走进社区的项目式学习

摘 要： 围绕社区收集的生活问题，从生活视角走向化学视角，开展项目式学习探索。从微观视角建模认识甲醛的危害原理、用模实施微型检测实验以及探究去除甲醛的方案、结合跨学科视角优化甲醛净化方案。从理论分析到理想实验探究，再进阶至生活中真实复杂的环境问题的解决，发展学生的化学学科核心素养。

关键词： 项目式学习； 甲醛； 实验探究； 模型认知

文章编号： 1005-6629（2024）11-0059-06

中图分类号： G633.8

文献标识码： B

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》（以下简称“新课标”）倡导真实问题情境的创设［1］。真实问题的解决过程，是知识有效重整、迁移应用的过程，也是素养进阶发展的过程。真实问题不仅源于教师的创设与提炼，也源于学生在日常学习、生活中的观察与思考。在本项目活动中，学生将走进社区，面向社区居民收集生活问题，尝试将高频的热点生活问题转化为化学问题，围绕相关主题展开项目式学习探索，再将项目成果转化为生活知识与社区居民分享。

1 项目主题内容及教学现状分析

近期社区里进行家装的住户较多，他们好奇“吸入甲醛会得白血病吗、咋知道房间里还有没有甲醛、风油精能不能除甲醛、有没有推荐的除甲醛方法……”这些家装居民的多数问题均与“甲醛”有关。

“新课标”中要求“认识醛的组成和结构特点、性质、转化关系及其在生产生活中的重要应用”。“甲醛”不仅是当前人们关切的议题主角，也是高中化学选择性必修阶段重点学习的有机化合物，甲醛的性质与其极性多重键的结构密切相关［2］。由此观之，甲醛可作为关联“物质结构与性质”与“有机化学基础”模块的项目活动的学习内容。

本项目的参与对象是完成了“物质结构与性质”模块第一章学习的高二学生，学生能从电负性视角分析键的极性，但是对有机化合物的结构性认识还停留在必修阶段的浅层学习，对寻找、分析

有机化合物的反应位点存在一定困难。本项目以甲醛的危害与净化为任务载体，通过理论分析建构认知模型，并应用模型进行实验探究，综合多学科视角优化方案，从物质结构的视角分析有机物的反应，打破模块间的壁垒，发展化学学科核心素养。

2 项目学习目标

（1） 基于电负性分析化学键的极性与分子的电荷分布，分析甲醛与蛋白质作用的原理，寻找部分有机反应的规律，建构基于电负性视角的有机反应认知模型。

（2） 能够应用模型预测甲醛可能发生的反应，分析甲醛检测盒的反应原理，设计、实施甲醛的“微型化”净化实验，综合多学科视角尝试净化甲醛。

（3） 通过绘制甲醛认知手册等任务，内化思维模型，梳理甲醛的来源、危害、检测与净化思路。结合课前收集的甲醛问题，走进社区进行有关甲醛的科普活动，体会化学的实用性与社会责任感。

3 项目任务及教学流程

本项目由前期社区调查梳理与目标确立、中期课堂讨论与实验探究、后期归纳整合与社区宣讲三个环节构成，项目教学流程如图1所示。

4 项目实施过程及学生部分学习成果

4.1 课前任务：收集梳理生活中的甲醛困惑

［问题转化］学生梳理归类前期社区走访调查时收集的“甲醛”问题，将生活问题转化为化学问题，如图2所示。师生交流讨论共同确立项目学习目标。

［家庭实验］学生通过甲醛检测盒、家用甲醛检测仪在生活的不同区域检测甲醛含量并记录检测的结果。部分

检测的实验结果如图3所示。

4.2 任务一：揭秘甲醛的危害原理

［资料卡片］甲醛的毒性主要源于破坏蛋白质、DNA的原有结构（见图4）。

［学生活动1］通过分析对比反应图示，关注反应位点（不参与反应的部分用R基表示）判断反应类型，绘制示意图，基于电负性分析断、成键部位的电荷分布，寻找反应规律。

［分享展示］碳氧双键中碳原子显正电性，氧原子显负电性；蛋白质分子中的氮氢键也是极性键，氮原子显负电性，氢原子显正电性，反应结果呈现“正负相连”的结果。分析推理过程如图5所示。

［分享展示］依据“正负相连”的规律可推出加成产物，对比加成产物与最终产物，推断第二步是脱水，存在碳氧、氮氢极性键的断裂，氧氢、碳氮极性键的形成，仍然遵循“正负相连”的规律。分析推理过程如图6所示。

