依托“项目式学习”模式促进高中化学深度学习的教学实践

刘莉

摘要：随着教育的不断改革与发展，越来越重视培养学生的核心素养，而学科核心素养正是学科育人价值的集中体现。而深度学习对发展学生化学学科核心素养具有重要价值，项目式学习是实现深度学习的重要途径。以“工业制碱”为例，基于“化学反应原理的确定”、“原料来源的选择”、“化工流程的设计”等核心任务对学习中涉及的化学理论、学科观念、化工生产流程等进行项目式整合，在真实情境中完成项目任务，使学生在学习主动性、学科思维以及深度学习方面获得提高与进步。

关键词：项目式学习;深度学习;核心素养;创新意识

一、问题的提出

《普通高中化学课程标准（2017年版）》指出：应重视开展“素养为本”的教学。学科核心素养是学科育人价值的集中体现，是学生通过学科学习而逐步形成的正确价值观念、必备品格和关键能力[1]。深度学习是落实核心素养的重要途径。胡久华等把聚焦化学核心素养的深度学习界定为：在教师的引领下，学生围绕具有挑战性的学习主题，开展以化学实验为主的探究活动，从宏微结合、变化守恒的视角，运用证据推理与模型认知的思维方式，建立运用化学学科思想解决问题的思路和方法，培养学生的创新精神和实践能力，促进学生核心素养的发展[2]。而“项目式学习”模式是以问题情境为中心的教学模式，教师将学习任务项目化，引导学生运用已有的知识和经验在真实情境中再建构与创造新知识的学习过程。该学习模式不仅符合新课程标准的学习要求，而且能够促进学生的深度学习[3]。

本文以“工业制碱”为例，依托“项目式学习”模式，解决如何制备纯碱的问题，包括制碱原理的确定、原料来源的选择、工艺流程的设计等问题，培育学生的社会责任感，落实立德树人的根本任务，展开依托“项目式学习”模式促进高中化学深度学习的教学实践。

二、主题的确立

化学工业对国计民生的发展起着不可替代的重要作用，是化学学科知识综合应用的具体实例。本课时为上科版高三拓展型课程第五章第三节“化工生产”的学习内容，前面已经有了溶解平衡、碳酸钠与碳酸氢钠、氯碱工业等内容，后面还将继续学习化工生产的基本原理。本节课的制碱工业是无机化工最重要的内容，是氯碱工业、海水提溴、海带提碘、工业制硫酸等无机化工的延伸和拓展，也是物质溶解度、溶解平衡、离子反应规律、化学平衡移动规律等化学理论的实际应用，也为后面化工生产的系统复习奠定基础。

基于主题的确立，结合具体的学情，确定如下项目教学目标与教学重难点： （1） 通过实验探究，理解氨碱法和联合制碱法的原理及化工生产的简单流程;（2）初步学会从经济、环保等角度进行化工生产流程的设计，体会化工生产中的绿色化学思想，并通过了解“侯氏制碱法”的背景，感悟侯德榜先生的爱国主义情感，增强民族自信，激发爱国主义情怀。

重点：氨碱法和联合制碱法生产纯碱的原理。

难点：氨碱法和联合制碱法生产纯碱的原理。

三、设计的思路

联合制碱工业是新中国的第一项专利，承载着民族化学工业的骄傲。本节课依托“项目化学习”模式，围绕经济（成本）、环保等方面考虑，解决如何制碱的问题。通过小组讨论、分析先后确定制碱的化学反应原理、原料来源以及滤液的处理方法，展现化学工业在综合利用资源、节约能源、保护环境等方面采取的技术措施，逐步自主构建制备纯碱的工艺流程。最后，给出两种制碱方法的名称，从而引出侯氏制碱法及其化学发展史，了解“侯氏制碱法”诞生的历史背景，感受其在内忧外患的情况下发展民族工业的艰辛，体会侯德榜先生的实业救国理想和爱国主义情感，增强学生的民族自豪感，激发学生的爱国主义情怀。

四、项目教学设计

4. 项目学习实施

4.1情境引入：碳酸钠的用途

厨房中的食用纯碱可用于发面、去油污等。纯碱是一种非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、洗涤剂、造纸、纺织、食品等工业中有着非常广泛的应用。我们的老祖宗最早使用的是天然碱。内蒙古碱湖中就存在碳酸钠。但是随着工业的发展，天然碱的量远远不能满足日常生活、生产的需求。在1775年法国科学院悬赏10万法郎征求可工业化的制碱方法。如果你是制碱的工程师，你將打算如何生产纯碱呢？

