基于真实任务驱动的项目式学习实践

摘 要 以碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别为真实情境，围绕水溶液中离子反应与离子平衡主题内容展开分析，设计了四个环环相扣、层层递进的教学活动，通过问题引领、任务驱动方式帮助学生建立离子反应、离子平衡等核心知识的有效关联，建构知识结构，建立认识电解质溶液的基本思路。同时，结合教学效果与反思，从规划项目任务活动，设计有层次的问题，渗透实践活动等角度丰富认识思路，拓宽认识视角，从而发展学科核心素养。

关键词 高中化学 真实问题情境 任务驱动 项目式学习 离子反应与离子平衡

《普通高中化学课程标准（2017年版2020年修订）》[1]73（以下简称《化学课标》）提倡创设真实且富有价值的问题情境，为学生提供真实的表现机会，从而促进学生化学学科核心素养的形成和发展。随着“素养为本”新课程理念的推广，项目式学习逐步成为落实“素养为本”理念的可行途径，是培育学科核心素养的重要载体。

项目式学习是一种建构性的教学方式，通常以驱动性任务为核心，教师将学习任务项目化，对基于真实问题情境所生成的一系列问题进行合理组织与有效设计，并利用相关知识与信息进行研究、设计与实践操作，最终解决问题并展示和分享项目成果[2]。项目式学习是一种探究性学习过程，能够引导学生深入、连贯地进行探究，在激发学生的学习动力、增强问题解决能力、转变学习方式、建构学科观念等方面具有积极作用，是培育学生核心素养的重要载体，是落实“素养为本”教学的可行途径，已成为一线教师乐于探索并实施的一种课堂教学模式。

水溶液中离子反应与平衡是化学反应原理的三大主题之一，涵盖电离平衡、水解平衡、沉淀溶解平衡等核心知识，是高考考查的热点，更是高中化学教学的重点和难点。在化学反应原理模块单元整合复习时，笔者发现学生对于水溶液的认知始终停留在记忆规律、生搬硬套的浅层次，同时，教师在教学实践中也普遍存在就题论题、生灌硬塞等情况。如何才能有效地创设真实而合理的问题情境？如何将知识结构化、系统化？使学生对水溶液的认识思路结构化，进而明确认知视角，培养高阶思维，最终实现学科核心素养在课堂教学中落地。针对上述问题，本文尝试以“水溶液中离子反应与平衡”为主题开展项目式学习活动，尝试探索基于碳酸钠和碳酸氢钠的鉴别这一真实问题解决过程的教学实践，以期对当前“素养为本”的课堂教学有所启示。

一、项目主题分析

“水溶液中的离子反应与平衡”是普通高中教科书化学（鲁科版）选择性必修第一册第三章的内容。《化学课标》中的“内容要求”从电离、离子反应、化学平衡的角度认识电解质溶液的组成、性质和反应，了解电解质在水溶液中的行为。“学业要求”中明确提出“能通过实验证明水溶液中存在的离子平衡，能举例说明离子反应与平衡在生产、生活中的应用，能综合运用离子反应、化学平衡原理，分析和解决生产、生活中有关电解质溶液的实际问题”[1]33-36。

如何让学生真正参与到问题解决活动中？有效的办法是让学生亲历真实问题解决全过程。真实问题情境可以有效激发学习欲望，引导学生学会用化学眼光看世界。这就要求教师要将教学目标与学生学情相结合，深度挖掘与教学内容相关的素材，提炼化学学科问题，创设思维提升的学习氛围[3]。笔者从NaHCO3和Na2CO3 溶液的鉴别出发，围绕碳酸氢钠的微粒组成、平衡体系、浓度关系设置一系列问题，通过真实、连贯、持续的一系列问题驱动，引领学生开展由宏观到微观、定性到定量、变化到平衡的学习活动，帮助学生建构研究水溶液中离子反应与平衡的基本思路与方法，进一步发展学生微粒观、平衡观和守恒观。同时利用实验现象、相关数据等证据素材，培养学生“证据推理与模型认知”“科学探究与创新意识”“科学态度与社会责任”等化学学科核心素养。

