基于项目式学习的初中化学“溶液”主题的设计和实验——利用海水制备生理盐水

蒋小春,程思宇,肖赛锦

(黄冈师范学院 化学化工学院,湖北 黄冈 438000)

化学是一门以实验为基础的学科,在教学中占据着重要的地位。对学生实践能力和创新意识地培养发挥着独特的作用[1]。《义务教育化学课程标准(2022年版)》(以下简称《课标》)中也明确提出具备基本的化学实验技能是学习化学和进行探究活动的基础和保障,使学生进一步掌握化学知识,培养学生的知识探究及运用能力[2]。因此,实验教学在化学教学中起到举足轻重的作用。但是在传统教学中,实验教学总是独立存在于教学内容之外,教师讲授实验,学生进行实验,教师为了讲实验而讲,学生为了做实验而做,这样的化学实验讲授模式不利于学生实践能力、科学态度和学习兴趣的培养[3-4],“溶液的配制”是初中化学一个重要的定量实验,在生产生活中都有着重要的作用。在传统的课堂上,学生只是学会了利用蒸馏水和氯化钠来配制生理盐水溶液的过程,但是体会不到溶液在生产生活中的应用价值,从而难以激发学生学习兴趣;其次,去除溶液中的难溶和可溶性杂质两个知识点是分开的,学生只会根据要求分别进行实验,虽然掌握了这些化学知识,但没有利用所学知识去解决实际问题。学生实践能力、应用知识解决实际问题的能力均难以提升。因此,在实验教学中,应选择合适的教学模式,将实验操作与学科知识、基本能力紧密结合,激发学生学习兴趣,提高解决问题和实践的能力,最大限度地发挥实验教学的作用。

为此,在《课标》中明确提出,在化学教学中要将所学化学知识应用到真实的情境和任务中,倡导“做中学”“用中学”“创中学”的教学理念,开展项目式学习的教学模式[2]。项目式学习以学生为主体,通过参与项目活动来解决实际问题,在解决实际问题的过程中,逐步构建自身的知识体系[5]。国内最早开展项目式学习研究的团队之一北京师范大学化学教育研究团队,在2002年就开始开展项目式学习的研究与实践,在开发系统性学科优质项目课程教材和学习资源方面,取得了丰硕的研究成果[6]。江合佩团队将学习与社会真实问题的解决联系起来,提炼其中的核心化学问题,开发项目式教学案例,并将其转化为驱动性问题链,引导学生自主、合作、探究化学问题,解决真实的社会生活问题[7-8]。将项目式学习的教学模式融入初中化学实验教学中,在解决实际问题的过程中,学生通过项目的拆分、各项目实施、产品创造的过程,实现知识的重构和能力的提升,有利于培育学生的认知能力、合作能力、创新能力和实践能力,发展学生的化学学科核心素养。

本文以“利用海水制作生理盐水”为项目主体,基于学生已有的知识基础与生活经验,突破了传统古板的教育方式,不仅能帮助学生更好地复习“水的蒸馏、粗盐提纯和溶液配制”等实验的理论知识和操作技能,还能引导学生通过多途径主动探究丰富的化学知识及化学实验内容。学生在丰富多彩的教学任务中,利用化学知识解决问题,提高学生综合应用所学的化学知识解决问题的能力。

1 教学背景

1.1 课标要求

《课标》要求发展学生多角度分析和解决生产生活中有关化学变化的简单问题,能利用化学知识完成相关的项目式学习任务[2],促使学生在解决真实情境中问题时,深化对化学知识和化学观念的理解,从而为学生搭建化学教学和日常生活相关的桥梁,达到理想的育人效果[9]。

1.2 教材分析

人教版初中九年级下册第九单元“溶液”实验活动5“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”的扩展和延伸,以“水的净化”和“粗盐提纯”的核心知识为基础,引入中国古代盐文化,将优秀传统文化与现代化学进行有机融合,旨在使学生了解制盐历史的传统文化,加强文化自信[10-11]。本项目将化学知识融于真实的问题情境中,贴近学生的生活,让学生切身体验发现问题,以用促学进而解决现实问题,构建知识体系,感受化学知识来源于生活,服务于生活的社会责任意识。

1.3 学情分析

学生通过九年级第一学期化学学习,已经掌握了蒸馏、过滤、溶液配制等基本的化学知识和实验操作技能,但是探究意识、合作意识和解决问题的能力都需要继续培养,很多学生还停留在“从表面看问题”这一阶段,无法独立提出问题,无法利用化学知识解决生活中的实际问题[12]。本课结合学生的认知和发展水平,通过推理、分析、归纳等过程有意识地对学生进行探究意识、合作意识地训练,实现深度学习和化学核心素养的提升。并注重联系生活实际,提出驱动型问题,让学生发现生活中的化学原理,认识到可以利用所学的化学知识为生活服务,促进知识内化与构建。

