基于化学核心素养的项目式教学实践

陈垮垮

摘要：以“造纸工艺中的化学”为项目主题，学生通过完成“初识造纸流程”“探究造纸黑液”“处理造纸黑液”三个任务，复习巩固了碱的相关知识以及检验物质成分的一般思路，形成应用学科知识解决实际问题的思路和方法，渗透分类表征的化学观念，证据推理与模型认知、定性定量相结合的科学思维，科学探究与实践、科学态度与责任等化学核心素养。关键词：项目式学习;化学核心素养;碱;造纸黑液

文章编号：1008-0546（2022）10-0022-05中图分类号：G632.41文献标识码：B

在新课程理念的指引下，教师都积极探索由学科知识向学科核心素养转化的教学策略。《义务教育化学课程标准（2022年版）》中要求：注重启发式、互动式、探究式教学，开展以化学实验为主的多样化探究活动，创设真实问题情境，倡导“做中学”“用中学”“创中学”，开展项目式学习，重视跨学科实践活动。[1]项目式学习基于真实情境或问题，引导学生通过小组合作开展探究活动，在活动中进行设计、计划调查、问题解决、作品创作及展示、评价交流等任务。[2]与传统教学相比，项目式学习强调学生的主体地位，让学生经历成果导向下的项目任务解决过程，提炼解决实际问题的思路和方法，发展学生的科学思维和实践探究能力，促进学生核心素养的发展。因此项目式教学不失为新课程改革的一种有益尝试。

一、项目主题确立

在教学中，教师应重视选取和组织体现科学、技术、社会、环境相互联系的内容，密切联系生活实际，使学生真切感受到化学为创造更美好生活的贡献，促使学生自觉应用所学化学知识解释相关现象和解决现实问题。生产生活中与化学关联的事例多不胜数，受制于学生现有知识和技能储备，适合课堂探究的问题并不多。这就需要教师拥有一双慧眼，善于发现和开发生活资源，从中挑选、提炼、整合出适合初三学生探究的内容。

纸是日常生活中的常用物品，学生每天读书、写字都离不开纸。造纸术是中国古代四大发明之一，由蔡伦发明，是古代劳动人民智慧的结晶。这些是学生耳熟能详的知识，但是纸是怎么被制造出来的，学生却知之甚少，恰好可以以此为契机，激发学生的学习兴趣，开展探究造纸工艺中的化学的项目式学习。围绕“造纸工艺中的化学”，以初识造纸流程、探究造纸黑液、处理造纸黑液为项目主线，在真实生产情境下复习了碱的相关知识以及检验物质成分的一般思路，形成应用学科知识和方法解决实际问题的思维方式。在探究活动中，小组交流讨论检验造纸黑液成分和处理黑液的方案，然后小组互评完善方案，通过实验探究进行成果展示，从中渗透分类表征的化学观念，证据推理与模型认知、定性定量相结合的科学思维，科学探究与实践、科学态度与责任等化学核心素养。

二、项目规划及教学流程

实际生产中的项目常常是综合的、复杂的，需要教师根据教学内容和教学目标对项目进行拆解规划，分离出相应的子任务。本次项目式学习，提前布置学生网上搜索古代和现代造纸的资料，思考想要研究的问题。学生的问题集中表现为“造纸过程中发生的化学变化及加碱的目的”“造纸后的黑液含有哪些成分”“如何处理造纸黑液”，经过协商讨论，最终确定将核心项目分解为三个子项目：①初识造纸流程②探究造纸黑液③处理造纸黑液。项目学习活动应该聚焦项目学习中关键问题的解决来考虑，即活动内容应体现学科思想方法的应用，活动组织顺序应遵循项目成果达成或关键问题解决的逻辑顺序。[3]基于以上设计思路，师生合作，制定项目计划及教学流程，见图1。

三、项目实施过程

【情境】展示生活中用到的纸及纸制品图片。造纸术是我国古代四大发明之一，是中国古代劳动人民智慧的结晶。同学们，你们想知道纸是怎么制造出来的吗？今天我们就一起来学习造纸工艺中的化学。

1.初识造纸流程

【投影】古代造纸流程见图2、现代造纸流程见图3。[4]

