论文部分内容阅读
摘要：案例采取项目式学习的教学理念进行高三化学实验专题复习，以“揭秘‘鱼浮灵’”为情境素材贯穿于课堂教学，学习如何解决真实、复杂的实际问题，并在问题解决中巩固知识、培养能力、发展素养。真实且富有挑战性的项目式学习使学生感受到“化学源于生活，又服务于生活”，让学生学习如何像科学家一样进行实验探究活动，多方面发展学生的化学核心素养。
关键词：项目式学习;基于核心素养的教学;实验探究
文章编号：1008-0546（2020）02-0065-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.020
化学实验是化学教学的重要组成部分，是高考的重要内容。传统的高三实验复习是通过大量的实验题进行地毯式练习，反复训练一系列实验典型试题，以期巩固实验知识、技能及形成答题模式。但如今的高考实验题中越发注重考查学生的创新思维和研究能力，传统的高三化学实验复习课不能满足于此，因此注重具体实践研究性学习的项目式学习是新课程理念下高三化学实验专题复习的新思路。
项目式学习是以小组合作方式解决项目任务的学习模式，学生围绕具体的学习项目，选择学习资源，通过学生自主探究和自主学习进行实践体验、分析讨论、探索创新等环节，获得具体知识、形成专门技能、发展个人能力。从高中生思维以及化学实验的特点出发，以项目式学习的方式引导学生开展与化学实验相关的学习和研究，促进学生通过真实情境问题解决的课程的学习，体验像科学家一样进行实验探究活动，并能把获得的知识和经验有效迁移应用到解决生活问题中去，最终达到促进学生学科核心素养的形成与发展的目的。
“揭秘‘鱼浮灵”’是高三实验教学的专题复习课，本案例采取项目式学习的教学模式，将真实素材贯穿课堂教学的核心环节，感受化学与生产、生活、环境的密切联系，学生学习应用定性和定量的思路分析生活中的化学物质，并进一步体验实验探究在分析和解决生活中的化学问题的过程和意义，多维度发展其化学核心素养。
一、指向素养发展的教学设计
1.项目式学习主题的确立
“鱼浮灵”是水产运输或养殖过程中一种常用的化学增氧剂。在认识“鱼浮灵”的过程中，体验化学探究的过程，对“鱼浮灵”成分进行定性检测和定量检测并对增氧原理进行深入分析，培养学生科学探究和创新意识素养。在分析“鱼浮灵”成分中，建构从定性和定量视角分析化学物质的思维模型。在对增氧原理分析中，学习并建构单变量的对照实验思维模型，进行实验设计与数据分析。
2.单元教学整体规划
（1）教学目标的确定
本案例根据高中化学学业质量标准提出了相应的教学目标：通过定性检测“鱼浮灵”的成分，复习中学化学常见离子及性质的检测思路;通过定量检测“鱼浮灵”的成分，掌握滴定法用于定量检测物质的研究思路;通过对“鱼浮灵”增氧原理的探究，学习并建构单变量对照实验思维模型，培养获取有效信息，建立“宏观一微观一符号一曲线”四重表征，培养学生从不同角度分析问题的能力。
（2）单元教学流程
本案例分为两个课时。第一课时，“鱼浮灵”的定性检测和定量检测;第二课时，“鱼浮灵”增氧原理的实验探究。教学设计如表1：
二、核心环节的教学实施过程及效果
本案例选择身边的化学物质“速效鱼浮灵”为情境素材。第一课时，学生学习运用定性和定量的方法进行分析，进一步巩固离子的鉴定知识，构建并应用定量实验的思维模型;第二课时，学生合作探究“鱼浮灵”的增氧原理，并对熟悉的增氧剂进行评测。本文挑选两个核心环节展开。
1.“鱼浮灵”成分定量检测
教学片断如下：
[情境]设计实验进行“过氧碳酸钠”（xNa2CO3·yH2O2）的成分测定。
