開展項目學(xué)習(xí)發(fā)展核心素養(yǎng)

摘要項目學(xué)習(xí)方式是發(fā)展核心素養(yǎng)的重要途徑。以“揭秘暖貼的工作原理”為例，進(jìn)行課前、課上項目規(guī)劃，通過解決真實問題，經(jīng)歷實驗探究過程，發(fā)展學(xué)生模型認(rèn)知、科學(xué)探究、社會責(zé)任等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。關(guān)鍵詞高中化學(xué)項目學(xué)習(xí)核心素養(yǎng)原電池項目式學(xué)習(xí)是基于建構(gòu)主義理論的學(xué)習(xí)方式，讓學(xué)生面對現(xiàn)實世界中的現(xiàn)實問題，運用學(xué)科思維方式分析問題、解決問題，建構(gòu)學(xué)科知識，最終形成結(jié)構(gòu)化的認(rèn)知圖示。項目式學(xué)習(xí)的基本特征是：基于現(xiàn)實世界提出驅(qū)動問題，學(xué)生通過小組合作和外部資源協(xié)同進(jìn)行科學(xué)探究，并進(jìn)行持續(xù)的過程性和表現(xiàn)性評價，最終學(xué)生進(jìn)行項目作品展示，開展終結(jié)性評價。研究表明，項目式學(xué)習(xí)對于發(fā)展學(xué)生的化學(xué)觀念、轉(zhuǎn)變學(xué)習(xí)方式、提升問題解決能力和激發(fā)學(xué)習(xí)興趣具有重要意義。[1-2]一、項目主題的確立和分析冬季來臨時，北方的冰雪旅游持續(xù)升溫。尤其是南方游客去北方旅游時，保暖成為優(yōu)先被考慮的事項之一。暖貼由于其具有持續(xù)發(fā)熱功能，成為冬季戶外活動的日常必備用品。本研究是根據(jù)學(xué)生去北方旅游時使用暖貼，并在對暖貼的好奇聲中開展的。運用所學(xué)的學(xué)科知識解決生活中的實際問題是學(xué)科素養(yǎng)的重要體現(xiàn)。該項目主要承載著電化學(xué)反應(yīng)的相關(guān)內(nèi)容，包括化學(xué)反應(yīng)與電能、原電池、電極、電極反應(yīng)、電化學(xué)方程式、電解質(zhì)溶液等，重點發(fā)展學(xué)生的轉(zhuǎn)化觀和能量觀。學(xué)生在項目學(xué)習(xí)前，已經(jīng)系統(tǒng)地學(xué)習(xí)了原電池的相關(guān)理論知識，掌握了一定的科學(xué)探究知識，但是對于完整的科學(xué)探究過程的了解和經(jīng)歷較少，缺乏對知識的理解和建構(gòu)過程。本研究旨在以學(xué)生為主體，經(jīng)歷科學(xué)探究過程，建構(gòu)原電池主題知識，促進(jìn)科學(xué)探究能力和素養(yǎng)發(fā)展。二、項目學(xué)習(xí)目標(biāo)1.通過對暖貼中物質(zhì)成分的分析，認(rèn)識暖貼發(fā)熱的原因；基于控制變量思想，設(shè)計鐵釘生銹的實驗探究方案。2.通過鐵釘生銹的實驗探究，從化學(xué)角度認(rèn)識鐵釘生銹的原因，學(xué)習(xí)實驗探究金屬腐蝕的原理、方法和步驟，初步了解科學(xué)探究的構(gòu)成要素。3.