高三化学“实验专题复习”的微项目学习——以“从污水溶氧量引发的探究”为例

杨兰芳

微项目学习是项目式学习的灵活应用，是指将教学内容项目化，通过情境化的微型主题任务，让学习者在实践探究、内化理解、应用创新中获得较为完整和具体的知识与技能，从而提高学习者实践能力和创新能力的学习方法。微项目学习的“微”体现在课堂需完成的项目小、完成项目所需的课时少，一般可在1～2 课时的时间内解决一个项目学习。高三实验复习课的常态教学消耗的时间多且效果不理想，教学方法多以讲授代替动手实验，背诵代替实验探究，刷题代替能力培养，这样的教学必将造成学生的知识固化、思维僵化，实验素养的培养更是无法落实。《普通高中化学课程标准（2017 年版2020 年修订）》（以下简称为课标）对化学实验的课程要求是不仅要掌握高中实验的必备知识，而且能依据探究目的设计并优化实验方案、完成实验操作、加工实验信息、获得实验结论、改进实验设想，注重对化学实验关键能力、实验思想以及实验素养的考查。因此，高三实验复习不能停留在讲解和刷题上，特别是对典型难点问题，如定量实验和性质探究型综合实验的复习，不仅要关注结构与性质、变化与平衡等学科核心知识，还需要注重实验探究、证据推理、模型认知、多重表征等科学方法的综合运用。高三实验复习课中运用微项目学习可以很好地落实课标对化学实验的要求。

现以一节题为“从污水溶氧量引发的探究”高三定量实验和性质探究型综合实验复习课为例，谈谈如何设计和组织高三化学实验专题复习课的微项目学习。

一、微项目学习主题的分析

（一）核心知识在实际教学中的价值

核心知识是在让学生必须掌握、理解的知识中相对处于核心地位的知识，是贯穿教材编写或教学实施的主线，是联系全部教学活动的轴心骨，是教学活动之魂的栖息地。化学学科核心知识包含核心概念、科学方法、学科价值等。“从污水溶氧量引发的探究”微项目学习包含测定水中溶氧量、检验高铁酸钾的性质两个项目，通过对课标中的课程目标与高中实验知识结构的梳理，得出这部分教学内容涉及的核心知识包含：结构与性质、速率与平衡等学科概念，实验探究、证据推理、模型认知、多重表征等科学方法，态度与责任等学科价值。测定水中溶氧量的项目中包含：陌生情境下氧化还原反应离子方程式书写的多重表征、氧化还原滴定的实验探究、化学计算等模型运用的学科方法；检验高铁酸钾的性质的项目中包含：从“价—类”二维角度分析、预测物质性质和运用平衡观点分析反应影响化学因素等核心概念，运用控制变量、模型等科学方法进行定性实验设计，实验现象预测、实验误差分析和定性实验模型建构，分析化学品在生产和使用中对社会和环境可能造成的影响的学科价值判断。

在面对真实、复杂的情境时需要聚焦核心知识，运用学科思维方法，开展证据与推理、符号与表征等具有化学学科特质的学习活动，在微项目实施过程中促进核心知识的深度理解，帮助学生从本质上认识、理解问题，拓宽学生认识、解决问题的角度和思路，构建定量分析和定性实验的认知模型，有利于学生将所学知识迁移运用到新的情境中，提高学生分析和解决问题的能力，同时实现复习课问题解决思路化、知识结构化的功能。

（二）教学内容对学生学科核心素养发展的价值

本课题所包含的核心素养发展内容有：“宏观辨识与微观探析”“变化观念与平衡思想”“证据推理与模型认知”“科学态度与社会责任”“科学探究与创新意识”。从学生的学科能力发展来看，通过对实验室和生活中污水含氧量测定的学习，可锻炼学生信息分析、整合、提取能力和基于证据的分析推理能力，发展学生证据推理意识，让学生体会“爱护环境人人有责”的责任感和使命感，培养学生的科学态度与社会责任。通过对净水剂高铁酸钾性质检验的学习，使学生能从宏微结合的角度认识化学变化，从变化观和平衡观预测和分析实验现象，建立定性实验分析和定量实验问题解决的思维方法、物质性质分析和实验现象预测的思维方法，发展了定量和定性实验的思维模型，最终在复杂环境的问题解决过程中实现知识的迁移运用，实现变化观、平衡观、证据推理与模型认知、科学探究与创新意识等学科素养的落实，促进学生科学探究意识与创新能力的提升。

