基于项目式学习培养化学宏微素养的实践研究

龚翠萍

新课程改革背景下，教学活动的设计更加注重化学学科核心素养的培养。在此阶段应用项目式学习方法，通过创设情境，设置目标，提出问题，以制定项目任务的方式，让学生主动参与探究和解决问题的活动，提交项目成果，并进行学习效果的检测和项目活动的评价与改进，可以有效提升学生的学习兴趣，培养学生的化学学科核心素养。

化学学科核心素养中的“宏观辨识与微观探析”，是化学研究物质及其变化的独特视角。在化学学习中，学生应尽可能地将宏观和微观结合起来，从微观本质上理解和思考宏观现象和变化。新课程新教材强调教学过程是师生交往、共同发展的互动过程。在教学过程中以问带学，通过问题链，处理好传授知识与培养能力的关系，注重学生的独立性和自主性的培养。引导学生观察、质疑、探究，在实践中学习，使学习成为在教师指导下主动的、富有个性的过程。

一、教学背景分析

（一）教材分析

在中学阶段的基本概念和基础理论知识中，《气体摩尔体积》这一专篇占有重要地位，对学好化学计算、掌握气体性质起着十分关键的作用，也是中学化学教学的重点和难点之一。中学化学许多反应都会涉及到气体，若要进行定量分析，运用气体摩尔体积不仅能简化计算，给化学研究带来方便，同时也能为以后学习有关气态反应物和生成物的化学方程式计算、化学反应速率、化学平衡提供必备的基础知识。

（二）学情分析

气体摩尔体积是一个抽象的概念，需要学生从以前的“以质量为核心”向现在的“以物质的量为核心”及时转变。实际上，大部分学生对固体、液体、气体只有感性上的认识，却很少关注物质的三态在微观上的异同。好在高一学生具备了一定的探究意识和观察能力、分析能力、数据处理能力，这些都为更好地学习气体摩尔体积做好了铺垫。

二、教学设计

三、基于项目式学习的教学实施

（一）创设问境，渗透宏微结合的双向培养（见表1）

（二）直观展示，强化微观探析素养的培养

【环节1】1 mol气体的体积>>1 mol固、液体的体积

设计意图：借助物质聚集状态的示意图，我们可以知道，气体微粒间的距离远大于固、液体微粒间的距离，所以当微粒数目都为1 mol时，气体的体积一定远大于固、液体的体积。引导学生从固、液、气体的微观结构角度去解释。

【环节2】有气体摩尔体积，而没有固、液体摩尔体积

设计意图：引导学生从图示进一步体会固、液体微粒间距小，摩尔体积受微粒的大小影响，没有定值，故没有固、液体摩尔体积。气体的摩尔体积受分子间距离的影响，因为分子间距在同温同压下是定值，故有气体摩尔体积。

【环节3】阿伏加德罗定律中应用对象的说明

设计意图：由图可知，气体分子间的距离远远大于分子直径，故分子本身的大小可以忽略不计。所以这里的“任何气体”，可以是单一气体或混合气体。通过直观展示，更利于学生理解微观结构影响宏观现象。

（三）证据推理，巩固宏观辨识素养的培养

【环节1】建立阿伏加德罗定律

【教师】1 mol的气体，微粒数相等，体积主要和微粒间距有关。同温同压下，由于不同的气体分子间的距离相等，因此1 mol的气体其体积相同。反过来，同温同压下，若两种气体的体积相同，则它们的分子数是什么关系？

【学生】它们的分子数一定相等。

【教师】引出阿伏加德罗定律。关注到“同”这一词，前面的“三同”是条件，最后的“一同”是结论。

设计意图：气体运动规律是气体所占体积的内因，外界条件是气体所占体积的外因。外因通过内因起作用，内因是事物变化的根据。通过分析，使学生理解内因和外因的辩证关系。进一步帮助学生通过宏观认识进行微观探析，培养化学学科核心素养。

【环节2】建立气体摩尔体积

【教师】通过概念辨析，明确1 mol的气体，在同温同压下的体积是相等的。从而引出气体摩尔体积的概念：一定温度和压强下，每摩尔气体所具有的体积。

【教师】在标准状况下，Vm=22.4 L·mol-1。那么只有在标准状况下，气体摩尔体积才等于22.4 L·mol-1吗？

【学生】标准状况只是定了氣体分子间距，气体摩尔体积数值可以有很多，在确定的温度和压强下是定值。所以在非标准状况下，气体摩尔体积也可以是22.4 L·mol-1。

设计意图：从标准状况推广到任一温度和压强，再次强调宏观上一定的温度和压强决定了微观上的微粒间距，即当温度和压强确定后，分子间的平均距离就是定值，只要粒子数确定，即体积确定。

