劉莉

摘要：隨著教育的不斷改革與發(fā)展，越來(lái)越重視培養(yǎng)學(xué)生的核心素養(yǎng)，而學(xué)科核心素養(yǎng)正是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)。而深度學(xué)習(xí)對(duì)發(fā)展學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)具有重要價(jià)值，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是實(shí)現(xiàn)深度學(xué)習(xí)的重要途徑。以“工業(yè)制堿”為例，基于“化學(xué)反應(yīng)原理的確定”、“原料來(lái)源的選擇”、“化工流程的設(shè)計(jì)”等核心任務(wù)對(duì)學(xué)習(xí)中涉及的化學(xué)理論、學(xué)科觀念、化工生產(chǎn)流程等進(jìn)行項(xiàng)目式整合，在真實(shí)情境中完成項(xiàng)目任務(wù)，使學(xué)生在學(xué)習(xí)主動(dòng)性、學(xué)科思維以及深度學(xué)習(xí)方面獲得提高與進(jìn)步。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí);深度學(xué)習(xí);核心素養(yǎng);創(chuàng)新意識(shí)

一、問(wèn)題的提出

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出：應(yīng)重視開(kāi)展“素養(yǎng)為本”的教學(xué)。學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)科育人價(jià)值的集中體現(xiàn)，是學(xué)生通過(guò)學(xué)科學(xué)習(xí)而逐步形成的正確價(jià)值觀念、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。深度學(xué)習(xí)是落實(shí)核心素養(yǎng)的重要途徑。胡久華等把聚焦化學(xué)核心素養(yǎng)的深度學(xué)習(xí)界定為：在教師的引領(lǐng)下，學(xué)生圍繞具有挑戰(zhàn)性的學(xué)習(xí)主題，開(kāi)展以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的探究活動(dòng)，從宏微結(jié)合、變化守恒的視角，運(yùn)用證據(jù)推理與模型認(rèn)知的思維方式，建立運(yùn)用化學(xué)學(xué)科思想解決問(wèn)題的思路和方法，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新精神和實(shí)踐能力，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展[2]。而“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”模式是以問(wèn)題情境為中心的教學(xué)模式，教師將學(xué)習(xí)任務(wù)項(xiàng)目化，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用已有的知識(shí)和經(jīng)驗(yàn)在真實(shí)情境中再建構(gòu)與創(chuàng)造新知識(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程。該學(xué)習(xí)模式不僅符合新課程標(biāo)準(zhǔn)的學(xué)習(xí)要求，而且能夠促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)[3]。

本文以“工業(yè)制堿”為例，依托“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”模式，解決如何制備純堿的問(wèn)題，包括制堿原理的確定、原料來(lái)源的選擇、工藝流程的設(shè)計(jì)等問(wèn)題，培育學(xué)生的社會(huì)責(zé)任感，落實(shí)立德樹(shù)人的根本任務(wù)，展開(kāi)依托“項(xiàng)目式學(xué)習(xí)”模式促進(jìn)高中化學(xué)深度學(xué)習(xí)的教學(xué)實(shí)踐。

二、主題的確立

化學(xué)工業(yè)對(duì)國(guó)計(jì)民生的發(fā)展起著不可替代的重要作用，是化學(xué)學(xué)科知識(shí)綜合應(yīng)用的具體實(shí)例。本課時(shí)為上科版高三拓展型課程第五章第三節(jié)“化工生產(chǎn)”的學(xué)習(xí)內(nèi)容，前面已經(jīng)有了溶解平衡、碳酸鈉與碳酸氫鈉、氯堿工業(yè)等內(nèi)容，后面還將繼續(xù)學(xué)習(xí)化工生產(chǎn)的基本原理。本節(jié)課的制堿工業(yè)是無(wú)機(jī)化工最重要的內(nèi)容，是氯堿工業(yè)、海水提溴、海帶提碘、工業(yè)制硫酸等無(wú)機(jī)化工的延伸和拓展，也是物質(zhì)溶解度、溶解平衡、離子反應(yīng)規(guī)律、化學(xué)平衡移動(dòng)規(guī)律等化學(xué)理論的實(shí)際應(yīng)用，也為后面化工生產(chǎn)的系統(tǒng)復(fù)習(xí)奠定基礎(chǔ)。

