基于真实情境的高中化学项目式教学*——以“设计铁系脱氧剂说明书”为例

王婵婵 魏梦雪

（省部共建煤炭高效利用与绿色化工国家重点实验室，化学国家级实验教学示范中心 宁夏大学化学化工学院 宁夏 银川 750021）

一、项目内容主题分析

教学情境具有认知性、情感性和实践性，其真实性乃是认知性、情感性和实践性的基础和保证。［1］创设的教学情境越真实，越容易发挥学生的主动性，学生主动建构的知识就越可靠，越容易解决真实情境中的问题，从而真正理解和掌握知识，进而促进学生高阶思维能力的发展。［2］项目式学习通过真实的和具有挑战性的任务，使学生逐步习得知识、技能和关键品格。在知识的基础上，通过项目活动运用知识，使学生创造新知识，形成稳定的解决复杂问题的思路和方法。项目式学习在问题解决的过程中彰显化学知识的功能价值，使化学核心知识结构化，促进学生化学核心素养的发展。［2］

在高中化学知识体系中，铁及其化合物的内容是十分重要的一部分。本节课的学习中，学生通过项目主题“设计铁系脱氧剂说明书”，讨论从脱氧剂到设计说明书需解决的问题，自主完成项目规划，进行活动探究。学生首先通过查阅资料结合生活实际，了解到铁系脱氧剂通过与氧气反应，对食物有很好的保鲜作用，对脱氧剂有了初步的认识。此后通过组内交流沟通、实验探究等方式，对铁系脱氧剂的反应原理进行探究，了解到铁系脱氧剂是运用铁的吸氧腐蚀去除氧气，在所学知识的基础上引导学生构建价-类二维图和原电池模型，帮助学生在解决问题的过程中进行知识运用和建构。最后通过自制脱氧剂，从视觉上感受脱氧效果，总结脱氧剂使用的注意事项，自主设计脱氧剂说明书，引导学生用化学反应原理解决生活中的问题，帮助学生在化学层面上找到分析问题和解决问题的方法，培养学生从生活中学习化学的意识，提高学生的探究能力、动手能力以及合作能力。［2］

二、项目教学目标

（1）通过铁系脱氧剂主要成分的验证设计，复习巩固物质检验的方法，学会从化学的视角解决一些简单的实际问题。

（2）能够通过实验探究，综合运用铁及其化合物的知识和电化学知识，构建铁及其化合物的价—类二维图和原电池工作原理示意图。

（3）通过自制脱氧剂，体验化学反应的过程，感受化学对生产生活的贡献，树立创新意识。

（4）通过对本节内容的梳理，设计铁系脱氧剂说明书，拓展深化已有认知，完善铁及其化合物的知识结构。

三、项目任务及教学流程

见表1。

表1 项目任务

四、项目实施过程及学生学习成果

1.项目提出及拆解

脱氧剂是学生日常生活中常见的物质。教师创设情境：展示月饼袋中的脱氧剂包装，观察脱氧剂包装上的信息。如果你是厂家，你想让消费者了解哪些信息？

【学生展示】脱氧剂的包装袋上都标注“脱氧剂、不可食用”的提示，但都没有说明脱氧剂的其余信息。我想知道脱氧剂的主要成分、反应原理、注意事项等。

2.检测脱氧剂的主要成分

学生在知网查阅脱氧剂的主要成分的相关资料，发现脱氧剂的种类很多，但一般包括主剂、活性剂、填充剂、改性剂或功能扩展剂。按主剂不同可分为有机类和无机类，有机脱氧剂主要有葡萄糖氧化酶脱氧剂和抗坏血酸型脱氧剂，无机类使用较广的是铁系脱氧剂、亚硫酸盐系脱氧剂和加氢催化剂脱氧剂，而铁系脱氧剂是目前应用最广的，市售糕点也基本是铁系脱氧剂，其主要成分为还原铁粉、活性炭、氯化钠。

【分组讨论】根据已有知识，结合资料信息，请选择合适的试剂验证包装袋中脱氧剂中含有还原铁粉、碳粉和氯化钠。

【小组汇报】铁粉和碳粉都为黑色，用磁铁靠近脱氧剂粉末，发现部分黑色粉末被吸附，为了进一步确认脱氧剂的成分，进行如下实验，见表2。

表2 实验内容

【教师归纳】通过以上实验，证明脱氧剂中含有铁粉、碳粉和氯化钠。还原铁粉与氧气反应除掉包装内的氧气；碳粉与铁粉形成微型原电池，加快反应速度；氯化钠充当电解质，加快反应速度。

