初中“物質(zhì)分離與提純”跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)實(shí)踐

中圖分類號(hào)：G633.8 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

1項(xiàng)目主題內(nèi)容與教學(xué)現(xiàn)狀分析

本項(xiàng)目是初中化學(xué)物質(zhì)分離與提純專題復(fù)習(xí)課（2課時(shí)），涵蓋人教版教材（2024年版）中水的凈化、粗鹽提純、海水制鹽等內(nèi)容。物質(zhì)分離是《義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2022年版）》（以下簡(jiǎn)稱“課標(biāo)”）要求的學(xué)生必做實(shí)驗(yàn)中的一類探究活動(dòng)[1]。教學(xué)實(shí)踐中發(fā)現(xiàn)，學(xué)生僅體驗(yàn)“水的凈化、粗鹽提純”，在“設(shè)計(jì)與制作凈水器”“分析冬撈堿、夏曬鹽\"“過氧化氫溶液制取氧氣后回收二氧化錳”等情境應(yīng)用中暴露出“物質(zhì)分離思路不清、提純方法不當(dāng)”等問題。基于課標(biāo)分析，物質(zhì)分離實(shí)驗(yàn)的育人價(jià)值可深入挖掘：（1）深化物質(zhì)分離的一般思路，提升學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究能力；（2）凸顯基本方法，通過條件控制強(qiáng)化學(xué)生的變化觀、實(shí)驗(yàn)觀，增進(jìn)學(xué)生對(duì)化學(xué)學(xué)科本質(zhì)的理解；（3）彰顯學(xué)科價(jià)值，結(jié)合實(shí)例引導(dǎo)學(xué)生認(rèn)識(shí)化學(xué)在分離提純、創(chuàng)造新物質(zhì)、改善人類生活上的重要作用。

以“物質(zhì)分離”“物質(zhì)提純”為關(guān)鍵詞進(jìn)行文獻(xiàn)查閱發(fā)現(xiàn)，初中化學(xué)案例主要涉及凈水[2]、制鹽[3.4]等，符合初中學(xué)生認(rèn)知發(fā)展需求的還包括青蒿素的提取[5、從植物中提取精油與肥皂制作等。受此啟發(fā)，以“橄欖油肥皂的制作與設(shè)計(jì)”為主題開發(fā)跨學(xué)科項(xiàng)目式教學(xué)，融合化學(xué)、歷史、地理、工程、生物學(xué)等課程相關(guān)內(nèi)容，引導(dǎo)學(xué)生先了解甘肅隴南種植橄欖的致富之路，然后查閱文獻(xiàn)資料，梳理提取橄欖油的工藝，設(shè)計(jì)與論證制備橄欖油肥皂的方案，最后制作橄欖油肥皂、檢驗(yàn)產(chǎn)品效果，并對(duì)肥皂外形與包裝進(jìn)行文創(chuàng)美化。在鞏固物質(zhì)分離的思路與方法的同時(shí)，發(fā)展化學(xué)觀念。

2 項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

（1）通過了解種植橄欖致富的實(shí)例，查閱文獻(xiàn)梳理橄欖油的提取工藝，感悟“綠水青山就是金山銀山”的科學(xué)發(fā)展觀念，鞏固物質(zhì)分離與提純的一般思路與方法，提高檢索、整合信息分析實(shí)際問題的能力。

（2）通過制作橄欖油肥皂、普通肥皂并比較二者的使用效果，提升實(shí)驗(yàn)操作技能，強(qiáng)化控制變量思想，初步認(rèn)識(shí)皂化反應(yīng)，形成多視角認(rèn)識(shí)物質(zhì)及其變化的系統(tǒng)思維，體會(huì)化學(xué)實(shí)驗(yàn)在解決物質(zhì)分離、提純、轉(zhuǎn)化及應(yīng)用等相關(guān)實(shí)際問題中的重要作用。

