初中化学“溶液的复习”项目式学习活动

张艳平 ,  吴冰玉 ,  姬乐

实验教学与仪器 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (10) : 73 -77.

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实验教学与仪器 ›› 2025, Vol. 42 ›› Issue (10) : 73 -77. DOI: 10.19935/j.cnki.1004-2326.2025.10.020
实验教学案例

初中化学“溶液的复习”项目式学习活动

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摘要

以“探秘奶茶店”为任务,通过“初识奶茶—揭秘奶茶—制作奶茶—品鉴奶茶”4个教学环节,创新性地融合数字化设备与实验探究方法,对“溶液”章节的内容进行综合复习。此项目式学习活动引导学生从宏微结合的视角深刻理解溶液的特征,深化学生对饱和溶液与不饱和溶液之间转化的认知模型的理解,并让学生运用溶解度曲线解决实际问题。在活动中,学生将所学知识进行有效整合与重构,体会溶液在生产生活中的应用价值,对其树立科学探究精神和提高解决实际问题能力均有帮助。

Graphical abstract

关键词

项目式学习 / 溶液的复习 / 奶茶 / 真实情境 / 初中化学

Key words

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张艳平,吴冰玉,姬乐. 初中化学“溶液的复习”项目式学习活动[J]. 实验教学与仪器, 2025, 42(10): 73-77 DOI:10.19935/j.cnki.1004-2326.2025.10.020

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《义务教育化学课程标准(2022年版)》在目标要求中指出:“能基于真实问题情境,依据常见物质的性质,初步分析和解决相关的综合问题[1]。”“溶液”章节在初中化学教学中占据重要地位,旨在培养学生的定性与定量分析能力、宏观与微观思维转换、物质转化与平衡理解及认知模型建构等学科核心素养。然而,传统复习方法偏重讲练结合,限制了学生对溶液知识的理解与应用。因此,探索更高效的复习策略以促进学生全面掌握知识确有必要,而项目式学习恰恰可以有效改善这一问题。一线教师已有意识地开展有关“溶液”的项目式教学,如“白衬衫的控诉”“护手霜的制作”“运动饮料”“制作蓝宝石”等[2-5],但很少有关于“溶液”的系统性单元项目式复习教学。此外,采用数字化实验建构溶液模型能更好地帮助学生理解溶液的特征及相关概念[6-7]。
为此,笔者以“探秘奶茶店”作为项目主题,结合新型实验手段及数字化技术,让学生在实践中巩固溶液的相关知识,不仅能够激发学生的学习兴趣,还能帮助他们更好地理解和运用溶液的核心内容,培养其问题解决能力和创新思维。

1 项目主题分析

本复习课主要内容包括:①溶液的形成;②饱和溶液与不饱和溶液的转化;③溶解度曲线的应用;④配制一定质量分数的溶液。在初中化学教学中,“溶液”一章的概念繁多且抽象,故本项目决定以奶茶为主题,对核心知识进行重组整合,让学生在理解核心概念的同时,体会化学学习的价值。基于奶茶中4种原料分散于水的实验,采用数字化设备从宏观上认识溶液的特征,从微观上认识溶液是溶质以分子或离子形式分散到溶剂中形成的均一体系,通过制作奶茶从定性角度认识溶液的特征,以定量角度理解溶液的溶解度、溶质质量分数等概念,将理论知识应用于实际生活,提升学生的实践操作能力,全面培养学生的学科核心素养。

2 项目教学目标

(1) 利用手持数字化实验分析奶茶的原料在水中分散的情况,从宏观和微观角度认识溶液的特征,进而判断奶茶是否为溶液。

(2) 深化学生对饱和溶液与不饱和溶液相互转化的认知,结合氯化钠和蔗糖的溶解度曲线,分析二者结晶方式的差异,基于资料信息提取并归纳蔗糖的工业制法,培养学生的证据推理及思维迁移的能力。

(3) 制作一定甜度的奶茶,通过制作、品尝奶茶,增强学生学习化学的兴趣,并感悟溶液在生产生活中的应用价值,培养其科学探究思维,提升其问题解决能力和创新意识。

3 教学流程

本项目教学流程如图1所示。

4 项目实施过程

4.1 初识奶茶

活动1:探究奶茶中的原料在水中的分散情况。

【引入】随着春天的到来,你是否已品尝到春日的第一杯奶茶?我们以奶茶为学习对象,探究奶茶中的原料在水中的分散情况。

【实验1】取1 g奶茶原料(植脂末、茶叶、糖、食盐)分别放入4个一次性透明水杯中,加入100 mL水,观察现象发现:食盐和蔗糖完全溶解在水中,呈澄清状态;植脂末在水中呈白色浑浊状;红茶的部分成分溶解在水中,呈棕色澄清状态。

师:这4种物质分散在水中,从物质组成上来说都属于什么类别?有哪些分类方法?

