基于项目化学习培养学生学科素养

邹雁

摘要：以石头纸、木浆纸的实验探究为载体，以项目化学习的方式层层深入复习酸、碱、盐知识。

关键词：项目化学习;科学探究;学科素养

文章编号：1008-0546（2022）09-0083-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

教育应赋予学生面向未来的能力。通过真实的问题、亲身的体验、持续的好奇心“唤醒”学习者的力量，培养他们的主动性，在解决问题的过程中专注、有计划、能反思，善于建立联系，能够个性化表达。以上目标都融入项目化学习，在实践中内化学生学科素养。

学科项目化学习是聚焦学科的关键概念和能力、在真实情境围绕一定目标与主题开展的探究活动。[1]在化學教育的起始年级，要不断激发学生的好奇心，让学生积极思考、体验科学探究。引导学生认识物质变化的规律，潜移默化地培养学生的核心素养，形成化学的基本观念。[2]

一、教学内容与现状分析

积累一些有代表性的反应后，九年级化学进入了酸、碱、盐章节学习，大部分学生的感受是“信息量大增”，难度增大。因此，在阶段性的总结提升中既要注重综合性、应用性，还要关注趣味性和思维方法。本文以酸、碱、盐复习课——“石头纸与木浆纸”的教学为例，介绍学科项目化学习在初中课堂的实践与思考。

二、项目化学习的设计

1.问题驱动，指向学科概念

酸、碱、盐是九年级的核心知识，也是高中化学的重要基础。在项目设计之初寻找情境主线，以整合酸的通性、碱的通性、盐的通性、物质转化、物质鉴别、物质分离等基础知识和技能。

项目化学习以问题驱动学习。碳酸钙能与强酸反应，灼烧后又能与水反应生成碱。新兴的“石头纸”本子，主要成分为碳酸钙，作为实验样本让学生有代入感。驱动性问题围绕石头纸一步步挖掘，指出持续思考的方向。

2.抓住契机，提高核心素养

石头纸作为情境主线，带动学生运用酸、碱、盐知识，进行创建、决策、实验和问题解决。在项目化学习中锻炼科学探究的能力、建立宏微结合，增强变化观念。挖掘石头纸中的化学知识，认识化学、技术、环境的相互关系，更全面地提高学科素养。

3.全程评价，促进共同进步

项目化学习的评价，贯穿始终。学生对照评价量规，通过自我评价表、小组评价表，可以提高实践活动的有效性。通过对成果的评价，引发更深层次的探索、创造与合作。

三、项目化学习的开展

见表1。

四、教学实录

1.如何辨别石头纸和木浆纸？

展示“石头纸笔记本”，介绍石头纸是新型纸张，上面的水性笔迹可被擦洗。随后学生打开材料包，在纸张样品中挑选。

2.石头纸真的由碳酸钙和聚乙烯组成吗？

学生提议将石头纸取样，滴加盐酸。初步实验表明，石头纸“不怕水而怕酸”。石头纸的成分中，碳酸钙不可燃而聚乙烯可燃，那它“怕火”吗？学生观察到石头纸可燃，但是不如普通木浆纸易燃。石头纸灰烬接近白色（见图1），木浆纸的灰烬接近黑色（见图2）。完成表3填写。

3.石头纸灰烬的主要成分是什么？

鼓励学生说出不同的猜测和理由。学生经小组讨论，猜测1——碳酸钙，理由是它不可燃，高温条件下才分解。石头纸灰烬中仍然有碳酸钙吗？学生很快用盐酸与样品的反应证实了（见图3）：滴加盐酸至不再产生气泡，样品基本溶解。猜测2——不仅有碳酸钙还有氧化钙。理由是聚乙烯燃烧放热，能使碳酸钙分解。是否产生了氧化钙？学生回忆道，氧化钙与水反应会放热。鼓励他们积极试验：石头纸灰烬加少量水振荡浸泡，然而没有明显放热现象。对此有的学生认为没有氧化钙，有的学生认为可能有氧化钙但含量少。