1.4 教学目标

(1)通过亲手制备生理盐水,进一步巩固蒸馏、沉淀、过滤等实验操作(科学探究与实践)。

(2)通过查阅制盐相关资料,提高信息收集和加工的能力。通过了解古代的盐文化,增强文化自信和民族自豪感(科学态度与责任)。

(3)通过设计粗盐提纯的实验方案。提高解决问题和设计实验的能力(科学探究与实践)。

(4)通过设计实验检验氯离子的浓度,由定性检验过渡到定量检测,逐渐建立定量的化学思维(科学思维)。

(5)通过完成家庭小实验——制作洗鼻喷雾,亲身体验化学知识与日常生活之间的联系,发展运用化学知识解决生活实际问题的能力(科学态度与责任)。

1.5 评价目标

(1)通过亲手制备生理盐水,诊断学生对蒸馏、沉淀、过滤等实验操作的掌握水平。

(2)通过分组汇报古代的盐文化,诊断并发展学生的信息收集和加工的水平。

(3)通过设计粗盐提纯的实验方案,诊断并发展学生科学探究与实践的水平。

(4)通过对制作洗鼻喷雾实验方案的交流和点评,诊断并发展学生的解决实际问题的能力及其对化学价值的认识水平。

2 教学过程

在教学过程中,将总项目任务分成多个子项目,让学生在攻克每一个子项目的过程中进行实践和探究,实现对化学学科知识的理解。学生在完成项目的过程中,对化学学科思想和方法进行迁移与应用,能促进学科素养的提升,培养实践能力和社会责任感[13]。

结合项目主题“利用海水制备生理盐水”,教师提出驱动性问题[14],具体的项目流程见图1。课前查找资料,了解古代关于盐的历史文化和生理盐水的用途,帮助学生了解关于生理盐水的知识,更好的开展本节课的教学。

图1 项目流程

2.1 初识生理盐水,对项目进行拆分

【情境导入】通过影视片段中使用错误浓度的生理盐水,引入生理盐水的作用,分析注射错误生理盐水会带来的危害并提出问题:如何利用海水制作一瓶生理盐水?

[设计意图]利用生活情境引入项目,引导学生关注生活中的化学,使学生了解到可以利用所学的化学知识为生活服务。并引导学生对项目进行拆解,明确项目内容。为后续教学内容的开展做铺垫。

2.2 蒸馏水的制备

【布置任务】如何利用海水制备蒸馏水,需要哪些仪器?蒸馏的具体实验步骤是什么?

[设计意图]帮助学生复习和整合水的蒸馏相关知识,在具体的情境中进行实验,加深对制备蒸馏水实验的理解和应用。使学生感受到化学实验不是独立存在的,化学与生产生活是紧密相连的。

2.3 粗盐的提纯

【布置任务1】分组汇报:古代怎样制盐以及与盐相关的历史。

【布置任务2】如何从海水中获得盐?

【学生总结】用海水晒盐,使海水中的水蒸发,海水变成了盐的饱和溶液,继续晒,盐就会逐渐从海水中析出,得到粗盐,再经过加工就得到了氯化钠,流程如图2所示。

图2 海水制盐流程

【教师总结】因为日本福岛核污染水排海事件,人们出现了抢购食盐的现象,其实我国食盐来源除了海盐,还有井矿盐和湖盐。海盐只占据人们食用盐总量的五分之一,所以大家不用担心食盐的供应问题。

[设计意图]通过学生课前查阅相关资料,了解关于古代盐文化的过程,培养学生信息整理和分析汇报的能力。通过日本福岛核污染水排海事件,使学生形成不盲目跟风,科学看待问题、发现问题和解决问题的意识。

【教师引导】得到的粗盐可以直接用来制备生理盐水吗?

【布置任务3】粗盐中含有哪些杂质呢?结合资料卡片设计方案:利用粗盐制备纯净氯化钠。

【布置任务4】根据提供的试剂中选择合适的试剂去除粗盐中的杂质,在导学案中写出反应方程式,并设计出实验步骤。

【教师引导】评价学生的实验方案是否合理。

【布置任务5】根据实验步骤,选择合适的实验器材进行实验。并计算出精盐的产率。

[设计意图]通过设计粗盐提纯的实验方案,培养学生严谨认真的科学态度和设计实验的能力。并根据实验方案进行实验,进一步巩固蒸发、过滤等实验操作。

2.4 生理盐水的制备

【布置任务1】配制100 mL0.9%的氯化钠溶液

【学生回答】(1)计算:计算出需要99.1 g的蒸馏水和0.9 g的氯化钠;(2)称量:用托盘天平称量所需的氯化钠,置于烧杯中;(3)量取:用量筒量取所需的水,倒入烧杯中;(4)溶解:用玻璃棒搅拌,使氯化钠溶解。

[设计意图]通过配制一定质量分数氯化钠溶液,能规范操作天平和胶头滴管等仪器,提高实验操作能力。将实际问题回归到教材的知识点,培养学生应用核心知识在真实的情境中分析问题的能力。

2.5 生理盐水的检验

【布置任务1】如何检验该溶液中是否含有氯化钠,浓度是否为0.9%呢?