（3）運(yùn)用文化創(chuàng)意設(shè)計(jì)肥皂的外形及包裝，提高審美素養(yǎng)，發(fā)展運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)與思維解決真實(shí)問題的能力，增強(qiáng)創(chuàng)新意識(shí)。

3 項(xiàng)目教學(xué)流程

項(xiàng)目教學(xué)流程如表1所示。

表1教學(xué)流程

4項(xiàng)目實(shí)施過程及學(xué)習(xí)成果

4.1 共探甘肅隴南的橄欖致富之路——初識(shí)橄欖種植之術(shù)

[視瀕」甘肅隴南市種植橄欖油致富。

[提問]請(qǐng)結(jié)合資料卡片，分析當(dāng)?shù)胤N植橄欖有哪 些優(yōu)勢(shì)？

資料卡片1：油橄欖生長(zhǎng)需高鈣、疏松土壤， pH5～ 8，最適溫度 18～24^°C ，需充足日照[8]

資料卡片2：甘肅隴南地理環(huán)境類似地中海油橄欖原產(chǎn)地，年均溫 14.99C，7 月均溫 24.99C ，年降水量

474～900mm ，日照1911.7小時(shí)[9]

[學(xué)生1]優(yōu)勢(shì)：從自然條件看，該地土壤厚度大、土質(zhì)適宜油橄欖生長(zhǎng)；從氣候條件看，光照充足、夏季高溫、降水多、晝夜溫差大，有利于油橄欖果實(shí)的成長(zhǎng)。

[學(xué)生2]劣勢(shì)：交通不便，遠(yuǎn)離經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)地區(qū)，運(yùn)輸成本高。

[學(xué)生3]雖遠(yuǎn)離發(fā)達(dá)地區(qū)，但勞動(dòng)力成本較低。種植橄欖既可綠化環(huán)境，又能創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值。

[學(xué)生4]當(dāng)?shù)胤N植橄欖正是踐行了“綠水青山就是金山銀山”的發(fā)展理念。

[追問]種植橄欖究竟是如何創(chuàng)造經(jīng)濟(jì)價(jià)值的？

[學(xué)生]新鮮橄欖可直接食用，富含蛋白質(zhì)、維生素C和多種礦物質(zhì)。果實(shí)可加工成橄欖油，用于食品或護(hù)膚品，滋潤(rùn)皮膚。木材適用于制作家具、農(nóng)具和建筑材料。

4.2從橄欖中提取橄欖油一 —再探精油提煉之法

［過渡]我國(guó)古人很早就掌握了從果實(shí)中提取油的技藝。明代的《天工開物》中記載：“草木之實(shí)，其中蘊(yùn)藏膏液，而不能自流。假媒水火，憑藉木石，而后傾注而出焉凡取油，榨法而外，有兩煮取法，以治蓖麻與蘇麻（如圖1）。”

圖1《天工開物》中記載的榨油與炒蒸油料的工藝插圖[10]

[布置任務(wù)]請(qǐng)同學(xué)們4人為一小組，利用豆包、秘塔等AI工具查閱資料，歸納《天工開物》中記錄的蒸榨法和水代法。

[學(xué)生]分組合作學(xué)習(xí)、匯報(bào)。蒸榨法主要靠外力擠出油脂，主要流程包括：破碎、清洗、軋胚、蒸炒（使油料中蛋白質(zhì)變性，油脂黏度降低，流動(dòng)性增強(qiáng)，便于壓榨時(shí)油脂流出）壓榨（擠壓出油脂）。水代法利用油與水不相溶，但油料中的非油成分溶于水，使油脂與水分離，主要流程包括：炒制、加水、沉淀、分離。

[展示資料]果實(shí)的特征不同，提取植物油的方法也不同，比較成熟且應(yīng)用較廣的橄欖油提取方法有：壓榨法、浸提法和酶法（如表2所示）。

表2橄欖油提取方法[11～13]

