基于真实情境的高三实验复习项目式教学——以“市售菜籽油碘值的测定”为例

吴锡植

(浙江省慈溪中学)

《普通高中化学课程标准》(2017年版2020年修订)指出,“真实、具体的问题情境是学生化学学科核心素养形成和发展的重要平台,也为学生化学学科核心素养提供了真实的表现机会”。项目式教学是一种基于建构主义理论下以学生为中心的教学方式,主张学生通过小组合作的方式,解决一个真实世界中陌生而复杂的问题。在解决问题的过程中,学生精心设计、规划和实施项目任务,在习得学科知识的同时,进一步提升了迁移能力、高阶思维、关键品格等在内的关键能力,促进了化学核心素养的发展。

1.项目主题内容分析

化学实验复习一般较琐碎,系统性不强,学起来很枯燥。常规的复习方法一般是从课本实验开始,将课本上的实验逐一复习一遍,过程中突出仪器的使用、实验条件的控制、实验操作等,意在查漏补缺,最后通过综合训练,达到融会贯通的目的。但是这样的复习方法耗时长,效果却不尽人意,尤其在浙江省实行选考模式后,近几年实验题均是基于真实问题的实验综合题,对学生能力上的要求更高,传统的实验教学模式已不能很好地适应高考的要求。

项目式教学通过设置一个真实情境化的任务,学生作为项目学习的主体,在完成项目任务的过程中与老师不断对话,解决真实问题。不仅丰富和建构了学生的知识和方法,同时培养了学生独立思考、善于合作的实践能力,达到事半功倍的效果。笔者通过文献检索,整合相关资料,结合高三学生的认知特点来设计“市售菜籽油碘值的测定”学习项目,将生活中大家关心的食用油健康问题转化为化学问题,为学生再现真实的研究过程。

2.项目教学目标

(1)通过对碘值的认识,能联系油脂的微观结构,强化“结构决定性质”的观念。能联系油脂的不饱和度和健康的关系,强化“性质决定用途”的观念。

(2)通过对菜籽油的碘值测定方案的设计,学会从问题出发,依据探究目的,设计探究方案。根据方案中的不足之处,查询文献资料,对方案进行优化,提升科学探究和创新意识的核心素养。

(3)通过滴定实验测定菜籽油的碘值,巩固滴定的原理和相关操作,能对观察记录的数据进行分析并获得结论,培养学生的严谨求实的科学态度。

3.项目框架

本次项目式学习包含项目准备、项目实施和项目课后任务三个模块,其中项目实施阶段包含三个任务:认识碘值、碘值测定方案的设计、碘值测定方案的优化及实施。具体的项目框架见表1。

表1 项目框架及教学流程

4.项目实施流程

【情境创设】视频展示:食用油生产厂家的广告。

【教师】随着生活水平的不断提高,各种食用油产品不断涌现。而大多数消费者缺乏了解食用油的相关知识,面对琳琅满目的食用油,陷入了选择困难症。今天我们就来了解食用油的其中一个重要参数:碘值,并亲身体验碘值的测定。

4.1 认识碘值

【教师】课前我们分组查阅了碘值的概念和不同食用油与健康的相关性,请结合汇编的资料,分组讨论以下问题,并记录在项目报告中。

【问题1】油脂为什么能吸收碘?请结合油脂的结构分析。

【问题2】猜测哪些油脂中碘值比较大?为什么?

【问题3】你对科学选择食用油有什么建议?

【资料】碘值是表示有机物中不饱和程度的一种指标,指100 g物质中所能吸收碘的克数,主要用于油脂、脂肪酸等物质中饱和度的测定。植物油含有较多的不饱和脂肪酸和必需脂肪酸,它们对降低血小板凝聚,减少血栓有重用作用,而且能降低心血管疾病的发生风险。饱和脂肪酸的过量摄入会引发动脉管腔狭窄,形成动脉粥样硬化,增加冠心病风险。不饱和脂肪酸中碳碳双键易被氧化。

【学生】小组成员阅读、讨论,并记录相关结论,然后小组间汇报交流。

【成果展示】

2.老年人新陈代谢慢,心血管疾病多发,建议选择碘值大的植物油。

3.平时不要一次性购买大量食用油,保存不当易氧化变质;食用时不宜长时间高温加热。

4.2 碘值测定的方案设计

【教师】面对碘值测定的任务,我们如何准确测定吸收碘的量?以菜籽油的碘值测定为例,小组讨论,并派代表阐述实验方案。

【学生】小组讨论,得到以下初步方案。

方案一:取一定质量的菜籽油,用一定浓度的碘水滴定,记录消耗的体积,计算。

方案二:取一定质量的菜籽油,加入一定量的过量的碘,充分反应后,用Na2S2O3的标准液滴定剩余混合体系中碘的量,两者差值即吸收碘的量。

【教师】与学生共同评价实验方案,确定初步的测定方案。评价的依据:直接滴定法适用于反应能够迅速完成的情况;碘易挥发,碘的标准溶液不易保存等。

【教师】引导学生结合以下问题,进一步思考实验操作中的难点。

【问题4】油脂难溶于水,如何确保油脂能与碘充分反应?