[生]可通过加入足量盐酸，测定产生CO2体积，或加入足量BaCl2，测定生成沉淀BaCO3质量等方法来测定NazCO3的含量;也可利用H2O2氧化性，加入还原性物质充分反应，或测定H2O2分解后O2体积等方法，以测定H2O2含量。
[小结]师生共同评价实验方案并总结，常见的定量实验思路有重量法、气体法和滴定法。共同尝试用滴定法来设计实验，测定x、y。
[演示实验]师生共同评价实验方案，并完成演示实验：取2.5000g过氧碳酸钠样品，用蒸馏水溶解后转移至250mL容量瓶中，定容，摇匀。先移取25.00mL液体于锥形瓶中，加入2～3滴甲基橙，用0.2000mol·L-1硫酸标准液滴定由橙黄色变为橙红色即为终点，重复操作2～3次，所消耗硫酸標准液体积7.50mL。再另移取25.00mL液体于锥形瓶中，加入足量稀硫酸后，用0.0200mol·L-1KMnO4标准液滴定至浅粉色即为终点，重复操作2～3次，所消耗KMnO4标准液体积47.00mL。
[生]分析实验数据，计算得出x：y=2：3，过氧碳酸钠成分为2Na2CO3·3H2O2。
此环节是第一课时的核心环节，引导学生从定性分析向定量测定进行延伸，通过梳理定量测定的思路，建构解决定量测定化学问题的思维框架。在实践中学习探究如何运用滴定法测定物质的成分，并进行数据处理计算结果。教师应引导学生发散思维，思考定量测定物质成分的相关方法，并创造性地提出对方案的修改意见。
2.探究“鱼浮灵”的增氧原理
教学片断如下：
[情境]探究“鱼浮灵”的增氧原理。
[生]可能是Na2CO3与H2O2发生了化学反应生成了O2;也可能是Na2C03催化H2O2分解，促进O2的释放。查阅资料可知，H2O2酸性比H2CO3还弱，排除猜想1。 [师]可能是什么微粒起到促进双氧水分解的作用？
[生]可能是CO32-;可能是OH-;也可能是OH-和CO32-共同促进。
[生]分组设计实验方案：往等浓度、等体积的双氧水溶液中，分别加入等体积、等pH的Na2CO3和NaOH溶液，另外一只试管不加，观察气泡产生的快慢。
[分组实验]发现此方案理论上可行，但是实验现象不明显，需要改进。
[师]比较产生气泡的快慢无法得到结论，可从定量的角度进行测定，测定什么数据呢？
[生]可以測定相同时间内产生气体的体积。
[师]可以转为测定相同时间内反应容器内压强的改变量，以比较反应快慢。
[演示实验]取三个100mL锥形瓶，分别加入40mL 3%的双氧水，再往两只锥形瓶中分别加入5mLpH约为8的Na2CO3和NaOH溶液，另一只锥形瓶不加。将锥形瓶内起始压强设定为OkPa，再用压强传感器分别测定反应30s内三只锥形瓶内相对压强大小。
[生]观察实验现象，分析电脑软件导出的实时“相对压强一时间”曲线图，得出在室温下，反应30s时三只锥形瓶内相对压强数据均趋于平稳，分别为2.61kPa、2.59kPa、1.10kPa。根据以上数据，得出结论：OH-促进双氧水分解。
[师]实验探究得到的结论，还需要进一步的理论分析进行论证。查阅资料可知：碱性条件下，过氧化氢分解机理：H2O2 OH-→HOO- H2O，H2O2 HOO-→OH- H2O O2。
此环节是第二课时的核心环节，学生在真实情境下，提出探究“鱼浮灵”增氧原理的化学问题，能从微观角度分析，提出有价值的推理，并依据实验目的设计和优化实验方案，完成实验操作。在实验中，通过使用相对压强传感器，学生对实验结果的处理由定性判断发展到定量测定，并能综合实验现象和图表数据进行加工并获得结论。在实验结束后，学生共同交流实验探究的成果，对实验探究得出的结论进行理论验证，从理论角度分析佐证实验探究所得结论的合理性，并提出新的探究问题，即“探究溶液酸碱性对双氧水分解速率的影响”。在本环节中，重点学习控制单一变量的实验思维以及体验实验探究的一般流程，并能从实验探究和理论研究两方面来分析解决化学问题，多方面发展学生化学学科素养。