设计意图：本节课以纯碱在日常生活、生产中的广泛应用，引出天然碱的数量远远不能满足生产、生活的需求，引领学生化身“小小工程师”，引出如何进行工业制碱的项目任务，激发学生的探知欲，帮助学生树立“性质决定用途、用途决定生产”的化学观念。

4.2 项目任务：将工业制碱划分成三个子项目：（1）化学反应原理的确定、（2）原料来源的选择、（3）化工流程的设计等完成三个子项目任务。

[任务一] 化学反应原理的确定

[提问] 海水中有大量的氯化钠。我们从元素守恒的角度分析，我们可以想办法把氯化钠转化成碳酸钠，即向饱和食盐水中通入CO2，这样能制得碳酸钠吗？

[演示实验] 向充满CO2的矿泉水瓶中倒入20毫升饱和食盐水，充分振荡。

[实验现象] 发现没有固体。气体体积没有变化。

[教师拓展补充] CO2在水中的溶解度很小，饱和碳酸的浓度只有0.033mol/L。而碳酸二级电离产生的CO32-就更少了。

[追问] 是否有办法能够增大CO2溶解度，从而促进碳酸的电离，使其产生更多的CO32-呢？

[学生回答] 加碱。

[追问]从降低成本的角度考虑，向NaCl溶液中加入哪种碱性物质比较好？

[学生] NH3。

[设问] 理论上，氨水作为碱能促进碳酸的电离，事实上移动平衡的效果明显吗？

[演示实验] 先向氨的饱和实验水中滴入酚酞，然后再向充满CO2的矿泉水瓶中倒入20mL氨的饱和食盐水（不要振荡）。

[实验现象] 瓶子越来越瘪，最后两边瓶壁几乎贴合一起，溶液颜色变浅。

[提问] 既然氨水能充分吸收CO2，那么他们反应后到底是碳酸铵，还是碳酸氢铵？

[学生] 碳酸氢铵。

[提问] 氨的食盐水吸收CO2后生成了碳酸氢铵，则溶液中大量存在哪些离子？

[学生] 有钠离子、氯离子、铵根、碳酸氢根离子、碳酸根离子。

[追问] 可组成几种物质？分别是哪些？

[学生] 5种。氯化钠、碳酸钠、碳酸氢钠、氯化铵、碳酸氢铵。

[提问] 最先析出的盐是？

[学生] 碳酸氢钠。

[设问] NH3、CO2、NaCl这三者能否反应析出碳酸氢钠沉淀呢？

[演示实验] 先向氨的饱和食盐水通CO2，然后放入冰水中冷却。

[实验现象] 溶液变浑浊。

[教师拓展补充] 经过实验验证，可以析出碳酸氢钠固体。

请同学们完善化学方程式。学生写：

[教师拓展补充] Na+和HCO3-结合生成沉淀析出，导致溶液中的这两种离子的浓度减小。根据离子互换反应发生的条件，离子反应总是向着离子浓度减小的方向进行，所以这个反应能够一直向右进行。

[小结] 我们就此确定下制备纯碱的化学反应原理。

设计意图：本环节重在实验探究与理论分析。通过教师演示实验——饱和食盐水加入到CO2中、CO2通入氨盐水中。对实验现象的分析，意在培养学生“证据推理”的能力。引导学生对宏观现象（瓶子変瘪、溶液颜色变浅、溶液变浑浊）给出合理的解释，提升学生“变化观念”、“证据推理”、“科学探究”等化学核心素养。