續(xù)表

[提問]從操作步驟看，表2提取橄欖油的三種方 法有何異同？

[學(xué)生]核心步驟是一樣的，包括粉碎、固液分離、油水分離。但分離的工藝差別較大，壓榨法操作簡(jiǎn)便，浸提法、酶法的工藝相對(duì)復(fù)雜。

[追問]三種分離、提取油的方法與原理有何異同？ 請(qǐng)分組查閱資料，研討匯報(bào)。

[小組1匯報(bào)：壓榨法是物理外力粉碎果實(shí)，離心、過濾使油與果肉分離；浸提法是粉碎橄欖后利用物質(zhì)的溶解性差異，使橄欖油溶解于有機(jī)溶劑，再通過蒸餾將其分離；酶法是用酶破壞細(xì)胞壁，再用石油醚溶解橄欖油，最后通過多次萃取得到橄欖油。

[小組2]補(bǔ)充：石油醚是無色透明液體，有煤油氣味，主要為戊烷和己烷的混合物； 60～90^°C 沸程的石油醚，成分類似汽油。如圖2，當(dāng)酶破壞了細(xì)胞壁，石油醚接觸橄欖油，溶為一體，使得橄欖油從水中抽提出來。

[追問]如何理解萃??？

[小組3]萃取是利用溶質(zhì)在兩種互不相溶的溶劑中的溶解度差異，將溶質(zhì)從一種溶劑轉(zhuǎn)移到另一種溶劑。油水混合物中，橄欖油不易溶于水，加入的溶劑石油醚能與橄欖油互溶，即從水中分離提取出橄欖油。

[引導(dǎo)對(duì)比]水的凈化、粗鹽提純與橄欖油的提取，分離提純的過程完全一樣嗎？

[學(xué)生1這三類物質(zhì)分離提純過程中都有難溶于水的固體雜質(zhì)，采用過濾方法即可將水和難溶于水的固體雜質(zhì)除去。

圖2學(xué)生繪制的酶法分離、提取橄欖油的示意圖

[學(xué)生2]橄欖油的提取過程，有油水混合物及醚油混合物，過濾不能分離液-液混合物，需要用萃取或蒸餾。

[追問]蒸餾為什么可以分離橄欖油與有機(jī)溶劑？

[學(xué)生2]橄欖油與有機(jī)溶劑的沸點(diǎn)不同。

[追問]我們還學(xué)習(xí)過哪些利用混合物沸點(diǎn)不同將其分離的實(shí)例？

[學(xué)生3]液態(tài)空氣分離法、石油的分餾。

[學(xué)生4]提出疑問：減壓蒸餾是如何實(shí)現(xiàn)的，減壓有什么作用？

［教師]演示實(shí)驗(yàn)（如圖3所示），拉動(dòng)注射器， 80^°C 水重新沸騰。減壓可以降低液體的沸點(diǎn)，減少蒸餾過程的能耗，節(jié)約成本。

圖3實(shí)驗(yàn)演示減壓蒸餾原理示意圖

[教師]你能說出物質(zhì)分離、提純的基本思路與方法嗎？

[學(xué)生]物質(zhì)分離的基本思路與方法是：先明確混合物成分，再分析其中的物質(zhì)性質(zhì)，進(jìn)而根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)差異選擇合適的方法將雜質(zhì)去除或轉(zhuǎn)化。

［反思]教師評(píng)價(jià)、小組互評(píng)設(shè)計(jì)的物質(zhì)分離提純的一般思路圖并修正（見圖4）。

[學(xué)生]觀看視頻，了解提取橄欖油的關(guān)鍵操作。

4.3制作橄欖油肥皂并設(shè)計(jì)文創(chuàng)周邊——實(shí)踐感受橄欖之用

[過渡]從橄欖油怎么變成硬實(shí)的肥皂呢？請(qǐng)同學(xué)們閱讀資料，研討后設(shè)計(jì)制作橄欖油肥皂的方案。

資料卡片3：油脂在堿性條件下水解生成甘油和高 級(jí)脂肪酸的鈉鹽，該反應(yīng)稱為皂化反應(yīng)，反應(yīng)原理：油 脂 + 堿一 $$ 高級(jí)脂肪酸的鈉鹽（肥皂的主要成分） + 甘油。

