高中化学项目教学实践探析——以“暖宝宝的发热原理探究”为例

吴雅琴 刘良先

一、开展项目学习意义

化学这门学科是以实验为基础,探究其物质的组成性质及之间的转化,依据新课标标准,倡导在教学中开展多样化、真实情境问题的探究活动,重视以素养为本的教学[2],采取多样化教学评价方式,全面发展学生核心素养。项目学习是一种教学互融,学生与教师共同参与其中,以问题驱动导入任务,学生以小组合作设计方案解决问题。采取项目学习有助于帮助学生在实际学习情境中去发现问题、解决问题,从而获得知识与能力的提升。

二、项目学习流程

项目学习主要可分为四个阶段:项目准备阶段、项目计划阶段、项目实施阶段、项目评价阶段。如下图1,在该四个阶段,教师与学生活动各不相同,在项目准备阶段中主要工作为:确定项目主题、明确项目目标、采取互质原则组建小组。第二阶段为项目计划阶段,在此过程中教师指导学生制定项目计划书,学生要明确各自任务内容。项目实施阶段最为关键,学生依据项目计划书设计方案动手实施,教师要实时监督并指导帮助学生解决问题。最后一个阶段为评价阶段,项目学习的评价要注重过程性评价与总结性评价相结合,依据教师先前准备的项目评价量表,客观评价学生的成果作品以及在整个项目学习过程中的表现。项目学习的评价包括教师对学生的整体评价、组间评价以及自评。从多个角度采取多元化评价。

三、项目学习实施-以“暖宝宝的发热原理探究”为例

1.项目准备阶段

(1)项目主题“暖宝宝的发热原理探究”的确定。本次课是在学习了人教版必修一《化学反应原理》中的原电池及铁的性质知识基础上。学生已经初步了解原电池的工作原理,已经金属铁的各个化合物相互转化知识,本次以生活中的暖宝宝为情境素材,开展探究其主要成分和发热原理,将原电池知识与金属性质知识联系起来,让学生们在探究获取知识的过程中,达到新旧知识的迁移,体会化学探究的乐趣。

(2)项目学习目标。项目学习目标是凌驾于常规课堂的学习目标之上的,不仅仅是知识结构的巩固,还包括自身能力目标的提升,通过项目学习逐步形成探索未知的意识。项目学习目标的确立能够帮助学生更加清晰的了解本节课的重点知识,在解决问题时能够明确方向,有利于培养学生的独立思考、敢于质疑的精神。

表一 项目学习目标

2.项目计划阶段 在计划阶段中列出本次主题各个子任务,给与学生一个探究方向,同学们围绕这几个任务自行设计项目方案去完成各个任务,在这次活动中共分为5个小组,每个小组8个人,学生自行选出一人为组长,项目活动时间安排为一周。教师指导学生制作项目计划书,填写项目计划表。

表二 项目子任务

3.项目实施阶段-教学片断实录 (1)项目情境导入。

老师:展示市面上的暖宝宝,提出问题:暖宝宝大家了解吗?它怎么使用?

学生:暖宝宝可用于取暖,将其撕掉外包装贴于衣物上即可。

老师:那暖宝宝发热的原因大家了解吗?主要成分是什么呢?如何设计实验探究其成分呢?

学生:查寻资料可知暖宝宝主要成分包括活性炭、铁粉、蛭石、NaCl等。

设计意图:在真实情境中以驱动问题导入学习主题,引起学生探究兴趣,激发学生的求知欲望。通过生活用品引入课堂,让学生体会化学与生活的紧密联系。

(2)项目任务探究。

子项目任务一“暖宝宝成分探究”

将“暖宝宝”拆开可看到:均匀细腻的黑色固体,其中混杂白色的小颗粒,含少量水。各小组查阅资料得出暖宝宝的成分:铁粉、活性炭氯化钠等,并根据各成分性质特点设计实验验证。

成果汇报:

小组1:“暖宝宝”中的铁粉可以利用其物理性质磁性来验证,将样品倒在一部分于滤纸上,用磁铁检验铁粉的存在,而活性炭则可以取样品灼烧,罩一涂有澄清石灰水的烧杯,观察烧杯内壁是否白色沉淀,氯化钠的验证可根据钠的焰色反应独特特征验证其存在。取样品溶于水,离心,取上层清液,做焰色反应可观察到黄色火焰。

小组2:在氯化钠的鉴别试验中与第一小组存在疑点,实验并不能完全证明有氯化钠的存在,可能是其他钠盐,所以在第一组的基础上根据氯化钠溶液中氯离子的性质来鉴别。取样品溶于水,离心,取上层清液,加入酸化的AgNO3溶液,可观察到有白色沉淀产生,则证明有氯离子的存在,即反应物NaCl。

