核心素养视域下高中化学项目式教学设计

摘要

项目式教学立足于学生的生活经验，依托与学科相关的真实情境开展教学活动，倡导让学生在做中学、做中思、做中悟。以“探秘爆炸盐”为主题，展开项目式教学，设计“认识爆炸盐的成分”“预测爆炸盐的性质”“验证爆炸盐的性质”“揭秘爆炸盐的原理”4个子课题，引导学生搜集资料、展开讨论，设计实验并进行验证，提高学生的化学学科核心素养。

Graphical abstract

关键词

核心素养 / 高中化学 / 项目式教学设计 / 爆炸盐 / 过碳酸钠 / 漂白剂

高中化学项目式教学以化学学科核心素养为导向，将化学学科知识转化为驱动性问题，在教师活动和学生活动有机融合的基础上培养学生的化学学科核心素养^［1］。“探秘爆炸盐”的项目式教学，设置了“认识爆炸盐的成分”“预测爆炸盐的性质”“验证爆炸盐的性质”“揭秘爆炸盐的原理”4个层层递进的任务。这些任务涵盖了高中化学常见的无机物及其应用、化学科学与实验探究等知识点。该项目式教学的开展，不仅可以提高化学教学的趣味性和有效性，而且可以激发学生的学习热情，提高学生的深度思考能力，进而培养学生的“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等化学学科核心素养^［2］。

1 项目式教学目标

（1） 通过观看视频、阅读说明书等手段，了解爆炸盐的成分、性质及用途，初步认识过碳酸钠。

（2） 能根据过碳酸钠的化学式，从“价-类”二维角度预测爆炸盐的化学性质。

（3） 依据预测设计方案，验证爆炸盐的化学性质。

（4） 查阅资料，了解常见漂白剂的漂白原理，能根据过碳酸钠的组成揭秘爆炸盐的漂白原理。

（5） 通过科学探究过程，培养学生严谨的科学态度；引入真实的情境，让学生从中感受化学的实用性，体会化学学科的社会价值。

2 项目任务及教学流程

根据教学目标，该节课的教学设计以真实问题为情境，设计4个活动环节，提出一系列驱动性的情境问题，逐步引导学生经历初识、预测、验证的过程，揭秘爆炸盐的组成、性质及工作原理，并在活动中渗透“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学精神与社会责任”等核心素养。其具体教学流程如图1所示。

3 项目实施过程及学习成果

3.1 认识爆炸盐的成分

学生在课前通过网络、文献检索等方式了解“爆炸盐”的主要成分、相关性质及漂白原理。

【情境引入】教师播放视频：秒懂百科——“爆炸盐”，展示资料卡片。

【学生活动】根据以上资料，填写“过碳酸钠”的信息表（表1）。

3.2 预测爆炸盐的性质

根据以上信息了解到，爆炸盐的主要有效成分是过碳酸钠，其化学式为2Na₂CO₃·3H₂O₂，请从“价-类”二维角度分析2Na₂CO₃·3H₂O₂，预测过碳酸钠的化学性质。

【学生活动】从物质类别和元素化合价的角度进行小组讨论。

生：我们认为，过碳酸钠可以看成是碳酸钠和过氧化氢的复合物，应该同时具有碳酸钠和过氧化氢的性质。碳酸钠属于盐，可以发生复分解反应。过氧化氢属于过氧化物，其中氧元素化合价为-1价，既具有氧化性又具有还原性，可以发生氧化还原反应。

师：在初中阶段，你们已经学习了过氧化氢相关知识，那么过氧化氢还有什么性质呢？

生：过氧化氢不稳定，受热或者在催化剂的作用下可以分解产生氧气和水。

师：据此，你认为爆炸盐应该具有哪些性质？

生：爆炸盐可以与强酸、钙盐或钡盐发生复分解反应，还可以与强氧化剂或强还原剂发生氧化还原反应，同时还有不稳定性，可以发生分解反应。

3.3 验证爆炸盐的性质

根据以上预测，请选择合适的试剂，设计实验来验证你们的猜想。

【学生活动】根据碳酸钠和过氧化氢的性质，选择相应的试剂验证爆炸盐的性质。经学生组内讨论、组间交流，最终确定实验方案（表2）。各小组根据方案进行实验，观察、记录实验现象，并得出结论（表3）。

