高中化学项目式学习案例——以“物质的量”为例

文| 邓亚鹏，宗立三

项目式学习是基于建构主义、多元认知等理论的一种综合性主题教学模式。它以学科知识为基础，以真实的生产、生活问题情境为载体设计学习目标，通过设置驱动性问题和开放性的项目任务，以学生为学习主体，引导学生以小组合作方式自主学习，综合运用查阅收集的信息、整合学科内或跨学科知识，应用实际科学研究的思路、方法、工具等解决具有挑战性的实际问题，实现知识建构与学生合作交流、科学探究、创新意识、社会责任等学科素养的同步提升。本文以人教版化学必修第一册“物质的量”为例，探索通过课前项目准备、课堂项目实施、课后项目评价三个阶段实施项目式学习的过程。

一、课前项目准备

实施项目式学习的课前准备阶段主要有三个环节。

（一）确定项目主题

项目式学习的主题通常源于生产实际问题，能承载学科核心知识、思想方法和核心素养，有实践意义和可操作性，且能激发学生兴趣。“物质的量”是联系物质宏观可称量的物理量与微观粒子数目的桥梁。物质的量与其他物理量间的转化以及结合化学方程式进行计算贯穿整个高中化学的学习。

（二）明确项目学习主体

项目式学习强调学生是学习的主体，突出学生在学习过程中的自主性、实践性、探究性，教师主要提供学习资源，参与、指导、监督、观察项目式学习实施过程。学生以学科核心素养为导向，通过合作学习、自主探究，自行设计各环节具体方案等。我们需要根据项目任务先对班级学生进行分组，选择能力相对好的学生担任组长，负责本组项目实施，由组长具体分配任务，组内成员密切合作规划项目，查阅资料，集体讨论并制订项目实施方案，准备实验仪器和药品，操作并记录实验现象、录制实验视频、完成实验报告，记录活动过程，展示学习成果等。

（三）确定项目学习目标

1.学生通过实验探究，理解“物质的量”作为桥梁，建立宏观可称量的物理量与微观粒子数目之间的联系的必要性，发展“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”学科素养。

2.通过学生熟悉的故事情境，建立“聚少成多，聚微成宏”的集合思想，理解“物质的量”这一物理量及其单位“摩尔”，落实“宏观辨识与微观探析”学科素养。

3.学生从生活中熟悉的对宏观物质的描述入手，运用类比的思想方法，学习阿伏加德罗常数、摩尔质量的概念，发展“证据推理与模型认知”学科素养。

二、课堂项目实施

▲任务1：探究引入物理量“物质的量”及其单位“摩尔”的必要性。

【驱动问题】模拟化工生产实际，如何实现锌和稀硫酸恰好完全反应制取一定量的氢气？

【学生活动】请各小组设计实验方案，动手尝试，记录并讨论实际操作中的问题。

【师生讨论】化学研究的宏观物质是由分子、原子、离子等我们肉眼看不见的微观粒子构成，物质之间发生化学反应，微粒数之间成比例关系，同时宏观质量之间也有一定关系，但是一定质量的物质所含微粒数极其庞大。我们为了方便学习研究，非常有必要通过某个“桥梁”，把微观粒子数目与物质宏观可称量的质量或体积联系起来。

（设计意图：学生通过解决真实的化工生产问题，理解本项目学习的任务和目的。通过完成真实的化学实验任务，培养学生基本实验操作及科学探究能力；创设情境，通过查阅、搜集整理资料解决实际问题，培养学生的自学能力。）

▲任务2：结合已有知识经验，应用“集合思想”建立宏观质量与微观粒子数目之间的联系。

【驱动问题】如何科学、简便地确定一定质量的物质中所含的微粒数目呢？我们先解决一个可以类比的问题——有一袋质量为2 kg 的芝麻，如何确定其中所含芝麻的数目？

【学生活动】请各小组讨论并提出解决问题的方案。

【教师支持】推送两个智慧故事动画视频——《曹冲称象》《张飞数芝麻》。曹冲称象的故事启发学生，在称量巨大物体的质量时可采取“分解思想”，即将整体分解成部分、巨大分解成微小。与“分解思想”相反，张飞数芝麻采取“集合思想”，即将部分集合成整体、微小汇集成巨大，“聚少成多，聚微成宏”。例如，先数200 粒芝麻，假定称出其总质量为1g，然后把200 粒芝麻作为“集合体”，通过简单推理可得2000 粒芝麻的质量为10g，进而确定任意质量的芝麻的数目，建立起芝麻数目与质量之间的联系。

【驱动问题】生活中有很多以一定数目作为“集合体”来表示数目的例子，请介绍几种。

【学生讨论】比如一“双”袜子、一“打”铅笔、一“令”纸等，双、打、令都是一定数目的“集合体”。

【教师引导】科学家为了学习研究方便，类比“集合思想”，引入“物质的量”及其单位“摩尔”。

（设计意图：以智慧故事导引，激发学生对项目学习任务的热情和解决问题的动机。类比生产生活中实际问题及经验，使学生感受到以一定数目作为“集合体”的好处，为引入物质的量、摩尔、阿伏加德罗常数、摩尔质量等概念做铺垫。）

