核心素養背景下的高中化學項目式教學

化學學科作為自然科學的重要領域，其核心在于通過對物質性質、變化規律的探究，揭示自然界的基本運行機制，培養理性思維與實踐能力。《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》明確指出，化學學科核心素養涵蓋“宏觀辨識與微觀探析、變化觀念與平衡思想、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\"五個方面。培養學生這些素養不僅能深化學科知識，還承載著促進學生全面發展的時代使命。

一、聚焦真實問題，確定項目主題

《普通高中化學課程標準（2017年版2020年修訂）》中明確提出“結合真實情境中的應用實例或通過實驗探究，了解鐵及其重要化合物的主要性質”。真實問題在項目式教學中具有“問題驅動\"的核心地位，是貫通理論學習與實際應用的關鍵路徑。

教學伊始，教師利用隕鐵在地球歷史中的特殊地位作為切入點，結合丹霞地貌中氧化鐵的鮮明紅色，展示鐵在自然界的獨特存在形式，從視覺上引發學生對鐵及其化合物的初步興趣。

為了使問題更加貼近實際生活，教師提出與生活密切相關的情境問題，例如，在某些醬油中加入鐵強化劑，強調鐵在人體健康中的重要作用。同時，教師可以展示腐蝕的鐵制品，帶領學生思考鐵在日常生活中的使用現狀及其帶來的問題。在此基礎上，教師可以結合煉鐵高爐生產流程的簡要介紹，進一步激發學生探索鐵從礦石提取到工業應用全過程的興趣。通過逐步延展問題鏈，教師從“鐵在自然界中以何種形態存在\"到“鐵的性質如何決定其用途”，再到“鐵的氧化還原特性如何影響其在工業與生活中的應用”，構建完整的問題框架，形成宏觀與微觀的交織聯系。

二、梳理知識體系，設計項目路徑

梳理知識體系在項目式教學中具有承上啟下的重要作用，是建立科學探究邏輯與認知框架的前提。圍繞“鐵及其化合物”主題，通過知識體系的系統化與層次化梳理，教師能夠引導學生從分散的知識點中提煉出核心概念，建構化學反應與實際應用的內在聯系。教師在梳理過程中應突出“宏觀辨識與微觀探析\"的要求，幫助學生從物質的結構和性質上剖析鐵的化學行為，明確鐵的氧化還原反應在工業與生活中的地位與作用。在“變化觀念與平衡思想\"指導下，教師要梳理鐵化學性質的內在規律與環境條件的平衡關系，為學生理解反應原理提供思維支撐。結合“證據推理與模型認知”，以鐵的性質實驗為基礎，教師逐步歸納鐵及其化合物的轉化路徑及其相關反應機理，最終通過邏輯鏈條的建構，為項目路徑的設計提供科學依據。

課堂進一步深入，從鐵的單質性質切人，教師列舉鐵的延展性、導熱性和磁性，引導學生理解其物理特性對應用的支撐作用，緊接著講解鐵的熔點、密度等關鍵數據，轉向其化學性質的核心一氧化還原反應。教師采用多媒體工具呈現鐵與鹽酸生成氫氣，以及鐵與氯氣形成三氯化鐵，逐步揭示鐵的化合價變化規律。教師展示實驗現象視頻，結合電子轉移方程式，明確鐵在不同氧化還原體系中的行為特點，從理論與實踐兩方面深化對鐵的反應機理的認識。教師在過程中通過圖示化的邏輯鏈條將鐵的單質性質、氧化還原反應、價態變化和鐵化合物的分類與轉化關系串聯，逐步帶動學生建立鐵及其化合物性質的完整體系（如圖1所示）。

機制，研究鐵作為還原劑時的電子轉移特點，構建價態變化的模型。學生從化學方程式中提取鐵在不同反應條件下的行為特征，歸納出鐵作為金屬單質在化學反應中的規律性。

任務鏈條由此延伸至第三個子項目—“鐵化合物的分類與生成機制”，以鐵的氧化物（FeO、Fe₂O₃，Fe₃O₄， 和氫氧化物 [Fe（OH）₂ 、Fe（OH）₃] 的制備與性質為重點，設置實驗任務，引導學生通過實