师：如何验证实验过程中产生了氧气？

生：用带火星的木条插入试管口，若带火星的木条复燃，则产生了氧气，反之则未产生氧气。

【学生活动】用带火星的木条进行实验，观察到带火星的木条未复燃。

师：加入MnO₂催化剂迅速产生大量气体，但并未观察到带火星的木条复燃，请分析带火星的木条未复燃的原因。

生：木条未复燃的原因可能是爆炸盐中过碳酸钠含量较低，反应产生的氧气比较少。

师：氧气传感器，是一种非常灵敏、可用于测定氧气含量的数字化仪器。下面，请你们利用氧气传感器来验证爆炸盐在MnO₂的催化下是否产生了氧气。

【实验探究】向爆炸盐溶液中加入MnO₂粉末，利用氧气传感器测得的氧气变化曲线如图2所示。

【实验结论】爆炸盐在MnO₂催化下确实产生了氧气。

从以上实验可以看出爆炸盐中过碳酸钠的含量较低，那么在验证是否产生二氧化碳时可能也会遇到将产生的气体通入澄清石灰水中，澄清石灰水不变浑浊的现象，此时也可以用数字化实验验证实验过程中是否产生二氧化碳。

【实验探究】爆炸盐与氯化钙反应后的产物与盐酸反应，利用二氧化碳传感器测得二氧化碳变化曲线见图3。

【实验结论】经二氧化碳传感器验证，产生了二氧化碳。爆炸盐确实可以与盐酸、氯化钙发生复分解反应。

【过渡】由以上一系列实验可以得到“爆炸盐兼具Na₂CO₃和H₂O₂的性质”的结论，那么你认为爆炸盐用作漂白剂是由何种物质决定的？

3.4 揭秘爆炸盐的原理

常见漂白剂及其工作原理如表4所示，学生基于此分析爆炸盐的漂白原理：爆炸盐的漂白性是由过氧化氢具有强氧化性决定的。

【资料卡】碳酸钠是重要的化工原料之一，广泛应用于清洗剂、洗涤剂中。碳酸钠在洗涤剂中为助剂，可以增强洗涤效果，尤其针对油脂类污渍，碳酸钠既可使油脂皂化，也可使污渍转变为活性物质，且在洗掉污渍的同时增加了活性物的含量，使洗涤效果大大增强。碳酸钠本来就有一定的去污力，因大多数污渍特别是油污均为偏酸性，用碳酸钠与其反应生成可溶于水的盐类。市面上，很多洗涤剂都加入一定量的碳酸钠，最主要的作用是维持活性物质所需的碱性环境，以保证良好的去污力^［3］。

师：请分析爆炸盐的工作原理是什么？

生：爆炸盐的主要有效成分是过碳酸钠，可以看成碳酸钠和过氧化氢的复合物，过氧化氢具有漂白性，可以漂白衣物。碳酸钠溶液呈碱性，本身可以与多数的酸性油污反应生成可溶于水的盐，具有一定的去污能力；碳酸钠还可以作为助剂，使油脂类油污皂化转变为活性物质，增强洗涤效果。

师：在某品牌爆炸盐的使用说明书中，要求将爆炸盐和洗衣液放入40~60 ℃温水中，为什么在使用爆炸盐时温度需要控制在40~60 ℃？

生：温度过低反应速率过慢，适当升温可以加快反应速率，同时升温可以促进碳酸钠水解，增强去污能力；温度过高会使过氧化氢因分解而失效，故在使用爆炸盐时，需要控制温度在40~60 ℃。

【知识拓展】在生活中，常用的漂白剂以氯系漂白剂为主，如84消毒液、漂白粉等，在其漂白过程中不仅使衣物原有的有机色素褪色，还会产生大量有害的有机氯化物，因而并不适于漂白有色衣物。相比之下，过碳酸钠属于氧系漂白剂，以其无毒、无污染、稳定易保存的优点，被广泛用于生产爆炸盐、茶垢清洁剂、洗碗粉等清洁用品，甚至被用作“鱼浮灵”，能使奄奄一息的鱼起死回生。