基于此，选择测定水中溶氧量和检验高铁酸钾的性质作为微项目学习任务，既能涵盖核心知识，提升学生核心素养，也更贴近社会和生活，使学生对所学内容更感兴趣；并且研究过程所需的时间也短，具有可操作性，研究内容真实且有意义。

二、微项目教学目标与评价目标

（一）教学目标

1.通过小组合作学习、交流讨论汇报，形成基于证据的分析推理意识，建立定量实验的思维模型。

2.通过实验设计和实验操作探究高铁酸钾的化学性质，形成基于“价—类”二维角度预测和检验物质性质的认识模型，形成并发展变量控制的实验思想，建构性质探究型实验的思维模型。

3.通过对图表、关系曲线和文字等资料信息的交流与讨论，发展演绎推理、系统思维等思维能力。通过水中含氧量测定实验的交流、讨论，形成绿色应用意识，增强社会责任感。

（二）评价目标

1.通过对水中含氧量测定资料的交流、汇报与点评，诊断和提升学生的能力水平：新情境下氧化还原反应离子方程式的书写水平，在定量实验中运用多步反应关系式计算的水平，用数据、图表、符号描述实验证据并据此进行分析推理形成结论的水平，定量实验认识思路的结构化水平。

2.通过高铁酸钾的化学性质实验设计和探究，诊断和提升学生的能力水平：物质性质的实验探究设计的水平，运用控制变量的方法探究并确定反应条件的水平，性质探究型综合实验认识思路的结构化水平。

3.通过对水中含氧量测定和高铁酸钾性质与用途介绍资料中相关问题的交流与点评，诊断与提升学生分析和解决问题的能力水平以及对化学价值的认识水平。

三、微项目任务、实施过程与任务成果

本项目分解为两个任务——任务1“测定水中溶氧量”和任务2“检验高铁酸钾的性质”，用1～2 课时完成。贯穿两条线索——显性线索和隐性线索，显性线索为任务1、任务2 的完成，隐性线索为定量实验、性质探究型实验思维模型的形成。显性线索以“任务、活动、成果”贯穿于教学过程，形成课堂的外在推动力，隐性线索以“情境、问题、讨论、评价”贯穿在教学中，构成课堂的内在驱动力，共同推进教学活动进程和学生的发展。具体的实施过程与任务成果如下：

（一）测定水中溶氧量（任务1）

【评价任务1】诊断和提升学生的能力水平：新情境下氧化还原反应离子方程式的书写水平，在定量实验中运用多步反应关系式计算的水平，用数据、图表、符号描述实验证据并据此进行分析推理形成结论的水平，定量实验认识思路的结构化水平，对化学价值的认识水平。

【提供情境】碳9 泄漏的海面清污工作基本完成，但是由于碳9 造成的水体缺氧却引发了大量的水产品死亡。专家建议：要恢复生产，就要严格监测水体中有机物质量与水中溶氧量。

【提出驱动性问题】什么是水中溶氧量？如何测定？

【布置任务】列出不同版本教材对水中溶氧量的介绍，根据实验室里碘量法测定水中溶氧量的资料完成相关任务。

［资料阅读一］水中溶氧量的指标和规定。水体中通常含有溶解氧，但是当大量耗氧有机物排入水体后，水中的溶解氧就会急剧减少；含N、P 的物质在分解过程中大量消耗水中溶解的氧，并释放出养分，从而使藻类和其他浮游生物大量繁殖。

［资料阅读二］（2017 年高考全国Ⅱ卷28 题改编）碘量法测定水中溶解氧的实验步骤及测定原理：①用溶解氧瓶采集水样，取水样时应尽量避免扰动水体表面，不要在瓶中留有气泡；②在取样现场，将吸管插入液面下，加入Mn(OH)碱性悬浊液（含有KI），反应生成MnO(OH)，实现氧的固定；③将固氧后的水样酸化，MnO(OH)被I还原为Mn，在暗处静置5 min；④用标准NaSO溶液滴定生成I（2SO+I=2I+SO）。