在完成知識梳理后，教師依據知識設計項目路徑，以鐵的價態變化為主線，構建項目任務鏈，采用動態任務形式和交互呈現的方式，使學習內容具有連貫性和層次感。通過“單質鐵的化學性質 $$ 鐵的氧化還原反應規律 $$ 鐵化合物的分類與生成機制 $$ 鐵化合物的用途與功能模型制作 $$ 分析鐵的氧化與腐蝕機制 $$ 研究煉鐵高爐化學反應過程 $$ 鐵資源開發與環境保護策略探索\"這一路徑，教師引領學生在動態任務完成中構建對鐵及其化合物的科學規律與社會價值的綜合認知。

三、分解項目任務，構建邏輯模型

分解項目任務是實現復雜問題科學化和系統化的重要手段，分解任務的價值在于將知識點和實踐活動串聯成具有“邏輯閉環\"的鏈條，從鐵的微觀性質到宏觀應用，從反應規律到環境影響，形成科學問題的完整研究框架。分解過程注重“知識要素的關聯性”和“任務設計的遞進性”，以鐵的化學性質為基礎，分析其在氧化還原反應、鐵化合物制備與應用、鐵資源可持續利用中的具體表現，構建“理論問題一實踐任務一應用解決”三位一體的項目結構。

在“鐵及其化合物\"項目式教學中，教師以“單質鐵的化學性質”為起點，將任務轉化為問題驅動的子項目，設計包括鐵的物理特性和化學性質的研究。任務細化為：研究鐵的延展性和導熱性，明確其作為金屬的基本屬性；借助鐵與鹽酸、氯氣的反應，分析其在氧化還原反應中的價態變化，由此形成第一個子項目。

第二個子項目聚焦于“鐵的氧化還原反應規律”，分析鐵與不同氧化劑（如鹽酸和硫酸銅）的反應驗現象建立鐵化合物的分類體系。

之后進一步擴展到第四個子項目“鐵化合物的用途與功能模型制作”。學生需要分析鐵化合物的物理化學特性，制備鐵紅顏料，研發鐵強化食品。學生以實驗數據為依據，展示優化功能模型，將知識應用能力外顯化。

隨后，項目進入第五個子項目“鐵的氧化與腐蝕機制分析”，通過鐵與水蒸氣反應的實驗，學生研究鐵在高溫條件下的氧化行為，結合生活中的鐵制品腐蝕現象，提出防護策略，形成理論與實踐的結合。

第六個子項目圍繞“煉鐵高爐化學反應過程研究\"展開，任務聚焦于分析鐵礦石還原的化學反應及其能量轉化。通過數據模型和工業實例，學生研究還原劑的選擇及反應條件優化的理論依據，為提升工業生產效率提供科學支持。

項目最終延伸至第七個子項目“探索鐵資源開發與環境保護策略”，結合當前鐵資源開發利用的實際情況，學生需要從資源循環利用、防腐蝕技術創新等角度提出具體策略，綜合體現社會責任感和科學思維。

四、進行項目探究，獲取科學證據

項目探究是實現知識轉化與實踐驗證的核心環節，是學生從理論走向實踐、從觀察走向驗證的關鍵路徑。在“鐵及其化合物\"這一課中，項目探究不僅是知識遷移的重要載體，還是培養學生“科學探究與創新意識”的重要途徑。項目探究使學生能夠從“微觀結構與宏觀現象”的對比中找到化學本質的真實證據。通過探究活動，學生在實驗現象的觀察與數據推理中發展“證據推理與模型認知\"素養，并借助提出驗證科學假設培養邏輯思維能力與問題解決能力。

教學設計圍繞“鐵及其化合物\"主題，采用分組項目探究形式，學生分為七組，每組聚焦一個具體子項目，明確研究目標與實驗方法，設計并實施科學探究。

第一組以單質鐵的化學性質為研究重點，采用鐵粉、鐵片等材料，設計鐵與鹽酸、硫酸銅溶液的反應實驗。組員需準備不同濃度的鹽酸與硫酸銅溶液，將鐵粉逐一加入反應體系，利用觀察鐵溶解并產生氫氣或置換出銅的現象，記錄實驗現象和反應速率。根據實驗數據，組員書寫離子方程式分析鐵作為還原劑的電子轉移過程，并結合熔點和延展性數據，討論鐵的物理與化學特性如何賦予其多樣用途。