三、教学反思
1.精选情境素材
“揭秘‘鱼浮灵”’课程脱离了“纸笔实验题”的学习情境，而是将化学探究实施具体化、生活化。在选择“鱼浮灵”作为情境素材时，教师应考虑到该素材能否承载学生需要掌握的高中化学实验的部分核心知识，以及该素材能否帮助学生形成单一控制变量的实验思维，发展学生科学探究与创新意识的素养。
2.任务引导探究
在教学中，教师需要深挖素材，生成驱动性任务引导学生自主探究。例如，学生探究“鱼浮灵”的增氧原理后，课堂的探究活动并不止步于此，教师提供课前准备好的部分文献资料，学生通过理论研究佐证实验探究的结论，并提出“溶液的酸碱性如何影响双氧水分解速率”的问题，为下一环节的深入探究提供通道。
3.单元整体设计
一个较为完整的项目式教学应是一个单元整体教学，课时以两到三课时为宜。在本案例中的第一课时，以“鱼浮灵”的成分为素材，围绕定性检测和定量测定为主要任务;第二课时，以探究“鱼浮灵”的增氧原理为素材，采用单一变量控制思路进行探究，让学生体验完整的科学探究思维模式。
4.指向素养发展
本案例的教学设计注重从多维度发展学生的核心素养。例如，宏微结合分析“鱼浮灵”的微观组成;运用模型研究法建构高中化学定量测定的常见思维模型，并深入应用模型;在探究“鱼浮灵”增氧原理以及探究溶液酸碱性对双氧水分解的影响中，体验化学探究的思路，发展学生的科学探究和实验创新素养。学生化学核心素养的培育应该是一个潜移默化且长久的过程，我们在日常教学外，还需要更多地进行这样应用性的教学活动，引领学生运用所掌握的化学知识、技能和方法去分析和解决现实的问题，发展学生的学科素养。
关键词：项目式学习;基于核心素养的教学;实验探究
文章编号：1008-0546（2020）02-0065-03 中图分类号：G632.41 文献标识码：B
doi：10.3969/j.issn.1008-0546.2020.02.020
化学实验是化学教学的重要组成部分，是高考的重要内容。传统的高三实验复习是通过大量的实验题进行地毯式练习，反复训练一系列实验典型试题，以期巩固实验知识、技能及形成答题模式。但如今的高考实验题中越发注重考查学生的创新思维和研究能力，传统的高三化学实验复习课不能满足于此，因此注重具体实践研究性学习的项目式学习是新课程理念下高三化学实验专题复习的新思路。
项目式学习是以小组合作方式解决项目任务的学习模式，学生围绕具体的学习项目，选择学习资源，通过学生自主探究和自主学习进行实践体验、分析讨论、探索创新等环节，获得具体知识、形成专门技能、发展个人能力。从高中生思维以及化学实验的特点出发，以项目式学习的方式引导学生开展与化学实验相关的学习和研究，促进学生通过真实情境问题解决的课程的学习，体验像科学家一样进行实验探究活动，并能把获得的知识和经验有效迁移应用到解决生活问题中去，最终达到促进学生学科核心素养的形成与发展的目的。
“揭秘‘鱼浮灵”’是高三实验教学的专题复习课，本案例采取项目式学习的教学模式，将真实素材贯穿课堂教学的核心环节，感受化学与生产、生活、环境的密切联系，学生学习应用定性和定量的思路分析生活中的化学物质，并进一步体验实验探究在分析和解决生活中的化学问题的过程和意义，多维度发展其化学核心素养。