［学生活动2］梳理基于电负性认识反应的思路。

［模型建构］首先聚焦反应位点，利用电负性分析化学键的电荷分布，然后依据“正负相连”的规律进行片段重组。

［用模预测］寻找极性键，“正负相连”片段重组。反应示意图如图7所示。

设计意图：对两种反应结合球棍模型进行分析推理，引导搭建学习支架，由浅入深，认识甲醛与蛋白质氨基部位的反应，建构基于电负性认识化学反应的思维模型，从微观化学视角认识甲醛的危害原理。

4.3 任务二：室内甲醛的含量检测

［学生提问］新橱柜气味较重，但甲醛检测盒显示橱柜的甲醛含量未超标，而甲醛检测仪显示甲醛含量超标了。那么甲醛检测盒能检测出甲醛超标的情况吗？甲醛检测盒、甲醛检测仪检测的结果可靠吗？

［学生活动3］探究甲醛检测盒检测效果的实验。

［实验过程］完成定性检测实验（见图8）：将白色粉末（MBTH）倒入圆盒，用试剂A（蒸馏水）溶解，用胶头滴管吸取1mL市售福尔马林（37%～40%的甲醛溶液）快速转移至圆盒内，用密封罩罩住1分钟，迅速加入试剂B（硫酸铁铵），比色观察记录。

［学生分析］溶液由无色变为蓝绿色，测定值达0.20mg/m3（超标）。通过本实验可推断甲醛检测盒可以检出高浓度甲醛溶液，但对于低浓度甲醛溶液或空气中甲醛检测的灵敏度仍无法验证。

［资料支持］甲醛检测盒的有效成分是MBTH（3-甲基-2-苯并噻唑啉酮腙盐酸水合物），甲醛能与MBTH反应，应用模型预测二者反应的产物。

［小组展示］反应位点在MBTH的氮氢键与甲醛的碳氧双键。推测反应产物存在两种可能性：

A为加成产物；

B为先加成后脱水得到的产物（见图9）。

［教师引导］非常好。小组同学已经能熟练应用模型，但是我们也发现模型存在的局限性：无法辨别多种预测产物。

［资料支持］氨及其衍生物能与醛酮发生亲核加成，然后脱水，形成含碳氮双键的化合物［3］。实际反应过程生成产物B，最终转化为蓝绿色化合物显色。

［教师提问］你觉得在测定过程中需要注意哪些要点？请大家思考后，讨论形成甲醛检测盒的简易版操作手册。

［学生分享］在实际测定过程中我们发现测定的时间不同，显色程度不同；要关注反应时长、温度、湿度、光照等影响因素。

设计意图：通过实验检测微型环境中的甲醛含量，从实验中认识甲醛溶液与试剂MBTH反应，追溯反应的微观原理，运用模型预测产物，认识模型的局限性。关注外部因素对实验测定的影响，形成简易操作手册，作为进社区的辅助科普材料。

4.4 任务三：室内甲醛的净化探索

［教师提问］对于甲醛含量超标的居室，如何净化处理甲醛呢？

［学生回答］开窗通风、活性炭吸附、茶叶梗吸收甲醛……

［科普视频］开窗通风、用水吸收甲醛、使用甲醛净化喷剂效果较好；绿植、活性炭吸附效果并不佳；加湿器反而使得甲醛浓度升高。

［学生提问］甲醛净化喷剂的有效成分是什么呢？

［教师引导］喷剂的有效成分应能与甲醛发生化学反应，可以反向思考甲醛的化学性质，预测反应试剂，进行实验设计，探究检测试剂的净化效果。

［学生活动4］设计甲醛净化方案。

［学生A］甲醛可能与含—NH2结构的NH3发生反应，但反应无明显现象，应如何检测？

［学生B］可以用酚酞指示剂，若发生反应，pH改变，会看到变色现象。

［学生C］但是加入酚酞，如何证明甲醛主要与氨水反应还是与酚酞反应？

［学生B］酚酞用量少；退色后再向溶液中加氨水，若颜色恢复，可以证明主要是氨水与甲醛发生了反应。

［教师提问］方案2中，是否只要观察到酸性高锰酸钾退色就可以证明反应发生了？

［学生A］还需要控制变量，加入等体积蒸馏水形成对照组（见图10）。

［实验观察］氨水与酸性高锰酸钾均快速退色，实验现象图略。

［教师提问］在日常生活中，你会选择氨水或酸性高锰酸钾溶液来吸收甲醛吗？

［学生评价］不用氨水。因为氨水易挥发，刺鼻的气味也容易带来新的污染。

［教师引导］净化剂的选择需要综合考虑反应物与产物的安全性、稳定性以及反应的快慢、限度等。

［资料支持］市售甲醛净化喷剂常见成分是光触媒、生物酶、天然提取物等，光触媒除甲醛的效果相对稳定，应用比较广泛［4］。

［跨学科视角］从物理角度分析，利用甲醛的挥发性、溶解度等物理性质通过吸附吸收，性价比高但容易出现二次污染释放；从生物学角度分析，利用植物吸收或微生物对甲醛溶液进行净化分解，相对温和但显效较慢；从化学角度分析，利用甲醛的氧化反应、加成反应等实现净化，试剂价格稍高但见效快（见图11）。

