，食鹽溶于水后形成電解質溶液，活性炭是正極，鐵粉是負極，構成了原電池。

問題3：原電池的構成條件是什么？

[生]活潑性不同的兩個電極，電解質溶液，能發生自發的氧化還原反應，形成閉合回路。

問題4：④和①比較，結合課前知識學習，說明了什么問題？

[生]電化學腐蝕速率大于化學腐蝕速率。

追問：根據實驗組別中的實驗材料，你認為控制變量法進行實驗探究的核心要素是什么？

[生]探究過程的關鍵是如何選擇和控制變量。根據實驗材料組合劃分不同的實驗組別。

【設計意圖】通過實驗探究為證明暖貼的工作原理提供證據支撐。通過實驗結果分析，為建構原電池模型做準備，了解基于控制變量進行實驗探究的思路和方法。

（三）展示、分析項目作品

[師]根據實驗探究結果，請同學們繪制暖貼中鐵發生腐蝕的原理圖。

學生繪制的暖貼中鐵發生腐蝕的原理圖，如圖2所示。

問題1：三個原理圖中，你覺得哪幅與暖貼的反應更符合？

[生]從反應原理看，三幅圖都是鐵的吸氧腐蝕原理圖。圖2-3可能更符合。

追問：為什么圖2-3更符合，其他兩個不符合呢？

[生]暖貼中沒有導線，所以圖2-1不符合；活性炭作為負極，應該與氯化鈉溶液接觸才能發生反應，所以圖2-2不符合；與圖2-2相比，圖2-3的碳沒有劃出明顯的碳的范圍，所以是鐵與碳直接接觸，這與暖貼中鐵粉與活性炭直接接觸相似。

問題2：三位同學的電極反應方程式正確嗎？

[生]如果是正負極同時出現，最好正負極的得失電子數相等。也就是把負極方程式兩端都乘以2。

[師]暖貼中鐵發生吸氧腐蝕的示意圖，如圖3所示。鐵和活性炭完全浸在電解質溶液中，溶解在溶液中的氧氣參與反應。

【設計意圖】展示、分析項目作品是項目學習的重要環節。通過對學生的項目作品進行分析，培養學生系統性、結構化的知識表達能力。

（四）分析暖貼使用后的廢物處理

[師]暖貼使用后會變硬，里面的化學成分發生了變化。

問題：暖貼使用后能否直接扔掉？

[生1]從環保角度看，使用后暖貼中的鐵轉化成了三氧化二鐵，水、食鹽、活性炭、蛭石等其他成分沒有發生變化。三氧化二鐵對環境沒有大的危害，可以直接扔掉。

[生2]從社會資源角度看，為了節約資源和促進社會可持續發展，這些化學成分都是可回收利用資源。

追問：為了節約資源，進行資源回收是好想法。但是，回收資源還需要考慮什么？

[生3]考慮資源回收成本。

[師]是的。經濟效益也是我們進行實踐活動時必須考慮的重要因素。

【設計意圖】通過暖貼使用后的廢物處理問題，考查學生綜合視角分析問題的能力，培養學生決策、研判能力。

五、項目學習反思

項目學習是基于真實問題解決的學習方式。教師要精心選擇學習素材，帶領學生走入情境，激發學生情感共鳴和學習興趣，在情境中分析問題、解決問題，并以此為基礎建構知識，學習思路和方法。項目學習是以學生為主體的學習活動，教師要讓學生在學習過程中真參與、真做事、真思考，轉變學習方式，自主建構化學觀念。展示并分析項目作品，培養學生比較、分析思維。在自主建構基礎上，培養學生綜合視角分析、決策、研判能力。

[參 考 文 獻]

[1]張淑賢，商曉緒.初中化學“水的凈化”的項目式教學：以“設計凈水系統”為例[J].化學教育（中英文），2021，42（13）：28-33.

[2]李燃，林紅焰，黃燕寧，等.基于“大清河鹽場”實地觀摩考察的初中化學項目式學習：實驗的“旅程”[J].化學教育（中英文），2021，42（21）：52-59.

（責任編輯：姜顯光）