超级赛车,超级赛车精准计划

化学实验复习课中运用项目式学习的实践与思考

2020-04-10 13:48:57 《化学教与学》 2020年4期

李俊红

超级赛车,超级赛车精准计划摘要:从生活中喝维生素C泡腾片饮料开发出测定其中碳酸氢钠含量的研究项目,运用系统思维挖掘出项目背后承载的学习目标和任务安排,设计了化学实验复习课,确定了项目呈现的主题。以项目设计的第2课时为例,从确立与规划、实施与思考两个方面,结合课堂教学阐述项目式学习在初中化学实验复习课中的运用。

超级赛车,超级赛车精准计划关键词:化学实验复习;项目式学习;维生素C泡腾片;碳酸氢钠含量测定;核心素养

文章编号:1008-0546(2020)04-0045-04

中图分类号:G632.41

文献标识码:B

doi: 10.3969/j.issn. 1008-0546.2020.04.012

一、项目背景与主题

化学实验在中考试题中占有相当权重。当前,在教育信息化的大背景下,中考复习资料铺天盖地、良莠不齐,化学实验复习单纯靠刷题讲题的授课方式,教师替代学生解决问题,学生在中考中遇到“结合新情境考查学生的化学学科素养和化学学习能力(获取信息、分析解决问题、实验探究能力)[1]”的试题输出困难。而素养立意的中考要求教师设计教学:注意创设真实而有意义的学习情境,合理选择、利用不同的教学资源对教学主题进行加T处理,重新组织和构建教学内容,设置能有效驱动学生深度学习的问题情境和多样化的学习活动内容,让学生在问题解决的过程中习得内在的原理及学科思想方法[2]。基于以上背景,化学实验复习尝试真实情境下的问题解决、任务驱动下的项目式学习,培育学科核心素养、应对新中考是本项目呈现的主题。

项目式学习(Project-Based Learning,PBL)是一种以建构主义理论为指导,以小组合作方式进行项目规划及解决项目任务的学习方式[3]。在项目式学习中,学习者通过参与到“做中学”的问题解决过程,在解决问题的过程中,运用学科思维、观念和思想内化对已有知识、技能和方法的学习理解,实现知识之间的关联和认识思路的结构化;通过思维碰撞、小组交流、分析讨论、探索创新等多样化的学习方式,形成认识世界的学科视角和解决问题的基本思路,最终实现陌生情境中的迁移应用,发展学科核心素养。本文以开发研究项目“测定维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量”为例,阐述项目式学习在初中化学实验复习课中的具体应用,旨在为改善化学实验复习课的复习效率、提升复习课的教学质量提供借鉴与参考。

二、项目确立与规划

1.项目的确立

项目确立的质量是有效开展项目式学习的前提。确立项目要基于课程标准、教学内容和学生经验,要多维度考虑该项目是否涵盖核心知识,是否承载学科思想方法和学生发展核心素养,是否贴近社会和生活,是否真实且有意义,学生是否感兴趣,是否具有可操作性[4]。

笔者在教学实践中发现:实验探究复习中经常会遇到通过实验装置(如图1)测定二氧化碳质量,求样品中碳酸盐含量的问题。本题是利用待测液和硫酸反应生成的CO2被足量Ba(OH)2溶液吸收,根据生成BaCO3沉淀的质量算出被吸二氧化碳的质量。学生在课堂中即使听明白了装置A、B、C、D的作用,仍然存在疑惑:有没有比图1更简捷的测定二氧化碳质量的方法?比如直接称量装置B反应前后的质量差,或者称量装置C反应前后的质量差,除了沉淀法、称气法,还有没有其他方法?问题暴露出学生运用分析评价的高阶思维进行装置优化判断的素养有待提升。

生活中很多学生有喝过维生素C泡腾片饮料的体验,对维生素C泡腾片放入水中产生气泡充满好奇,针对此现象展开的探索,涵盖了初中化学核心知识:实验室制取气体的一般思路(原理→装置→除杂→收集→检验)、科学探究能力八要素(问题→猜想→设计→实验→证据→结论→反思→表达)、物质分类(非金属氧化物、酸、碱、盐)、二氧化碳的物理性质以及酸、碱、盐的化学性质;使用到的技能有:制备、收集、检验CO2、检验溶液酸碱性、化学方程式书写、化学计算;涉及到的学科观念是元素观、变化观、微粒观;运用的学科思想是定性到定量以及“宏观一微观一符号”三重表征的学科思维。可见,维生素C泡腾片项目的开发,根据查阅的维生素C和维生素C泡腾片的相关资料,需要分析物质组成、类属与已有知识关联整合的信息素养,宏微结合、变化观念、证据推理、科学探究、科学态度的学科素养培育也融入其中。