［课堂小结］项目思维模型梳理呈现（见图12）。

设计意图：在实验过程中利用微型化仪器减少污染，节约药品用量，通过设计、分析、评价等任务推动学生进行深入思考。面对真实复杂的净化问题，需要多角度认识净化方案，科学分析综合治理。

4.5 课后任务：走进社区进行甲醛科普宣讲

［项目成果］梳理绘制甲醛科普手册（见图13）。

［社区实践］携带科普手册，学习小组为家装居民答“甲醛之惑”。

设计意图：梳理项目成果，有利于学生对本次项目的再认识、再提升。学以致用，学生通过团队合作能够体验、分享、传播科学知识的乐趣以及成就感和责任感。

5 项目教学效果与反思

据统计，本项目活动中，约85%的学生能积极主动地参与问题解决的过程；在项目结束后对不同小组成员随机访谈，学生表示对甲醛的来源、危害、检测与净化方法有更全面的认识，能与家人分享甲醛的相关知识，体悟化学的实用性；还有学生提到发现了有机反应的“秘密”，电负性模型能帮助他们理解不少有机反应。复盘本项目的设计与实施，有以下三点思考。

5.1 适时搭建支架突破关键问题

教师在项目式学习中扮演了重要角色，需要随时搭建支架帮助学生突破困境，如在分析甲醛危害原理时，指定角度分析反应位点的思路方法，有利于学生建构模型；在探究甲醛净化实验设计时通过不断地追问，引发学生更深入的思考。学生在关键知识的学习上经历挑战，有利于促进知识的深度理解，如基于模型预测甲醛检测盒产物时，形成两种产物的冲突，学生能认识到模型的局限性。学生能力的发展需要一定的自主思考的时间与空间，如何抓住提供学习支架的时机以及提供何种支架还需要结合学情，不断实践与反思探索。

5.2 评价反馈促学促教

评价反馈的目的是促进学生的学习与教师的教学，评价的主体、方式可以更加多元化。教师通过课堂观察及时给予学生反馈评价，学生提出的方案、观点也可以生生互评，如在探究甲醛与氨水反应的实验设计中，来自不同学生的质疑、反馈使得最终的实验方案更加科学严谨。纸笔测试也是重要的评价方式，通过本项目的学习，86%的学生面对甲醛与甲醇的简单反应时能运用电负性模型准确书写加成产物，说明学生对模型的理解程度较好；在面对陌生情境的试题时（见图14），仅有67%的学生能够分析推理、预测书写“乙醛使DNA交联”的反应产物。测试结果说明学生的迁移应用能力还需提升，在后续有机模块中对取代反应、烯烃与羰基的不对称加成反应等还需要持续渗透模型的运用。

3. 乙醛作为乙醇的代谢副产物，它也能与蛋白质反应，科学研究发现乙醛能使DNA两个相邻的鸟嘌吟G发生交联，影响转录进而导致癌变。

请运用本节课的电负性认知模型，推理预测反应过程的产物，绘出反应过程的图像。

5.3 及时转化应用项目成果

首先在班级公开展示团队制作的甲醛认知手册成果，教师、同学之间相互讨论、反馈与启发，然后经反思修订迭代出更优质的项目成果。在手册初次展示时，要点以条目式形式呈现，在教师的引导下逐步实现从多点到关联结构的转化，同时还扩充了对甲醛来源的分析，对家装材料的环保性选择有所认识。在面向社区居民进行科普分享时，成果内容还需要经过更加实用化、生活化、趣味化的处理，比如在讲解甲醛的危害时主要从宏观层面介绍，可对甲醛进行“拟人化”处理：甲醛“偷袭”蛋白质，导致蛋白质失去“工作能力”，类似机器零件损伤引发后续问题。总之，通过及时转化项目成果，发挥成果的实用价值，从而更好地激发学生的学习热情。

参考文献：

［1］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2020年修订）［S］. 北京： 人民教育出版社， 2020： 1.

［2］戴光宏. 有机反应类型复习的主题式情境教学设计与实施——探秘“甲醛的危害与去除”［J］. 化学教学， 2021， （12）： 52～57.

［3］邢其毅， 裴伟伟等. 基础有机化学（第4版）［M］. 北京： 北京大学出版社， 2017： 1.

［4］胡朋举， 刘兵兵等. 空气净化用甲醛清除剂净化性能研究［J］. 绿色科技， 2022， 24（16）： 219～221.