引导学生换个思路，假设灰烬中有氧化钙，那么浸泡的过程除了能量的转换，还有物质的转化。溶液中是否生成了氢氧化钙？学生从碱的通性分析，想到了酸碱指示剂、铜盐溶液、铁盐溶液等试剂。也有同学提议通入二氧化碳气体。老师提醒学生，通常情况下氢氧化钙溶解度很小，尽量选择实验现象明显的试剂。学生最终选择了pH试纸对静置后的上层清液进行检验（见图4），发现溶液确实呈碱性，pH约为13（见图5）。

为了确定样品成分，还须检验钙离子。阅读焰色反应的相关资料，观察石头纸灰烬的焰色反应（图6）、比对钙元素的标准焰色。根据以上实验结果：石头纸可燃，灰烬中有碳酸钙和氧化钙。说明石头纸燃烧的过程，碳酸钙部分分解了。完成表4填写。

4.木浆纸灰烬，它又含有何物？

木浆纸在生活中更为常见，它的灰烬也有类似的焰色（见图6），两种纸样的灰烬成分相同吗？

多数学生当即一试：取样木浆纸灰烬并滴加盐酸，也有气泡产生（见图7），看来木浆纸灰烬竟然也含有碳酸盐。提供资料“木浆纸的成分：植物纤维（有机物）和灰分（无机盐）。碱法制浆工艺原理：原料选择与加工后，用氢氧化钠与蒽醌的混合液为蒸煮液，在碱回收系统中用氢氧化钠[4]或碳酸钠[5]来补充生产过程中碱的损耗。”木浆纸灰烬真的含有碳酸钠、氢氧化钠吗？

学生测得木浆纸灰烬的浸泡液pH约为12，确实呈碱性（见图8）。能否断定其中含有氢氧化钠？学生明确提出，碳酸钠溶液也为碱性。探究溶质是否含有氢氧化钠，需先除去碳酸钠，再对分离后的溶液检验氢氧根离子。填写表5。

5.木浆纸灰烬的成分，如何分离？

从溶有碳酸钠的溶液中分离出氢氧化钠，此实验设计对学生来说难度较大。首先是试剂的选择，学生会考虑将碳酸根离子沉淀，还提到了氢氧化钙、氢氧化钡。引导学生根据试剂写出可能的方程式，学生自然发觉不妥之处：沉淀剂带入了大量氢氧根离子，后续无法证明样本中的氢氧化钠。符合要求的实验试剂，既能使碳酸根离子沉淀，又不干扰氢氧根离子的检验，学生想到了氯化钙、硝酸钙、氯化钡等，最终选择了毒性低又常见的氯化钙试剂。

指导学生书写实验设计方案：一般需说明试剂及用量、操作步骤、假设的现象和对应的结论。这一题型对学生要求很高，不能公布一个标准答案以蔽之。让学生体验完整的过程，自行书写、讨论修正、明确方案、进行实验、得出结论。学生向木浆纸灰烬浸泡液中，滴加过量氯化钙浓溶液，振荡、静置（见图9），取上层清液测定pH约为11（见图10），溶液仍显碱性。以上实验证实“木浆纸灰烬中既有碳酸钠，也有氢氧化钠”。填写表6。

6.复分解反应如何发生？

以上探究活动中，学生能够运用复分解反应，使样品中的某些成分向目标产物转化。此时向学生展示微距拍摄的硫酸铜溶液与氢氧化钠溶液、碳酸钠溶液与足量盐酸反应的实验现象。使用动画模拟溶质微粒的动态，分析溶液中自由移动离子的浓度变化。帮助学生理解复分解反应的实质——某些离子的浓度下降。

在实践中内化概念，关注复分解反应在生产生活中的应用。例如：石头纸制作的一次性水杯不可盛装酸性饮料。含铅废水排放标准为铅总含量小于10-3g/L，要求学生根据资料（见表7），选择适合的氢氧根离子浓度，来除去印染废水中的铅离子。总结酸碱参与的复分解反应，归纳与氢离子、氢氧根离子不能大量共存的离子，生成项目学习成果。填写表8。