生:它们都属于混合物。从浑浊和澄清角度分析——植脂末等成分溶于水后形成浑浊液体;而茶、蔗糖和食盐等成分溶解后,则形成澄清液体。

【资料】从微观粒子角度分析可知,溶液:分散在水中的颗粒小于1 nm;浊液:分散在水中的颗粒大于100 nm。固体小颗粒分散到液体里形成的混合物,叫作悬浊液;小液滴分散到液体里形成的混合物,叫作乳浊液。

生:根据分散在水中颗粒大小的不同,这几种液体可分为浊液和溶液。此外,我们可根据分散在液体中物质的状态将不稳定的液体划分为悬浊液和乳浊液。

活动2:探究溶液的特征。

师:我们已知溶液是均一且稳定的,那么有哪些方法可以验证其特性呢?如果溶解在水中的物质是由离子组成的,可以测量离子的浓度,即测溶液的电导率。

生:如果液体均一,则不同位置的浓度相同;如果液体稳定,则不同时间测同一位置的浓度相同。

【实验2】利用电导率检测笔测试实验1得到的4种液体,检测不同位置的电导率是否一致。

实验发现:食盐、红茶溶于水后,各位置的电导率几乎没有变化;植脂末溶于水后,上下两位置电导率有变化,说明该液体不均一(表1)。

师:蔗糖水中溶质是蔗糖分子,其电导率很小,这种方法对于溶质为分子的液体不太适用,是否还有其他方法判断某一液体为溶液?

【资料】基于智能手机中Light Meter软件自制简易浊度仪,不透光纸盒中相对的两面在同一高度分别开一小孔,手电筒固定在一个小孔处作为光源并透过液体,手机的摄像头固定在另一个小孔处,打开Light Meter软件采集某液体的透射光强度,进而可得出相对浊度[8]。

【实验3】学生在教师指导下测试不同液体的透射光强,检测它们的浑浊程度随时间变化情况,结果见表2。

由表2可知:这几种液体中,植脂末分散于水中的透射光强最小,蒸馏水的透射光强最大,食盐水和蔗糖水的透射光强相差不大,红茶水虽透明但有颜色,所以透射光强比较小。经不同时间段测试后发现:蒸馏水、食盐、蔗糖、红茶溶于水后透射光强相对变化不大,表明这4种液体比较稳定。植脂末溶于水后透射光强相对变化较大,由最初的114经过3 h变为61,说明该液体不稳定。

【设计意图】希望学生通过奶茶中的4种原料溶于水的实验,感受不同物质在水中的分散情况。利用现代技术对不同位置和不同时间的液体的性质进行探究,引导学生理解溶液的均一性、稳定性,由定性分析溶液的特征到定量分析实验数据,培养学生的科学探究能力。

4.2 揭秘奶茶

活动1:探究熬制糖浆过程中饱和溶液与不饱和溶液的转化。

【过渡】在奶茶制作过程中不用固体糖,而是使用大量的糖浆,目的是让糖易溶于饮品中。播放熬制糖浆的视频,随后展开以下对话。

师:在此过程中,饱和溶液与不饱和溶液是如何进行转化的?

生:一开始向水中加入少量白砂糖,白砂糖逐渐溶解,随着加入白砂糖量的增多,溶液不能继续溶解白砂糖,即溶液由不饱和状态转化为饱和状态;然后升高温度,未溶解的白砂糖完全溶解变成高浓度的糖溶液,溶液又由饱和状态转化为不饱和状态。

师:熬好的糖浆,为什么不能放入冰箱冷藏或使用冰水降温?

生:降低温度会使糖浆由不饱和状态转化为饱和状态,糖结晶析出,进而降低糖浆的产率。

师:基于熬制糖浆的过程,能否总结出不饱和溶液、饱和溶液之间的一般转化方法?