【学生】以小组为单位对填写的任务单展开讨论，之后进行小组交流和汇报。

【教师设置问题1】写出实验过程中相关反应的离子方程式。

学生板书，教师评价、总结准确书写陌生情境下氧化还原反应离子方程式的步骤。

【教师设置问题2】应采取哪些措施确保溶氧量测定的准确性？

【学生】回答：用溶解氧瓶采集水样、避免扰动水体表面、不要在瓶中留有气泡、将吸管插入液面下、在暗处静置5 min、滴定。

【教师追问1】如何避免试剂本身的溶解氧？

【学生】回答：配制溶液的蒸馏水必须经过煮沸、冷却后才能使用。

【教师追问2】为什么要在暗处静置5 min？

【学生】回答：避免碘因光照参与其他反应而造成损失。

教师分析学生的回答并追问，引导学生得出“定量实验需要准确测量”的结论，使学生的定量实验思维外显。

【结论2】采取“精”“准”措施，确保溶氧量测定的准确性。

【教师设置问题3】取100.00 mL 水样，经固氧、酸化后，用a mol·LNaSO溶液滴定，以淀粉溶液作指示剂，若消耗NaSO溶液的体积为b mL，则水样中溶解氧（DO）的含量为多少（mg·L）？

【小结】采用关系式法是进行多步反应计算的关键。

【教师设置问题4】用碘量法测定的结果是否准确？若水样中含有大量悬浮物（不参与反应，具有吸附性），会导致测定结果（偏大、偏小或无影响）？

【学生】回答：在实验室里用碘量法可以准确测定水中溶氧量。若水样中含有大量悬浮物，悬浮物会吸附水中的I，形成沉淀，从而导致测定结果偏小。

【小结】测定结果受水样中所含的微粒性质影响而造成测定结果不准确。在实际测定过程中，由于污水中溶有的物质复杂，可能含有氧化性、还原性物质，利用碘量法测定溶氧量就不准确了（引导学生形成“在复杂环境下应从物质性质、实验操作、反应环境等多角度综合分析测量实验数据准确性”的思维方法）。

［设计意图］通过指导学生阅读资料，锻炼学生接受、吸收、整合、处理化学信息的能力。通过水中溶氧量测定，学习陌生环境下化学方程式的书写、实验操作的综合分析、实验计算及实验评价等核心知识，体会定量实验的关键——“精”“准”。

【介绍实验室先进快速测定方法】数字化实验室系统、便携式溶氧仪。

［设计意图］通过介绍实验室和生产生活中准确、快速测定溶氧量的方法，让学生体会化学的有趣和有用，提高学习兴趣，培养绿色化学思想和社会责任感。

【任务1 成果】①理解实验室测定水中溶氧量原理，了解实际生活中快速测定水中溶氧量的方法；②建立定量分析型综合实验思维模型——“精”益求“准”。

［设计意图］通过对小组学习的过程性评价和成果性评价，建立定量实验思维模型。

（二）检验高铁酸钾的性质（任务2）

【评价任务2】诊断和提升学生的能力水平：物质性质实验探究设计的水平，运用控制变量方法探究并确定反应条件的水平，性质探究型综合实验认识思路的结构化水平，分析和解决问题的能力水平。

