基于项目式学习促进化学学科核心素养培育的实践研究——以高中化学“沉淀反应的应用”教学为例

叶建伟 刘汝亭

核心素养是个体在解决复杂现实问题过程中体现出来的综合性品质，聚焦学生未来发展必备品格和关键能力的培育，着力于提升学生应对复杂的、不确定的现实问题的综合能力。化学学科是培育学生核心素养不可或缺的载体。

项目式学习以真实问题情境为基础，以创设独特又相互联系的任务为前提，借助现有的资源，师生通力合作达成任务目标。在教学中项目式学习强调采取合作、迁移等方式，过程中学生积极挑战未知领域，经历了目标导向下解决任务的全过程并获取新的知识，对知识迁移和创新能力的提升具有重要的功能，对于化学学科核心素养的培育具有特殊的意义。于此同时，该种教学方式能达到知行合一的效果，让学生在完成任务的同时，体会到化学学科的魅力，从而激发学习化学的兴趣。

现以人教版高二化学选修《化学反应原理》第三章第四节“难溶电解质的溶解平衡”中的“沉淀反应的应用”一课为例，就如何基于项目式学习培育化学学科核心素养展开探讨。

一、关注学科本质的知识分析

“沉淀反应的应用”是“难溶电解质的溶解平衡”的第二课时，内容包括沉淀的生成、溶解和转化三个方面，这三个方面的内容联系密切，与所学的溶解度、化学平衡、电解质、电离和水解等概念相互交织。高考对于该部分知识的考察均是基于真实问题情境，学生在面对该部分知识时往往难以理顺几组概念间的关系，导致不知从何入手。

沉淀溶解平衡是一类特殊的化学平衡，在进行教学时应始终贯彻“平衡观”的建构，通过宏微结合、定性和定量等多维度系统分析难溶电解质的溶解平衡和影响平衡的因素，帮助学生深入理解难溶电解质的溶解平衡也是动态平衡，可以通过改变条件使得平衡移动，并掌握如何通过Q-K关系判断沉淀的生成、溶解和转化［1］。

二、课程学习的认知障碍分析

1.知识迁移存在困难 学生习惯将沉淀溶解平衡视为独立的知识体系，难以与学过的化学平衡建立联系，无法迁移运用学过的相关知识解决溶解平衡问题。

2.概念辨析存在困惑 溶解平衡体系中往往会涉及到电解质在水溶液中的电离和水解等行为，面对多组概念、多种行为同时存在的情况下学生理不顺关系。

3.观念建构存在障碍 学生容易将沉淀的溶解、生成和转化概念相互割裂，无法建立沉淀溶解平衡模型，理解溶解平衡是“平衡观”的一种新的应用。

三、教学实践过程

1.教学思路 本节课选用真实问题情境“水垢的形成和去除”，课程设计紧紧围绕核心素养培育，聚焦学生能力的提升，通过设置连续性问题，让学生完成理论知识与现实问题的整合，进而帮助学生深入理解沉淀溶解平衡的本质，建构沉淀溶解平衡模型，完成“平衡观”的建立，提升解决实际问题的综合素养。为达成以上目标，将教学内容分解成六个项目式任务，见表一。

表一 沉淀反应的应用教学的项目式任务

2.教学过程 采用项目式学习的教学方式，以“水垢的形成和去除”为情境，将教学内容进行编排整合，始终贯彻核心素养培育，围绕课程教学的核心内容，通过创设不同的情境任务，引导学生运用学过的知识，解决实际问题，促进理论与实际相融合，提高学生学科核心素养。

项目一：沉淀的形成

［资料展示］水垢的危害及其每年给我国造成的经济损失。

［情境素材］水中含有多种矿物质和微量元素，利用水中含有的钙、镁离子含量将水分为软水和硬水。硬水在加热时，容易形成水垢，水垢大多为碳酸钙、氢氧化镁和硫酸钙等。

［实验1］利用氯化钙和碳酸氢钠溶液反应模拟碳酸钙生成。提示：自来水中含有Ca2＋和HCO-3离子。

在烧杯中加入氯化钙和碳酸钠溶液，无明显现象；再对烧杯进行加热，有白色沉淀产生。通过手持技术演示加热前后溶液电导率的变化，从微观角度理解沉淀生成过程。

［问题1］水垢中的碳酸钙如何形成？

HCO3-在水溶液中同时存在电离和水解两个平衡：HCO3-⇌H＋＋CO32-，HCO3-＋H2O⇌H2CO3＋OH-，其中水解程度大于电离，但是由于电离程度小，CO32-浓度低，故无沉淀形成。在加热情况下两个平衡均正向移动，电离和水解产生的H＋和OH-反应，进一步促进了上诉平衡的正移，导致CO32-溶度增大，当溶度达到一定程度时，发生Ca2＋＋CO32-=CaCO3↓。

［设计意图］通过水垢中碳酸钙的形成过程，引导学生从浓度角度重新审视沉淀的生成；并通过电导率的测定，定量呈现在沉淀形成过程中微观粒子浓度的变化情况，提高学生宏观辨识和微观探析素养。通过分析HCO3-在水溶液当中的行为，复习化学平衡相关的概念。