【教师】造纸过程中出现了一些我们熟悉的化学物质，它们之间会发生怎样的化学反应呢？请你写出反应方程式。

【学生】书写方程式

【教师】造纸反应中涉及到的碱性物质有哪些？

【学生】Ca（OH）2、K2CO3、KOH

【教师】造纸过程中加入碱性物质的目的是什么？

资料卡：（1）纸的主要成分是纤维素：（2）树木中含有纤维素、油脂、木质素等成分。

【学生】与油脂、木质素反应，提炼植物中的纤维素。

【教师】是的，为了更好地提炼其中的纤维素，古人同时加入了生石灰和草木灰，以便生成碱性更强、溶解能力更好的KOH。你还知道哪些呈碱性的物质？

【学生】NaOH、Na2CO3

【教师】现代造纸用的就是碳酸钠和氢氧化钠。（展示现代造纸流程）为什么古代不用碳酸钠和氢氧化钠呢？

【学生】那时候没有碳酸钠和氢氧化钠，只能用生石灰、草木灰之类比较易得的物质。

【教师】同学们分析得很好，直到近现代随着氯碱、联合制碱工业的发展，氢氧化钠、碳酸钠才开始广泛应用。对比古今造纸，现代造纸在原料和工序上都有了一定的改进，说明科学技术的发展促进了化学工艺演变与进步。

【教师】以上的碱性物质都是碱吗？什么是碱？

【学生】碱的组成可表示为：金属阳离子（或NH）+OH-

【教师】那么碱和碱性物质有什么联系和差别？

【学生】碱溶液一定显碱性，但显碱性的不一定是堿溶液。

2.探究造纸黑液

【教师】造纸工业的碱法制浆工艺产生的黑液含有木质素、半纤维素等有机物，呈黑褐色，故称作黑液。结合过程中发生的化学反应判断黑液除了上述有机物外还有哪些成分？

【学生】一定有生成物KOH，反应物中的一种可能有剩余，因此可能存在以下三种猜想：（1）KOH（2）KOH、Ca（OH）2（3）KOH、K2CO3

【教师】有了猜想，怎样设计实验验证猜想呢？

【学生】首先应弄清楚需要检验哪些物质。三者的共同点KOH无需检验，区分三者应聚焦在不同点上，所以本设计即简化为检验是否含Ca（OH）2或K2CO3。根据碱和盐的性质，选择试剂，小组讨论检验Ca（OH）2和K2CO3方法，从中归纳出物质检验的条件：（1）具有明显现象（2）考虑共存物的干扰，具体分析过程见图4，图5。

【教师点拨】如果选择加酸检验K2CO3的话，应该注意什么？酸会优先与KOH发生中和反应，如果酸少，即时有K2CO3也观察不到明显现象，必须加足量的酸。

【汇报方案】取样，加入碳酸钠溶液或吹气，若有白色沉淀，则说明含Ca（OH）2，即为猜想2。若无现象则可能为1或3。另取样，加入过量盐酸，若有气泡，（或加石灰水、氯化钡，有沉淀）则含K2CO3说明是猜想3，无气泡（或无沉淀）则为猜想1。（先检验K2CO3后检验Ca（OH）2也可以。）

【布置任务】动手实验，完成表1。

【实验提醒】采用倾倒法加1-2mL左右的模拟黑液，盐酸1滴管，其他试剂2-3滴即可。

检验氢氧化钙和碳酸钾的方法有多种，选择一种检验方法即可。

【汇报结论】黑液中含有KOH和K2CO3，猜想3正确。

【教师】猜想3中KOH和K2CO3同时存在，如何检验其中的KOH？

【学生】利用碱的通性推测KOH化学性质，结合上面总结的物质检验条件，筛选出具有明显现象的三条性质进一步分析论证，考虑共存物K2CO3是否对检验有干扰，向K2CO3溶液中分别滴加酚酞、氯化铁、硫酸铜溶液，结果与KOH反应现象相同（见表2），由此得出结论K2CO3的存在干扰KOH的检验，检验KOH必须先除去K2CO3。根据K2CO3性质，最初提出以下三种方法：（1）加酸HCl/H2SO4（2）加碱Ca（OH）2/Ba（OH）2（3）加盐BaCl2/CaCl2，然后分析可行性，（1）中酸优先与KOH反应，除掉待检验的KOH，不可行;（2）中反应生成待检验的KOH，不可行;只有（3）既能除掉K2CO3，又不会引入待检物质KOH，可行。排除干扰的思路：只除去干扰物，不引入待检验的物质。

【汇报方案】方案一：取样，加入过量氯化钙溶液，有白色沉淀，向上层清液中再加几滴酚酞（或氯化铁、硫酸铜溶液），若变红（红褐色或蓝色沉淀），说明含KOH，反之，则不含。方案二：先加酚酞，溶液变红，再加过量氯化钙溶液，有白色沉淀产生，红色不退去，则含KOH，若有白色沉淀产生，红色退去，则不含KOH。