【情境讨论】市民张先生承包了一片鱼塘，经检测发现鱼塘水中溶氧量偏低。如何提高水中溶氧量？（引导学生从化学反应中氧化还原角度来思考）

【学生】回答：物理方法——持续通入O；或化学方法——加入KMnO、HO、HClO、Cl、

HNO。

【教师】介绍市面上售卖比较“火”的某种池塘净水剂的主要成分为高铁酸钾，它可以一次性解决消毒、杀菌、增氧、活水、除臭、净水等问题，它为什么会这么“神奇”？

【布置任务】阅读鲁科版《化学与生活》第13 页：高铁酸钾的用途和高铁酸钾的性质。

［资料阅读三］一种性能优良的净水剂——高铁酸盐。高铁酸盐（NaFeO或KFeO）中的铁元素是+6 价，具有很强的氧化性，能非常有效地杀灭水中的细菌和病毒，自身被还原成氢氧化铁。高铁酸盐还是一种性能优良的无机絮凝剂，能高效地除去水中的微细悬浮物。由于它同时具有强的氧化作用和絮凝作用，其消毒和净化效果优于含氯消毒剂。更为重要的是，在它对水消毒和净化的整个过程中，不会引入对人体有害的有机氯等物质。高铁酸盐除了用于饮用水消毒、净化外，还用于污水处理。

［资料阅读四］（2018 年高考北京卷11 题改编）高铁酸钾的性质：①紫色固体，无臭无味。易溶于水，微溶于浓KOH 溶液。②在0 ℃～5 ℃的强碱性溶液中比较稳定，在酸性或中性溶液中快速产生O。③具有很强的氧化性。资料表明，强酸性溶液中的氧化性FeO＞MnO。

【学生】以小组为单位对填写的任务单展开讨论，之后进行小组汇报和交流。

【教师设置问题1】如何设计实验探究高铁酸钾在不同环境中的稳定性？

【学生】观点：根据资料信息，分别把高铁酸钾加入酸、碱和水中。

【布置任务】设计实验、说明思路（对照实验思想）、预测现象、观察现象、分析产物，最后用离子方程式表达。

【学生活动】在预测现象后，观看用手机微距拍摄的实验视频，观察实验现象，推测产物，分析产生不同现象的原因。

【学生】观点：在高铁酸钾遇水时，观察到的现象是有气泡产生，预测气体为O，用燃着的木条检验气体是否为氧气。

【教师追问1】如何检验高铁酸钾加入水中反应后的含铁产物是什么？

【学生】观点：根据得到的透明红褐色液体猜测产物为氢氧化铁胶体。可用一束可见光来检验产物是否为氢氧化铁胶体。由“产生胶体”判断高铁酸钾与水的反应为可逆反应。

【教师追问2】为什么高铁酸钾不与碱反应？

【学生】观点：从平衡的角度来解释，高铁酸钾与水反应为可逆反应，增大OH离子浓度，平衡左移。

【结论1】运用对照实验法设计实验验证高铁酸钾在水、酸溶液、碱溶液中的不稳定性。

【教师设置问题2】为探究高铁酸钾的某种性质进行了两个实验，所得图像如图1、图2所示。通过分析不同pH、不同温度条件下，高铁酸钾溶液中的高铁酸根离子在不同时间的浓度图像，你能得出实验设计的目的与结论是什么？

图1 不同pH条件下高铁酸根离子的浓度

图2 不同温度下高铁酸根离子的浓度

【学生】观点：目的是为了探究高铁酸钾在相同温度不同pH 溶液中和相同pH 不同温度溶液中的稳定性；结论是在溶液中pH 越小、溶液温度越高则高铁酸钾越不稳定。

【教师归纳、引导】运用控制变量法设计实验。

［设计意图］通过对高铁酸钾不稳定性的验证，使学生认识高铁酸钾在水、碱溶液、酸溶液中的不稳定，并对高铁酸钾不稳定性的认识从定量上升到定性。

【教师设置问题3】如何设计实验探究高铁酸钾的氧化性？

【学生】观点：用还原性物质，如淀粉KI、碳（共热）、SO、NaS、HO等。

【教师分析、引导】利用氧化还原理论，用含低价元素的还原性物质与高铁酸钾反应（见表1），并用实验验证反应的发生和得到的产物（此方法证明可用高铁酸钾净化含硫废水）。

表1 探究高铁酸钾氧化性实验

【学生活动】观看高铁酸钾分别与NaS、KI、HO反应的手机微距拍摄视频，观察现象。通过明显现象判断高铁酸钾具有氧化性，书写反应的离子方程式。

【教师追问】如何设计实验证明强酸溶液中的氧化性FeO＞MnO？

【师生共同分析】根据氧化还原反应理论中关于“氧化剂的氧化性大于氧化产物的氧化性”的论述，利用高铁酸钾与含Mn、MnO的物质反应来验证氧化性强弱，建立以强制弱的思想。