[演示實(shí)驗(yàn)]皂化反應(yīng)：混合堿液和油脂、加熱、鹽析、用紗布過濾肥皂。

[學(xué)生]動(dòng)手實(shí)驗(yàn)，利用皂基制作橄欖油肥皂。實(shí)驗(yàn)步驟：（1）稱量皂基質(zhì)量；（2）計(jì)算所需液體（牛奶/水）質(zhì)量；（3）水浴加熱熔化皂基（根據(jù)個(gè)人喜好加入色素、干花等裝飾品）；（4）入模、冷卻、脫膜制得普通肥皂；（5）向熔化后的皂基中加入橄欖油，攪拌后入模、冷卻、脫模，制得橄欖油肥皂（如圖5所示）。

［教師]等待脫模過程中，過渡：好的產(chǎn)品需要好的包裝與宣傳，請(qǐng)大家觀看故宮文創(chuàng)視頻，邊看邊思考，如何利用文化創(chuàng)意增加當(dāng)?shù)亻蠙煊头试淼膬r(jià)值？

[學(xué)生]觀看視頻，討論：如何融合文化創(chuàng)意升級(jí)橄欖油肥皂的外形與包裝？

圖5學(xué)生利用皂基制作普通肥皂與橄欖油肥皂

［教師]組織匯報(bào)。

［學(xué)生]形狀設(shè)計(jì)：做成橄欖果實(shí)形狀；做成小沙堆形狀，寓意橄欖出于貧瘠之境。包裝設(shè)計(jì)：融合甘肅文化，如敦煌元素、七彩丹霞地貌、鳴沙泉，以及慶陽剪紙和面食技藝。

[教師]請(qǐng)同學(xué)根據(jù)構(gòu)思，設(shè)計(jì)肥皂外形及包裝圖。

[學(xué)生]分組合作，進(jìn)行文化創(chuàng)意設(shè)計(jì)（如圖6所示）。

圖6學(xué)生設(shè)計(jì)的文創(chuàng)作品代表

[小組1]在外包裝設(shè)計(jì)泉邊倒影著掛滿橄欖的橄欖樹，意在宣傳甘肅的旅游勝地“鳴沙泉”。

［小組2]雕刻敦煌飛天舞女于肥皂上，展現(xiàn)了中國(guó)文化的重要符號(hào)，象征著對(duì)美好、自由和快樂的向往。

[小組3］外包裝展現(xiàn)河西走廊西端沙漠與月牙泉旁行走的駱駝。駱駝象征古絲綢之路，富含文化意義，是甘肅文化旅游的特色。

［教師]同學(xué)們的文創(chuàng)都體現(xiàn)了甘肅當(dāng)?shù)氐奈幕厣?，?chuàng)意十足，讓橄欖油肥皂承載著地方文化走向全國(guó)各地乃至世界。我們來將肥皂脫模，比較一下普通肥皂和橄欖油肥皂的使用效果（提供實(shí)驗(yàn)器材：皮膚水分檢測(cè)儀、擦手紙巾）？

［學(xué)生]分組實(shí)驗(yàn)，比較兩種肥皂的使用效果，并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)交流分享。以小組為單位，利用皮膚水分檢測(cè)儀測(cè)量某同學(xué)的左、右手皮膚含水、含油量，再分別使用普通肥皂和橄欖油肥皂清洗該同學(xué)的左右手，再次測(cè)定含水、含油量。所測(cè)數(shù)據(jù)見表3。