4 项目式教学的总结

探秘爆炸盐的项目式教学，围绕爆炸盐的成分、性质以及漂白去污原理等核心内容开展教学活动，以4条清晰的脉络主线——任务线、问题线、活动线、素养线，贯穿项目式教学的始终。教师不只是知识的传授者，还是知识的引导者，鼓励学生大胆预测并自主设计实验，验证爆炸盐性质，探索其背后的科学原理。学生在这种宽松而富有挑战性的学习环境中，通过自主学习和合作探究，学会如何运用所学科学知识去解决实际问题。显而易见，项目式教学一方面有助于提高教师的教学水平和效率，另一方面有助于提升学生的科学创新能力和创新意识。

5 项目式教学的反思及改进建议

探秘爆炸盐的项目式教学，设置层层递进的项目任务，引导学生切实参与到项目活动中进行深度学习。最终，每个小组学生都顺利完成了各项目任务，并在班级内部进行了成果展示和交流。在项目式学习的过程中，学生不仅收获了知识，更收获了成长和自信。

项目式教学在为学生提供实践探索平台的同时，也暴露了一些需要改进的地方。教师需要特别关注项目主题的选择和项目的实际可行性。首先，教师在选择项目主题时，应充分考虑学生的年龄、认知水平、兴趣爱好等因素，需要更加贴近学生的生活实际和兴趣点；其次，项目的实际可行性也是我们需要关注的问题。有些项目虽然看似新颖有趣，但在实际操作中可能会遇到诸多困难，如资源不足、时间紧迫等。这些困难不仅会影响项目的顺利进行，还可能打击学生的积极性。因此，教师在设计项目时，应充分考虑项目的实际可行性，确保项目能够在有限的资源和时间内顺利完成。

为了进一步提高项目式教学的效果，应该采取以下措施：一是加强师生之间的沟通交流，及时了解学生在项目过程中遇到的问题和困难，并提供有针对性的指导和帮助；二是建立项目式教学的评价体系，对学生的项目成果进行客观公正的评价，激励他们不断追求卓越；三是定期组织项目式教学经验分享会，让广大教师相互学习、相互借鉴，共同提高项目式教学的水平。

总之，项目式教学作为一种新兴的教学方式，在提高学生实践能力、培养创新精神等方面具有独特的优势。然而，仍需针对存在的不足之处进一步完善和改进，以更好地发挥项目式教学的优势，为学生的全面发展提供有力支持，推动项目式教学在高中化学教学中的广泛应用。

在实验二的实验过程中，发现物体接触液体后，且液体尚未溢出时，液面上升幅度较低，水的流动性相对较好。通过表3中的实验数据可知，仅第二组实验数据存在偏差，相对误差由实验一最高相对误差的4.08%降至2.00%。实验二结果表明：减小液体的表面张力，有利于减小阿基米德原理实验中的误差。

首先，力传感器的测量值只是无限接近真实值，极其微小的误差依旧存在；其次，不能100%去除水表面的张力。因此，教师在日常实验教学中，应准确判断产生误差的原因，并想方设法去减小误差。

3　结语

基于DIS技术的实验教学创新，应当在保留教材实验原有优势的前提下，融合现代信息技术以优化实验教学过程。本项目的创新之处在于，利用市面上常见的力传感器代替传统的弹簧测力计，使实验数据精度更高。利用Excel强大的制图表功能快速地将实验数据即时转化为可视化图像（曲线），能让学生更为直观地感知“浮力的大小等于它排开液体所受的重力”这一物理规律。毫无疑问，可视化数据呈现方式有利于学生直观地感受实验过程中各个物理量的变化情况，更能促进其对物理概念的深入理解和知识内化，从而有效培养和发展学生的科学思维能力。

参考文献

[1] 马群.基于学科核心素养的高中化学项目式教学设计及实践研究［D］.武汉：华中师范大学，2021.

[2] 中华人民共和国教育部. 普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订） ［S］.北京：人民教育出版社，2020.

[3] 徐传海，钟乘水，钟辉生，等.高中化学“漂白剂”的项目式教学：新型漂白剂过碳酸钠的制备与使用［J］.化学教育（中英文），2023，44（05）：126-127. （上接第35页）

[4] 后，发现较好的活性剂就是生活中常用的洗洁精，能够有效地减小液体表面存在的张力。在液体中加入1滴洗洁精，用玻璃棒轻轻搅拌均匀，避免液体表面起泡，其他的实验器材、仪器安装、实验操作步骤均与实验一完全一致。其实验数据见表 3。

基金资助

安徽省淮北市教育科学规划课题“核心素养视角下高中化学项目式教学实践研究”(HBJK222011)