通過分析暖貼發(fā)熱過程中鐵粉的變化，從電化學(xué)角度認(rèn)識加快鐵粉生銹的原因，學(xué)習(xí)原電池腐蝕的基本原理、構(gòu)成條件，初步了解數(shù)字化實驗在科學(xué)探究素養(yǎng)培養(yǎng)過程中的價值。4.通過建構(gòu)原電池認(rèn)知模型和經(jīng)歷科學(xué)探究過程，感悟化學(xué)知識價值，實現(xiàn)知、情、意的統(tǒng)一。通過分析暖貼使用后的廢物處理問題，認(rèn)識化學(xué)與社會可持續(xù)發(fā)展理念的融合，形成綜合視角分析問題能力。三、項目學(xué)習(xí)規(guī)劃項目活動分為課前活動和課上活動。課前活動主要完成項目學(xué)習(xí)目標(biāo)1和目標(biāo)2，課上活動完成項目學(xué)習(xí)目標(biāo)3和目標(biāo)4。具體活動見表1。四、項目活動實踐課前學(xué)習(xí)活動部分時間較長，本文僅呈現(xiàn)課上教學(xué)過程。（一）討論、分析暖貼中各物質(zhì)成分的作用[師]經(jīng)歷課前的實驗探究活動，我們已經(jīng)了解了鐵的化學(xué)腐蝕條件和腐蝕原理，并且通過實驗探究進(jìn)行了驗證，水是鐵腐蝕的必要條件之一。請大家再次觀察暖貼說明書中的物質(zhì)成分，小組討論、分析如下問題。問題1：暖貼中的水從何而來？[生]在空氣中，或者在活性炭中。追問：這兩個都可以嗎？[生]空氣中水蒸氣含量太低，不足以提供足量的水使反應(yīng)持續(xù)發(fā)生，因此水應(yīng)該是吸附在活性炭中。[師]在課前通過觀察分析，已經(jīng)知道暖貼放熱過程中鐵粉被腐蝕了。問題2：根據(jù)你所學(xué)的電化學(xué)知識，食鹽在其中起什么作用？[生]溶解在水中形成電解質(zhì)溶液，構(gòu)成原電池。追問：為什么能持續(xù)釋放熱量？[生]反應(yīng)過程中產(chǎn)生的熱量貯存在蛭石里，持續(xù)、緩慢釋放出來?！驹O(shè)計意圖】通過設(shè)置驅(qū)動問題1引出鐵腐蝕的必要條件之一——水。通過問題2引出原電池構(gòu)成的必要條件之一——電解質(zhì)溶液。（二）實驗探究暖貼工作的電化學(xué)原理[師]暖貼放熱時，發(fā)生了原電池腐蝕，那么到底是哪些物質(zhì)發(fā)生了反應(yīng)呢？我們剛才的分析是否正確呢？請同學(xué)們根據(jù)所提供的實驗材料，基于變量控制進(jìn)行分組探究實驗。實驗?zāi)康模豪脭?shù)字化實驗探究活性炭、氯化鈉對鐵生銹速率的影響。實驗器材和藥品：壓強傳感器、廣口瓶、帶導(dǎo)管橡膠塞、還原性鐵粉、10%的氯化鈉溶液、活性炭粉等。實驗內(nèi)容：將以下四組藥品分別放入廣口瓶中，連接壓強傳感器，獲得實驗數(shù)據(jù)。問題1：根據(jù)圖1分析，從坐標(biāo)及曲線變化趨勢能得出什么結(jié)論？[生]隨著反應(yīng)過程中氧氣的消耗，密閉容器中壓強逐漸變小。追問：這說明什么問題？[生]說明在反應(yīng)過程中有氧氣參與。問題2：根據(jù)圖1，從參與反應(yīng)的物質(zhì)分析還能得出什么結(jié)論？[生]加入食鹽后，消耗氧的速率加快；再加入活性炭后，消耗氧的速率進(jìn)一步加快；同時加入食鹽和活性炭，消耗氧的速率迅速增加。追問：這是什么原因造成的？[生]根據(jù)原電池知識分析，這說明該反應(yīng)發(fā)生了吸氧腐蝕，食鹽溶于水后形成電解質(zhì)溶液，活性炭是正極，鐵粉是負(fù)極，構(gòu)成了原電池。