表3學(xué)生測(cè)試兩種肥皂的數(shù)據(jù)記錄

［學(xué)生1]我們組測(cè)定的普通皂洗手后水分含量由 38% 變成了 44% ，橄欖皂洗手后水分含量則由 36% 變 為 47% ，說明普通肥皂洗完手后皮膚會(huì)偏干，橄欖油肥 皂更加滋潤(rùn)。

[學(xué)生2]普通皂洗手后皮膚油分含量由 34% 變成了 21% ，橄欖皂清洗后皮膚的含油量由 34% 變?yōu)?23% ，可見普通肥皂的清潔力更強(qiáng)，去油效果更好，橄欖油肥皂更溫和。

[師生]共同制訂評(píng)價(jià)量表（如表4），進(jìn)行量化評(píng)分。

表4項(xiàng)目評(píng)價(jià)量表

續(xù)表

5項(xiàng)目教學(xué)效果及反思

本節(jié)課根據(jù)課標(biāo)要求創(chuàng)設(shè)“甘肅隴南種植橄欖走向致富”“古人從果實(shí)中提取油”“故宮文創(chuàng)設(shè)計(jì)”等真實(shí)情境，基于情境設(shè)計(jì)具有層進(jìn)性的跨學(xué)科問題，引導(dǎo)學(xué)生整合運(yùn)用化學(xué)、歷史、地理、工程、生物學(xué)、美術(shù)等學(xué)科知識(shí)完成項(xiàng)目任務(wù)。學(xué)生在活動(dòng)中經(jīng)歷自主學(xué)習(xí)、合作探究、展示交流、反思改進(jìn)等一系列問題解決過程，不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)物質(zhì)分離與提純的思路、方法的深度理解與意義構(gòu)建，還形成了運(yùn)用多學(xué)科知識(shí)、技術(shù)、工程融合解決問題的系統(tǒng)思維。在撰寫體會(huì)時(shí)，學(xué)生感言“祖國(guó)有很多像七彩丹霞這樣的壯麗景色，要行萬里路去看一看”“運(yùn)用跨學(xué)科知識(shí)可以賦能創(chuàng)新，為農(nóng)產(chǎn)品創(chuàng)造更多價(jià)值”“一塊小小的橄欖皂藏著如此繁雜的工藝，要珍愛來之不易的生活資源”，其學(xué)科價(jià)值觀、科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任感得以深化提升。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)通常會(huì)在傳統(tǒng)教材內(nèi)容之外進(jìn)行擴(kuò)展，教師必須深度備課，化繁為簡(jiǎn)地搭建學(xué)習(xí)支架，支撐學(xué)生的學(xué)習(xí)進(jìn)階。比如，教師在任務(wù)2提供以表格形式呈現(xiàn)的“橄欖油提取”文獻(xiàn)材料，在任務(wù)3演示皂化反應(yīng)實(shí)驗(yàn)，講解反應(yīng)原理，立足學(xué)情簡(jiǎn)化了萃取、皂化反應(yīng)等陌生概念的剖析。既拓展了學(xué)生認(rèn)知，降低了學(xué)習(xí)難度，又與高中化學(xué)進(jìn)行銜接，打下了基礎(chǔ)。又如在制皂中，原實(shí)驗(yàn)方案為“混合橄欖油和 40% 的氫氧化鈉溶液，入模與保溫，再脫模處理”，但課前試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)高級(jí)脂肪酸鈉鹽裝人模具后需等待一天左右的時(shí)間后才可脫模，無法立即使用，同時(shí)還存在高濃度堿液殘留肥皂的風(fēng)險(xiǎn)。因此改為直接讓學(xué)生使用市售皂基制作橄欖皂，不僅保障學(xué)生能夠充分體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)，還提高了實(shí)驗(yàn)效率，為學(xué)生進(jìn)行文創(chuàng)設(shè)計(jì)預(yù)留時(shí)間，以激發(fā)創(chuàng)新意識(shí)、培養(yǎng)創(chuàng)造能力。

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