基于大概念的微项目教学设计

张雄鹰

摘要：以學科大概念理念为指导思想，通过微项目“定性和定量探究黑木耳中的铁元素”的教学研究，探讨微项目教学设计在巩固必备知识、提高关键能力、发展学科素养等方面的优势，并通过这些优势使元素及其化合物知识结构化，提高学习效率。

关键词：大概念;铁元素;定性;定量;微项目

文章编号：1008-0546（2021）08-0023-04

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

doi： 10.3969/j.issn. 1008-0546.2021.08.007

《普通高中化学课程标准（2017年版）》（以下简称新课标）明确指出化学学科核心素养包括“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”5个方面。5个方面立足高中学生的化学学习过程，各有侧重，相辅相成[1]。项目式教学被认为是最具核心素养融合发展效力的教学方式。该教学模式通过创设真实的问题情境，转变教与学的方式，融合发展学生素养[2]。微项目学习是将项目式学习微型化，打破传统教学的教学模式，在保证学习效率的前提下将微项目学习作为突破口，使师生理解并掌握知识内容及能力[3]。微项目学习是一种新型学习模式，相对于项目式学习来说，微项目学习占用的课时时间少，可在较短的时间内快速引发学生的学习兴趣[4]。

一、微项目教学主题分析

铁是课程标准要求学习的典型金属元素之一。对于这一重要的金属及其化合物知识，人教2019版教材单独安排了一节内容，即必修第一册第三章第一节“铁及其化合物”。介绍了铁及其化合物的基本知识后，教材更是依托多种真实情境设计了多个栏目。如其中的“研究与实践”栏目，教材选择了常见食品作为研究对象，通过研究检验这些食品中是否含有铁元素，既可达到检测学生对于铁及其化合物的必备知识的认识水平，又可充分发展学生的学科核心素养。根据分析，该情境的设计主要是基于定性探究的学科大概念思想。

在实验中如果仅仅是让学生按照已有方案实施的实验活动，就不是探究活动，更不是深度学习，是传统的学习方式，或者叫作浅表式学习[5]。事实上，在此前的教学中学生已经学习了质量、物质的量等跟定量有关的概念以及计算方法，因此，笔者认为，若以学科大概念理念为指导思想，以价类二维图为引子，引导学生从物质转化角度进行思考交流，学生是可以进一步设计出定量检测方案的。若能基于高一学情，进行黑木耳中铁元素的定量探究，则学生的学科素养可以得到更好的落实。

最终，笔者决定以“定性和定量探究黑木耳中的铁元素”作为微项目，和学生们一起展开探究。通过该微项目的教学，不但可以巩固学生对Fe2+、Fe3+的认识，还可提升学生对不同价态铁元素相互转化的认识，同时促进了元素及其化合物知识模型构建观念的形成，在发展学科素养方面有着一定的优势。

二、微项目教学目标

1.通过获取黑木耳提取液的实验设计，诊断认识物质的水平，促进化工思想的形成，增强科学探究与创新意识、科学态度与社会责任素养。

2.通过黑木耳中铁元素的定性检验，诊断实验探究的水平和认识物质的水平，形成物质探究的一般思路，增强宏观辨识与微观探析、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识。

3.通过黑木耳中铁元素的定量测定，诊断对物质及其转化思路的认识水平，解决实际问题的能力水平，建立物质性质与测量方法的关联，提升宏观辨识与微观探析、变化观念与平衡思想、证据推理与模型认知素养。

三、微项目任务及教学流程

微项目任务及教学流程见表1。

四、微项目实施过程和学生学习成果

【教师提出项目驱动性任务】铁是人体必需的微量元素。食用富含铁元素的食品，可以补充人体所需的铁元素。据说黑木耳中铁元素含量丰富。该从哪些角度对此进行验证？

【学生拆解驱动性任务】（1）验证有没有铁元素（定性）;（2）验证铁元素的含量（定量）。

【教师提出子任务l】该如何获得黑木耳提取液？实验的依据是？

【学生提出方案1】水浸：取新鲜黑木耳109，将木耳剪碎后放在研钵中研磨，然后倒入烧杯中，加入30mL蒸馏水，搅拌。将上述浊液过滤，得到的滤液作为试验样品。该方案是模仿教材中菠菜提取液的获得方法。

【学生提出方案2】酸浸：取新鲜黑木耳10g，将木耳剪碎后放在研钵巾研磨，然后倒入烧杯中，加入30mL稀盐酸，搅拌。将上述浊液过滤，得到的滤液作为试验样品。根据生活经验，黑木耳难溶于水，水浸效果可能较差，结合铁及其化合物的性质，用酸浸的成功率可能更高。