【布置任务】动手实验，完成表3。

【实验提醒】采用倾倒法加1-2mL左右的模拟黑液，氯化钡1滴管，其他试剂2-3滴即可。

【汇报结论】黑液中含有KOH。

【教师】实际黑液处理的时候，除了要知道黑液的成分，还应明确各成分的具体含量，那么如何测定黑液中碳酸钾和氢氧化钾的具体含量呢？数字化实验可以轻松解决上面的难题。图6和图7是我们即将用到的仪器和装置，这是数据采集器，这是泵动式二氧化碳传感器，可以测定二氧化碳浓度。

【演示实验】打开数字化信息系统操作界面，点击“开始”，打开活塞，向烧瓶内注入硫酸，直至二氧化碳浓度不再发生变化，点击“结束”停止加酸，如图8所示。

【教师】将最终的二氧化碳浓度转化为质量，代入方程式就可以算出样品中碳酸钾的质量，以及碳酸钾消耗酸的质量。测定样品中氢氧化钾的质量还需知道哪些数据？

【学生】反应消耗的酸的总量，酸的总量减去碳酸钾消耗的量即为氢氧化钾消耗的量，代入方程式即可求出氢氧化钾的质量。如果黑液的质量也已知，即可算出碳酸钾和氢氧化钾的质量分数。

3.处理造纸黑液

【教师】通过以上探究证实造纸后的黑液呈碱性，不能直接排放到水中。如果你是造纸厂的技术人员，你打算如何处理黑液呢？

【学生】加酸中和，调节pH至接近中性再排放，生成的盐还可以用作钾肥。

【教师】是的，我国现代造纸工业处理黑液，就是向黑液中加入硫酸进行中和。我国的《制浆造纸工业水污染排放标准》中要求废水的pH为6-9，那么如何监测废水的pH？

【学生】使用pH试纸或pH计。

【教师】黑液处理还有其他方法吗？

【学生】回收其中的碱，循环利用

【PPT展示】造纸厂黑液的处理方法

【教师】同学们的想法都非常实用！而且都已用于实际生产了。处理黑液的方法有多种，我们应根据实际情况选择高效的黑液处理技术，更应研究开发更加环保的造纸工艺。

【教师总结】本节课，我们通过初识造纸流程，温故了碱性物质，复习了碱的概念，应用碱的性质探究了黑液的成分，数形结合定量测定含量，分析了处理造纸黑液的方法，渗透绿色化学思想。希望同学们有机会去造纸厂实地参观，在参观的过程中用化学的眼睛看，用化学的思维思考如何节约原料，减少污染，提高生产效益！

四、项目教学反思

1.以学生为主体，推动学习发生

应用项目式教学从化学角度认识造纸工艺，重构碱的相关知识。通过造纸主题情境下的问题解决，激发学生的探究欲，通过课前查阅资料、小组讨论、实验设计和探究，让学生进入一种有意义的学习状态，亲身经历真实问题解决过程的体验和感悟，学生从传统课堂的被动接受者變身为主动探索者，积极调用化学学科知识解决问题并自觉提炼问题解决的思路与方法，提升陌生情境下迁移应用的能力。在项目学习中教师是学生学习的促进者，必要时候为学生搭建解决问题的支架，学生才是学习的主体，最终问题解决取决于学生，由此强化学生学习的内驱力和责任意识，增强自我成就感。

2.依托化学实验，培养核心素养

项目式教学让学生自主设计并动手实验，不仅可以促进学生对知识的理解而且有助于发展学生的核心素养。实验是释放化学魅力的一种重要途径，具有显著的实践属性和证据功能，因此依托化学实验开展证据推理的科学探究活动大有裨益。探究黑液成分环节，学生需要不停地思考和动手实践，在培养观察能力、实践技能的基础上，还有助于培养学生的证据与推理、模型与解释的科学思维，促进化学核心素养的发展。定量测定黑液成分含量时引入数字化实验，体现现代信息技术与化学实验的深度融合，创新实验检测方法，进一步彰显实验的深层价值，引领学生从定性走向定量，进入高阶思维活动，渗透科学探究与实践、创新意识、科学态度等核心素养。

参考文献

[1]中华人民共和国教育部.义务教育化学课程标准（2022年版）[S].北京：北京师范大学出版社，2022.

[2]周蕾.基于项目式学习的高中化学教学的设计与设施[D].昆明：云南师范大学，2020.

[3]侯肖.胡久华.在常规课堂教学中实施项目式学习——以化学教学为例[J].教育学报，2016，12（4）：39-44.

[4]陈悦，吴波，李光全.促进学生核心素养发展的情境教学——“以碱的化学性质”复习课为例[J].化学教与学，2021（2）：57-61.