项目二：沉淀平衡的建立

［问题2］碳酸钙形成后水中是否还存在Ca2＋？

［实验2］取实验1的上层清液于试管中，往试管中滴加碳酸钠溶液。

往上层清液滴加碳酸钠溶液后，溶液重新变浑浊。利用浊度计定量测量反应前后的溶液浑浊程度的变化。

［追问］为什么还存在Ca2＋？

因为溶液中存在溶解平衡CaCO3⇌Ca2＋＋CO32-。

［设计意图］通过实验从定性和定量两个角度突破学生认识障碍：难溶不等于不溶，难溶电解质在水中也能溶解，存在溶解平衡；借助手持技术，提高学生科学探究素养。

项目三：沉淀的溶解

［问题3］如何除掉水垢中的碳酸钙？

可通过加入酸，例如盐酸或醋酸。碳酸钙在水中存在：CaCO3⇌Ca2＋＋CO32-，当加入酸，此时CO32-＋H＋⇌HCO3-，HCO3-＋H＋⇌H2CO3=H2O＋CO2↑，溶解平衡正向移动，碳酸钙溶解。

［问题4］如何除掉水垢中的氢氧化镁？

氢氧化镁在水中存在：Mg（OH）2⇌Mg2＋＋2OH-，加入酸后，OH-溶度降低，平衡正向移动，Mg（OH）2溶解。

［追问］除了利用加酸除氢氧化镁，从平衡移动的角度思考是否可以加入盐溶液溶解氢氧化镁？

［实验3］向盛有少量氢氧化镁沉淀的试管中加入氯化铵溶液。

［追问］为什么氯化铵可以除氢氧化镁？

氯化铵溶液中的NH4＋与OH-发生：NH4＋＋OH-⇌NH3·H2O，促进氢氧化镁溶解平衡向正向移动。

［设计意图］通过思考如何除去水垢中的碳酸钙和氢氧化镁，促进深入理解难溶电解质的溶解平衡也是动态平衡，可以通过改变条件使平衡移动。

项目四：沉淀的转化

［问题5］水垢中的硫酸钙如何除去？

［实验4］两根盛有少量硫酸钙沉淀的试管，其中一根加入盐酸，另一根先加碳酸钠再加盐酸。

在水溶液中硫酸钙存在溶解平衡：CaSO4⇌Ca2＋＋SO42-，只加盐酸对上述平衡没有影响。加入碳酸钠后，Ca2＋＋CO32-⇌CaCO3，促进CaSO4的溶解平衡正向移动变为CaCO3，再加盐酸后，沉淀溶解。

［追问］溶液中碳酸根浓度最少为多少时硫酸钙可转化为碳酸钙？（提供：KSP［CaSO4］=9.1×10-6，KSP［CaCO3］=2.8×10-9，计算时取KSP［CaSO4］=10-6，KSP［CaCO3］=10-9）CaSO4⇌Ca2＋＋SO42-，［Ca2＋］=［SO42-］=10-3mol／l；欲使硫酸钙转化为碳酸钙，需满足Q［CaCO3］≥KSP［CaCO3］=10-9，此时［CO32-］≥10-6。由计算可知，硫酸钙容易转化为碳酸钙。

［设计意图］以水垢中硫酸钙的去除为背景，引导学生利用Q-K关系判断沉淀的转化，帮助学生从定量的角度理解难溶电解质的溶解平衡，提升学生证据推理能力。

项目五：模型建构

［问题6］思考沉淀溶解平衡与学过的化学平衡有什么关系？研究方法有什么相同的地方？

［设计意图］引导学生通过归纳课堂内容，深入理解溶解平衡是“平衡观”的一种新的应用，建立沉淀溶解平衡模型，提高模型认知素养。

三、总结

本节课采用项目式学习的教学方式，以贴近生产生活的真实问题情境“水垢的形成和去除”为教学线索，对沉淀反应的生成、溶解和转化等相关知识进行有机整合，力争让学生通过解决具体的任务目标，完成理论知识和真实问题解决相结合，从而培养学生解决实际文题的综合品质，达到学科核心素养的有效提高。

四、实施建议

进行项目式学习教学，应始终围绕核心素养培育和学科本质展开，建议做到：

1.项目选取应服务教学 项目选择前提需符合教学实际，需适合学生的认知发展水平，可以从课程内容对化学学科核心素养发展的价值或者学科本体知识在生产生活领域中的应用等视角切入。

2.环节设计应聚焦素养 在教学环节设计时应紧密结合学科本质要求，深入挖掘课程背后所蕴含的学科核心素养，每一个教学环节的设计应该时刻与核心素养对标。

3.实施过程应关注学生 项目式学习实施过程当中应以学生为主体，以任务为目标，以理论为指导，整个教学环节始终围绕学生进行展开，时刻关注学生在解决真实问题中的认知的发展，并适当予以引导。