开展项目学习　发展核心素养

摘 要 项目学习方式是发展核心素养的重要途径。以“揭秘暖贴的工作原理”为例，进行课前、课上项目规划，通过解决真实问题，经历实验探究过程，发展学生模型认知、科学探究、社会责任等化学学科核心素养。

关键词 高中化学 项目学习 核心素养 原电池

项目式学习是基于建构主义理论的学习方式，让学生面对现实世界中的现实问题，运用学科思维方式分析问题、解决问题，建构学科知识，最终形成结构化的认知图示。项目式学习的基本特征是：基于现实世界提出驱动问题，学生通过小组合作和外部资源协同进行科学探究，并进行持续的过程性和表现性评价，最终学生进行项目作品展示，开展终结性评价。研究表明，项目式学习对于发展学生的化学观念、转变学习方式、提升问题解决能力和激发学习兴趣具有重要意义。[1-2]

一、项目主题的确立和分析

冬季来临时，北方的冰雪旅游持续升温。尤其是南方游客去北方旅游时，保暖成为优先被考虑的事项之一。暖贴由于其具有持续发热功能，成为冬季户外活动的日常必备用品。本研究是根据学生去北方旅游时使用暖贴，并在对暖贴的好奇声中开展的。

运用所学的学科知识解决生活中的实际问题是学科素养的重要体现。该项目主要承载着电化学反应的相关内容，包括化学反应与电能、原电池、电极、电极反应、电化学方程式、电解质溶液等，重点发展学生的转化观和能量观。学生在项目学习前，已经系统地学习了原电池的相关理论知识，掌握了一定的科学探究知识，但是对于完整的科学探究过程的了解和经历较少，缺乏对知识的理解和建构过程。本研究旨在以学生为主体，经历科学探究过程，建构原电池主题知识，促进科学探究能力和素养发展。

二、项目学习目标

1.通过对暖贴中物质成分的分析，认识暖贴发热的原因；基于控制变量思想，设计铁钉生锈的实验探究方案。

2.通过铁钉生锈的实验探究，从化学角度认识铁钉生锈的原因，学习实验探究金属腐蚀的原理、方法和步骤，初步了解科学探究的构成要素。

3.通过分析暖贴发热过程中铁粉的变化，从电化学角度认识加快铁粉生锈的原因，学习原电池腐蚀的基本原理、构成条件，初步了解数字化实验在科学探究素养培养过程中的价值。

4.通过建构原电池认知模型和经历科学探究过程，感悟化学知识价值，实现知、情、意的统一。通过分析暖贴使用后的废物处理问题，认识化学与社会可持续发展理念的融合，形成综合视角分析问题能力。

三、项目学习规划

项目活动分为课前活动和课上活动。课前活动主要完成项目学习目标1和目标2，课上活动完成项目学习目标3和目标4。具体活动见表1。

四、项目活动实践

课前学习活动部分时间较长，本文仅呈现课上教学过程。

（一）讨论、分析暖贴中各物质成分的作用

[师]经历课前的实验探究活动，我们已经了解了铁的化学腐蚀条件和腐蚀原理，并且通过实验探究进行了验证，水是铁腐蚀的必要条件之一。请大家再次观察暖贴说明书中的物质成分，小组讨论、分析如下问题。