一、指向素养发展的教学设计
1.项目式学习主题的确立
“鱼浮灵”是水产运输或养殖过程中一种常用的化学增氧剂。在认识“鱼浮灵”的过程中，体验化学探究的过程，对“鱼浮灵”成分进行定性检测和定量检测并对增氧原理进行深入分析，培养学生科学探究和创新意识素养。在分析“鱼浮灵”成分中，建构从定性和定量视角分析化学物质的思维模型。在对增氧原理分析中，学习并建构单变量的对照实验思维模型，进行实验设计与数据分析。
2.单元教学整体规划
（1）教学目标的确定
本案例根据高中化学学业质量标准提出了相应的教学目标：通过定性检测“鱼浮灵”的成分，复习中学化学常见离子及性质的检测思路;通过定量检测“鱼浮灵”的成分，掌握滴定法用于定量检测物质的研究思路;通过对“鱼浮灵”增氧原理的探究，学习并建构单变量对照实验思维模型，培养获取有效信息，建立“宏观一微观一符号一曲线”四重表征，培养学生从不同角度分析问题的能力。
（2）单元教学流程
本案例分为两个课时。第一课时，“鱼浮灵”的定性检测和定量检测;第二课时，“鱼浮灵”增氧原理的实验探究。教学设计如表1：
二、核心环节的教学实施过程及效果
本案例选择身边的化学物质“速效鱼浮灵”为情境素材。第一课时，学生学习运用定性和定量的方法进行分析，进一步巩固离子的鉴定知识，构建并应用定量实验的思维模型;第二课时，学生合作探究“鱼浮灵”的增氧原理，并对熟悉的增氧剂进行评测。本文挑选两个核心环节展开。
1.“鱼浮灵”成分定量检测
教学片断如下：
[情境]设计实验进行“过氧碳酸钠”（xNa2CO3·yH2O2）的成分测定。
[生]可通过加入足量盐酸，测定产生CO2体积，或加入足量BaCl2，测定生成沉淀BaCO3质量等方法来测定NazCO3的含量;也可利用H2O2氧化性，加入还原性物质充分反应，或测定H2O2分解后O2体积等方法，以测定H2O2含量。
[小结]师生共同评价实验方案并总结，常见的定量实验思路有重量法、气体法和滴定法。共同尝试用滴定法来设计实验，测定x、y。
[演示实验]师生共同评价实验方案，并完成演示实验：取2.5000g过氧碳酸钠样品，用蒸馏水溶解后转移至250mL容量瓶中，定容，摇匀。先移取25.00mL液体于锥形瓶中，加入2～3滴甲基橙，用0.2000mol·L-1硫酸标准液滴定由橙黄色变为橙红色即为终点，重复操作2～3次，所消耗硫酸標准液体积7.50mL。再另移取25.00mL液体于锥形瓶中，加入足量稀硫酸后，用0.0200mol·L-1KMnO4标准液滴定至浅粉色即为终点，重复操作2～3次，所消耗KMnO4标准液体积47.00mL。
[生]分析实验数据，计算得出x：y=2：3，过氧碳酸钠成分为2Na2CO3·3H2O2。
此环节是第一课时的核心环节，引导学生从定性分析向定量测定进行延伸，通过梳理定量测定的思路，建构解决定量测定化学问题的思维框架。在实践中学习探究如何运用滴定法测定物质的成分，并进行数据处理计算结果。教师应引导学生发散思维，思考定量测定物质成分的相关方法，并创造性地提出对方案的修改意见。
2.探究“鱼浮灵”的增氧原理
教学片断如下：
[情境]探究“鱼浮灵”的增氧原理。
[生]可能是Na2CO3与H2O2发生了化学反应生成了O2;也可能是Na2C03催化H2O2分解，促进O2的释放。查阅资料可知，H2O2酸性比H2CO3还弱，排除猜想1。 [师]可能是什么微粒起到促进双氧水分解的作用？
[生]可能是CO32-;可能是OH-;也可能是OH-和CO32-共同促进。