二、项目式学习目标分析

学生在九年级认识了溶液，对溶液形成、溶解度以及浓度等基本概念有初步认识；通过高一阶段学习，对电解质的电离、离子反应、常见离子的检验以及通过实验事实认识离子反应发生的条件有了更深入的认识。通过选择性必修1第三章的学习，了解了水的电离、弱电解质电离、盐类水解以及难溶电解质的沉淀溶解平衡。至此，学生对电解质在水溶液中的行为有了进一步认识，具备了进行探究式学习的认知基础。再结合《化学课标》中“内容要求”和“学业要求”，制定具体的项目式学习目标为：

（1）通过鉴别两瓶没有贴标签、浓度相同的Na2CO3和NaHCO3溶液，开展实验探究，激趣促学。

（2）通过宏观视角和微观视角认识电解质溶液体系中的微粒种类，从平衡视角认识微粒的数量关系，逐步明确认识角度与认识方法。

（3）通过对“氯化钙溶液不能鉴别Na2CO3和NaHCO3溶液”的原因剖析，学会从定量视角认识微粒间的相互作用。

（4）通过“工业用NH4HCO3溶液做沉淀剂”，感受真实化工生产，培养学生真实问题解决的能力、可持续发展意识和绿色化学观念，强化科学态度与社会责任。

三、项目活动流程设计

驱动性问题是项目式学习的关键，在项目式学习中具有驱动和组织作用[4]。在本项目教学中，笔者从碳酸钠和碳酸氢钠溶液的鉴别这一真实的问题情境出发，通过设计多角度、递进式、有价值的问题链，引导学生从微观、定量、平衡等多视角展开分析，逐步突破认识水溶液中离子反应的思维障碍，有效地推动学生微粒观、转化观、平衡观等化学观念的进一步发展。

根据项目式学习目标，以“碳酸钠和碳酸氢钠溶液的鉴别”为真实情境，开展环环相扣、层层递进的学生活动，并通过驱动性问题逐步展开，设计“溶液鉴别，激趣促学”“实验探究，原因剖析”“多维分析，建构模型”“应用模型，解决问题”等4个进阶式的项目式学习活动，具体教学活动安排以及设计意图（见图1）。

四、项目活动实施过程

（一）基于溶液鉴别导课，激趣促学

电解质溶液在工业生产、日常生活中有着广泛而重要的应用。Na2CO3（俗名纯碱）和NaHCO3（俗名小苏打）是日常生活中常见的食品添加剂。

[情境导入]两瓶没有贴标签、浓度均为0.1 mol·L-1的Na2CO3和NaHCO3溶液，请同学们思考并设计鉴别方案。提供的试剂：0.1 mol·L-1稀盐酸、0.1 mol·L-1 NaOH溶液、0.1 mol·L-1 CaCl2溶液、酚酞、甲基橙；提供的仪器：试管和胶头滴管若干。

[PPT展示学案中的实验方案设计]（见表1），学生将方案补充完整。

[分组实验]学生根据设计方案，分别选择酚酞、稀盐酸、氯化钙溶液等试剂进行实验，记录现象。

[组1]选择酚酞。滴加酚酞后一支试管中液体变红，另一支无明显变化，变红的是Na2CO3溶液。

[组2]选择稀盐酸。滴加稀盐酸，产生气泡更多的是NaHCO3

[组3]我们组认为稀盐酸无法鉴别，因为盐酸与Na2CO3、NaHCO3均看到气泡产生，二者现象是相同的，所以无法鉴别。

[教师]可以选择CaCl2溶液或者是NaOH溶液吗？

[组4]向两支试管中滴加CaCl2溶液，都有大量的白色沉淀生成，无法鉴别。若选用NaOH，虽然NaHCO3能与NaOH发生反应，但是却观察不到明显现象，也无法鉴别。

[教师小结]很好。通过方案设计及实验验证环节，大家对于鉴别方案的共识是：酸碱指示剂选择酚酞，不选甲基橙；都不选CaCl2溶液和NaOH溶液是因为现象相同或无明显变化，有部分学生认为可以用稀盐酸，有部分学生认为用稀盐酸无法鉴别。

设计意图：本环节以碳酸钠与碳酸氢钠的鉴别为问题情境，基于真实问题展开探索，激发学生的好奇心和探究欲，为后续的教学奠定基础。用生活、生产和科学实验中的素材创设问题情境，能够给学生营造亲切的氛围，体会化学源自生活，又服务于生活的理念；能够引发学生主动思考，敢于质疑，培养学生科学探究品质。