問題3：原電池的構(gòu)成條件是什么？[生]活潑性不同的兩個電極，電解質(zhì)溶液，能發(fā)生自發(fā)的氧化還原反應(yīng)，形成閉合回路。問題4：④和①比較，結(jié)合課前知識學(xué)習(xí)，說明了什么問題？[生]電化學(xué)腐蝕速率大于化學(xué)腐蝕速率。追問：根據(jù)實驗組別中的實驗材料，你認(rèn)為控制變量法進(jìn)行實驗探究的核心要素是什么？[生]探究過程的關(guān)鍵是如何選擇和控制變量。根據(jù)實驗材料組合劃分不同的實驗組別。【設(shè)計意圖】通過實驗探究為證明暖貼的工作原理提供證據(jù)支撐。通過實驗結(jié)果分析，為建構(gòu)原電池模型做準(zhǔn)備，了解基于控制變量進(jìn)行實驗探究的思路和方法。（三）展示、分析項目作品[師]根據(jù)實驗探究結(jié)果，請同學(xué)們繪制暖貼中鐵發(fā)生腐蝕的原理圖。學(xué)生繪制的暖貼中鐵發(fā)生腐蝕的原理圖，如圖2所示。問題1：三個原理圖中，你覺得哪幅與暖貼的反應(yīng)更符合？[生]從反應(yīng)原理看，三幅圖都是鐵的吸氧腐蝕原理圖。圖2-3可能更符合。追問：為什么圖2-3更符合，其他兩個不符合呢？[生]暖貼中沒有導(dǎo)線，所以圖2-1不符合；活性炭作為負(fù)極，應(yīng)該與氯化鈉溶液接觸才能發(fā)生反應(yīng)，所以圖2-2不符合；與圖2-2相比，圖2-3的碳沒有劃出明顯的碳的范圍，所以是鐵與碳直接接觸，這與暖貼中鐵粉與活性炭直接接觸相似。問題2：三位同學(xué)的電極反應(yīng)方程式正確嗎？[生]如果是正負(fù)極同時出現(xiàn)，最好正負(fù)極的得失電子數(shù)相等。也就是把負(fù)極方程式兩端都乘以2。[師]暖貼中鐵發(fā)生吸氧腐蝕的示意圖，如圖3所示。鐵和活性炭完全浸在電解質(zhì)溶液中，溶解在溶液中的氧氣參與反應(yīng)?！驹O(shè)計意圖】展示、分析項目作品是項目學(xué)習(xí)的重要環(huán)節(jié)。通過對學(xué)生的項目作品進(jìn)行分析，培養(yǎng)學(xué)生系統(tǒng)性、結(jié)構(gòu)化的知識表達(dá)能力。（四）分析暖貼使用后的廢物處理[師]暖貼使用后會變硬，里面的化學(xué)成分發(fā)生了變化。問題：暖貼使用后能否直接扔掉？[生1]從環(huán)保角度看，使用后暖貼中的鐵轉(zhuǎn)化成了三氧化二鐵，水、食鹽、活性炭、蛭石等其他成分沒有發(fā)生變化。三氧化二鐵對環(huán)境沒有大的危害，可以直接扔掉。[生2]從社會資源角度看，為了節(jié)約資源和促進(jìn)社會可持續(xù)發(fā)展，這些化學(xué)成分都是可回收利用資源。追問：為了節(jié)約資源，進(jìn)行資源回收是好想法。但是，回收資源還需要考慮什么？[生3]考慮資源回收成本。[師]是的。經(jīng)濟(jì)效益也是我們進(jìn)行實踐活動時必須考慮的重要因素?！驹O(shè)計意圖】通過暖貼使用后的廢物處理問題，考查學(xué)生綜合視角分析問題的能力，培養(yǎng)學(xué)生決策、研判能力。五、項目學(xué)習(xí)反思項目學(xué)習(xí)是基于真實問題解決的學(xué)習(xí)方式。教師要精心選擇學(xué)習(xí)素材，帶領(lǐng)學(xué)生走入情境