深度学习下的高中化学实验项目教学的设计与实施

——以离子反应发生条件之Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性质探究为例

摘 要：基于核心素养的深度学习模式是指在教师启发下，学生围绕具有挑战性、探究性的学习主题，深入探索、实践知识规律与思想，从而通过问题的解决获得相应的能力与品格.就此，文章结合Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性质探究教学，阐述了实验项目式教学设计的探究、项目拆解、设计探究活动、实践与评价四个重要环节.并着重分析了教学实践中应用信息技术、突出教与学的转化、优化教学环节三项重要的实施策略.

关键词：深度学习；实验项目；高中化学

中图分类号：G632 文献标识码：A 文章编号：1008-0333（2023）36-0119-03

收稿日期：2023-09-25

作者简介：周日生（1971.3-），男，福建省连城人，本科，中学一级教师，从事高中化学教学研究.

基金项目：福建省中青年教师教育科研项目（基础教育研究专项）2021年度立项课题“基于深度学习的高中化学项目式教学应用研究”成果之一（课题编号：JSZJ21174）

相对于浅层学习，深度学习更注重对知识的深层次认知、理解及对学生高阶思维、问题解决能力的培养.实验项目教学正是实现这一目标的重要方式.为此，教师应积极探索实验项目式教学的设计与实施，高效整合学习内容与学习方法，并在其中渗透深度学习理念，提升学生学习质量.

1 实验项目式教学设计

结合现有的理论及研究成果，教师可按照如图1所示的开发流程，设计与实施实验项目式教学.

1.1 项目单元选择及项目相关内容探究

项目单元选择是设计实施项目式教学的初始环节.其选择依据为学生学情、教材内容、教学进度.教师需要考虑的是通过项目探究学生能获得什么知识，掌握什么概念，形成什么思维，培养什么能力.同时，考虑如何引导学生将从项目问题解决中获得思路应用到实际生活中，而不是完成学习后就将其束之高阁.本文所选项目主题为离子反应发生条件中的Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性质探究.Na₂CO₃俗名纯碱，用于造纸、冶金、玻璃生产、纺织、肥皂、洗涤剂等工业，以及用于食品加工.重铬酸盐（K₂Cr₂O₇）和铬酸盐（Na₂CrO₄）广泛用于火柴、颜料、涂料、制革、搪瓷、金属防腐等生产中.通过该项目的探究学习，学生可以充分认识到金属防腐、洗涤、发酵、环保等与化学知识的关联性，且可以应用化学知识解决一些简单的生活问题^[1].

1.2 项目拆解

项目拆解是指对项目进行细化.反映在实验项目式教学中是根据教材内容，筛选出重点知识，并将教学内容分解、细化，构建出知识点之间的联系，从而使其转化为项目内容.同时，教师还需考虑学生学情.在项目拆解前了解学生的学习情况、想法及基本能力.之后，再对项目拆解中遇到的问题进行完善、优化，设计出科学的实验项目式教学方案.结合离子反应发生的条件、Cr₂O^2-₇及Na₂CO₃性质内容，可将实验项目式教学拆解为Na₂CO₃性质探究、Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的性质、总结离子反应发生的实质.同时，考虑到学生的认知规律、学习能力，进一步将Na₂CO₃性质探究拆解为从分类角度认识Na₂CO₃、了解Na₂CO₃用途、设计实验证明Na₂CO₃溶液的碱性是由CO^2-₃离子水解产生的.将Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的性质拆解为认识重铬酸盐（Cr₂O^2-₇）和铬酸盐（CrO^2-₄）、了解其用途、设计实验探究Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的性质、含Cr₂O^2-₇的酸性废水处理.这样拆解更符合学生认知事物的规律，且从易到难、由浅到深更有利于学生发展思维、发展问题解决能力.另外，在项目拆解中发现知识的理论性过强，所以为了提高学生学习兴趣，降低学生学习难度，在项目内容中穿插了一些生活经验，并补充了部分学生尚未掌握的知识，强化了化学知识与生活之间的联系.

1.3 設计探究活动

在具体设计中，教师应当根据不同阶段的项目实施目的，设计不同活动的实施目标，并结合项目整体以一定的逻辑性将不同探究活动整合在一起，保证整体活动目标实施成效大于不同活动目标实施成效之和.

1.3.1 证明Na₂CO₃溶液的碱性是由CO^2-₃水解产生的探究活动

其设计思路为：第一，引导学生从化合价、物质分类角度认识Na₂CO₃；第二，从用途角度认识Na₂CO₃；第三，展示思考问题：如何设计实验证明Na₂CO₃溶液的碱性是由CO^2-₃水解产生的？第四，教师引导学生探究，用酚酞溶液、氯化钙、氯化钡等化学试剂，设计实验证明上述结论，并写出其中涉及的离子方程式；第五，由教师总结离子反应发生的条件，回归项目探究总任务.

1.3.2 Cr₂O^2-₇、CrO^2-₄的性质探究活动

其设计思路为：第一，从 Cr₂O^2-₇、CrO^2-₄本身及其化合物的化合价、用途入手，介绍Cr₂O^2-₇、CrO^2-₄.第二，设计实验，提出问题，启发学生联想质疑.实验①：取Na₂CrO₄溶液，向其中滴加AgNO₃溶液，观察实验现象，之后再滴加硝酸，观察现象.实验②：取K₂Cr₂O₇溶液，向其中逐滴滴加NaOH溶液至溶液恰好变色，之后滴加AgNO₃溶液，观察现象.实验③：取K₂Cr₂O₇溶液（橙色）2份，分别滴入Na₂SO₃溶液、FeSO₄溶液，观察现象.提出问题一：Ag₂CrO₄沉淀能否溶于硝酸溶液，为什么？问题二：电镀、印染工业排放的酸性含Cr₂O^2-₇废水，应经过如何处理达标后才能排放？接下来，引导学生从离子反应角度思考酸性Cr₂O^2-₇废水的处理，最后总结知识，回归项目探究总任务：离子间发生氧化还原反应，使离子浓度减小，离子反应发生.第三，介绍含Cr₂O^2-₇的酸性废水处理方法教学，丰富学生知识体系，强化化学与生活联系.重点介绍化学还原法、电解法、光催化法、离子交换法四种方法.同时，按照方法讲解、联系生活、设计习题练习的次序进行讲解，促使学生深入理解抽象的废水处理理论知识.