［设计意图］通过高铁酸钾强氧化性验证实验建构控制变量实验设计思维模型。

【教师设置问题4】为研究pH 对高铁酸钾去除杂质效果的影响进行了实验，所得图像如图3 所示。高铁酸钾去除Mn的最佳pH 是多少？为什么pH 过高或者过低都会影响效果？

图3 pH对高铁酸钾去除Mn2+效果的影响

【学生】观点：高铁酸钾去除Mn的最佳pH是9。pH 过低，高铁酸钾不稳定，氧化性不能完全发挥，去除Mn效果不佳。

【教师引导】鉴于学生对pH 过高时高铁酸钾去除Mn效果不好的分析有不同意见，引导学生从反应前后溶液中微粒种类的变化去思考问题。

【学生】观点：当溶液中的氢氧根离子浓度过高时，氢氧根离子与高铁酸根离子反应生成的Fe直接生成沉淀，使残留的Mn偏高，去除Mn的效果就不好。

【教师引导】在实际反应过程中，应综合考量物质的性质，动态地分析化学变化。

【任务2成果】①高铁酸钾的性质检验：不稳定性和强氧化性；②建立性质探究型综合实验思维模型——“简”单“明”确；③设计定性实验的方法：控制变量法；④复杂环境：综合考量。

［设计意图］锻炼学生熟练运用氧化还原理论设计实验、预测实验现象并书写氧化还原反应的离子方程式。通过高铁酸钾不稳定性以及强氧化性验证实验的设计，让学生体会基于“价—类”二维角度预测物质性质→设计实验→体验实验的探究过程，并体会性质探究型综合实验的关键点——“简”“明”。

四、微项目学习教学反思

（一）创设真实情境，促进学生思维方法的掌握和思维模型的建立

学生在此微项目学习中，通过对实验室测定水中溶氧量、检验高铁酸钾的性质等问题的探究，运用对照实验、控制变量、以强制弱、综合考量的手段设计和分析实验，培养在定性实验中从“控制单一变量思维方法”到“复杂环境综合考量实验思维方法”的转变，体验“基于‘价—类’二维角度设计实验→预测实验→观察现象→证据推理→得出结论”的实验探究过程，建立定量实验、定性实验思维模型。同时，在学习中主动倾听他人的想法和意见，汇报学习成果，在“真”体验的过程中，获取知识，提升学科思维，感受学科魅力。

（二）根据学生的认知水平和课标确定微项目学习的主题

微项目学习教学内容的确定是一节课成功的关键，要根据学生的认知水平和课标选择教学内容。首先，教学内容必须与课标相对应，课标中规定的学习内容不仅是学科核心素养形成的载体，而且参照课标要求可以帮助教师更好地把握教学的深广度，以确保微项目教学是符合课程要求的教学课，而不是一节开阔眼界的兴趣课。本节课包含化学实验的必备知识以及实验方法和实验思想，紧扣课标中对学生的实验能力和解决综合实验问题能力的要求。其次，主题的选择要符合学生的认知水平和兴趣，根据学生的知识基础和将要学习的内容，并结合生活实际确定研究主题；根据教学目标和学生知识基础分解项目，构建问题框架。同时，学生已有的互联网知识和信息技术运用基础也是微项目学习顺利开展的条件之一。学生娴熟地运用快速、简便的搜索方法和筛选、解读文献的方法，可以获取更多信息，丰富解决问题的途径，使微项目学习顺利开展。

（三）注重“教、学、评”一体化，确保教学目标的达成

在微项目学习过程中，要紧紧围绕发展学生化学学科核心素养这一主旨来设置教学目标与评价目标、教学任务与评价任务。根据学生在小组讨论、实验方案设计、实验探究等活动中的表现，运用提问、追问、点评等方式，准确把握学生化学实验的学习质量和化学学科核心素养的发展水平，充分发挥化学学习评价的诊断与发展功能，落实“教、学、评”的一致性和一体化，确保教学目标的达成。