[任务三] 化工流程的设计

[过渡] 化学反应原理和原料来源都确定好了，我们再来设计一下生产流程。

[学生讨论] 学生以小组为单位，讨论、交流、设计方案。

[第一组] 设计的流程图（在黑板上画）如下图。

其他组学生补充、完善。

[学生A] 陈述修改理由：根据碳酸氢钠分解的化学方程式，还有CO2产生，将CO2循环可以降低成本。

[学生B] 陈述修改理由：因为溶液中能析出NaHCO3固体，说明溶液中的NaHCO3是饱和的，所以滤液中肯定还存在NaHCO3。

[过渡] 这是工业制碱的一种方案。氯化铵是农业上常用的氮肥。

[提问] 根据NH4Cl的溶解平衡原理NH4Cl（s）NH4++Cl-和溶解度曲线，分析如何使NH4Cl析出而NaHCO3不析出？方案越多越好。

[资料] 几种盐的溶解度曲线。

[学生C] 加氯化钠，加氯化钠可以增加氯离子的浓度，使氯化铵的溶解平衡逆移。

[学生D] 适当降低温度，降温是因为碳酸氢钠的溶解度随温度的升高而增大得较为明显。

[学生E] 通NH3，通氨气是增加NH4+的浓度使氯化铵的溶解平衡逆移。

[追问] 除此之外，通NH3还有什么作用？

[学生F] NH3与NaHCO3反应，使NaHCO3转化成溶解度更大的Na2CO3，使析出的NH4Cl纯度更高。

学生补充完整两种流程图。

[教师拓展补充] 制碱的原料来源是NH3和石灰石，加生石灰处理滤液得到NH3后循环的这种方法叫氨碱法，他是索尔维设计的，所以又叫索尔维制碱法。而将合成氨工业和制碱工业联合起来的制碱方法叫联合制碱法，是侯德榜设计的，又称侯氏制碱法。

设计意图：通过小组交流、商讨工业制碱的工艺流程图，让学生在过程中感悟绿色化学的理念，也将学生所学的理论知识应用于实际，达到学以致用的目的，也能够更好地帮助学生理解工业制碱的原理，逐步自主构建制备纯碱的工艺流程，促进学生的深度学习，培养学生的创新意识与科学态度。

五、项目教学反思

1. 体验科研过程，促进综合化的有意义学习

何谓科研？一般是指在发现问题后，经过分析找到可能解决问题的方案，并利用科学实验，对可能的结果进行验证和改进，从而获得新产品。科学研究的基本任务就是探索、认识未知和创新。以“项目任务一”为例，学生站在制碱工程师的角度思考，如何将海水中的氯化钠转化成碳酸钠。学生根据元素守恒的思想，想到向了饱和氯化钠溶液中通CO2气体;紧接着思考如何增大CO2在水中的溶解度。学生能够想到加碱，而对于 “选择加入哪一种碱比较好”这个问题，学生也能考虑到生产成本和环保等重要问题。化学是一门以实验为基础的学科，通过实验证明，将CO2通入到氨盐水中能够析出碳酸氢钠，从而确定制碱的化学反應原理。这一过程是在真实问题情境中，学生体验用所学的化学知识和学科思维解决在实际化工生产中的面临的问题和挑战，也能够感受到化学这门学科的功能和价值，促进学生综合化的有意义的学习。

2. 理论应用实际，培养解决真实问题的能力

学科知识与学科思维均在解决真实问题中凸显其价值，彰显出学科魅力。在“项目任务三”中对于滤液的处理方式涉及到的理论有化学平衡理论、溶解平衡理论、物质溶解度、变化观念等。当然，学生能够很好地应用这些理论解决了“如何变废为宝”的问题。在项目式学习中，学生不仅达成了知识目标，而且通过学以致用，结合生产实际解决了滤液的处理问题，大大地降低了工业制碱的成本，同时也考虑到环保问题，提高了学生解决问题的能力，发展了学生的学科核心素养。

3. 建构工艺流程，提高学生深度学习的能力

高考改革的方向更倾向于考察学生的语言表达能力。学生将自己的制碱思路诉诸于笔端，呈现于纸上。在此过程中，学生自主构建工艺流程图，理顺了自己的思路。通过小组同学间的合作与交流，完成了从氯化钠到碳酸钠的化工生产过程的构建，也能够将其中涉及到的分离与提纯的方法嵌入在合适的位置。由此可见，经过教师的引导与启发，学生深度学习的能力可见一斑。项目式的学习方式改变了传统课堂“满堂灌”的学习方式，真正做到了凸显学生的主体性地位。通过这节课的学习，初步给学生建立解决化工生产问题的思考模型，提高学生探究与创新的能力，促进学生的深度学习。

参考文献

[1] 中华人民共和国教育部制定.普通高中化学课程标准（2017年版）[S].北京：人民教育出版社，2018.

[2]洪清娟. 基于"教学评"一体化的高三化学项目式复习——以习题教学设计与实践为例[J]. 中学化学教学参考， 2019（15）.

[3]李雪萍. 基于深度学习的高中化学项目式教学的应用研究[D]. 四川师范大学， 2020.

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