学科核心观念统领的化学项目学习活动设计

张朝赛 韩丽君

摘要： 在“从自然界中的盐到餐桌上的食盐”项目学习中，以核心概念的建构和发展作为核心教学活动的设计依据，以系列项目学习活动构成学生完成项目任务的“脚手架”。通过溶液质剂比概念的建构和应用此概念解决问题的活动发展学生对于溶液的基本认识，发掘项目式学习活动的功能与价值，同时促进学生实现深度学习，发展学科核心素养。

关键词： 项目式学习； 溶液质剂比； 动态平衡； 极限思想

文章编号： 10056629（2022）10005505

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

学科核心观念也称学科大概念，指“能反映学科的特质，居于学科的中心地位，具有较为广泛的适用性和解释力，具有超越课堂的持久价值和迁移价值的原理、思想和方法”［1］。《普通高中化学课程标准（2017年版）》（简称“课程标准”）提出了“突出化学基本观念（大概念）的统领作用”［2］。学科核心观念的发展是学科核心素养发展的重要内容和表现形式，如“动态平衡”观念与学科核心素养中的“平衡思想”相对应。课程标准建议“基于核心观念实现教学内容的结构化设计，逐步提升学生的化学知识结构化水平，发展化学学科核心素养”。“从自然界中的盐到餐桌上的食盐”是九年级化学项目式学习实验教材［3］中的一个项目，主要发展学生对于溶液的基本认识。以学科核心观念为统领设计该项目中的学习活动，有利于发挥项目式学习的优势，促进学生深度学习，发展学科核心素养。

1 基于“动态平衡”核心观念构建溶液知识框架

1.1 “动态平衡”核心观念的知识层级结构

“动态平衡”是化学学科的核心观念之一，其基本观点是可逆变化的过程是动态的、有限度的、可调控的。对于化学反应体系、弱电解质的电离、弱酸碱盐的水解以及难溶电解质的溶解等可逆变化过程，都可以用相应的平衡常数来表示该过程的限度，可以控制温度、浓度、压强等因素影响Q和K的相对大小关系，来调控平衡移动的方向（见图1）。

1.2 基于“动态平衡”理解初中阶段溶液主题知识框架

溶质在溶剂中的溶解过程存在极限，通过改变溶液中溶质和溶剂的相对关系或是溶解极限可以调控溶质在溶液中的溶解和结晶等过程（见图2）。

首先，在溶液体系中，可以用溶液中溶剂和溶质两个要素的相对关系来表示溶液的状态。“溶液质剂比”是指一定条件下溶液中溶质质量和溶剂质量的比值，用m（溶质）m（溶剂）表示。当溶液达到溶解极限即饱和时，溶液质剂比达到该条件下的最大值，该极值用max（质剂比）表示。max（质剂比）越大，表示溶质在该条件下的该溶剂中溶解限度越大。

其次，对于某溶液，根据任意时刻m（溶质）m（溶剂）与该条件下的max（质剂比）的相对大小关系，可以判断是否达到该条件下的溶解限度：

m（溶质）m（溶剂）

m（溶质）m（溶剂）=max（质剂比），溶液达到饱和；

m（溶质）m（溶剂）>max（质剂比），溶液饱和且有晶体析出。

饱和溶液和不饱和溶液的调控，其实质是对m（溶质）m（溶剂）与max（质剂比）相对大小关系的调控（见图3）。通过增减m（溶质）或m（溶剂）改变m（溶质）m（溶剂）、或者改变温度控制max（质剂比）的大小，可以调控m（溶质）m（溶剂）与max（质剂比）的相对大小关系，进而实现饱和溶液和不饱和溶液以及溶解和结晶的调控。

虽然义务教育化学学业标准［4］和课程标准［5］都没有明确提出对学生“动态平衡”认识发展的要求，但从整个中学阶段学生的认识发展来看，义务教育阶段溶液主题若能建构“溶液质剂比”的核心概念将有助于学生理解变化体系中的极限思想，并通过影响任意状态与极限状态的相对大小关系对体系进行调控，能够为高中阶段认识化学反应平衡、电离平衡及难溶电解质的溶解平衡等平衡体系奠定认识基础［6］。