▲任务3：探究如何以“物质的量”作为桥梁，建立宏观质量与微观粒子数目之间的联系。

【驱动问题】如何理解“物质的量”这个物理量及其单位“摩尔”？

【教师支持】给学生推送《化学大师》中关于“物质的量”的视频微课。

【师生讨论】“物质的量”是国际单位制中7 个基本物理量之一，表示物质所含一定数目粒子的集合体，其符号为n；“摩尔”是物质的量的单位。国际上规定，“0.12kg（即12g）12C 中所含的碳原子数作为一个集合体，规定为1mol”。对于特定的微粒12C，若质量为12g，则微粒数为阿伏加德罗常数（NA），其物质的量为1mol。可见，这个规定以“物质的量”为桥梁，把特定的微粒12C、宏观可称量的质量、微观粒子数目这三个物理量联系在一起。

【驱动问题】如何建立“物质的量”与“微粒数”的联系？

【学生讨论】生活中所说的“打”就是数目“12”的集合体，1 打铅笔、钢笔等任何物体数目都是12。类比可得1“摩尔”与“阿伏加德罗常数（NA）”的关系——1mol 任何粒子集合体，所含粒子数都是阿伏加德罗常数（NA）。那么2 mol 任何粒子集合体所含粒子数是2NA，推理归纳可得，微粒物质的量（n）、阿伏加德罗常数（NA）、粒子数（N）之间的关系是：

阿伏加德罗常数（NA）的数值大约等于6.02×1023，如果考虑到NA单位为mol-1，阿伏加德罗常数定义为单位物质的量的粒子的数目更准确。

【教师引导】需要注意，物质的量及其单位摩尔适用于原子、分子、离子等微观粒子，不适用于宏观物体；使用摩尔时必须指明物质微观粒子的名称或符号，不能笼统地称谓，比如说1mol 氧就是错误的，可以说lmol 氧分子或1mol 氧原子。“物质的量”是专有名词，使用时四个字不能分开。

【驱动问题】如何建立“物质的量”与“质量”的联系？

【师生讨论】由教师指导学生阅读课本、查阅资料并归纳。大量实验证明，1mol 任何粒子的质量，以克为单位，在数值上等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量。这仅仅是数据上的巧合吗？对所有物质都存在这样的关系吗？为什么有这样的关系？

回顾初中所学相对原子质量的定义。以铁为例，其相对原子质量（56）是用铁原子的真实质量与12C原子质量的相比较所得的数值。规定摩尔和相对原子质量时都是用微粒12C 作为标准，所以1mol 铁原子质量为56g，推理归纳可得2 mol 铁原子质量为2×56g，n 摩尔铁原子物质量为n×56g，可见任何微粒的质量与其物质的量成正比。

【教师支持】概念介绍，单位物质的量物质所具有的质量叫做摩尔质量，符号为M，单位g/mol，数值上等于该粒子的相对原子质量或相对分子质量。例如H2S 摩尔质量为34g/mol。

根据上述推理归纳可得，物质的质量（m）、物质的量（n）、摩尔质量（M）之间的关系是。

由此可见，我们以物质的量作为“桥梁”，把宏观质量与微观粒子数目联系起来，通过简单的推导计算就可方便地实现三者之间的相互转化。

（设计意图：引导学生结合已有知识经验和解决问题的方法，再现科学家解决实际问题的探究活动过程，通过分析归纳、类比迁移、推理论证建立数学模型和概念模型，培养学生的逻辑思维能力和抽象概括能力，落实“宏观辨识与微观探析”“证据推理与模型认知”等学科核心素养目标。）

三、课后项目评价

项目式学习的课后评价需坚持“过程与结果考核并重、知识与能力考查结合”的原则，依据核心素养目标进行诊断性评价、过程性评价和总结性评价。

（一）诊断性评价

诊断性评价贯穿整个项目学习实施过程。根据讨论时的提问、回答、对话交流以及实验过程中表现出的动手能力、规范操作性、结果展示情况等评价学生的学习效果，对学生的核心素养发展水平、学习能力做准确判断。诊断性评价也可以利用传统的经典习题，检验学生对新知识的巩固和应用水平，检测学生能否运用所学知识解决实际问题，实现对学生核心知识再建构的有效测量，落实“证据推理与模型认知”“宏观物质与微观探析”等学科核心素养目标。

（二）过程性评价和总结性评价

过程性评价和总结性评价主要评估整个项目实施过程中学生的学习状况，包括检索资料、探究问题、合作沟通、技术应用等，评价方式包括学生自评、小组互评、教师评价等在内的多元化评价。学生通过自评，反思自己的学习过程、学习习惯、研究方法，提出项目活动中存在的困难，改进自身的不足；通过小组互评，学生对组内成员或其他小组的工作提出建议；教师评价的重点在学习小组的项目学习过程和学习成果展示，指出学生在学习过程中存在的问题并提出建议，对学生的学习状况、作品成果或过程表现进行评价，帮助学生对自己的学习过程进行反思和总结。

例如，利用锌和稀硫酸恰好完全反应制取一定量氢气的实验交流分享、成果展示环节即可实施过程性评价和总结性评价。各组项目负责人进行汇报分享，教师和其他组的同学根据项目完成结果、汇报表达叙述等级评定，本环节为学生提供了学习交流的机会，促使学生反思项目实施过程。实验中对稀硫酸的量取和氢气体积的测量，各小组的方案不尽相同且都遇到困难。师生通过对实验过程和结果的深入讨论和综合评价，留下的疑问恰恰是学习新知识的动力。在大单元教学背景下，本项目学习内容可以拓展延伸到气体摩尔体积和溶质物质的量浓度的学习。限于篇幅，本文在此不再赘述。