综上,基于对课标的学科理解和项目开发对发展学生的素养价值分析,结合学生对维生素C泡腾片放入水中提出问题[5]的整理,提炼出学科问题“测定维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量”,该研究项目来源于生活,学生感兴趣,具有可操作性。

2.项目的规划

规划完成项目的学习目标和任务安排[6]是有效开展项目式学习的保障。在规划项目时,需要运用系统思维以终为始、从整体上考虑素养目标的达成效果,活动开展和任务安排要充分关注学生的学习基础、认知发展和学习障碍,做到过程指导有的放矢。据此,完成该项目要实现的学习目标是:(1)通过课前查阅相关资料和实验探究维生素C泡腾片溶于水,聚焦研究项目,小组汇报问题解决的方案,科学探究过程建模;(2)通过体验维生素C泡腾片溶于水后产生气体的检验过程,复习氧气、二氧化碳的性質,设计固液不加热型制取气体的发生装置,评价优缺点,形成批判性思维;(3)通过维生素C泡腾片溶于水后溶液酸碱性的检验,实现知识间的关联,复习酸的五条通性,形成物质检验的思路;(4)通过盐酸、硫酸和碳酸氢钠反应的复习,运用“宏一微一符”三重表征的学科思维、分析维生素C泡腾片溶于水后产生二氧化碳的微观本质;(5)通过优化收集方法,测量0.5片维生素C泡腾片溶于水后产生二氧化碳的体积,运用元素守恒观和定量研究的学科思想确定维生素C泡腾片中NaH-CO3超级赛车,超级赛车精准计划的含量;(6)课后设计用称气法测定维生素C泡腾片溶于水后产生二氧化碳质量的装置,评价优缺点;(7)学习成果汇报展示和总结。总项目完成共需3课时,总项目可拆分成三个子项目,第1课时的子项目是:维生素C泡腾片溶于水后生成气体发生装置和检验的探究,回应目标(1)(2),第2课时的子项目是:利用维生素C泡腾片溶于水后生成二氧化碳的体积(量气法)测定维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量[7],回应目标(3)(4)(5),第3课时的子项目是:利用维生素C泡腾片溶于水后生成二氧化碳的质量(称气法)测定维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量,回应目标(6)(7)。项目拆解、任务安排和学习目标的关系如图2所示。

三、项目实施与思考

1.项目的实施

超级赛车,超级赛车精准计划项目学习主要包括介绍项目、自主研究、成果展示等步骤[8],每一环节的开展都是学习目标的落实。下面以该项目的第2课时为例展开说明。

(1)介绍项目

通过上节课的探究我们已经得出:维生素C泡腾片溶于水后产生二氧化碳。那么,二氧化碳是怎么生成的?二氧化碳的产生和维生素C泡腾片中的碳酸氢钠有怎样的关联?能不能利用生成二氧化碳的体积测定维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量,这就是本课要研究的项目。

超级赛车,超级赛车精准计划[布置任务]课前查阅维生素C和维生素C泡腾片的相关资料,了解配料物质组成、分类及性质。

(2)自主研究

【活动l】探究维生素C泡腾片溶于水后产生二氧化碳的原理和微观反应本质。

[问题1]如何验证维生素C泡腾片溶于水后显酸性?

[分组实验]检验维生素C泡腾片溶于水后的酸碱性。

超级赛车,超级赛车精准计划[交流反思]测出pH=5。有没有检验液体显酸性的其他方法?依据是什么?

超级赛车,超级赛车精准计划[进一步研究]多种方法检验维生素C泡腾片溶于水后液体显酸性。

[问题2]维生素C泡腾片溶于水后的二氧化碳是怎么产生的?

[交流反思]盐酸、硫酸和碳酸氢钠反应都产生二氧化碳,推出:酸和碳酸氢钠反应生成二氧化碳。维生素C泡腾片中含有维生素C、柠檬酸和碳酸氢钠,维生素C、柠檬酸属于酸,会和碳酸氢钠反应产生二氧化碳。

[问题3]维生素C泡腾片中的酸和碳酸氢钠反应的微观本质是什么?

