利用数字化实验探究餐桌上的醋

2019-09-10田斌张曹俊陈俊英侯家梅徐少飞孟变红

教育·项目学习 2019年2期

田斌张曹俊陈俊英侯家梅徐少飞孟变红

摘要：本文基于学科核心素养培育的要求和课标的“习得性”，通过项目式学习的教学模式开展化学知识的学习，以高中代表性物質“乙酸”为例，结合物质性质、实际工业生产和生活中的应用，以项目式学习方式呈现了真实情境下教学设计思路和教学实践过程，概括了项目主题的论证与确定、学习活动的规划与设计、情境素材的选取与呈现等方面的思路和策略。

关键词：项目式学习数字化实验化学教学

基金项目全国教育科学规划课题“基于课标的‘习得性’项目学习教学模式的实践研究”（FHB170581）

一、设计项目的缘起

1.解读课标，整合教材，突破重难点

有机物是高中阶段所学物质中极其重要的一类物质，项目的实施依赖于课标的指导。课标中指出醋酸是烃的衍生物的重要代表物之一。人教版高中化学必修2第三章《有机化合物》的第三节《生活中两种常见的有机物》，课标中提到学生通过典型的有机物乙酸能够认识有机物中的官能团，结合典型实例认识官能团与性质的关系。通过观察实验现象、联系生产生活实际、归纳总结等策略，对乙酸的结构、性质及应用进行学习。同时在乙酸的教学指导中提出，应结合我国酿造技术与食醋文化，开展乙酸的教学，证明食醋中含有乙酸，进而探究乙酸的结构和性质。[1]

选修5《有机化学基础》中第三章《烃的含氧衍生物》第三节《羧酸酯》，课标中提到学生复习乙酸结构和化学性质的基础上，查阅广泛存在于植物中的萜类化合物（如香精、色素）的形成与乙酸的关系，深入研究羧基官能团的结构特点，并将乙酸的结构和性质迁移到羧酸类化合物。[2]

由于这两块内容关联紧密，我们将必修2中《生活中两种常见的有机物》与选修5中《羧酸酯》的知识进行整合，形成与“乙酸”相关的教学资料。确定了项目学习的课题为“利用数字化实验探究餐桌上的醋”。项目实施的开展周期为10学时。项目学习突破传统教学方式，利用数字化实验仪器对所学知识进行探究。

2.知识联系生活，学以致用

“醋”是我们生活中常见的调味品，在人们生活中扮演着很重要的角色。古语中就曾说“居家开门七件事，柴米油盐酱醋茶”。山西盛产醋，不仅是因为原料资源丰富，主要还是因为山西人爱吃醋。与山西老陈醋同样驰名的，还有镇江香醋、保宁醋、永春老醋等，这也说明对醋的嗜好不只限于山西人。那么醋中主要成分是什么，它有怎样的结构和性质呢？结合这一实际问题，展开“利用数字化实验探究餐桌上的醋”项目，让学生了解乙酸的结构、性质和应用，将所学知识与生活实际相联系。

二、项目设计与实施

1.研讨项目，设计驱动任务

在确定了项目课题后，组织教研组和备课组的教师开展了多次项目研讨会，主要研讨了项目的流程，并不断进行优化。

2.项目学习目标

（1）学生通过观看醋文化视频、观察日常生活中在餐桌上出现的醋品，以及对醋厂的参观，了解醋的生产原理与流程。

（2）学生通过查阅资料，了解食醋中各成分的作用，培养学生们的“宏观辨识与微观探析”素养。

（3）利用数字化实验仪器，设计对比实验，测定食醋中醋酸的含量，培养学生们的“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”素养。

（4）综合理论分析和实验验证，形成学习报告，以小组为单位进行汇报，分享自己的学习经历和感受，培养学生们的“科学态度与社会责任”素养。

3.项目实施过程

任务1：参观醋厂，了解流程，感受醋文化

作为醋的故乡，在民间至今有做醋的遗风。人说山西好地方，地肥水美醋更香。山西人善制醋，是因为山西人爱吃醋，而山西人爱吃醋也真可称为全国之最，在山西民间有无醋不成味之说。带着山西人对醋的一种特殊感情，学生们观看了山西老陈醋纪录片、参观了东湖醋园（图1），对餐桌上的醋产生了浓厚的兴趣。参观过程中学生了解了食醋的酿造工艺：原料粉碎→润糟→蒸料→出甑冷却→冷却加曲→拌大曲→发酵→薰醋坯→淋醋→鉴定成品。

参观完醋厂，看完纪录片，学生们不禁被老陈醋的历史和酿造工艺所吸引。作为中国醋业的活化石，宁化府益源庆已经不单单是一个商业字号，而是山西人的一种标志和形象。我们应该传承和弘扬它，使其在时间的长河中熠熠生辉。这更增加了学生们对醋知识学习和探究的欲望。