生:不饱和溶液通过增加溶质、降低温度变成饱和溶液;增加溶剂或提高温度,饱和溶液会变成不饱和溶液。此外,恒温蒸发溶剂也会将不饱和溶液转变成饱和溶液。

活动2:探究“海盐奶绿”(某种奶茶)中蔗糖和氯化钠的获取方法。

师:“海盐奶绿”中会添加一些氯化钠、蔗糖,它们的溶解度曲线见图2,通过溶解度曲线可得出什么信息?

生:同一温度条件下,氯化钠的溶解度比蔗糖的溶解度小;蔗糖的溶解度随温度变化大,氯化钠的溶解度随温度变化不大。

师:在100 g水中70 ℃蔗糖饱和溶液降低温度至30 ℃时,析出多少g蔗糖?此时状态为饱和还是不饱和?能否在曲线上标注这一过程?

生:由蔗糖的溶解度曲线可知,70 ℃时蔗糖的溶解度为323.7 g,降温至30 ℃时其溶解度变为216.7 g,析出蔗糖晶体107.0 g(323.7 g-216.7 g),此时还是饱和状态。

【资料】由溶解度曲线可知,氯化钠的溶解度随温度变化不大。一般采用蒸发结晶的方式获得氯化钠晶体,其工业制取过程见图3。

师:我们通过某物质的溶解度曲线可判断其结晶方法,那采用什么结晶方法使蔗糖晶体析出?

生:基于蔗糖的溶解度曲线,可得出蔗糖溶解度随温度变化大,蔗糖晶体可通过蒸发浓缩、冷却结晶获得。

【资料】蔗糖原材料是甘蔗,经榨汁后得到甘蔗汁,加入石灰乳中和甘蔗汁中的酸,通入二氧化硫除去石灰乳,并对甘蔗汁进行脱色,然后进行结晶,结晶后进行“分蜜”(分离蔗糖晶体与未结晶的糖溶液),干燥得到蔗糖晶体。学生根据资料信息绘制蔗糖晶体的工艺流程(图4)。

【设计意图】播放熬制糖浆视频,激发学生的学习兴趣,并在真实情境中深化对饱和溶液与不饱和溶液相互转化的认识,树立变化观念与平衡思想;根据物质溶解度曲线帮助学生学会溶解度曲线的相关应用,培养其处理数据、证据推理的学科核心素养;结合蔗糖的结晶方法,对资料信息进行加工分析,并利用生成的新知识去解决实际问题,培养学生的高阶思维与应用能力。

4.3 自制奶茶

活动1:自制奶茶。

某品牌焦糖奶茶的配料表有植脂末35 g、焦糖40 g、乌龙茶280 mL。用蔗糖代替焦糖,制作640 mL的奶茶(该品牌奶茶大杯容量),请问蔗糖的质量分数为多少?(设奶茶的密度约为1 g·mL-1)。

学生的计算结果:蔗糖溶质质量分数=(40 g/640 g)×100%=6.25%。

师:制作奶茶的实验中有哪些步骤?

生:计算、称量(植脂末和蔗糖的质量)、量取(红茶和水的体积)、混合(搅拌溶解,贴上标签)。

学生根据以上步骤制作奶茶,成品展示如图5所示。

活动2:降低奶茶甜度。

生:可以加水稀释以降低奶茶甜度。

师:如果稀释成蔗糖质量分数为5%,需要加水多少mL(设稀释后奶茶的密度约为1 g·mL-1)?

生:溶质质量不变,蔗糖的溶质质量分数变为5%,蔗糖质量为40 g,配制5%溶液需要的溶液质量为800 g。

学生的计算结果:设加入水质量为x,则40 g=(640 g+x)×5%,可算出x=160 g。由V=m/ρ得到稀释奶茶所需加水的体积V=160 g/1 g·mL-1=160 mL。

【设计意图】从定量角度对奶茶的甜度进行相关计算,理解溶质质量分数的概念和运用,提高学生对溶液定量计算的认识水平,运用化学知识解决真实情境中配制溶液的问题。

4.4 品鉴奶茶

活动1:品尝奶茶,了解奶茶饮用过多的危害。

生:与奶茶店的味道很像,奶茶的制作并不复杂,利用化学知识也可以制作出我们喜欢的奶茶。

师:自制奶茶成分很简单,奶茶店中的奶茶口感非常丰富,成分很多,奶茶喝多了会不会对身体有影响?