[交流反思]根据书写盐酸、硫酸和碳酸氢钠反应的化学方程式,观看微观反应过程动画,得出:反应前后变化的粒子是H+、HC03和H2O、CO2,得出酸和碳酸氢钠反应的微观本质是:H++HC03=H2O+CO2↑。

【活动2】收集并测量0.5片维生素C泡腾片溶于水后生成二氧化碳的体积。

[问题1]如何收集并测出生成CO2的体积?

[交流反思]用向上排空气法测二氧化碳体积可操作性不强,同时,二氧化碳溶于水且和水反应,用排水法测体积会比实际生成的偏少,造成结果偏小。经课前查阅资料得知:CO2在饱和碳酸氢钠溶液中溶解性很小,可用排饱和碳酸氢钠溶液收集;也可以在收集前先往水槽里的水通二氧化碳(如,水中放维生素C泡腾片)配成二氧化碳的饱和溶液;还有的小组提出用排油法收集,同时觉得很浪费油。考虑到实验时间和操作簡便,统一采用排饱和二氧化碳的溶液收集。

[分组实验]取0.5片维生素C泡腾片放入水,收集并测量生成二氧化碳的体积(收集仪器提供了50、lOOmL量筒和330mL空矿泉水瓶)。

【活动3】计算1片维生素C泡腾片中含NaHCO3的质量。

[问题1]如何利用生成CO2的体积,计算维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量?

[交流反思]测出生成CO2的体积求算CO2的质量,还需要什么数据?根据m=pV,若该实验条件下,二氧化碳的密度是2g/L,则可求出二氧化碳的质量。根据反应前后碳元素质量守恒,得出生成二氧化碳中碳元素的质量即取样维生素C泡腾片中碳酸氢钠所含碳元素的质量,碳元素的质量除以碳酸氢钠中碳的质量分数即可求出碳酸氢钠质量(或者根据二氧化碳和碳酸氢钠的质量关系:NaHCO3~CO2超级赛车,超级赛车精准计划),碳酸氢钠质量除以实验时取样维生素C泡腾片的质量乘以100%即维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量。

[问题2]实验中哪些因素,可能引起实验误差?

超级赛车,超级赛车精准计划[交流反思]从发生装置选取、收集装置量程选取、排“水”法收集用的“水”溶解二氧化碳是否饱和及操作方面等分析。

(3)成果展示

学生梳理自主设计的制备、收集和测量二氧化碳体积的装置,如图3所示。学生测出1片维生素C泡腾片中含碳酸氢钠的质量,计算过程和结果如图4所示。

2.项目的思考

(1)学习者的收获

本课时项目的完成,学生通过依次体验“怎么产生气体”“怎么收集测量气体体积”“怎么计算维生素C泡腾片中碳酸氢钠的含量”三个问题解决的过程,从知识方面复习了物质分类、酸、盐、二氧化碳的化学性质、二氧化碳的物理性质和科学探究八要素;从技能方面体验了用pH试纸测液体酸碱性、选用固液不加热型装置制取、收集并测量气体体积的方法,练习化学方程式、实验报告和化学计算等规范的学科表达。课后学生普遍反映喜欢这样的学习方式,问题情境真实有趣,亲身经历问题解决的过程,自己探索得出结论,有获得感和成就感,同时感悟到装置、操作、实验方法等都是引起实验误差的因素,严谨求实的科学态度应贯穿于实验的每一个环节,实验误差分析及评价能力得到训练;认为化学计算不一定要写出化学方程式,弄懂反应微观本质,根据反应前后元素守恒,定量计算思维得到拓展。学生最大的收获是有了通过设计实验计算样品中物质含量的基本思路:物质成分一物质性质一实验方法(称气法、量气法或沉淀法)一实验装置一反思改进一进行实验一得出结论。学生有了认识物质的学科视角和解决问题的基本思路,具备了应对陌生情境中问题解决的关键能力和必备品格,发展了学科核心素养。

(2)教后反思

超级赛车,超级赛车精准计划小组合作的精致问题。项目学习需要小组合作学习、交流表达和过程体验。该项目实施时学生6人1小组共9组,从课堂表现上看,小组里的学霸们基本垄断了实验操作和话语权,组内学习相对较弱的学生只是作为旁观者,没有参与到小组活动中。可见,小组人数、人员组成及小组管理需要进一步斟酌和加强合作训练指导,并且需要跟进学生表现的评价管理,使小组合作真正做到组内人人有事做,处处有分工,个个有收获。