[生]分组设计实验方案：往等浓度、等体积的双氧水溶液中，分别加入等体积、等pH的Na2CO3和NaOH溶液，另外一只试管不加，观察气泡产生的快慢。
[分组实验]发现此方案理论上可行，但是实验现象不明显，需要改进。
[师]比较产生气泡的快慢无法得到结论，可从定量的角度进行测定，测定什么数据呢？
[生]可以測定相同时间内产生气体的体积。
[师]可以转为测定相同时间内反应容器内压强的改变量，以比较反应快慢。
[演示实验]取三个100mL锥形瓶，分别加入40mL 3%的双氧水，再往两只锥形瓶中分别加入5mLpH约为8的Na2CO3和NaOH溶液，另一只锥形瓶不加。将锥形瓶内起始压强设定为OkPa，再用压强传感器分别测定反应30s内三只锥形瓶内相对压强大小。
[生]观察实验现象，分析电脑软件导出的实时“相对压强一时间”曲线图，得出在室温下，反应30s时三只锥形瓶内相对压强数据均趋于平稳，分别为2.61kPa、2.59kPa、1.10kPa。根据以上数据，得出结论：OH-促进双氧水分解。
[师]实验探究得到的结论，还需要进一步的理论分析进行论证。查阅资料可知：碱性条件下，过氧化氢分解机理：H2O2 OH-→HOO- H2O，H2O2 HOO-→OH- H2O O2。
此环节是第二课时的核心环节，学生在真实情境下，提出探究“鱼浮灵”增氧原理的化学问题，能从微观角度分析，提出有价值的推理，并依据实验目的设计和优化实验方案，完成实验操作。在实验中，通过使用相对压强传感器，学生对实验结果的处理由定性判断发展到定量测定，并能综合实验现象和图表数据进行加工并获得结论。在实验结束后，学生共同交流实验探究的成果，对实验探究得出的结论进行理论验证，从理论角度分析佐证实验探究所得结论的合理性，并提出新的探究问题，即“探究溶液酸碱性对双氧水分解速率的影响”。在本环节中，重点学习控制单一变量的实验思维以及体验实验探究的一般流程，并能从实验探究和理论研究两方面来分析解决化学问题，多方面发展学生化学学科素养。
三、教学反思
1.精选情境素材
“揭秘‘鱼浮灵”’课程脱离了“纸笔实验题”的学习情境，而是将化学探究实施具体化、生活化。在选择“鱼浮灵”作为情境素材时，教师应考虑到该素材能否承载学生需要掌握的高中化学实验的部分核心知识，以及该素材能否帮助学生形成单一控制变量的实验思维，发展学生科学探究与创新意识的素养。
2.任务引导探究
在教学中，教师需要深挖素材，生成驱动性任务引导学生自主探究。例如，学生探究“鱼浮灵”的增氧原理后，课堂的探究活动并不止步于此，教师提供课前准备好的部分文献资料，学生通过理论研究佐证实验探究的结论，并提出“溶液的酸碱性如何影响双氧水分解速率”的问题，为下一环节的深入探究提供通道。
3.单元整体设计
一个较为完整的项目式教学应是一个单元整体教学，课时以两到三课时为宜。在本案例中的第一课时，以“鱼浮灵”的成分为素材，围绕定性检测和定量测定为主要任务;第二课时，以探究“鱼浮灵”的增氧原理为素材，采用单一变量控制思路进行探究，让学生体验完整的科学探究思维模式。
4.指向素养发展
本案例的教学设计注重从多维度发展学生的核心素养。例如，宏微结合分析“鱼浮灵”的微观组成;运用模型研究法建构高中化学定量测定的常见思维模型，并深入应用模型;在探究“鱼浮灵”增氧原理以及探究溶液酸碱性对双氧水分解的影响中，体验化学探究的思路，发展学生的科学探究和实验创新素养。学生化学核心素养的培育应该是一个潜移默化且长久的过程，我们在日常教学外，还需要更多地进行这样应用性的教学活动，引领学生运用所掌握的化学知识、技能和方法去分析和解决现实的问题，发展学生的学科素养。