第二組圍繞鐵的氧化還原反應規律展開實驗，以氯氣和氧氣作為氧化劑，探討鐵的氧化行為。在通人氯氣的裝置中加人鐵粉，觀察生成的三氯化鐵物質顏色變化，稱量初始鐵粉和生成物的質量，計算鐵的轉化效率，并歸納價態變化的規律。組員分析鐵從0價到 +3 價的電子轉移過程，書寫反應方程式，并結合理論模型解釋氧化劑強弱對反應條件的影響。

第三組研究鐵化合物的分類與生成機制，設計氫氧化鐵和氧化鐵的制備實驗。組員將 FeCl₃ 溶液與ΔNaOH 溶液混合，觀察紅褐色氫氧化鐵沉淀生成；將沉淀加熱，制備紅棕色氧化鐵，并記錄產物質量和顏色變化。憑借實驗現象，組員繪制轉化路徑圖，展示氧化物和氫氧化物的相互關系，并討論實驗條件對生成物性質的影響。

第四組聚焦制作鐵化合物的用途與功能模型，以鐵紅顏料的制備為例。組員將制備的氧化鐵與黏合劑混合，調制成顏料，涂抹于不同材料表面，比較其附著性和耐久性。組員設計表格記錄顏料性能數據，分析氧化鐵的顆粒結構對應用效果的影響，并結合實驗結果優化制備方案。

第五組探究鐵的氧化與腐蝕機制，設計濕熱環境下鐵氧化實驗。組員搭建裝置，將濕棉布包裹在鐵片表面，模擬腐蝕條件，觀察生成的鐵銹形態和氧化速率，通過測量氧化物的質量，結合反應方程式，分析氧氣和水對腐蝕過程的影響。組員需涂覆保護膜或使用防銹劑，并通過實驗驗證其效果。

第六組模擬煉鐵高爐的化學反應過程，通過將Fe₂O₃ 與一氧化碳在高溫下反應，觀察鐵單質的生成。組員調整溫度和一氧化碳流量，記錄鐵產量的變化，結合熱力學理論分析反應條件的優化方案，書寫反應方程式并繪制能量變化曲線，討論提升工業生產效率的科學依據。

第七組探討鐵資源開發與環境保護策略，通過實驗驗證鐵廢料的回收路徑。組員將生銹的鐵制品浸泡在稀酸溶液中，觀察溶解現象，制備可再利用的鐵化合物。通過檢測產物純度，分析回收效率，并結合經濟成本和環境影響，提出具體的資源循環利用方案。

五、整合探究成果，呈現項目報告

整合探究成果是項目式教學中學生從“碎片化認知\"到“系統化建構\"的重要過渡。在“鐵及其化合物\"教學中，成果整合以知識重組為核心，貫穿從實驗數據解析到理論驗證再到實際應用的全鏈條邏輯。呈現項目報告不僅是一種輸出形式，還是一種“知識內化與再生產\"的認知過程，能夠促使學生將復雜的科學現象還原為條理清晰的學術表達。

這一項目階段以整合探究成果為核心，組織學生將實驗現象、數據分析、反應機理與實際應用逐步構建為完整的項目報告，課堂開始，教師指導學生梳理各子項目的實驗數據，將鐵的單質反應、氧化還原規律、化合物分類與生成等實驗現象分類整理，建立清晰的化學反應邏輯鏈條。小組內成員根據實驗任務分工，詳細記錄反應條件、現象、生成物特征與數據分析結果，以實驗方程式為中心，構建鐵的化學行為與價態變化的內在聯系。

針對鐵的單質化學性質部分，組員從鐵與鹽酸反應生成氫氣的實驗數據入手，測定生成氣體的體積，計算反應速率和鐵的消耗量，結合反應方程式分析鐵作為還原劑的電子轉移特點。在鐵的氧化還原反應規律模塊，結合鐵與氯氣反應生成三氯化鐵的實驗現象，記錄生成物的質量變化，繪制價態變化曲線，并分析氧化劑強度對反應程度的影響。在鐵化合物分類部分，組員制備鐵氫氧化物實驗，觀察生成物的顏色與溶解性，結合化學反應式歸納 Fe（OH）₂ 氧化為 Fe（OH）₃ 的條件與反應路徑，利用轉化關系圖直觀呈現鐵化合物的分類邏輯。