【教师评价】大家的设计思路是正确的。事实上，在化工生产中，水浸和酸浸都是常用的原料预处理方法。这两种方法是从物质的溶解性出发的。除了水浸和酸浸之外，有些物质还可以考虑使用碱浸的方法。

【教师追问】根据生活经验，思考浸泡时间是否对提取液中铁元素的浓度产生影响？稀盐酸浓度呢？

【学生观点1】浸泡时间的长短会影响提取液中铁元素的浓度，这就好像煮汤一样，熬的时间越长，汤就越浓。

【学生观点2】稀盐酸的浓度会影响提取液中铁元素的浓度，这就好像洗衣服一样，放的洗衣液越少，漂白效果就越差。

【教师评价并提出子任务2】很好。依据大家的方案，老师为大家提供了以下几种黑木耳提取液：（1）用水浸泡了12h的水浸提取液;（2）用Imol/L的盐酸浸泡了1h的酸浸提取液;（3）用4mol/L的盐酸浸泡了th的酸浸提取液。请大家根据Fe2+和Fe3+的检验方法，设计出铁元素的检验方法，完成黑木耳中铁元素的定性检验。

【设计实验并完成子任务2】在三种提取液中先加入KSCN溶液，观察，若无明显现象，再加入H2O2溶液，观察现象。

【现象及结论】（l）黑木耳水浸提取液加入KSCN溶液，无明显现象，再加入H2O2溶液，仍旧无明显现象，说明黑木耳中的含铁物质不溶于水。（2）用Imol/L的盐酸浸泡得到的酸浸提取液，加入KSCN溶液，无明显现象，再加入H202溶液，通过空白对照实验，发现溶液变成浅红色，说明黑木耳中含有铁元素，且以二价铁的形式存在。（3）用4mol/L的盐酸浸泡得到的酸浸提取液，加入KSCN溶液，无明显现象，再加入H2O2溶液，溶液变红，说明黑木耳中含有铁元素，且以二价铁的形式存在。

【教师追问】目前我们所学过的关于铁元素的检验主要有两种方法，除了KSCN溶液外，也可以用NaOH溶液。本实验可否用NaOH溶液来检验铁元素的存在形式？

【学生观点】不可以，因为得到的氢氧化亚铁沉淀很容易被空气中的氧气氧化，从而无法准确判断黑木耳中铁元素的存在形式。

【教师评价】很好。可见我们在进行物质的定性检验时，要充分考虑离子间的相互干扰。

【教师提出子任务3】测定黑木耳中铁元素的含量要考虑什么问题？如何达到实验目的？

【学生观点】测定黑木耳中铁元素的含量要确保铁元素完全被浸出。由于盐酸浓度不同，浸泡效果不同，所以应该逐步增加盐酸的浓度，直到滴入KSCN和H2O2后，溶液显色效果不再出现明显变化，才可认为浸泡已经达到最好效果。

【教师评价】上述方法是一种较为科学的方法。除此以外，我们同样可以借鉴化工生产中的经验。在化工生产中，除了水浸、酸浸和碱浸等方法外，灼烧、焙烧也是常用的原料预处理方法。事实上，在黑木耳中，铁的存在形式为有机铁。有机铁灼烧后可转化为铁的氧化物。因此黑木耳灼烧灰化后，再用盐酸浸泡，其中的铁元素便能充分浸取出来。

【教师追问】有了黑木耳浓缩提取液，又该如何实现黑木耳中铁元素含量的测定呢？请设计实验方案，并在价类二维图（图1）中将方案中物质转化的过程用箭头标出来。

【学生提出方案1】加入氧化剂，如H202，将Fe2+全部氧化为Fe3+，然后加入NaOH溶液，使Fe3+完全转化为氢氧化铁沉淀，过滤，洗涤，干燥，称量，通过铁元素守恒，可计算出黑木耳中铁元素的含量。

【教师追问】评价该方法存在什么缺陷？应该如何改进？

【学生观点】氢氧化铁在烘干过程中容易分解。可以通过两种方法改进：第一，可以在低温下烘干;第二，可将氢氧化铁灼烧至恒重，使之完全转成氧化铁，再称量。

【学生提出方案2】加入还原剂，如锌粉，将铁元素全部还原为铁单质，过滤，洗涤，干燥，称量。

【教师追问】评价该法存在什么缺点，如何处理？

【学生观点】用锌做还原剂，为了使提取液中铁元素全部被置换出来，锌粉要过量，会影响铁质量的称量结果。应用磁铁将铁粉分离出来。

【教师评价】很好。上述两种方案都是利用了称量沉淀的方法。主要缺点在于转化步骤多，过程中损失的铁元素较多，所以会有一定误差。除了这两种方法外，高年级的同学还为我们提供了以下方法，请大家评价一下这些方法。