（四）项目式学习，发展宏微结合素养的培养

1.项目介绍

1 mol任何气体的体积在同温同压下是相等的，在273 K和101 kPa时约为22.4 L。

布置任务：请你设计实验测定一定条件下1 mol氢气的体积。

2.活动目标

（1）明确测定一定温度和压强下气体摩尔体积的方法。

（2）学会测定1 mol气体体积的实验操作

（3）知道实验误差的形成和实验相对偏差的计算

3.自主研究

活动1：学生小组讨论，确定反应原理

问题1：制备氢气的原理是什么？

问题2：反应物的选择，相较于初中使用锌粒与酸反应制备氢气，为什么选择镁带？

问题3：实验时对硫酸的浓度有没有要求？将硫酸换成盐酸你认为是否合理？

小结：确定通过镁和稀硫酸反应生成氢气。

活动2：学生查阅资料，选择反应装置

问题1：实验时一般不会直接用1 mol的气体进行测量，原因主要是什么？

问题2：通过反应物和生成物物质的量之间的关系，可以借由称量固体物质的质量，等效替代氢气的物质的量吗？

问题3：生成的氢气可用排水法收集在什么容器中？

问题4：测定气体的体积，为什么要标明温度和压强？

小结：选择电子天平称量镁带质量，Y形管、量气管和水准管组合来测定反应中产生的氢气的体积。

活动3：学生小组交流，设计反应路径

问题1：化学定量实验对实验数据有何要求？为了达到这样的要求，在实验的设计上需要充分考虑哪些问题？

问题2：实验时，称取的镁带质量为何控制在0.015 0 g～0.025 0 g？

问题3：装配好化学反应气体体积测定装置后，怎样进行气密性检查？

问题4：读量气管刻度数据时，为何每次都需要先调节两边液面相平？

问题5：氢气的体积怎么算？

小结：根据实验装置的设计，各小组交流实验步骤，完善实验方案。

活动4：学生实施项目，记录实验数据

学生小组实验，测定并记录常温常压下产生的氢气的体积，进行数据处理，换算出1 mol氢气的体积，并能通过教师提供的实验温度下1 mol氢气体积的参考值，计算相对偏差。

教师尽可能多地收集全班同学的实验数据，对这些数据进行对比，了解所有学生实验数据的一致性情况及与参考值的偏差情况。

4.项目评价

（1）装置的选择

教师通过分析直接测量气体体积的装置（图5）和排水法测量气体体积的装置（图6）的利弊，引发学生讨论自己的设计中有什么问题，尝试进一步完善各小组设计方案，最后引出测定1 mol氢气体积的正确装置（图7）。

（2）实验误差分析

实验偏差有的来自仪器装置自身或试剂的品质，有的来自操作的不当。定量测定的偏差允许在一个范围内存在。通过收集全班同学的实验数据后，对测定结果与参考值偏差很大的情况，引导学生回顾自己的实验过程，分析产生误差的可能原因。

四、教学反思

开展项目式学习培养化学宏微素养的实践研究表明：

1.有助于学生化学学科核心素养“宏观辨识与微观探析”的培养。教学中不断设“障”立“疑”，显性地为学生提供微观与宏观之间的双向思维路径，有助于培养学生的微观想象能力，用微粒的观念去学习的习惯。只有合理地建构了微粒观，才能使学生用科学的观点理解宏观事物及其变化，做出正确的判断，也就相应地提升了学生的素质。

2.项目式学习能够促进学生学习态度的转变，激发学生学习兴趣。能提高学生综合能力和实验认知能力，培养学生实验操作能力，促进学生实驗态度的转变，提升实验思维。在小组合作时，学生能亲身体验成功，让学生的自我效能感倍增，不仅能增强学生的学习自信心，更为学生化学学科核心素养的发展创设了重要的条件。

3.有助于把教学活动的重心从“教”转移到“学”上，把教师的职能重心从“授”转移到“导”上，把教学目标的重心从单纯的知识传授转移到能力培养、智力开发上，这才与新课程中教与学要求相吻合。当教师从知识的传递者变成学生学习的促进者、组织者和指导者，就会极大地调动起学生学习的积极性和主动性，培养学生的问题解决意识，这与新课改目标和谐统一。