基于项目式学习的高中化学实验教学设计与实践

【摘" 要】 文章旨在探讨如何将项目式学习应用于高中化学实验教学，以提升学生的科学探究能力和实验技能。文章以人教版选择性必修二中第三章第四节“配合物与超分子”的第一课——“配合物的性质及应用”为例，详细阐述了项目式学习在高中化学实验教学中的具体应用过程。实践结果表明，这种教学方法不仅能有效提高学生的学习兴趣和参与度，还能够培养他们的团队合作精神和问题解决能力，帮助他们夯实化学基础。

【关键词】 项目式学习；高中化学实验；教学设计

化学是一门以实验为基础的科学学科，实验教学在高中化学教学中占据着举足轻重的地位。通过实验，学生不仅能直观地观察和理解化学现象，还能亲身体验科学探究的过程，从而培养科学研究的方法与态度。然而，传统的高中化学实验教学往往存在内容单一、方法陈旧、学生参与度不足等问题，导致实验教学的效果不尽如人意。为了改善这一状况，将项目式学习引入高中化学实验教学尤为重要。本文特选取“配合物的性质及应用”这一主题，深入探讨基于项目式学习的高中化学实验教学设计与实践，以期为提高高中化学教学的质量与效果提供有益的参考。

一、教学内容与现状

“配合物的性质及应用”作为人教版选择性必修二第三章第四节“配合物与超分子”的第一课时内容，无疑是高中化学课程中的核心组成部分。该章节系统涵盖了配合物的概念、形成机制、性质特征以及广泛应用等多个关键要点。在教学过程中，如何巧妙设计探究性实验，以帮助学生构建起完整的知识体系，成为亟待解决的问题。

然而，当前这部分内容的教学现状却不尽如人意。在教学方式上，理论讲解往往占据主导地位，学生主要通过书本知识和教师的口头传授来获取关于配合物的相关概念和原理。这种教学方式缺乏直观的体验和亲身的实践操作，使得学生在理解上存在一定的困难。尤其在实验教学环节，学生动手探究配合物性质的机会相当稀缺，这在很大程度上限制了他们对知识的深度理解。此外，在知识的应用方面，教学中对配合物在实际生活和生产中的具体应用介绍往往不够深入全面。这导致学生难以深切领悟到所学知识的实际用途和价值，从而影响了他们的学习兴趣和动力。再者，由于配合物的概念相对抽象，所涉及的化学键和结构又较为繁杂，学生在理解这些知识时往往面临较大挑战。因此，改革现有教学方式，引入更多实践性和探究性的教学环节尤为重要。

二、教学设计理念

本教学设计以项目式学习为核心，巧妙地将“配合物的性质及应用”这一知识内容融入具体的项目任务之中。在教学实施过程中，着重通过探究性实验来揭示配合物的性质及应用。以问题为引导，鼓励学生大胆提出假设，并自主设计实验方案，进行实验操作。在此过程中，学生需要仔细观察和分析实验现象，最终得出结论。这样的教学方式旨在让学生在实践中深入理解化学原理，提升他们的实验技能和科学探究能力。

本教学设计特别围绕药物配合物展开项目式学习，旨在让学生通过深入探究药物配合物的性质和应用，深刻理解化学知识在医药领域的重要作用。以解决药物配合物相关的实际问题为导向，引导学生逐步深入学习。首先，让学生了解常见药物配合物的种类和结构特点，为他们打下坚实的理论基础。然后，通过实验探究药物配合物的性质，如稳定性、溶解性和生物活性等，让学生在实践中加深对理论知识的理解。

在探究过程中，注重培养学生在实验设计、数据分析处理和问题解决方面的能力。同时，组织学生查阅相关文献，了解药物配合物在临床治疗中的应用案例，以及研发过程中的挑战和解决方案。通过小组讨论和汇报，不仅培养了学生的团队合作精神和交流表达能力，还让他们在实践中感受到了化学知识的魅力和价值。

三、教学目标

本次实验教学目标：1. 了解典型配合物的组成，认识简单配合物的配位体和配位数；2. 通过将已有的“沉淀转化”知识迁移至难溶电解质与配合物之间的相互转化，搭建配合物电离平衡模型；3. 通过实验对比相同金属离子在形成配合物前后发生的变化，体会配合物中配离子的稳定性，能结合典型实例从配位键强度解释配合物的稳定性。

