基于项目化学习培养核心素养的教学实践

摘 要：项目化学习是基于真实情境、解决实际问题的教学模式，能够很大程度上激发学生的学习兴趣，利用驱动性问题，逐步实现教学目标。本文从金属蚀刻的广泛应用开展项目化学习，对金属及其性质复习课展开教学，课程利用“制作金属蚀刻画”让学生体验金属蚀刻过程，提升学生分析与解决问题的能力，全面培养学生的化学学科核心素养。

关键词：项目化学习；真实情境；金属蚀刻；核心素养

文章编号：1008-0546（2024）11-0016-03

中图分类号：G632.41

文献标识码：B

《义务教育化学课程标准（2022年版）》构建了大概念统领的化学课程内容体系，要求教师注重创设真实问题情境，倡导“用中学”“创中学”，开展项目化学习。［1］项目化学习是在真实的主题情境中，运用初中化学的核心概念和知识分析问题、探究问题、解决问题，完成有意义的项目任务，提升化学学科关键能力，培育学生的创新能力与实践能力。［2］

一、教学背景

从社会价值看，金属材料在提高人类生活质量、推动社会进步与科学发展等方面发挥着重要作用。从学科价值看，金属及其性质内容是学习酸、碱、盐性质的基础，也能为高中化学中钠、铝等金属及其化合物的学习做铺垫。从学生认知角度看，金属不再是单一的物质，通过金属这类物质的学习，学生可以初步认识掌握一类物质性质的思路与方法。［3］金属的性质是初中化学中非常重要的内容，通过新课学习，学生初步掌握了金属的物理化学性质。知识的具体应用需要以真实的情境作为载体，在应用中得以提升，体现化学的学科价值。

在沪教版化学九年级上册第2章“身边的化学物质”中，学生已经学习了氧气、二氧化碳和水相关物质的内容，对单一物质的物理化学性质、用途和制法有了一定认识。在第3章“构成物质的微粒”中也学习了原子的结构。这为分析金属为什么具有共性与差异性奠定了基础。金属这一类物质的性质需要从宏观与微观上来理解与掌握。［4］

“制作金属蚀刻画”项目选自沪教版化学九年级上册第5章“金属的冶炼与利用”，与金属性质紧密关联，学生兴趣浓厚。本文以“制作金属蚀刻画”为具体任务，从复杂的具体应用中抽提出化学问题，学生利用化学知识、思路与方法解决实际问题。

二、教学目标

本复习课的教学目标具体如下。

（1） 通过对金属蚀刻流程中的各个关键环节的分析，复习金属的物理化学性质，总结影响反应速率的因素。

（2）通过亲自动手制作一幅蚀刻作品，发展分析、归纳、合作、实践及创新等能力，提炼运用物质的性质解决实际问题的一般思路和方法，形成合理利用化学物质的意识和可持续发展的观念。