2 “动态平衡”观念统领下的项目活动设计与实施

在常规的化学课中实施PBL教学，其首要目标是按照课程标准的要求，促进学生化学学科核心素养的发展，促进学生基本知识、技能以及核心概念、思想方法的落实［7，8］。在项目式学习过程中，将通过完成该项目拆解出的项目任务和项目活动，达成目标，解决问题，二者的结合，共同指导项目活动的设计与实施。根据学情和学习目标，挖掘项目活动中发展学生认识方式的功能和价值，对项目学习任务和项目活动进行设计，是教材校本化转化的重要任务之一。化学项目式学习实验教材［9］（以下简称“化学项目教材”）中项目二“从自然界中的盐到餐桌上的食盐”是一个以溶液为主题的项目，通过以海水等自然界中的盐为原料，定性及定量地认识溶液的组成，理解并迁移应用食盐生产历史及生产工艺，设计并制作餐桌上的功能食盐。

2.1 项目学习目标

基于学生的项目目标及化学学科核心素养的发展目标，该项目的学习目标应包含以下几个方面：

（1） 能够将项目拆分成从自然界中得到粗盐、粗盐提纯得到氯化钠以及功能食用盐等子项目。

（2） 能够从“拆”和“合”的不同角度认识溶液是混合物，由溶质和溶剂组成；能够用质剂比来表示溶液的组成；能够基于物质的性质，分析在溶解和蒸发的过程中溶质和溶剂的变化。

（3） 知道质剂比达到最大值时达到溶解极限，并能够设计实验测量氯化钠溶液的最大质剂比。分别用溶液质剂比和溶质质量分数表示溶液的浓度，能够根据质剂比配制一定质量分数的溶液。进而能够分析煮盐、晒盐等工艺原理，并设计在生产粗盐过程中如何提高产率、降低能耗的方法。

（4） 能够根据现象或溶液质剂比与其最大值的相对关系来判断溶液是否饱和；能用溶解度和质剂比最大值描述溶解极限；能够从数据、溶解度曲线中获取溶解极限信息并认识溶解极限和温度的关系；能够运用质剂比调控饱和与不饱和溶液的转化及物质的溶解和结晶。进而能够分析、设计在粗盐提纯氯化钠固体过程中如何保证纯净并提高产率的方法，能够分析“盐矿石中分离氯化钠”以及“夏天晒盐、冬天捞碱”等生产工艺的原理。

（5） 能够完成溶解、蒸发、过滤、配制一定浓度的溶液等实验操作。通过查阅资料，设计并实施制作不同功能的食用盐。

2.2 项目活动对学生发展学科大概念的功能与价值

化学项目教材中将项目拆解为“从自然界中得到粗盐”“从粗盐中提纯氯化钠”和“制作不同功能的食用盐”三个任务，每个任务又拆解成两个活动，详见图4。

化学项目教材中呈现了非常丰富的学习材料，实验探究、交流研讨等类型的学习活动。“溶液质剂比”是认识、表达和应用极限思想的核心概念，项目活动开展时，要保障学生化学学科核心素养的发展一定是围绕着这个核心概念的建构和发展的。认识这些活动对于学生建构和发展“溶液质剂比”概念的功能和价值，

将有利于促进学生相关概念的认识和发展。项目中部分项目子任务及子活动对促进学生“溶液质剂比”概念发展的功能和价值如表1所示。

2.3 项目学习活动设计

选取“溶液质剂比”的概念建构以及概念应用相关活动为例，展现项目活动开展的师生活动。

2.3.1 “溶液质剂比”概念建构活动设计

学生“溶液质剂比”概念的建构与发展可以从“拆分”溶液和“合成”溶液两个视角分别认识溶液的两个要素——溶质和溶剂的关系，要经历定性认识、分析溶液质剂比变化到定量认识溶液质剂比的大小与溶液浓度的关系，同样还要经历基于事实的概念建构过程到概念的简单应用的认识发展过程。将学生的认识发展线索与项目任务和活动结合起来，对项目任务1活动1中实验探究活动“从食盐水中分离出氯化钠”和活动2中交流讨论活动“熬煮海水能得到多少盐”进行重新设计，并始终以驱动性问题推动活动的开展（见图5）。