四、教学过程

（一）情境创设

［资料］介绍生活中的一种常见烫伤药磺胺嘧啶银乳膏，英文名：Sulfadiazine Silver Cream，化学名：N-2-嘧啶基-4-氨基苯磺酰胺银盐，分子式：C10H9AgN4O2S。这是一种配合物，药品类别外科用药及消杀用药性状，为乳剂型基质的白色乳膏。贮藏密闭，在凉处避光保存。本品用于预防或治疗烧伤继发创面感染。

［提出问题］磺胺嘧啶银可以长效抗菌防止细菌感染的原因。

（二）任务一：探究配合物的结构

［教师］氨气易与氢离子结合生成铵根离子（NH3+H+=NH4+）。

［活动1］NH3分子容易与H+结合成NH4+，请同学们从结构角度分析。

［学生］1. 画出氨气分子、氢离子和铵根离子的电子式；2. 通过观察发现氢离子核外没有电子只有空轨道，氨气分子有一对孤电子对，一个铵根离子存在四条氮氢共价键。

［教师］在铵根离子中，氨气分子与氢离子间形成的化学键是由氨气分子提供一对孤电子，氢离子提供空轨道接受氨气分子提供的孤电子对形成的，这类“电子对给予—接受”的键定义为配位键，它是一类特殊的共价键。

［活动2］借助元素周期表，寻找组成配位键的元素，尝试解释抗菌剂的抗菌原理。

［学生］抗菌药中的银离子具备比较强的杀菌功能。它可以与细菌的细胞壁、细胞膜以及细胞内的蛋白质、酶等生物大分子结合，干扰细菌的正常生理功能，导致细菌死亡。银离子还能抑制细菌的呼吸作用和DNA复制。

［教师］形成配位键的条件有：1. 形成配位键的原子一方可以提供孤电子对，如NH3、H2O、HF、CO等分子，Cl-、OH-、CN-、SCN-等离子。2. 成键的原子另一方可以提供空轨道，如H+、Al3+、B及过渡金属的原子或离子。

［资料］通常情况下，一方是金属离子或原子（称为中心离子或原子），另一方是某些分子或离子（称为配位体或配体），它们之间以配位键结合形成的化合物，简称为配合物。配合物溶于水易电离为内界配离子和外界离子，内界配离子一般很稳定，不易电离，但有些配合物不存在外界。高中化学常见的配合物：K3［Fe（SCN）6］、［Ag（NH3）2］Cl、［Cu（NH3）4］SO4等。

［活动3］设计实验探究［Ag（NH3）2］+的解离平衡。取少量0.1mol/L的NaCl溶液于试管中，向其中滴加几滴AgNO3溶液，观察到试管中产生难溶于水的白色的AgCl沉淀，再慢慢滴加氨水，振荡，观察实验现象。

［学生］讨论设计实验方案1：在含有［Ag（NH3）2］+溶液中滴加KI溶液，预测有黄色沉淀生成；实验方案2：在含有［Ag（NH3）2］+溶液中滴加NaCl溶液，预测有白色沉淀生成。

［教师］在0.1 mol/LNaCl溶液中滴加几滴AgNO3溶液后，溶液中依然含有未反应的氯离子，因此选择方案1更合理。

（三）任务二：探知配合物的稳定性

［资料］配合物种类是非常多的，新的配合物也会因为纷繁复杂的有机化合物配体而层出不穷，已知的配合物品种已超过几百万种，是一个非常大的化合物家族，不同的配合物稳定性也不同。

［实验探究1］探究硫酸铜溶液中铜离子的存在形式。取少量硫酸铜固体放入烧杯中，加足量的水溶解，观察实验现象并记录。

［活动1］试根据以上存在形式改写CuSO4-5H2O化学式，找出内外界、中心离子、配体和配位数。

［学生］CuSO4-5H2O的写法可以写成［Cu（H2O）4］SO4-H2O，［Cu（H2O）4］2+是内界，SO42-是外界，中心离子是铜离子，配体和配位数分别是水分子和4。

［实验探究2］探究一水合硫酸四氨合铜的形成。取少量配制好的CuSO4溶液于试管中，向试管中滴加几滴1 mol/L氨水，继续添加氨水并振荡试管。

［教师］向盛有硫酸铜溶液的试管里慢慢滴加氨水，生成难溶物的原因是氨水是碱性溶液，电离出的氢氧根离子可与铜离子生成难溶解的氢氧化铜：Cu2++2NH3·H2O=2NH4++Cu（OH）2↓