【提供资料】常用的氯化钠含量检测的方法是银量法,以硝酸银为滴定剂,以铬酸钾为指示剂,在反应过程中,硝酸银先与氯离子生成氯化银白色沉淀,等氯离子反应完全之后,硝酸银就会跟铬酸钾生成铬酸银砖红色沉淀。通过硝酸银溶液的体积计算氯离子含量[15]。

【学生实验】通过实验可知,向5.0 mL的氯化钠中滴入7.7 mL的硝酸银会反应完全,溶液变为砖红色,可以算出氯化钠的浓度为9.0 g/L,约为0.9%,说明配制的氯化钠的浓度是正确的。

[设计意图]通过资料卡片,由学生总结定量检验氯离子浓度的方法,并进行实验,提高学生信息提取和整合的能力。由定性检验过渡到定量检验,让学生逐渐建立从量的角度认识化学的思维。

2.6 家庭实验——制作洗鼻喷雾

【教师介绍】洗鼻喷雾的作用就是利用生理盐水的特性来起到缓解炎症和清洗鼻腔。

【布置任务1】利用本节课所学内容完成家庭小实验:制作洗鼻喷雾,并写出实验方案。

【展示图片】某品牌洗鼻喷雾如表1所示。

表1 某品牌洗鼻喷雾说明书

【教师总结】对学生的回答进行有针对性点评,并提醒学生家庭实验制作的生理盐水只能用于外部消毒,不能用于注射,用于注射的生理盐水还必须灭菌。

[设计意图]通过学生间互相评价实验方案的过程,也是对学生反思己实验方案是否合理的过程,培养学生反思的学习习惯,并在评价的过程中,提高学生语言的组织能力。

【教师提问】在实验过程中最应该注意哪些?通过本节课,你有哪些收获呢?

【展示成果】学生课后制作的不同浓度的洗鼻喷雾。

[设计意图]将课堂中的化学实验延续到生活中的化学,培养学生实践能力创新意识。

3 教学创新与展望

3.1 注重情境创设,在真实情境中开展项目式学习

学生只有从爱化学、学化学、用化学的情境中,从生产和生活中认识了化学的实际价值,才能形成学习的需求和动力。因此,在项目式学习的教学模式要在真实的教学情境中开展,本文将中国的传统文化——古代的盐文化融入到化学课堂中,不仅增强了化学的人文背景,实现感性思维与理性思维的融合,还能提高文化自信[16];通过日本福岛核污染水排海事件,使学生感受到环境问题事关人类的生存与发展,以及面对不确定的问题时,要科学的看待问题,不信谣不传言,不盲目跟风;通过家庭实验-制作洗鼻喷雾,激发学生的学习兴趣,课上设计实验方案,课下实施家庭小实验,将课堂教学内容延伸到生活中,鼓励学生发现生活中的化学,将化学与生活联系起来,厚植化学情怀。情境创设是在化学知识与生活的结合点上,把生活中的某些事件与学习的知识相联系,把日常生活、卫生健康与化学知识相联系,让学生在生活中自觉遵循科学原理,促进知识内化与构建。

3.2 注重学科核心素养的培养,落实核心素养的养成

化学学科核心素养是指学生通过化学学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力,化学课程有利于激发学生对物质世界的好奇心,形成基本化学观念,发展科学思维、创新精神与实践能力,养成科学态度和社会责任,为学生的终身发展奠定基础[2],因此,核心素养的落实已成为课堂教学的重要目标,项目式学习下“溶液”主题设计的核心素养如表2所示。在开展项目式学习的过程中,引导学生自主学习,开展以化学实验为主的多样化项目学习,引导学生从学习理论的知识上升到知识的应用,使学生的学习不是停留在理论上,提高学生解决实际问题的能力,落实了科学思维、科学探究与实践和科学态度与责任的化学核心素养。

表2 “溶液”主题的化学核心素养

3.3 注重过程评价,将教学评价贯穿于整个教学,实现“教、学、评”一体化

通过“教、学、评”一体的教学模式,更能促进学生能力的提升。根据项目式学习的特征,在每个子项目结束后采用过程评价量表(表3),采用小组评价、学生自评的方式进行,多角度评价学生。在互评和自评的过程中,学生能够发现问题所在,取长补短,互相反思,互相进步,让学生对自己在学习过程中的表现有充分认知,逐渐养成良好的学习习惯。并且在教学中采用过程评价量表,聚焦学生的学习过程,以表现性评价多角度对项目实施过程进行监控,保障了项目任务的落实和完成。

表3 过程评价量表

本文以真实的问题情境“利用海水制备生理盐水”为项目主题,承载了“粗盐中难溶杂质的去除”和“一定溶质质量分数的氯化钠溶液的配制”两个学生必做实验。通过拆分主项目、完成子项目、制作产品的过程,实现知识的全新理解和实践能力的提升。学生通过综合利用化学知识和方法解决实际问题,逐渐形成化学实验探究的一般思路和方法,提升解决问题的能力。因此,在课堂中开展项目式学习,帮助学生学习化学知识,提高学习的主观能动性,有利于培育学生的认知能力、合作能力、创新能力和实践能力,发展化学学科核心素养。