基于主題的確立，結(jié)合具體的學(xué)情，確定如下項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)與教學(xué)重難點(diǎn)： （1） 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，理解氨堿法和聯(lián)合制堿法的原理及化工生產(chǎn)的簡(jiǎn)單流程;（2）初步學(xué)會(huì)從經(jīng)濟(jì)、環(huán)保等角度進(jìn)行化工生產(chǎn)流程的設(shè)計(jì)，體會(huì)化工生產(chǎn)中的綠色化學(xué)思想，并通過(guò)了解“侯氏制堿法”的背景，感悟侯德榜先生的愛(ài)國(guó)主義情感，增強(qiáng)民族自信，激發(fā)愛(ài)國(guó)主義情懷。

重點(diǎn)：氨堿法和聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿的原理。

難點(diǎn)：氨堿法和聯(lián)合制堿法生產(chǎn)純堿的原理。

三、設(shè)計(jì)的思路

聯(lián)合制堿工業(yè)是新中國(guó)的第一項(xiàng)專(zhuān)利，承載著民族化學(xué)工業(yè)的驕傲。本節(jié)課依托“項(xiàng)目化學(xué)習(xí)”模式，圍繞經(jīng)濟(jì)（成本）、環(huán)保等方面考慮，解決如何制堿的問(wèn)題。通過(guò)小組討論、分析先后確定制堿的化學(xué)反應(yīng)原理、原料來(lái)源以及濾液的處理方法，展現(xiàn)化學(xué)工業(yè)在綜合利用資源、節(jié)約能源、保護(hù)環(huán)境等方面采取的技術(shù)措施，逐步自主構(gòu)建制備純堿的工藝流程。最后，給出兩種制堿方法的名稱(chēng)，從而引出侯氏制堿法及其化學(xué)發(fā)展史，了解“侯氏制堿法”誕生的歷史背景，感受其在內(nèi)憂(yōu)外患的情況下發(fā)展民族工業(yè)的艱辛，體會(huì)侯德榜先生的實(shí)業(yè)救國(guó)理想和愛(ài)國(guó)主義情感，增強(qiáng)學(xué)生的民族自豪感，激發(fā)學(xué)生的愛(ài)國(guó)主義情懷。

四、項(xiàng)目教學(xué)設(shè)計(jì)

4. 項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施

4.1情境引入：碳酸鈉的用途

廚房中的食用純堿可用于發(fā)面、去油污等。純堿是一種非常重要的化工原料，在玻璃、肥皂、洗滌劑、造紙、紡織、食品等工業(yè)中有著非常廣泛的應(yīng)用。我們的老祖宗最早使用的是天然堿。內(nèi)蒙古堿湖中就存在碳酸鈉。但是隨著工業(yè)的發(fā)展，天然堿的量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足日常生活、生產(chǎn)的需求。在1775年法國(guó)科學(xué)院懸賞10萬(wàn)法郎征求可工業(yè)化的制堿方法。如果你是制堿的工程師，你將打算如何生產(chǎn)純堿呢？

設(shè)計(jì)意圖：本節(jié)課以純堿在日常生活、生產(chǎn)中的廣泛應(yīng)用，引出天然堿的數(shù)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)不能滿(mǎn)足生產(chǎn)、生活的需求，引領(lǐng)學(xué)生化身“小小工程師”，引出如何進(jìn)行工業(yè)制堿的項(xiàng)目任務(wù)，激發(fā)學(xué)生的探知欲，幫助學(xué)生樹(shù)立“性質(zhì)決定用途、用途決定生產(chǎn)”的化學(xué)觀念。