活动开放的适度问题。项目式学习需要让学生亲历问题解决过程,充分体现学生解决问题的白主性。该项目在检验维生素C泡腾片溶于水后测液体酸碱性的环节,学生提了很多方法,比如紫色石蕊溶液,而维生素C泡腾片饮料本身是有颜色的,是让学生一一去试,给学生试错机会还是有所取舍;在收集、测量二氧化碳体积的环节,课堂上规定了取样0.5片维生素C泡腾片,收集装置提供了50、lOOmL量筒和330mL空矿泉水瓶,选用50mL量筒的小组由于量程偏小,对这个意外不知所措,赶快换lOOmL量筒继续收集,实验误差在所难免,而学生探索欲望却持续高涨,还提出了如何根据药品的量来预估收集气体的体积,定量意识自然生成;有的小组提出实验提供的水过少装不满量筒,等到突然悟到应该装水槽里溶有二氧化碳的饱和溶液时,兴奋不已;有的小组量筒里虽然装了溶有二氧化碳的饱和溶液,不是装到量筒量程刻度线,而是装满到量筒口,等到实验结束,才认识到量程刻度线至量筒口装水的体积只好估算,想重做一遍时间又不充裕。“自由表达、诚意倾听、彼此欣赏”的学习氛围,给学生提供试错的机会,都促进了丰富的课堂生成,比如,有小组提出水槽里的水放几片维生素C泡腾片可以溶解二氧化碳到饱和?有小组提出想分别用排水法和排饱和二氧化碳的溶液收集二氧化碳做对照,看看测出的误差有多少,等等。课堂开放度大,学生发挥空间自由,同时伴随着学生解决问题频发状况,教师过程指导顾此失彼,难以同步跟进,项目完成的时间管理也难以把控。

素养水平的进阶问题。从学生项目最终成果的呈现(图4)看,宏观现象、微观本质和符号表征三者之间的转换仍然是学生学习的难点,教学中应循序渐进,遵循学生的认知规律,用学生可以理解接受的方式引导。在探究产生二氧化碳微观反应本质的环节,首先让学生回忆已有的知识,书写碳酸氢钠和盐酸、硫酸反应的化学方程式,接着微观动画或板演展示反应的微观过程,引导学生从微粒的角度观察反应前后粒子的变与不变,得出该变化的微观本质(H++HC0-3=H2O+CO2↑),从类属的角度,由碳酸氢钠和盐酸、硫酸反应迁移到维生素C泡腾片中碳酸氢钠和柠檬酸、维生素C(有机酸)的反应。在元素观建构环节,引导学生根据反应前后碳元素守恒,得出NaHC03和CO2的关系(NaHC03-CO2超级赛车,超级赛车精准计划)。此外,一些學生在计算碳酸氢钠含量时,误把二氧化碳体积当成质量去计算,一些学生取样0.5片,求1片样品中碳酸氢钠的质量,计算结果没有扩大2倍,物理、数学、语义与化学跨学科融合解决问题的素养水平有待提升。

总之,项目式学习以真实情境中的问题解决为目的,以知识、技能、方法、观念、思维、经验为工具,学生通过小组合作、实验探究、讨论交流等多样化方式解决问题,在解决问题的实践活动中运用思维、观念转知识、技能、方法为学习理解的素养,转经验为创新迁移的素养。项目式学习是实现义务教育课程标准提出“提高学生科学素养”的重要路径。

参考文献

[1][2]福建省教育厅.福建省初中学科教学与考试指导意见(化学2018年版)[M].福州:福建人民出版社,2018

超级赛车,超级赛车精准计划[3][4]侯肖,胡久华.在常规课堂教学中实施项目式教学 以化学教学为例[J].教育学报,2016,12(4):39-44

超级赛车,超级赛车精准计划[5]戴锦初.问题引领下探究维生素C泡腾片的课例实录与体会[J].化学教育,2013(9):30-34

[6]滕珺,杜晓燕,刘华蓉.对项目式学习的再认识:“学习”本质与“项目”特质[J].中小学管理,2018(2):15-18

[7] 杨大强,王国峥.反思与建构:初中化学教师的实验技能与素养[J].化学教学,2019(4):30-33

[8] 佘平平.“钢铁电化学腐蚀原理的再认识”项目式教学[J].化学教育,2019,40(7):23-27