践行“低碳行动”项目

2019-09-10鄢鹏支梅

教育·项目学习 2019年1期

鄢鹏支梅

摘要：本文阐述了如何运用“项目学习”进行“碳和碳的化合物”单元复习。先抛出“温室效应”的社会话题，让学生多渠道获取信息，了解温室效应的现状、危害、根源，然后小组讨论进行“低碳行动”项目的策划，自己提出研究方案，即围绕“大气中的二氧化碳含量超标吗—二氧化碳从哪里来—如何降低二氧化碳含量—如何发展低碳经济”展开学习，调用已有知识、查阅资料、交流协作，解决现实生活中的真问题，在解决问题的过程中促进知识的系统化、结构化，发展核心素养。

关键词：项目学习低碳行动核心素养

项目学习（Project-Based Learning，缩写为PBL）是以学科的基本概念和原理为中心，通过小组合作的形式，借助多种资源，对现实生活中复杂、真实的问题进行探究，并在一定时间内解决一系列问题的探究性学习模式[1]。北京师范大学化学教育团队编写的九年级化学项目学习实验教材[2][3]，以培养学生的核心素养为宗旨，将初中化学所有核心知识进行整合，设计了十个项目，引导学生自主、合作学习，探究物质世界的奥秘。其中的“低碳行动”项目主要是针对温室效应这一社会话题，围绕二氧化碳的来龙去脉，从元素守恒的角度认识二氧化碳的产生和转化，把化学知识与社会生活建立起联系，理解具体低碳行动背后的化学原理，最终形成低碳行动公约，培养学生的科学态度和社会责任。笔者整合“低碳行动”项目的内容，设计并实施了“碳和碳的化合物”的单元复习，不仅调动了学生的学习积极性，提高了复习效率，也提升了学生化学学科能力，发展了化学学科核心素养。

一、观电影《后天》，了解温室效应的危害，齐心协力设计低碳项目之旅

科幻片《后天》主要讲述了北半球因温室效应引起冰山融化，地球进入第二冰河期，龙卷风、海啸、地震在全球肆虐，整个纽约陷入冰河包围的故事。在开展本项目之前，让学生们利用周末时间在家观看影片，并在班级微信群中互相交流观影感受。对于紧张的毕业班学生来说，这样的周末作业很受欢迎。他们在群里互动非常热烈，在互相交流中增强了对温室效应及其危害的认识，调动了参与项目学习的积极性。某学生写道：“我在看完了《后天》这部电影后，最深的感触便是大自然的破坏力会摧毁人类多年来的成果。这部电影真实地描述了我们人类肆无忌惮地浪费，过度排放污染气体，温室效应加剧，导致悲剧的发生。给我最大的启示莫过于保护环境时不我待，如果我们不珍惜环境，环境自然也不会给我们生存的机会。”

项目导引课上，学生们小组合作，进一步沟通交流温室效应产生的原因，讨论制订自己的低碳项目学习之旅。他们认真分析自然界的碳循环图，领悟到大气中的二氧化碳有来有去，原本是一个动态平衡，正是因为人类的活动打破了这个动态平衡，才造成温室效应加剧等环境问题。于是设计出的“低碳行动”项目的思路是：大气中的二氧化碳含量超标吗？这些二氧化碳从哪里来？如何降低大气中二氧化碳含量？如何发展低碳经济，将二氧化碳变废为宝？捋清思路之后，学生按照自己制订的项目任务展开研究。

二、动手实验测定空气中二氧化碳含量，增强对低碳行动必要性的认识

如何才能知道大气中的二氧化碳含量是否超标呢？学生联想到了测定空气中氧气含量的方法，决定选用同样的原理测定空气中二氧化碳含量。选什么物质作为吸收剂？大家通过小组讨论决定要对比水、氢氧化钙溶液、氢氧化钠溶液三者吸收二氧化碳的效果。如图1，向装有等量二氧化碳的三个相同大小的塑料瓶中分别加入等体积的水、饱和氢氧化钙溶液、饱和氢氧化钠溶液，振荡，观察塑料瓶变瘪的程度。实验后的现象如图2所示：倒入水和氢氧化钙溶液的瓶子微微变瘪，倒入氢氧化钠溶液的瓶子明显变瘪。

根据实验现象，大家选定了氢氧化钠溶液作为吸收二氧化碳的试剂。还有学生提出，可以向等体积的水、饱和氢氧化钙溶液、饱和氢氧化钠溶液中通入足量的二氧化碳，分别称量反应前后实验装置增加的质量，比较三种物质吸收二氧化碳质量的大小。这也是很好的方法。

装置如何设计？学生仿照测定空气中氧气含量的装置，设计了实验装置，结果如图3、图4、图5所示：学生互相讨论，认为图5装置中的注射器和量筒都有刻度，能比较方便得出最终流入锥形瓶中的液体总体积，提前测量出锥形瓶的体积，就可以计算出样品中二氧化碳的体积分数。实验测得样品中二氧化碳的浓度约为10%。若空气中二氧化碳含量达到10%会对人体造成什么严重的影響呢？学生查阅资料，如表1所示。