五、教学效果与反思

1.理解学科概念

基于项目化学习，以真实的载体和情境，开展酸、碱、盐复习课，不是局限于知识点的回顾，而是更关注知识的综合运用、思维和能力的培养。以逻辑性的问题链，将知识点组织于问题驱动中;以形式多样的实验（验证、检验、测定、分离），放手让学生做真探究;基于各种实验现象，推测得出实验结论;通过多种信息获取的方式（视频、实验、资料卡等），逐步解开疑问。不仅让学生掌握研究物质的一般方法，更让学生在实践中反思与突破，基于证据推理的能力、逻辑思维能力得到锻炼，真正落实了为思维而教，为能力而教。

2.锻炼学科能力

（1）严谨的科学态度

测得石头纸灰烬浸泡液为碱性，应该排除其中碳酸钙的干扰。学生小组商议后，决定增加一组碳酸钙粉末浸泡液（饱和溶液）的对比实验，发现其碱性弱于石头纸灰烬浸泡液（见图11）。方能得出“石头纸灰烬中有氧化钙，浸泡后生成了氢氧化钙”的结论。在九年级不深究碳酸钙水溶液呈碱性的原因，但不忽略其对样品浸泡液pH的影响。通过对比实验，证实浸泡液的碱性主要由氢氧化钙产生，培养学生严谨的科学态度。

（2）高效的信息处理能力

日常的作业练习发现部分学生阅读文字材料和表格数据的能力有所欠缺。本课特意设置了多个资料卡：“石头纸成分”“焰色反应”“木浆纸成分与碱法制浆工艺”“不同氢氧根离子环境中铅离子的饱和浓度”，辅助项目化学习顺利推进。培养学生在不同情境中找到所需资源，创造性地解决问题的能力。

3.优化展现学科形象

石头纸为环保产品，它的制造不需砍伐木材，造纸工艺不排放含酸、碱的废水，擦拭后的石头纸可反复使用。本文对石头纸的探究实验做出改良设计，贯彻绿色化学的理念，践行社会责任。

（1）更轻巧的分组实验

学生的材料包中（见图12），液体药品装入5mL、10mL、20mL塑料滴瓶，携带轻便，不易碎不渗漏，滴加试液十分方便。固体样品放置在带螺旋盖的塑料小罐，取用方便，也可加水振荡。不需振荡的实验，由井穴板代替试管——试剂用量小，对比实验现象明显，无需试管架（材料包内物品如图13所示）。

（2）更环保的药品处置

考虑到燃烧产生的废气和颗粒物，纸样的燃烧为演示实验。分组实验所需的灰烬样品，课前在通风橱中制作。废液进入废液缸，课后进行中和。

（3）更清晰的实验现象

受教科书“鸡蛋在水和盐酸中的沉浮”启发，[6]石头纸样品剪细条加盐酸浸没，不时振荡。石头纸样品表面出现气泡，随着气泡的产生与破裂，样品浮浮沉沉，为简单的实验增加趣味（见图14）。钙元素、钠元素的焰色试验，酒精灯本身的火焰焰色常受灯芯和瓷片干扰，且样品用铂丝蘸取易掉落。由于纸样灰烬主要为片状，可以用坩埚钳直接夹持于打火机的蓝色火焰上灼烧。

學生在这样的课堂体验中，自然会感叹化学制造的魅力（木头可以造纸，石头也可以造纸），明白物质转化规律及其应用。石头纸的面世是环保造纸的一个改革，化学必将给生活带来更好的环境和体验！项目化学习的复习课堂，让学生主动参与知识的建构，彰显了学生的主体地位，在实验探究、解决真问题的过程中不仅获得知识、培养思维和能力，而且深入理解学科内容，形成学科观念。

参考文献

[1]夏雪梅.项目化学习设计：学习素养视角下的国际与本土实践[M].北京：教育科学出版社，2018.

[2]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[3]贾中奇，任哲东，赵晓东.环保石头纸生产装备研发制造[Z].郑州：河南省工业和信息化厅.2019.

[4]周伦.蔗渣碱性过氧化氢法制浆的研究[D].广州：华南理工大学，2019.

[5]谢雪金.玉米秸秆Na2CO3预处理过程中的重要因子多变量分析方法研究[D].青岛：青岛科技大学，2018.

[6]中学化学国家课程标准研制组.义务教育教科书（化学九年级下册）[M].上海：上海教育出版社，2012.