【学习评价】滴定法：酸浸后的溶液，先利用还原剂将Fe3+转化成Fe2+，再利用已知浓度的高锰酸钾与Fe2+按照特定比例发生氧化还原反应计算Fe2+的量。（ SFe2++Mn04+8H+=5Fe3++Mn2++4H2O）。该法的关键在哪里？是否还有其他干扰？

【学生观点l】关键在还原剂的选择，不能用锌，过量的锌会将亚铁离子还原成铁单质，不能用铁，会引入铁元素。应选择铜。

【学生观点2】酸浸后的溶液含有氯离子等还原性物质会对实验造成干扰。

【教师评价】通过上述方法，我们知道了利用物质转化是可以达到定量检测的目的的。不过，我们也发现了这些方法均有一定缺陷。所以如果我们想要更加准确地测定黑木耳中铁元素的含量，还应该使用更加好的方法，如比色法。至于比色法怎样操作，大家课后可以去查阅资料了解。

【课后评价】胃可舒是一种常见的胃药，其主要成分如下：含氢氧化铝400g、碳酸钙250g、碳酸镁150g、碳酸氢钠200g、颠茄浸膏2.5g、薄荷油2.89mL，混合制成散剂。请根据上述资料，设计实验定性和定量探究胃可舒中的氢氧化铝。（用流程图表示）。已知：Al（ OH）3+3 H+ =Al3++3H20

Al（ OH）3+0H-=A102-+2H20

五、教学效果与反思

本项目的实施对象是高一学生，教学效果的探查主要来自课堂表现和课后评价两方面。课堂表现方面，从学生对于三个子任务的完成度，可以判断项目式学习的开展有利于帮助学生形成深度思考，使学生对于知识的理解外显化，让学生和教师之间有着更深入的交流。课后评价方面，是模仿本项目的探究方向，以定性和定量探究胃可舒巾的氢氧化铝作为真实情境。虽然都是定性和定量探究，但该情境所需要的必备知识来源于新信息，因此并非简单的模仿，只有对本项目真正了解并能迁移应用，才有可能较好地完成探究任务。从反馈结果来看，学生对于定性和定量实验的方案设计有了较为深刻的理解。主要表现在他们能考虑到杂质的干扰，懂得利用物质的特性实现氢氧化铝的检验，以及懂得利用物质的转化实现氢氧化铝的定量检测。这说明学科大概念理念正在他们的思维中生根发芽，学科素养通过该项目的实施得到了较好的落实。

该项目的实施过程中，主要要考虑三个问题。第一，黑木耳提取液的获得需要较长的时间，要提前为学生做准备。但是如果教师直接准备，则少了探究的味道。因此，在实施过程中，针对不同层次的班级，准备了两个方案，一个是通过课前预习的方法，让学生设计方案，然后教师再根据学生的方案进行提取液的准备;另一个是教师通过大概念理念的引导方式，使学生在课堂上所设计的方案尽量靠近教师的方案，然后通过对学生的进一步指导，完善方案。两种过程各有千秋。这也说明了教无定法，只要教学目标明确，做到以生为本，素养为本，则是成功的做法。第二，价类二维图使用的必要性。事实证明，在使用了价类二维图后，学生能较容易地将物质的性质与测量方法关联起来。价类二维图在元素及其化合物的学习中，尤其是项目式学习的落实过程中，起着很好的桥梁作用。而價类二维图正是学科大概念理念下的产物。由此可见，基于学科大概念理念的项目式教学对于巩固必备知识、提高关键能力、发展学科素养有着天然的优势，因此应该尽量推广。第三，项目式学习的开展，必须要有针对性。不同年级的学生，其学习能力水平是不同的，再加上选科要求的不同，课时安排，教学难度也会发生变化。对于高一学生而言，他们所掌握的化学知识还比较有限，因此开展微项目教学是更合理的选择。

参考文献

[l]中华人民共和国教育部.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018

[2]范晓媛，王磊，徐敏.基于科学论证的社会性科学议题教学探索——以鲁科版必修教材微项目“论证重污染天气‘汽车限行的合理性”为例[J].中学化学教学参考，2020（7）：14 -18

[3]李玉.微项目学习在中职《计算机应用基础》课程教学中的应用研究[D].长沙：湖南师范大学，2015

[4]郝春华，詹沁龄，孙伟.在高中化学实验教学中采用微项目学习的步骤与策略[J].山东化工，2019，48（12）：183，185

[5]曹葵，牛桓云.基于真实情境的深度学习——以研究木耳中铁含量为例[J].化学教育（中英文），2019，40（13）：37-39

本文系2020年度中小学教师教育教研能力提升计划项目阶段成果（项目编号2020YQJK403）。