一般情况下，空气中二氧化碳浓度远低于10%，所以用上述实验测定真实空气中二氧化碳含量误差很大。这时教师展示了二氧化碳传感器，并让学生动手测定了教室中二氧化碳含量，如图6所示。经过一节课的学习，教室中二氧化碳浓度达到了1 267ppm（即二氧化碳含量为0.126 7%），所以学生意识到需要马上开窗通风，否则会影响身体健康。课后学生分小组测定了卧室、厨房、马路边、公园等不同地点的二氧化碳浓度，认识到了空气中二氧化碳浓度超标的客观事实，激发了后续对二氧化碳来龙去脉的探究欲望。

三、梳理能够产生二氧化碳的化学反应，依据元素观制订低碳行动公约

针对大气中二氧化碳含量超标的事实，教师引导学生寻找这些二氧化碳的来源。先从含有碳元素的物质入手，列出自己知道的含有碳元素的物质：碳、一氧化碳、二氧化碳、甲烷、酒精、碳酸、碳酸钙、碳酸钠、葡萄糖、蛋白质等，试着写出能产生二氧化碳的化学方程式或反应关系，在小组内交流并不断完善。这个活动不仅复习了相关化学方程式的书写，也增强了学生对元素观、分类观、转化观的认识。

四、运用转化知识设法降低二氧化碳含量，培养多角度分析和解决问题的思路

如何降低大气中二氧化碳的含量？需要运用有关二氧化碳的哪方面知识才能解决问题？学生自主梳理二氧化碳的性质，寻找吸收转化二氧化碳的方法途径。学生能比较顺利梳理出二氧化碳的密度比空气大，能溶于水，一般不可燃、不助燃、不供呼吸，能与水反应生成碳酸，能与氢氧化钙溶液反应，能与氢氧化钠溶液反应，能参与光合作用，等等。接着教师提出现实问题：如何降低大气中二氧化碳含量？学生们想到了用氢氧化钠吸收。教师再引导他们结合火力发电1度会排放890 g二氧化碳的资料[4]，根据化学方程式计算出需要消耗氢氧化钠的质量为1 618.2 g，再自己查阅氢氧化钠的价格为4 050元/吨，计算出每发电1度释放的二氧化碳约需要6.6元的氢氧化钠才能吸收完全。对比1度电的价格，明显不划算。此活动给学生展现了一个解决实际问题的新角度——要算经济账。学生们提到了利用二氧化碳能溶于水并和水反应的性质，用海水吸收二氧化碳，教师提示他们查阅资料，分析海洋碳汇的利弊。学生们在查阅资料过程中又提到了光合作用吸收二氧化碳的方法，并尝试书写光合作用的化学方程式，不断完善对二氧化碳转化关系的构建。针对光合作用，还拓展了森林碳汇和碳汇交易的话題，增强了学生的社会参与意识。最后教师提出，工业生产是二氧化碳的主要排放源，如何处理工业生产排放的二氧化碳？学生们结合CCS（CO2捕获和封存）项目，对海洋封存、地质封存、矿石碳化、工业利用几种方式吸收二氧化碳的利与弊进行对比分析。这样的活动，让学生把具体的物质性质与生产生活中转化二氧化碳的方法建立起联系，使学生面对真实世界，能从化学的视角认识问题，抓住核心的物质及其化学反应寻找思路，借助查阅资料、讨论交流、完善认知，初步经历对真实的复杂问题进行分析、拆解、转化、尝试解决、反思完善的过程。

五、结合美术特色班的特长，设计低碳行动LOGO走进社区宣讲学习成果

我校是多年的美术特色校，我教的这个班级也是美术特长班，为了将科学与艺术更好结合起来，课后我还组织学生进行了低碳行动LOGO创意设计大赛，图8是部分学生设计的创意LOGO，能够看出来孩子们把学到的知识、理念与色彩、线条融为一体，体现了科学精神和社会责任的内化。

为了将项目学习的成果体现在社会性功能的发挥上，我们选择了一些优秀的设计印在环保购物袋上，组织学生进社区向市民宣讲低碳行动理念，把各组设计的低碳公约海报张贴在社区的宣传栏内，把学习的成果与社会发展建立起关联，让孩子们感受到学以致用，感受到自己的所学、所思、所想、所做对人与自然和谐共处、可持续发展的价值，激发了他们的责任感和使命感，增强学生的社会参与意识。

在项目完成之后，我和美术老师进行了交流，她指出，从美术专业的角度来说，LOGO设计有很多原则，比如独特性、信息性、文化性、艺术性等，如果能在项目学习的最后，围绕LOGO的设计，增加一节与美术教学融合的课，将会提升整个项目的综合价值。综上所述，以项目学习的方式开展复习课的教学，在真实问题的驱动下构建化学知识，把零散抽象的知识与现实生活建立联系，不仅促进了知识的系统化、结构化，也打通了课堂内外，给学生创造了更多的自主学习、有效提取、表达交流的空间，培养了学生的科学态度和社会责任，发展了学生的核心素养。