成果整合進一步聚焦鐵化合物的功能應用，以鐵紅顏料的制作實驗為案例，分析顏料的化學結構對附著力與穩定性的影響。組員需通過實驗優化反應條件，探討溫度和溶劑選擇對顏料性能的調控作用，并結合實際應用場景，提出功能材料的改進方向。在鐵的氧化與腐蝕機制模塊，組員結合鐵與水蒸氣高溫反應實驗數據，繪制生成物與反應時間的動態曲線，通過化學平衡原理分析氧化物生成的驅動力，并討論鐵銹形成過程中的環境變量，提出基于防腐技術的化學解決方案。

在煉鐵高爐化學反應研究部分，組員通過鐵礦石與一氧化碳還原反應的實驗模型，結合產物質量和反應條件優化分析，書寫 Fe₂O₃ 與CO反應的熱力學和動力學方程，討論反應溫度、還原劑濃度對還原效率的影響，并利用數據繪制工業生產的能量變化曲線。在鐵資源開發與環境保護模塊，組員基于實驗數據，提出廢棄鐵制品回收和再生利用的技術路徑，并通過成本效益分析與環境影響評價，形成資源循環利用的科學建議。

六、分析項目成效，深化學習體驗

分析項目成效是項目式教學的收官環節，也是學生深化學習體驗、構建反思性認知的重要過程。在“鐵及其化合物\"案例中，教師分析成效不僅著眼于知識目標的達成，還關注學生在科學探究過程中的成長軌跡以及核心素養的形成情況。這一環節通過“多維度評估\"揭示學生“宏觀辨識與微觀探析\"素養的形成結果，以及其在復雜化學現象中提取本質規律的能力。

教師基于各組探究過程中的實驗記錄與最終成果，帶領學生從“實驗設計的科學性、數據鏈條的完整性、結論表達的邏輯性”三個維度審視其學習成效。在鐵的氧化還原反應模塊，教師結合學生的實驗數據，帶動全班從化學反應動力學與熱力學特征的層面探討價態變化的普遍規律，深入解析電子轉移機制，將鐵的價態變化過程與氧化劑的強弱對比，形成對鐵氧化還原規律的系統認知。

教師以鐵氧化物生成實驗為案例，從實驗現象和數據記錄切入，引導學生分析 Fe（OH）₂ 氧化為Fe（OH）₃ 時氧氣濃度與反應時間的影響，并借助化學方程式推導反應條件的最優范圍。學生分析生成物溶解性和顏色變化的關聯，構建出鐵氧化物的轉化路徑圖。教師借助此案例強調“變化觀念與平衡思想”，解析反應條件與生成物特性的平衡關系，深化學生對反應本質的理解。

針對鐵化合物的實際應用模塊，教師帶領學生從化學與工程的結合點反思顏料制備實驗中的數據變化與性能優化策略。以顏料附著力實驗的數據為基礎，分析溫度與溶劑對氧化鐵顆粒結構的影響，進一步討論改進實驗設計的可能性。結合鐵的腐蝕與防護機制的實驗結果，教師對比數據曲線并分析生成物特性，引導學生討論鐵銹生成速率與環境變量的定量關系，明確濕熱條件下腐蝕防護措施的化學原理。

在煉鐵高爐模擬實驗的成效分析中，教師結合學生的實驗產物數據與能量變化曲線，帶動學生從氧化還原反應的熱力學和動力學角度審視鐵礦石還原過程的效率與條件優化方法。從實際應用層面，探討高爐煉鐵的反應模型為工業流程的改進提供理論支撐的方法。在鐵資源開發與環境保護模塊，教師借助學生實驗數據，引導他們從可持續發展角度思考廢鐵回收與再利用的技術路徑，并通過環境影響評價模型深化對資源循環利用的認知。教學最后階段，教師帶動學生以審視實驗中的數據偏差與設計改進點，從化學規律與實際應用結合的角度，深化“宏觀辨識與微觀探析”的能力形成。

總之，在核心素養背景下實施化學項目式教學，不僅創新了知識傳遞方式，還能培養學生科學思維和實踐能力。以“鐵及其化合物\"為案例，教師構建理論與實踐交融的教學體系，使化學反應的微觀本質與宏觀應用實現了深度融合。在實驗探究中，學生通過邏輯推演與模型構建逐步掌握了化學規律，在數據分析與成果整合中實現了知識的遷移內化，形成了分析問題、解決問題的綜合能力，生成了化學核心素養。

（作者單位：蘭州市第七十一中學）

編輯：李琴芳