【问题5】碘易挥发,如何在滴定过程中减小实验误差?

【教师】点评学生交流结果,进一步引导学生结合以下实验试剂、仪器,优化、细化实验方案,并以流程图形式记录设计方案。

试剂:无水乙醇、0.2 mol/L I2的乙醇溶液、0.100 0 mol/L的Na2S2O3标准液、淀粉溶液、菜籽油(已知菜籽油的碘值约为100 g/100 g)

仪器:电子天平、250 mL容量瓶、酸式滴定管、碱式滴定管,胶头滴管、锥形瓶

【学生】小组成员交流、讨论,并派代表进行组间交流,生生、师生之间互相评价和完善实验方案。

【成果展示】菜籽油碘值测定的实验流程:

4.3 碘值测定方案的优化及实施

【教师】提供资料,让学生认识到原实验方案的缺陷,同时提出以下问题引导学生思考,优化碘值测定实验方案。

【问题6】GB/T 5532-2008过程中涉及哪些反应?

【问题7】设置空白对照实验的作用是什么?

【资料】1.查阅资料可知,油脂与碘反应速率慢,需要较长的时间,且碘溶解性差、易挥发,实验误差较大。

2.中华人民共和国国家标准动植物油脂碘值的测定(GB/T 5532-2008)方案显示,用韦氏(Wijs)试剂,即一氯化碘的乙酸溶液与油脂反应,反应充分后,加一定量的碘化钾溶液和水,用硫代硫酸钠标准液滴定,测得最后的反应液中碘的量。同时做空白溶液的测定,除不加油脂外,其余操作同上。

【学生】小组成员书写涉及的化学反应方程式,讨论、互相评价优化的实验方案。

【成果展示】

优化后的菜籽油碘值测定的实验流程:

【问题8】该实验流程中我们需要测定哪些物理量?根据相关物理量列出碘值计算的表达式。

【学生】小组成员讨论、交流,设计并完善数据记录表(见表2),推导计算表达式。

表2 菜籽油碘值的测定数据记录表

【成果展示】

c—Na2S2O3标准溶液的浓度,mol/L

V1—滴定空白所用Na2S2O3标准溶液的体积,mL

V2—油样试液所用Na2S2O3标准溶液的体积,mL

m—试样的质量,g

【学生实验】教师提供预处理过的样品,学生以4人小组为单位实施实验方案,记录实验数据,并计算出菜籽油中的碘值。

5.项目反思

5.1 以真实情境为项目载体,体验科学研究一般过程

知识绝不能从它本身所处的环境中孤立起来,学习知识的最好方法就是在情境中学习。食用油是我们每天必不可少的食品,学会科学选择食用油很有必要。笔者借助食用油其中一个重要指标——碘值的测定来创设情境,通过一系列驱动性问题,复习巩固滴定相关原理、操作,体会科学研究的过程。在这种氛围下进行学习,更容易打破传统学习的枯燥,在潜移默化的过程中促进核心素养的发展。

5.2 注重项目式学习评价,开展“素养为本”的教学

评价能产生可靠的证据来描述、刻画学生在项目式学习中的成长;评价本身就是促进学生反思与深化学习,优化教师教学的载体。项目式学习的评价内容区别于传统的评价,传统评价任务侧重于纸笔测试、练习等方式,而项目化学习的评价任务更应基于化学核心素养,构建多角度、多层次的评价任务;项目式学习的评价主体与传统评价主体也有很大的差异,素养视角下的评价需要学生成为积极主动的评价参与者,学生评价可以是自评和互评,包括对项目成果进行量化评价(见表3)、项目方案的交流讨论等。教师在评价中更多扮演“支持者”的角色,具体内容可以是:为学生提供范例或示范、设置关键的评价节点以提升评价质量和邀请专家参与评价等。

表3 “市售菜籽油碘值的测定”项目全过程量化评价表