小组3:“暖宝宝”中铁粉不仅可以利用其物理性质还可以利用化学性质来检验,在煮沸的稀硫酸中加入样品,加苯覆盖以隔绝氧气防止氧化,长滴管加入K3Fe(CN)6,可观察到产生大量气泡,溶液变成蓝色,则有Fe2+存在,推测反应物为铁粉。

项目任务二“发热原理”

老师导入:目前,在市场上已经出现了很多自发热产品,暖宝宝为片状贴剂,在使用时,去掉外袋,让无纺布袋暴露在空气里,氧气通过透气膜进入里面,暖宝宝开始持续低温发热大约58℃。由于携带方便,发热持久稳定,暖宝宝成为取暖驱寒,热敷理疗的时尚用品。那么它的原理是什么呢?各成分起到了什么作用呢?

成果汇报:

小组1:经查阅资料蛭石具有良好的保温隔热性能,而白色的小颗粒为吸水性树脂具有吸水性结合具有吸附性活性炭,吸附空气中的氧气和水,则可使得铁粉发生氧化反应放出热量。小组2:小组1的结论还不完全,发生在暖宝宝中的化学反应不只是铁粉的锈蚀,发生缓慢氧化反应放热,还有铁粉与活性炭、氯化钠构成原电池加速其氧化,发生吸氧腐蚀,将化学能转化为热能,放出大量的热。在利用蛭石的保温效能、具有微孔透气膜的无纺布袋,可以控制氧气的进入,从而可持续低温发热,且保持几小时。

总结:各个小组依据原理的总结,模拟发热原理,将“暖宝宝”的成分拆解为原电池并写出其正负极反应式。

负极:Fe-2e-=Fe2+

正极:O2+2H2O+4e-=4OH-

总反应:2Fe+O2+2H2O=2Fe(OH)2

4Fe(OH)2+2H2O+O2=4Fe(OH)3↓

2Fe(OH)3=Fe2O3+3H2O

子项目任务三“暖宝宝产物探究”

老师:我们将发热后“暖宝宝”拆开可以看到,之前灰黑色粉末有一部分变成红褐色,凝结成大块固体,微硬不松散。那么这些产物是什么呢?如何设计实验鉴定?

学生:猜测是铁与氧气反应生成氧化铁,产物应该有氧化铁、氯化钠、活性炭等。

成果汇报:

小组1:Fe2O3的鉴定可以利用亚铁离子与铁离子性质之间的区别,首先向产物样品中加入氢氧化钠溶液,过滤,在滤液中加入KSCN,发现无明显现象,有大量不溶物。在这实验中可证明滤中无铁离子,证明该产物不溶于氢氧化钠即不是铁盐,第二步向产物样品中加入盐酸溶液,过滤得滤液,向滤液中滴加KSCN,可观察到溶液变成血红色,则滤液中有铁离子存在,产物中有Fe2O3。而活性炭与氯化钠的鉴定与任务一方法一致。

小组2:产物氧化铁的鉴定第二步除了第一组的鉴定还可以利用铁的氢氧化物颜色变化来鉴定,向产物样品中加入盐酸溶液,过滤得滤液,向滤液中滴加NaOH过滤得沉淀并加热,可以发现首先产生灰绿色沉淀,后沉淀部分消失,变红褐色沉淀,加热变成红棕色固体即鉴定为产物中有Fe2O3。

4.项目评价阶段 项目实施后,由各个小组选派小组代表在班上进行项目成果交流汇报,在项目学习评价这最后一个环节不仅需要各小组间作品的评价,同时还需要对小组间各成员的合作效果以及每个成员参与积极性进行评价,采取他评、自评、师评多样化评价方式。除了过程性评价外,还需要结合终结性评价方式对于学生的知识理解程度进行反馈评价,并对本次学习活动进行总结巩固,使学生对于化学学习的思维方法有新的体会。

结语:项目学习不同于传统教学以教师为主导讲授知识,而是将学生和老师在学习过程中有机配合,通过一系列真实情境以解决问题为突破点,循循渐进,由浅入深获取知识。项目学习不局限于课堂,将学习拓展与课外,所以教师要实施监督,对于部分积极性持久性差的学生要恰当的给与鼓励与指导,同时对于项目完成的时间要进行把控,要实时抽查小组任务进度。项目学习的根本目标是通过活动的探究学习,学生能够完善知识结构,提升解决问题能力,采取小组合作、组间竞争,不断评价、自我反思并改进。同样的,教师以不同于传统教学模式的项目学习模式进行教学,结合教材与生活知识确定项目主题,学习目标的确立凌驾于常规目标之上,项目实施过程中角色角色的定位,以及项目评价方式的选择与结果的处理,对教师的能力也有所提高和挑战。