【资料】喝完一杯加量加料的网红奶茶,竟然要多走一万多步才能消耗完;正常甜度的奶茶一般有35 g糖,而人均每日糖的摄入量不能高于25 g;长期喝奶茶易导致失眠、肥胖、蛀牙问题,增加糖尿病风险、心血管负担等[9]。

生:为了健康考虑,奶茶虽好喝但不能多喝。

活动2:感悟溶液的价值。

师:在生产生活中,溶液的用途有哪些?

生:将物质配制成溶液,在实际应用中具有重要作用。例如,植物营养液、医疗注射用葡萄糖溶液以及日常饮料等,均通过形成溶液以增大反应物接触面积,从而促进养分的吸收、提高反应速率。

【设计意图】学生品尝奶茶、分享感受这一环节,旨在通过实践体验、表达交流和思维激发等多个方面促进学生全面发展;将奶茶饮品与健康知识相结合,促进跨学科整合学习,提升学生的健康意识;引导学生总结溶液的价值,体会溶液在生产生活中的应用价值,同时培养学生的社会责任感。

5 项目教学效果

此复习课设计了富有探究性和实践性的教学活动,便于学生复习巩固溶液的基本知识;以问题驱动的方式完成真实情境下的探究任务,易于激发学生的学习积极性。通过两节复习课的学习,学生对溶液这一章节的内容有了更加深入的认识,据此可在课后作业环节设置“奶茶中的溶液知识”的画报作业(图6)。

6 项目教学反思

本项目结合奶茶这一常见的饮品,引导学生利用实验手段判断溶液的稳定性和均一性,采用手持电导率笔和自制浊度仪,巧妙利用手机软件的光强传感器获得透射光数据,降低实验成本与操作难度,达到测定溶液特征的实验目的。在糖浆制作过程中融入饱和溶液与不饱和溶液的转化知识,学生即可通过溶解度曲线进行溶解度知识的应用;根据资料信息,学生可推断蔗糖制作的工艺流程,达到复习课学以致用的效果,进而提高综合分析、解决问题的能力。

在制作奶茶的过程中,学生展现出了极高的热情和创造力,他们不仅运用所学的溶液知识配制奶茶,还调制出了不同甜度的奶茶。在项目实施过程中,学生遇到问题时主动探究、发散思考,并通过查阅资料、小组合作、质疑讨论、实验探究等多个环节,解决复杂的真实问题。

虽然项目式教学在整合“溶液”章节的知识点方面取得了良好效果,但在两课时的复习课中,第一节课的时间比较紧凑,而采取多种实验方法验证溶液的特征占据较多时间。在分析蔗糖的工艺流程时,学生遇到陌生情境,思维受限,需要教师进行循序渐进的引导。本项目创设真实情境,将所学溶液知识进行串联并学以致用,让学生认识到化学与生活紧密联系,体会化学学科的独特魅力,培养了科学探究、创新思维、合作精神等学科核心素养。

参考文献

[1]

中华人民共和国教育部. 义务教育化学课程标准(2022年版) [S].北京:北京师范大学出版社,2022.

[2]

杨香涛.基于真实生活情境的初中化学教学设计:以“物质在水中的分散”为例[J].化学教育(中英文),2020,41(23):22-26.

[3]

张军,吴永才.基于真实情境的初中化学微项目教学实践与反思:以“溶液的形成”为例[J].化学教育(中英文),2022,43(17):41-46.

[4]

王锋.初中化学微项目教学活动设计[M].西安:陕西师范大学出版社,2022.

[5]

宫琦,武衍杰,王秀红.初中化学“溶液”主题项目式复习教学:制作一枚“蓝宝石”[J].化学教学,2021(09):56-62.

[6]

高薛琴.走进真实情境的初中化学教学:溶液的形成[J].化学教育(中英文),2023,44(05):32-38.

[7]

陈培亮,张燕,许雪珠.基于实验和模型表征培育“科学思维”的教学实践:以“饱和溶液”为例[J].化学教学,2023(05):54-59.

[8]

徐婉,陈梦麟,凌一洲.基于智能手机的自制浊度仪及其应用[J].化学教育(中英文),2023,44(07):101-104.

[9]

《人民日报》微博.一杯奶茶里到底有什么[EB/OL].(2019-07-08).

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