1.4 实施与评价

在实验项目探究活动实施中，教师应多启发、引导学生，并合理把控项目实施时间、节奏，确保项目实施的顺利开展.同时，在项目活动实施过程中可融入综合性评价.针对离子反应发生的条件之Cr₂O^2-₇、Na₂CO₃性质探究，可设计学生评价表（略）.

2 实验项目式教学实施策略

2.1 利用信息技术

首先，在实验探究活动开始前可以利用多媒体呈现Na₂CO₃、 Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的简单性质及用途.比如，在K₂Cr₂O₇性质探究的初始环节中插入视频，视频中穿插图片展示K₂Cr₂O₇的状态，让学生直观观察K₂Cr₂O₇的颜色、状态；穿插视频片段演示该物质溶于水的过程，帮助学生了解其溶解性；继续穿插图片展示K₂Cr₂O₇的用途，让学生充分认识到K₂Cr₂O₇、Na₂CO₃在生产、生活中广泛使用.这样能更好地营造学习氛围，强化知识与生活的联系，改观学生对化学学科的认识.其次，利用信息技术补充知识，拓宽学生见识面.比如，为了帮助学生深入理解不同化合价铬离子与其对应化合物的性质之间的关系，教师可通过图片展示橙色的Cr₂O^2-₇的水溶液、黄色的CrO^2-₄的水溶液、绿色的Cr³⁺的水溶液、灰蓝色的Cr（OH）₃的水溶液、绿色的Cr（OH）^-₄的水溶液.最后，利用信息技术构建智慧课堂.如依托智慧课堂软件、平板设计智能化的实验项目式教学模式.教师通过互联网将有关Na₂CO₃、 Cr₂O^2-₇及CrO^2-₄的基本性质及用途知识传送到学生的平板之上.在学生大致学习完后，出示实验探究问题.接下来，学生在以小组为单位设计探究实验活动时可以将设计思路、方法、现象、結论等内容汇总到平板中.若小组合作探究中出现了无法解决的问题，则可及时通过平板反馈给教师，由教师进行指导.在学生合作探究完成后，教师可任意选出一个小组，要求该小组代表将实验设计通过平板传送到共享大屏幕，以便教师和其他学生共同讨论、评价.若教师需要演示实验，则可以利用录像设备将教师的实验过程投放到大屏幕上，方便整个班级的学生观察、分析.另外，在教学评价过程中也可以利用平板由学生本人、教师、其他学生进行针对性的评价、反馈.

2.2 突出教与学的转化

虽然实验项目式教学以学生实验探究活动为主，但是也不能忽视教师的引导作用.因为只有教与学的充分融合，才能最大程度地实现学生思维品质与能力的高阶发展^[2].

具体来说，证明Na₂CO₃溶液的碱性是由CO^2-₃水解产生的，可设计如下实验步骤：①取Na₂CO₃溶液，向其中滴入1～2滴酚酞溶液，观察溶液颜色是否变化，之后再加热该溶液，观察现象；②取加热后的溶液，向其中滴入过量氯化钙溶液，并观察实验现象；③另取Na₂CO₃溶液向其中滴入2～3滴氯化钡溶液，再滴入1～2滴酚酞溶液，观察现象；④取NaCl溶液，滴入1～2滴酚酞溶液，觀察现象.实验分析：通过步骤②可以初步认定Na₂CO₃溶液显碱性、使酚酞溶液变红色与CO^2-₃有关；通过步骤③可以进一步证明有CO^2-₃，溶液显碱性；通过步骤④确认Na⁺、Cl^-不使酚酞溶液变红色.通过整个实验设计可以证明Na₂CO₃溶液的碱性是由CO^2-₃水解产生的：加入过量氯化钙，CO^2-₃生成碳酸钙沉淀，溶液中c（CO^2-₃）减小，水解平衡逆向移动，溶液不显碱性.为了巩固学生所学知识，教师可以让学生写出CO^2-₃水解离子方程式，加入氯化钙溶液后发生反应的离子方程式，并进行离子反应的总结：离子间发生复分解反应或双水解，生成沉淀、气体、弱电解质，使离子浓度减小，离子反应发生.

2.3 优化教学环节

为了深化学生对知识的理解，提升学生的知识迁移、应用能力，教师在实际实施项目实验探究活动中还可以增加练习，但是要保证练习与实验探究活动的连贯性.例如，在学生探究、回答问题“如何处理酸性Cr₂O^2-₇废水”之后，教师可拓展含Cr₂O^2-₇的酸性废水处理的四种处理工艺知识.同时，为了加深学生对这些工艺知识的理解和应用，设计与其相关的练习.另外，完成课堂小结后教师还可以让学生绘制思维导图，进一步深化学生对所学知识的理解.

参考文献：

[1]张莉.走向深度学习的高中化学项目化学习设计及实施：以“自制原电池”教学为例[J].现代教学，2022（S1）：82-83.

[2]马静雅.基于真实情境的高中化学深度学习的标准化探索[J].中国标准化，2022（04）：139-141.

[责任编辑：季春阳]