（3）深化化学基本观念，如物质的结构决定性质、性质决定用途以及性质与变化之间的共性与差异性间的关系等观念，建构金属章节化学观念。

三、教学流程

笔者结合教学背景和教学目标，设计了“选择金属底板与腐蚀液”“制作金属蚀刻画”“展示成果”和“提炼总结”四个项目任务，并据此展开教学，具体教学流程如表1所示。

四、教学实录

1. 选择金属底板与腐蚀液

［教师］腐蚀会造成金属资源的浪费，但腐蚀也有神奇的一面，比如金属蚀刻。什么是金属蚀刻？

［学生］将字或者画刻在金属表面。利用化学溶液与金属表面作用，形成好看的纹路。

［教师］利用金属蚀刻我们可以做什么？

［学生］可以做版画，也可以做金属铭牌。

［教师］金属蚀刻有很多用途，可以做工艺品与印刷电路板。为什么选择金属作为蚀刻的底板，利用了金属的哪些性质？

［学生］利用了金属的硬度大及金属光泽等性质。

［教师］金属还有良好的延展性、优良的导热导电性，这些都是金属的物理性质，所以物质的性质决定物质的用途。如果你是蚀刻师，你会如何选择金属底板以满足实际需求？

［学生］在选择金属底板时，需要考虑金属的共性与差异性。

［教师］如果我们有铝、铁、铜这三种金属底板，根据提供的试剂：稀盐酸、硫酸铜、硝酸银，你会选择什么腐蚀溶液来进行蚀刻？

［学生］对于铝板和铁板，稀盐酸、硫酸铜、硝酸银都可以，对于铜板则只能选择硝酸银。它们可以反应，可以用于蚀刻。

［教师］思考一下铜为什么不能选择稀盐酸？

［学生］因为铜是排在氢后的不活泼金属。

［教师］选择腐蚀液考虑的是金属活动性顺序，这是我们选择腐蚀液的重要依据。

2. 制作金属蚀刻画

［教师］我们已经选择好了金属底板与腐蚀液，下一步就是蚀刻了，蚀刻前是否需要打磨，为什么？

［学生］需要打磨，因为在常温下铝容易跟氧气反应，生成致密而结实的氧化铝膜。

［教师］请书写相关的化学方程式。

［学生活动］写出化学方程式并核对。

［教师］那么其他两种金属底板是否容易生锈？

［学生］铁也会生锈，铁是与空气中的氧气和水共同作用而生锈。铜不太容易生锈。

［教师］为什么同样都会生锈，铝制品要比铁制品耐用？

［学生］铁锈是疏松多孔的，空气中的氧气、水不断进入孔隙，从而锈蚀加重。

［教师］同样是生锈却出现了不同的结果，这又体现了金属的差异性。在制作蚀刻画前，有必要对不需要蚀刻的部分做简单保护，今天我们使用保护膜进行保护。

［学生活动］以小组为单位，根据提供的试剂（稀盐酸、硫酸铜、硝酸银），只选择一种腐蚀液和一种金属底板进行蚀刻。小组代表展示成果并说明选择金属底板和腐蚀液的原因。

3. 展示成果

［学生］选择铁板作为底板，使用硫酸铜进行蚀刻，发现成品很漂亮。铝板则比较难蚀刻。

［教师］梳理上面两个环节，我们运用了金属的哪些化学性质？可以与哪些物质反应？

［学生］金属可以跟氧气、酸、金属化合物溶液发生反应。

［教师］金属可以与这三类物质反应，这是金属的共性，但是在反应时反应条件、反应剧烈程度各不相同，体现了金属的差异性，具体表现在金属活动性顺序上。宏观看现象，微观看本质，你如何从微观角度来分析为什么金属既具有共性，又具有差异性？通过提供的几种常见金属的原子结构示意图分析。

［学生］它们的最外层电子数都小于4，容易失去外层电子，表现出共性。而失电子能力又不同，表现出差异性。

［教师］通过分析原子结构及其得失电子情况，就可以理解，为什么金属既具有共性又具有差异性。

4. 提炼总结

［教师］其实我们发现，刚才的蚀刻过程缓慢，在不更换蚀刻液种类的前提下，我们可以采取什么方法提高蚀刻的效率？

［教师活动］展示资料：①蚀刻剂使用热水溶解效率更高；②铝使用稀盐酸蚀刻的过程图。

［学生］使用热水溶解蚀刻剂与及时更换腐蚀液可以加快蚀刻效率。

［教师］提高蚀刻温度可以提高蚀刻效率，从而提高反应效率。在蚀刻过程中，铝会与稀盐酸反应产生氯化铝，同时稀盐酸浓度也在降低，导致蚀刻效率减慢，因此更换蚀刻液的原理是提高溶液浓度，从而提高反应效率。请小组用氯化铁溶液蚀刻铜板，并汇报实验现象。

［学生］采用氯化铁溶液蚀刻铜板，比采用硝酸银蚀刻效率更高，而且不会产生固体析出的现象。

［教师］硝酸银相对来说成本高，利用氯化铁蚀刻具有成本低和蚀刻效率高、易于操作等特点，可用于制作印刷电路板。在电子设备普及的时代，印刷电路板是不可或缺的元件。

［教师活动］播放视频：印刷电路板的生产过程。

［教师］印刷电路板制作过程中采用氯化铁溶液蚀刻铜板，废液中一定含有什么物质？

［学生］FeCl2和CuCl2。

［教师］如果将废液直接排放，不仅浪费金属资源，也会对环境造成严重污染。如何回收金属铜？

［学生］加铁。

［教师］加铁粉还是铁块？为什么？

［学生］加入铁粉。可以增大反应物之间的接触面积，使反应更快更充分。

［教师］加入过量铁粉还能发生以下反应：2FeCl3＋Fe3FeCl2。经过滤得到滤渣和滤液，滤液中含有FeCl2，那滤渣的成分是什么？

［学生］铁粉和析出的铜。

［教师］如何进一步用化学方法分离铁和铜？

［学生］加入足量的稀盐酸，过滤。

［教师］这样我们就获得了铜，如果将两部分滤液经过氯气的氧化作用，可以得到腐蚀液氯化铁，从而实现了原料的循环使用。铜的回收以及氯化铁的循环使用，体现了绿色化学的思想。此外，通过硝酸银炼得银，通过硫酸铜炼得铜，腐蚀带给我们的印象是金属资源的浪费，但是通过金属蚀刻，可以得到精美的版画与精细的印刷电路板，希望今后大家都可以理性辩证地看待问题。

五、教学反思

本节课利用“制作金属蚀刻画”为主线进行项目化学习，学生体会了制作金属蚀刻画的过程，从选底板、选蚀刻溶液、打磨到制作，最后提炼总结金属的物理化学性质，感受金属蚀刻的重要应用，同时体会化学的魅力。

项目化学习是指向学科核心素养的深度学习，“制作金属蚀刻画”贴近学生认知、符合学生兴趣。本文充分利用 “金属蚀刻”这一真实情境，让学生在交流探讨、实验探究中完成任务，复习金属及其性质，采用项目化学习有助于培养学生进行多视角、有深度的思考，从而促进学生化学核心素养的发展。

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）［M］.北京：北京师范大学出版社，2022．

［2］符爱琴.项目化学习：初中化学学习方式的变革［M］.沈阳：辽宁大学出版社，2021．

［3］刘春凤，罗丽.“金属和金属材料”单元整体教学设计实践与思考［J］.中学化学教学参考，2021（11）：18-20.

［4］张亚林，潘红.大概念视域下的金属及其性质单元整体教学实践［J］.化学教育（中英文），2023（15）：71-78．

*基金项目：本文系江苏省教学科学规划“十三五”重点资助课题“指向关键能力的初中化学创意课程研究”（E-a/2020/05）的阶段性研究成果。