学生将在两个项目活动中经历四次盐水蒸发的实验，但每次蒸发对促进学生认识发展的功能和价值都不同。第一次蒸发，侧重于蒸发的实验操作及现象观察分析，促进学生认识氯化钠溶液的组成，提出溶液质剂比概念，并用其去分析蒸发过程中溶质和溶剂的变化情况。第二次蒸发，侧重于借助温度传感器测定蒸发过程中的温度变化。沸腾前，温度逐渐升高，水基本不蒸发；开始沸腾后，温度维持在100℃左右，水蒸发而氯化钠不析出；沸腾一段时间后，氯化钠析出，温度略有升高。促进学生基于温度变化的证据认识溶液质剂的变化以及溶解的限度——饱和溶液质剂比最大值。第三次蒸发，侧重于学生在实验过程中将温度变化与现象相对应，验证观点，深化对蒸发过程中质剂比变化及溶解限度的理解。第四次蒸发则侧重于学生认识不同浓度溶液蒸发过程中质剂比变化的相同与不同，有助于学生定量地认识溶液质剂比的大小。

蒸发氯化钠溶液是“分”的思想，即通过蒸发结晶，将溶液中溶质和溶剂分开，进而认识溶液中两者的关系。而配制溶液，則体现“合”的思想，即通过将溶质和溶剂混合得到溶液，来认识溶液中两者的关系。

2.3.2 应用“溶液质剂比”概念解决问题的活动设计

“溶液质剂比”概念应用于解决真实、复杂的定量问题中，帮助学生建立解决复杂问题的思路与方法。以任务2活动1中交流研讨活动“从粗盐中分离氯化钠需要考虑哪些问题”为例，化学项目教材中，该活动通过引导学生完成分析、解释“盐田中蒸发海水获得粗盐时，工人们选择畦内有部分水的时候收盐”原理的定性任务，促进学生理解溶解度的概念。将该活动重新设计，拆分成“从海水中得到杂质尽可能少的粗盐”和“从粗盐中分离氯化钠”两个方案设计型的任务，使学生通过“溶液质剂比”和“质剂比最大值”（溶解度）的计算，解决“蒸发多少水时捞盐氯化钠产量最高且杂质最少”这一核心驱动问题，形成定量解决问题的方案及通过“溶液质剂比”相关计算定量解决问题的思路（见图6）。

3 总结与思考

项目式学习不是常态课的补充，项目学习活动给学生提供了大量“做”的机会，但只有深刻挖掘与认识项目活动对发展学科大概念的功能和价值，才能够将其与常态课的学科教学目标结合起来，保障学生“做”的学习效果，也只有这样才能推进在常态化课中实施项目式学习。

学生在“探究常温下氯化钠溶解的最大质剂比”和“制作不同功能的食用盐”两个项目成果汇报展示过程中提供的证据充分说明了学生对溶解的限度的深刻理解和运用。然而，在本项目的设计与实施过程中，还没有突破平衡的“动态”这一个认知难点，可以在初、高中衔接课程中再进一步建构溶解过程中的动态平衡思想，为高中必修阶段认识化学反应的限度、选修阶段基于K、 Q关系认识化学平衡的移动及调控化学反应的方向奠定认识基础。

参考文献：

［1］何彩霞. 化学学科核心素养导向的大概念单元教学探讨［J］. 化学教学， 2019，（11）： 44～48.

［2］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.

［3］［9］王磊， 魏锐， 胡久华. 项目学习实验教材·化学·九年级［M］. 太原， 山西教育出版社， 2018.

［4］北京市海淀区教师进修学校. 海淀区义务教育学业标准与教学指导·化学·9年级［M］. 北京： 北京师范大学出版社， 2018.

［5］中华人民共和国教育部制定. 义务教育化学课程标准（2011年版）［S］. 北京： 北京师范大学出版社， 2012.

［6］崔文秀. 初中化学溶液知识中体现的学科思想［J］. 化学教与学， 2014，（10）： 9～10，89.

［7］巴克教育研究所. 项目学习教师指南（第2版）［M］. 北京： 教育科学出版社， 2008： 4～5.

［8］焦建利. 《地平线报告》2015基础教育版简评［J］. 中国信息技术教育， 2015，224（21）： 31～32.