［活动2］描述实验现象，最终得到的溶液还是CuSO4溶液吗？结合实验探究1的学习成果，推测产物结构。

［学生］继续添加氨水，难溶物逐渐溶解，最终得到深蓝色的透明溶液，深蓝色是由于存在［Cu（NH3）4］2+，它是铜离子的另一种常见配离子，中心离子仍然是铜离子，而配体是氨气分子，配位数为4。

［活动3］实验探究2沉淀溶解后得到深蓝色的一水合硫酸四氨合铜溶液，请结合平衡移动原理去解释沉淀的溶解过程。

［结论］不同的配位键其强弱是不一样的，一些配合物很稳定，另一些很不稳定，并且配合物更易转化为稳定性更强的配合物。很多过渡族金属元素的离子在结合配体方面具有很强的结合力，因此，过渡金属元素的配合物要比主族金属元素的配合物多得多。

（四）任务三：探讨配位化学的未来发展

［资料］自从科学家在偶然中发现顺铂具有抗癌活性以来，现在铂族金属药物是最为活跃的抗癌药物研究和开发领域之一。

［活动1］第二代铂族抗癌药物卡铂的水溶性和稳定性都比第一代顺铂好，试着从结构角度分析其原因。

［学生］分小组进行讨论。

［教师］水溶性方面：顺铂中的氯原子是相对疏水的基团，而卡铂中的1，1-环丁二羧酸基团具有更多的亲水官能团，增加了分子整体的亲水性，从而使得卡铂在水中的溶解性更好。稳定性方面：顺铂中的氯原子在生理环境中较容易离去，导致顺铂发生水解等反应，从而降低其稳定性。而卡铂中的1，1-环丁二羧酸基团与铂的结合相对更稳定，不易在生理条件下轻易解离，使得卡铂具有更好的稳定性。

［资料］南京大学郭子建院士、王晓勇教授开发了以TREM2为靶标的铂类抗癌配合物，通过重塑肿瘤微环境提高化学免疫治疗效果。

［总结］配合物广泛存在于自然界中，尤其是生命体中。此外，配合物在信息材料、光电技术、激光能源等光电磁功能材料和化学生物学技术领域有广泛的应用，且有广阔的前景。

（五）总结反思及成果展示

［学生］对项目过程进行总结反思并展示。

［教师］1. 以学生为中心，提升学生在学习过程中的主体地位，引导学生主动参与、积极探索，培养其自主学习能力和问题解决能力。2. 联系生活实际，将配合物的知识与日常生活、药物合成中的实际应用紧密结合，让学生体会到化学在实际生活中的应用，激发学习兴趣。3. 强调实验探究，通过设计丰富多样的实验活动，让学生亲身经历实验过程，观察现象、收集数据、分析结果，从而深入理解配合物的性质。4. 构建知识体系，帮助学生梳理配合物的相关概念、性质和应用，构建系统的知识框架，促进知识的整合和迁移。5. 培养学科素养，注重培养学生的化学学科素养，科学思维、实验探究能力、创新意识和社会责任等。

五、项目教学反思及改进

该课例项目式实验设计紧扣教学目标，不仅让学生亲身体验了实验过程，还培养了他们的实验操作和观察能力。将配合物的知识与实际应用紧密相连，帮助学生建立了知识与生活的联系，增强了他们学以致用的意识。在后续再次施教的过程中可以适当增加理论知识的讲解时间，并采用多样化的教学方法，如案例分析、小组辩论等，加深学生对重点难点的理解。在实验环节，提前组织学生进行实验风险评估和应对策略的讨论，提高他们应对突发问题的能力，加强对学生实验报告的指导和反馈，引导他们更规范、科学地记录和分析实验数据。为了更好地培养学生的创新能力，在项目开展过程中，教师可以设置一些开放性的实验任务或问题，鼓励学生提出独特的解决方案。此外，提供更多的创新案例和前沿研究成果，激发学生的创新思维，组织创新思维训练活动，如头脑风暴等，让学生在交流中碰撞出创新的火花

参考文献：

［1］ 邓中梁. 探析化学实验教学项目式学习模式应用路径［J］. 数理化学习：教研版，2023（03）：51-53.

［2］ 黄颖洁. 核心素养视角下优化高中化学实验教学方法研究［J］. 高考，2023（08）：13-16.

［3］ 陈亮. 项目式学习下的高中化学实验教学［J］. 数理化解题研究，2023（06）：131-133.