4.2 項(xiàng)目任務(wù)：將工業(yè)制堿劃分成三個(gè)子項(xiàng)目：（1）化學(xué)反應(yīng)原理的確定、（2）原料來(lái)源的選擇、（3）化工流程的設(shè)計(jì)等完成三個(gè)子項(xiàng)目任務(wù)。

[任務(wù)一] 化學(xué)反應(yīng)原理的確定

[提問(wèn)] 海水中有大量的氯化鈉。我們從元素守恒的角度分析，我們可以想辦法把氯化鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉，即向飽和食鹽水中通入CO2，這樣能制得碳酸鈉嗎？

[演示實(shí)驗(yàn)] 向充滿(mǎn)CO2的礦泉水瓶中倒入20毫升飽和食鹽水，充分振蕩。

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象] 發(fā)現(xiàn)沒(méi)有固體。氣體體積沒(méi)有變化。

[教師拓展補(bǔ)充] CO2在水中的溶解度很小，飽和碳酸的濃度只有0.033mol/L。而碳酸二級(jí)電離產(chǎn)生的CO32-就更少了。

[追問(wèn)] 是否有辦法能夠增大CO2溶解度，從而促進(jìn)碳酸的電離，使其產(chǎn)生更多的CO32-呢？

[學(xué)生回答] 加堿。

[追問(wèn)]從降低成本的角度考慮，向NaCl溶液中加入哪種堿性物質(zhì)比較好？

[學(xué)生] NH3。

[設(shè)問(wèn)] 理論上，氨水作為堿能促進(jìn)碳酸的電離，事實(shí)上移動(dòng)平衡的效果明顯嗎？

[演示實(shí)驗(yàn)] 先向氨的飽和實(shí)驗(yàn)水中滴入酚酞，然后再向充滿(mǎn)CO2的礦泉水瓶中倒入20mL氨的飽和食鹽水（不要振蕩）。

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象] 瓶子越來(lái)越癟，最后兩邊瓶壁幾乎貼合一起，溶液顏色變淺。

[提問(wèn)] 既然氨水能充分吸收CO2，那么他們反應(yīng)后到底是碳酸銨，還是碳酸氫銨？

[學(xué)生] 碳酸氫銨。

[提問(wèn)] 氨的食鹽水吸收CO2后生成了碳酸氫銨，則溶液中大量存在哪些離子？

[學(xué)生] 有鈉離子、氯離子、銨根、碳酸氫根離子、碳酸根離子。

[追問(wèn)] 可組成幾種物質(zhì)？分別是哪些？

[學(xué)生] 5種。氯化鈉、碳酸鈉、碳酸氫鈉、氯化銨、碳酸氫銨。

[提問(wèn)] 最先析出的鹽是？

[學(xué)生] 碳酸氫鈉。

[設(shè)問(wèn)] NH3、CO2、NaCl這三者能否反應(yīng)析出碳酸氫鈉沉淀呢？

[演示實(shí)驗(yàn)] 先向氨的飽和食鹽水通CO2，然后放入冰水中冷卻。

[實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象] 溶液變渾濁。

[教師拓展補(bǔ)充] 經(jīng)過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，可以析出碳酸氫鈉固體。

請(qǐng)同學(xué)們完善化學(xué)方程式。學(xué)生寫(xiě)：

[教師拓展補(bǔ)充] Na+和HCO3-結(jié)合生成沉淀析出，導(dǎo)致溶液中的這兩種離子的濃度減小。根據(jù)離子互換反應(yīng)發(fā)生的條件，離子反應(yīng)總是向著離子濃度減小的方向進(jìn)行，所以這個(gè)反應(yīng)能夠一直向右進(jìn)行。