任务2：设计实验，进行对比，测定醋酸含量

食醋的主要成分是醋酸，醋酸即为乙酸。学生学习乙酸的结构，结合初中所学知识，推断其性质，利用滴定原理，同时结合滴速传感器和pH微型传感器，设计实验测定不同食醋和果醋饮料中醋酸的含量（图2）。

材料：0.1 mol/L NaOH、0.1 mol/L HCl、白醋、宁化府老陈醋、紫林陈醋、果醋爽（果醋红和果醋黄）、蒸馏水。

仪器：烧杯、滴定管、铁架台、pH微型传感器、滴速传感器。

实验原理：

采用酸碱滴定的方式（用0.1 mol/L的NaOH滴定不同浓度的醋酸溶液）测定醋酸溶液的pH，进而算出溶液中氢离子浓度。因白醋、宁化府老陈醋、紫林陈醋商品标签显示醋酸浓度较高，所以稀释后进行滴定，得出数据后再换算回原溶液浓度。果醋爽为醋酸饮料，其中所含醋酸浓度较低，可直接滴定。

在化学计量点前后加入少量的酸或碱使溶液的pH发生突变的现象称为滴定突跃。所谓滴定突跃，即计量点前后± 0.1% 误差范围内溶液pH的变化范围。滴定分析一般借助指示剂指示终点，而滴定突跃是选择指示剂的依据，这正是研究滴定突跃的意义。[3]

根据pH = -lg[H+]计算氢离子浓度，比如pH = 3，那么氢离子浓度就是10-3 = 0.001 mol/L。

为了更好地表示溶液的酸碱性，科学家提出了酸度（AG）的概念，AG = lg[c（H+）/c（OH-）]。

实验过程：

（1）用0.1 mol/L NaOH滴定0.1 mol/L HCl，认识滴定曲线。

（2）用0.1 mol/L NaOH滴定白醋，得出滴定曲线。

（3）宁化府老陈醋、紫林陈醋、果醋爽测定方法同上。

实验记录：得到5条滴定曲线，见图3、图4。

数据处理：在图象上找出斜率最大的一点（即滴定终点），并记录下此时所用氢氧化钠溶液的体积，根据c1V1 = c2V2求出酸度，见表1。

结果分析：

（1）酸度排序：白醋>宁化府老陈醋>紫林陈醋>果醋爽。

（2）实验得出的结果在标签范围内。

任务3：拓展范围，深入了解

醋不仅仅是一种调味品，也不仅仅是一种弱酸，它还有很多的功效。学生上网查阅资料，了解更多有关醋的应用。

任务4：展示成果，交流汇报

展示学生的学习成果，是对学生学习能力的充分肯定，是对学生学习兴趣的极大鼓励。学生在准备成果的过程中，知识和能力都得到了提升（图5）。

任务5：学生总结项目学习体会

学生在数字化实验仪器的辅助下，能直接探究食醋的化学性质，认识乙酸的结构和性质的关系，也更加明白了学以致用的重要性。有效地将碎片化知识合并，减轻学生学习负担的同时，也培养和落实了学生的化学学科素养。[4]

三、项目总结及评价

项目实施过程中，每完成一个环节，教师和学生都做总结，分析并反思这一环节出现的问题，及时对下一环节计划做出调整。数字化实验的引入，有效解决了教学的难点，让学生能够更直观和具体地了解反应的变化过程。

1.教学目标达成评价

在项目实施前，已经制订了比较详细的目标要求。在项目开展过程中，学生表现出了极大的热情、丰富的想象力和活跃的思维，一次次碰撞出闪亮的思维火花，推动着教学的进程。有了数字化实验仪器的辅助，学生在化学学习的方法和态度方面有了明显的变化。学生的学习不再是枯燥的被动接受知识，而是真正成了学习的主体，很好地达成了项目学习的知识目标和能力目标。[5]实践再次证明，学生的主动学习是最有效的学习方式。

2.教学改革效果评价

项目学习的开展，在学习内容上，始终要坚持源于教材，但不应拘泥于教材，应该将知识的学习放在社会生产实际、学生的生活经验和学科的大背景下；在学习方式上，不能用传统的灌输式教学，而应通过丰富多彩的、多元化的活动，通过先进的仪器设备让学生感受、参与和体验知识的生成过程；[6]在教学目标上，我们不应单纯地追求知识的落实，而是应该从知识、能力、素养上全面发展。[7]

3.学生能力的提升

通过项目学习的方式，学生能够真正地自己參与知识的学习，提高学生的思维能力、动手能力和创新性研究。[8]在给学生布置任务时，可以给学生更多的创新空间。在该项目学习的过程中，学生不仅能够自主设计实验过程、实验报告，还能积极地讨论，发现问题、探究问题和解决问题。学习的最终目的是在获得知识的同时能够掌握学习的方法并提升自我学习的能力。项目学习恰恰可以实现这一目的。