3.探究脱氧剂的反应原理

【分组讨论】常温下，脱氧剂中铁粉与氧气反应产物是什么？阐述反应过程。请选择合适的试剂和仪器完成实验探究。

【小组展示】

（1）向U 形管中加入一定量的氯化钠溶液，向碳棒一极附近通入氧气，以加快反应速度，安装装置，见图1。

图1 铁与氧气反应实验装置图［3］

（2）反应一段时间后，向U形管中滴加2滴酚酞溶液，碳棒附近溶液颜色变红，说明正极有OH-生成。

（3）分别向两极附近加入2滴铁氰化钾溶液，检测铁片附近是否有Fe2+生成。

（4）分别向两极加入2滴硫氰化钾溶液，观察溶液颜色变化，检测铁片附近是否有Fe3+生成，观察实验现象，见表3。

表3 实验内容

【教师归纳】通过实验现象证明铁粉与氧气和水反应生成Fe（OH）2，Fe（OH）2进一步被O2氧化成Fe（OH）3，Fe（OH）3脱去一部分水生成Fe2O3·nH2O，［4］这也是铁生锈的原理。

【学生展示】脱氧剂反应的电极反应式。

负极：2Fe-4e-=2Fe2+

正极：O2+2H2O+4e-=4OH-

电池反应：2Fe+O2+2H2O=2Fe（OH）2

触摸U 形管外壁，温度升高，说明反应过程中化学能转化为电能和热能

【发现新问题】Fe2+没有被氧气氧化成Fe3+，而Fe（OH）2被氧化成Fe（OH）3。

【教师】因为Fe（OH）2不稳定，遇到氧气易被氧化。

【学生展示】在教师指导下建构铁及其化合物的价—类二维图，见图2。

图2 铁元素的二维图

4.设计脱氧剂的制备方案

【实验探究】参考资料卡片自制脱氧剂，见表4。可选择用品：铁粉、氯化钠、碳粉；100 mL 规格的广口瓶，100 mL量筒，直角导管，无纺布袋。

表4 资料卡片

【学生】按图组装仪器，见图3。分组实验，观察量筒内页面下降的高度，液面不再下降时结束实验，见表5。

图3 利用“食品脱氧剂”测定空气中氧气含量的设计［5］

表5 实验内容

【小组展示】量筒内液面下降，说明脱氧剂与广口瓶中的氧气反应，使瓶内气压下降。

【追问】怎样证明脱氧剂的除氧效果好？

【学生】广口瓶中的氧气约占总体积的20%，当量筒中液面下降20 mL 左右，即说明氧气已除尽，除氧效果好。

【追问】如果你是面包厂工作人员，在装脱氧剂时应注意什么？

【学生】将脱氧剂真空包装，包装好的脱氧剂密封保存，使用时快速放入面包包装袋封存，防止影响脱氧效果。

5.制作铁系脱氧剂说明书

经过探究了解了铁系脱氧剂的主要成分、脱氧原理，学生展示设计的作品，见图4。

图4 铁系脱氧剂说明书

五、项目教学反思

1.以脱氧剂的探究为情境，激发学生学习兴趣

目前很多复习课大都以题海战术或讲练结合的形式开展，学生对此已经厌倦。以“设计脱氧剂说明书”为主线，激发学生的探究欲望，改变以往传统的复习形式，在解决问题中巩固铁及其化合物的转化认知，了解电化学在生活中的应用。

2.实验探究中培养化学学科核心素养

通过资料查阅、实验探究、理论分析等活动引导学生运用已学知识设计实验方案，调动五官感受反应的发生过程。

化学是一门实验科学，在教学中增加以证据推理为基础的科学探究，能够提升学生的创新意识与理性思维，［6］以上教学过程既培养证据推理与模型认知的化学学科素养，也培养了学生科学探究的能力。

3.增加对化学职业的了解

运用已学知识解释脱氧剂的反应原理，密切联系化学与学生生活，使学生感受到一些科技发明并非遥不可及，提升对化学学习的信心，对化学相关工作选择有更深刻的了解。