问题1：暖贴中的水从何而来？

[生]在空气中，或者在活性炭中。

追问：这两个都可以吗？

[生]空气中水蒸气含量太低，不足以提供足量的水使反应持续发生，因此水应该是吸附在活性炭中。

[师]在课前通过观察分析，已经知道暖贴放热过程中铁粉被腐蚀了。

问题2：根据你所学的电化学知识，食盐在其中起什么作用？

[生]溶解在水中形成电解质溶液，构成原电池。

追问：为什么能持续释放热量？

[生]反应过程中产生的热量贮存在蛭石里，持续、缓慢释放出来。

【设计意图】通过设置驱动问题1引出铁腐蚀的必要条件之一——水。通过问题2引出原电池构成的必要条件之一——电解质溶液。

（二）实验探究暖贴工作的电化学原理

[师]暖贴放热时，发生了原电池腐蚀，那么到底是哪些物质发生了反应呢？我们刚才的分析是否正确呢？

请同学们根据所提供的实验材料，基于变量控制进行分组探究实验。

实验目的：利用数字化实验探究活性炭、氯化钠对铁生锈速率的影响。

实验器材和药品：压强传感器、广口瓶、带导管橡胶塞、还原性铁粉、10%的氯化钠溶液、活性炭粉等。

实验内容： 将以下四组药品分别放入广口瓶中，连接压强传感器，获得实验数据。

问题1：根据图1分析，从坐标及曲线变化趋势能得出什么结论？

[生]随着反应过程中氧气的消耗，密闭容器中压强逐渐变小。

追问：这说明什么问题？

[生]说明在反应过程中有氧气参与。

问题2：根据图1，从参与反应的物质分析还能得出什么结论？

[生]加入食盐后，消耗氧的速率加快；再加入活性炭后，消耗氧的速率进一步加快；同时加入食盐和活性炭，消耗氧的速率迅速增加。

追问：这是什么原因造成的？

[生]根据原电池知识分析，这说明该反应发生了吸氧腐蚀，食盐溶于水后形成电解质溶液，活性炭是正极，铁粉是负极，构成了原电池。

问题3：原电池的构成条件是什么？

[生]活泼性不同的两个电极，电解质溶液，能发生自发的氧化还原反应，形成闭合回路。

问题4：④和①比较，结合课前知识学习，说明了什么问题？

[生]电化学腐蚀速率大于化学腐蚀速率。

追问：根据实验组别中的实验材料，你认为控制变量法进行实验探究的核心要素是什么？

[生]探究过程的关键是如何选择和控制变量。根据实验材料组合划分不同的实验组别。

【设计意图】通过实验探究为证明暖贴的工作原理提供证据支撑。通过实验结果分析，为建构原电池模型做准备，了解基于控制变量进行实验探究的思路和方法。

（三）展示、分析项目作品

[师]根据实验探究结果，请同学们绘制暖贴中铁发生腐蚀的原理图。

学生绘制的暖贴中铁发生腐蚀的原理图，如图2所示。

问题1：三个原理图中，你觉得哪幅与暖贴的反应更符合？

[生]从反应原理看，三幅图都是铁的吸氧腐蚀原理图。图2-3可能更符合。

追问：为什么图2-3更符合，其他两个不符合呢？

[生]暖贴中没有导线，所以图2-1不符合；活性炭作为负极，应该与氯化钠溶液接触才能发生反应，所以图2-2不符合；与图2-2相比，图2-3的碳没有划出明显的碳的范围，所以是铁与碳直接接触，这与暖贴中铁粉与活性炭直接接触相似。

问题2：三位同学的电极反应方程式正确吗？

[生]如果是正负极同时出现，最好正负极的得失电子数相等。也就是把负极方程式两端都乘以2。

[师]暖贴中铁发生吸氧腐蚀的示意图，如图3所示。铁和活性炭完全浸在电解质溶液中，溶解在溶液中的氧气参与反应。

【设计意图】展示、分析项目作品是项目学习的重要环节。通过对学生的项目作品进行分析，培养学生系统性、结构化的知识表达能力。

（四）分析暖贴使用后的废物处理

[师]暖贴使用后会变硬，里面的化学成分发生了变化。

问题：暖贴使用后能否直接扔掉？

[生1]从环保角度看，使用后暖贴中的铁转化成了三氧化二铁，水、食盐、活性炭、蛭石等其他成分没有发生变化。三氧化二铁对环境没有大的危害，可以直接扔掉。

[生2]从社会资源角度看，为了节约资源和促进社会可持续发展，这些化学成分都是可回收利用资源。

追问：为了节约资源，进行资源回收是好想法。但是，回收资源还需要考虑什么？

[生3]考虑资源回收成本。

[师]是的。经济效益也是我们进行实践活动时必须考虑的重要因素。

【设计意图】通过暖贴使用后的废物处理问题，考查学生综合视角分析问题的能力，培养学生决策、研判能力。

五、项目学习反思

项目学习是基于真实问题解决的学习方式。教师要精心选择学习素材，带领学生走入情境，激发学生情感共鸣和学习兴趣，在情境中分析问题、解决问题，并以此为基础建构知识，学习思路和方法。项目学习是以学生为主体的学习活动，教师要让学生在学习过程中真参与、真做事、真思考，转变学习方式，自主建构化学观念。展示并分析项目作品，培养学生比较、分析思维。在自主建构基础上，培养学生综合视角分析、决策、研判能力。

[参 考 文 献]

[1]张淑贤，商晓绪.初中化学“水的净化”的项目式教学：以“设计净水系统”为例[J].化学教育（中英文），2021，42（13）：28-33.

[2]李燃，林红焰，黄燕宁，等.基于“大清河盐场”实地观摩考察的初中化学项目式学习：实验的“旅程”[J].化学教育（中英文），2021，42（21）：52-59.

（责任编辑：姜显光）