[小結(jié)] 我們就此確定下制備純堿的化學(xué)反應(yīng)原理。

設(shè)計(jì)意圖：本環(huán)節(jié)重在實(shí)驗(yàn)探究與理論分析。通過(guò)教師演示實(shí)驗(yàn)——飽和食鹽水加入到CO2中、CO2通入氨鹽水中。對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析，意在培養(yǎng)學(xué)生“證據(jù)推理”的能力。引導(dǎo)學(xué)生對(duì)宏觀現(xiàn)象（瓶子変癟、溶液顏色變淺、溶液變渾濁）給出合理的解釋?zhuān)嵘龑W(xué)生“變化觀念”、“證據(jù)推理”、“科學(xué)探究”等化學(xué)核心素養(yǎng)。

[任務(wù)三] 化工流程的設(shè)計(jì)

[過(guò)渡] 化學(xué)反應(yīng)原理和原料來(lái)源都確定好了，我們?cè)賮?lái)設(shè)計(jì)一下生產(chǎn)流程。

[學(xué)生討論] 學(xué)生以小組為單位，討論、交流、設(shè)計(jì)方案。

[第一組] 設(shè)計(jì)的流程圖（在黑板上畫(huà)）如下圖。

其他組學(xué)生補(bǔ)充、完善。

[學(xué)生A] 陳述修改理由：根據(jù)碳酸氫鈉分解的化學(xué)方程式，還有CO2產(chǎn)生，將CO2循環(huán)可以降低成本。

[學(xué)生B] 陳述修改理由：因?yàn)槿芤褐心芪龀鯪aHCO3固體，說(shuō)明溶液中的NaHCO3是飽和的，所以濾液中肯定還存在NaHCO3。

[過(guò)渡] 這是工業(yè)制堿的一種方案。氯化銨是農(nóng)業(yè)上常用的氮肥。

[提問(wèn)] 根據(jù)NH4Cl的溶解平衡原理NH4Cl（s）NH4++Cl-和溶解度曲線(xiàn)，分析如何使NH4Cl析出而NaHCO3不析出？方案越多越好。

[資料] 幾種鹽的溶解度曲線(xiàn)。

[學(xué)生C] 加氯化鈉，加氯化鈉可以增加氯離子的濃度，使氯化銨的溶解平衡逆移。

[學(xué)生D] 適當(dāng)降低溫度，降溫是因?yàn)樘妓釟溻c的溶解度隨溫度的升高而增大得較為明顯。

[學(xué)生E] 通NH3，通氨氣是增加NH4+的濃度使氯化銨的溶解平衡逆移。

[追問(wèn)] 除此之外，通NH3還有什么作用？

[學(xué)生F] NH3與NaHCO3反應(yīng)，使NaHCO3轉(zhuǎn)化成溶解度更大的Na2CO3，使析出的NH4Cl純度更高。

學(xué)生補(bǔ)充完整兩種流程圖。

[教師拓展補(bǔ)充] 制堿的原料來(lái)源是NH3和石灰石，加生石灰處理濾液得到NH3后循環(huán)的這種方法叫氨堿法，他是索爾維設(shè)計(jì)的，所以又叫索爾維制堿法。而將合成氨工業(yè)和制堿工業(yè)聯(lián)合起來(lái)的制堿方法叫聯(lián)合制堿法，是侯德榜設(shè)計(jì)的，又稱(chēng)侯氏制堿法。

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)小組交流、商討工業(yè)制堿的工藝流程圖，讓學(xué)生在過(guò)程中感悟綠色化學(xué)的理念，也將學(xué)生所學(xué)的理論知識(shí)應(yīng)用于實(shí)際，達(dá)到學(xué)以致用的目的，也能夠更好地幫助學(xué)生理解工業(yè)制堿的原理，逐步自主構(gòu)建制備純堿的工藝流程，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識(shí)與科學(xué)態(tài)度。

五、項(xiàng)目教學(xué)反思

1. 體驗(yàn)科研過(guò)程，促進(jìn)綜合化的有意義學(xué)習(xí)