（二）借助“异常现象”探究，剖因寻源

在分组实验过程中，出现了“意想不到”的情形。学生们对“异常现象”有各自不同的看法。利用这一真实状况，通过设计真实、有价值、可探究的驱动性问题，引领学生参与到项目探究中，收集有价值的证据进行解释、分析和论证，形成对真实问题解决的一般思路和方法，进而达成项目式学习目标。

[教师]结合溶液中可能存在的平衡，分析碳酸钠溶液和碳酸氢钠溶液中分别有哪些微粒？

[学生]结合碳酸钠溶液中电离平衡：H2O⇌H+ + OH-，水解平衡：CO32- +H2O⇌HCO3- + OH-，HCO3- + H2O⇌H2CO3  + OH-，碳酸氢钠溶液中除存在水的电离平衡、HCO3-水解平衡外，还存在HCO3- ⇌H+ + CO32-。

[教师]碳酸钠溶液与碳酸氢钠溶液中微粒种类是相同，为什么可以用稀HCl鉴别呢？请结合实验操作解释。

[学生]取两支试管，分别取一定量的上述两种溶液，用胶头滴管向试管中缓慢滴加稀HCl，一支立即产生气泡，另一支开始时无明显现象，继续滴加有气泡产生。立即产生气泡的试管中的试液是NaHCO3溶液。

[教师]很好，你们组是采用滴管逐滴滴加操作的。有没有不同的操作？或者你们在实验过程中看到了不同的现象。

[学生]我们将盐酸分别倒入两支试管的试液中，发现两支试管中均有气泡产生，现象相同，因此我们认为无法鉴别。

[思考]对比你们两组的实验过程及现象，实验过程有何不同？

[学生]我发现一组采用的是“滴”的方式，而另一组采用的是“倒”的操作，是不是这个原因造成的呢？

[教师]一个“滴”，另一个“倒”，操作中的差异会引起什么不同的变化呢？

[学生]推测实验现象与H+的量有关。

[教师]对，这就可以合理解释碳酸钠溶液中开始滴加HCl没看到明显现象了。

[学生]因为滴加少量H+，此时大部分的CO32-只结合一个H+生成了HCO3-。只有极少部分结合H+生成H2CO3，分解释放出CO2。

[教师追问]为什么CaCl2溶液却不能鉴别Na2CO3和NaHCO3呢？

设计意图：本环节主要围绕用稀盐酸、CaCl2溶液鉴别碳酸氢钠和碳酸钠时的现象分析，增强学生信息获取能力，使学生能够根据实验宏观现象分析，初步学会从微观视角认识电解质溶液体系中的微粒种类，从平衡视角认识微粒的数量关系，丰富认识视角与方法。

（三）通过多维视角分析，建构模型

向NaHCO3溶液中滴加CaCl2溶液生成大量的白色沉淀，沉淀是什么？如何从平衡的视角分析产生的沉淀？能否从平衡常数的大小来判断该反应的程度如何？沿着这一条问题链，层层深入，抽丝剥茧，多角度、有梯度地建立起分析复杂水溶液离子反应与离子平衡体系的认识模型。

[教师]问题：碳酸钠溶液中滴加CaCl2产生CaCO3白色沉淀，那么碳酸氢钠溶液中滴加CaCl2生成大量的白色沉淀是什么？结合溶液中的微粒，推测白色沉淀可能是什么？

[学生]可能是CaCO3或Ca（OH）2。

[教师]如何定量判断反应进行的程度？

[学生]比较浓度商Q与平衡常数K的大小。

[展示]将浓度均为0.2 mol·L-1 CaCl2溶液与NaHCO3溶液等体积混合 （忽略体积变化），请通过计算判断有无CaCO3沉淀生成。已知：Ksp（CaCO3） = 2.8 × 10-9 ，Ksp[Ca（OH）2] = 4.7 × 10-6，定量判断白色沉淀的主要成分。

[思考]已知：0.1 mol·L-1 NaHCO3溶液的pH = 8.3，其中c（CO32-） = 1.2 × 10-3 mol·L-1。通过计算，判断生成的白色沉淀的成分。