何謂科研？一般是指在發(fā)現(xiàn)問(wèn)題后，經(jīng)過(guò)分析找到可能解決問(wèn)題的方案，并利用科學(xué)實(shí)驗(yàn)，對(duì)可能的結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和改進(jìn)，從而獲得新產(chǎn)品?？茖W(xué)研究的基本任務(wù)就是探索、認(rèn)識(shí)未知和創(chuàng)新。以“項(xiàng)目任務(wù)一”為例，學(xué)生站在制堿工程師的角度思考，如何將海水中的氯化鈉轉(zhuǎn)化成碳酸鈉。學(xué)生根據(jù)元素守恒的思想，想到向了飽和氯化鈉溶液中通CO2氣體;緊接著思考如何增大CO2在水中的溶解度。學(xué)生能夠想到加堿，而對(duì)于 “選擇加入哪一種堿比較好”這個(gè)問(wèn)題，學(xué)生也能考慮到生產(chǎn)成本和環(huán)保等重要問(wèn)題。化學(xué)是一門(mén)以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的學(xué)科，通過(guò)實(shí)驗(yàn)證明，將CO2通入到氨鹽水中能夠析出碳酸氫鈉，從而確定制堿的化學(xué)反應(yīng)原理。這一過(guò)程是在真實(shí)問(wèn)題情境中，學(xué)生體驗(yàn)用所學(xué)的化學(xué)知識(shí)和學(xué)科思維解決在實(shí)際化工生產(chǎn)中的面臨的問(wèn)題和挑戰(zhàn)，也能夠感受到化學(xué)這門(mén)學(xué)科的功能和價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生綜合化的有意義的學(xué)習(xí)。

2. 理論應(yīng)用實(shí)際，培養(yǎng)解決真實(shí)問(wèn)題的能力

學(xué)科知識(shí)與學(xué)科思維均在解決真實(shí)問(wèn)題中凸顯其價(jià)值，彰顯出學(xué)科魅力。在“項(xiàng)目任務(wù)三”中對(duì)于濾液的處理方式涉及到的理論有化學(xué)平衡理論、溶解平衡理論、物質(zhì)溶解度、變化觀念等。當(dāng)然，學(xué)生能夠很好地應(yīng)用這些理論解決了“如何變廢為寶”的問(wèn)題。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中，學(xué)生不僅達(dá)成了知識(shí)目標(biāo)，而且通過(guò)學(xué)以致用，結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際解決了濾液的處理問(wèn)題，大大地降低了工業(yè)制堿的成本，同時(shí)也考慮到環(huán)保問(wèn)題，提高了學(xué)生解決問(wèn)題的能力，發(fā)展了學(xué)生的學(xué)科核心素養(yǎng)。

3. 建構(gòu)工藝流程，提高學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力

高考改革的方向更傾向于考察學(xué)生的語(yǔ)言表達(dá)能力。學(xué)生將自己的制堿思路訴諸于筆端，呈現(xiàn)于紙上。在此過(guò)程中，學(xué)生自主構(gòu)建工藝流程圖，理順了自己的思路。通過(guò)小組同學(xué)間的合作與交流，完成了從氯化鈉到碳酸鈉的化工生產(chǎn)過(guò)程的構(gòu)建，也能夠?qū)⑵渲猩婕暗降姆蛛x與提純的方法嵌入在合適的位置。由此可見(jiàn)，經(jīng)過(guò)教師的引導(dǎo)與啟發(fā)，學(xué)生深度學(xué)習(xí)的能力可見(jiàn)一斑。項(xiàng)目式的學(xué)習(xí)方式改變了傳統(tǒng)課堂“滿(mǎn)堂灌”的學(xué)習(xí)方式，真正做到了凸顯學(xué)生的主體性地位。通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，初步給學(xué)生建立解決化工生產(chǎn)問(wèn)題的思考模型，提高學(xué)生探究與創(chuàng)新的能力，促進(jìn)學(xué)生的深度學(xué)習(xí)。

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