陳霞 車建偉 潘永根

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目式學(xué)習(xí);模型認(rèn)知;海洋資源

一、項(xiàng)目主題分析

基于項(xiàng)目的學(xué)習(xí)是以學(xué)科的概念和原理為中心，以制作作品為目的，在真實(shí)的情境中，借助多種資源開展探究活動解決一系列相互關(guān)聯(lián)的問題，最終達(dá)到知識建構(gòu)和核心素養(yǎng)發(fā)展的一種學(xué)習(xí)模式[1]。本文探索在新授課中用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)提高學(xué)生論證和交流能力，改變學(xué)生學(xué)習(xí)方式，促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的形成。

“海洋資源的開發(fā)與利用”是化學(xué)必修第二冊第八章的內(nèi)容，主要包括工業(yè)提取Br2的工藝流程和海水的綜合利用。作為新授課，教學(xué)重點(diǎn)應(yīng)定位于工業(yè)提取海水中的化學(xué)物質(zhì)流程的設(shè)計(jì)與分析和化學(xué)學(xué)科價(jià)值的認(rèn)識?！镀胀ǜ咧谢瘜W(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》必修課程主題5“化學(xué)與社會發(fā)展”要求認(rèn)識化學(xué)科學(xué)與技術(shù)對我國的生產(chǎn)發(fā)展、人民生活富裕、生態(tài)良好發(fā)揮著重要作用。以海洋的開發(fā)利用為例，了解根據(jù)物質(zhì)性質(zhì)及其變化綜合利用資源和能源的方法，樹立“綠色化學(xué)”的觀念，形成資源全面節(jié)約、物能循環(huán)利用的意識[2]。筆者選取幫助海島發(fā)展、開發(fā)海洋資源的真實(shí)情境，體現(xiàn)“化學(xué)能夠滿足人民日益增長的美好生活需要”的社會價(jià)值;以提取海水中的溴為例，建構(gòu)工業(yè)提取物質(zhì)的基本模型，再讓學(xué)生應(yīng)用工業(yè)提取物質(zhì)的基本模型設(shè)計(jì)海水中提取鎂的流程，為開發(fā)海水中的其他資源奠定基礎(chǔ)，發(fā)展學(xué)生的“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”核心素養(yǎng);由海水制溴和海水制鎂兩個項(xiàng)目，形成物能循環(huán)利用的意識，促進(jìn)學(xué)生形成創(chuàng)造性思維，發(fā)展學(xué)生的“科學(xué)態(tài)度與社會責(zé)任”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識”等核心素養(yǎng)。

二、教學(xué)目標(biāo)

（1）通過了解海水曬鹽的原理和海水曬鹽技術(shù)的發(fā)展，總結(jié)歸納物質(zhì)分離的方法與適用范圍，為建構(gòu)工業(yè)生產(chǎn)模型奠定基礎(chǔ)，認(rèn)識化學(xué)科學(xué)技術(shù)對生產(chǎn)發(fā)展的重要作用。

（2）通過設(shè)計(jì)和分析工業(yè)生產(chǎn)溴單質(zhì)的流程，建構(gòu)工業(yè)提取物質(zhì)的基本模型，認(rèn)識化學(xué)知識和方法對實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)的推進(jìn)作用。

（3）設(shè)計(jì)工業(yè)生產(chǎn)金屬鎂的流程，提高學(xué)生實(shí)踐、合作、質(zhì)疑和創(chuàng)新的能力，了解物質(zhì)性質(zhì)及其變化、綜合利用資源的方法，認(rèn)識化學(xué)科學(xué)與技術(shù)的發(fā)展對化工生產(chǎn)發(fā)展的重要性。

（4）樹立“綠色化學(xué)”的觀念，形成資源全面節(jié)約、物能循環(huán)利用的意識，深刻認(rèn)識化學(xué)對創(chuàng)造更多物質(zhì)財(cái)富、滿足人民美好生活需要的重大貢獻(xiàn)。

三、教學(xué)流程

“高塘島鄉(xiāng)靠海吃?！?，本項(xiàng)目學(xué)習(xí)過程包括1個知識儲備環(huán)節(jié)和3 個核心環(huán)節(jié)：從海水中提取溴單質(zhì)、海水中提取鎂單質(zhì)、海水的聯(lián)合利用。組織學(xué)生完成項(xiàng)目任務(wù)，注重學(xué)生自主能動性，引導(dǎo)學(xué)生建構(gòu)工業(yè)提取物質(zhì)的流程模型，應(yīng)用模型解決其他生產(chǎn)問題，發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)，最終達(dá)成課標(biāo)要求的學(xué)習(xí)目標(biāo)。

“海洋資源的開發(fā)與利用”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)流程見表1。

四、學(xué)習(xí)過程

1. 項(xiàng)目背景——海島開發(fā)項(xiàng)目

寧波市象山縣高塘島鄉(xiāng)基本情況：島面積52.8平方千米，人口2萬人，2005年，全鄉(xiāng)社會總產(chǎn)值7.15億元，漁業(yè)總產(chǎn)值4.12億元。島上大多數(shù)居民以捕魚、幫漁、養(yǎng)殖和農(nóng)業(yè)種植為生，少數(shù)居民在小型化工廠工作，生產(chǎn)生活趨近原生態(tài)，農(nóng)漁民人均收入不高。（授課教師是寧波市象山縣高塘島鄉(xiāng)人，使海島的開發(fā)項(xiàng)目變得貼近學(xué)生生活。）

[教師]我們可以從海水中獲取哪些化學(xué)物質(zhì)？

[學(xué)生]食鹽。

[提供圖片]曬鹽和曬鹽蒸餾一體機(jī)（圖1）。

[教師]從海水中獲取食鹽屬于哪一種分離物質(zhì)的方法，除此之外，我們還學(xué)習(xí)過哪些分離物質(zhì)的方法？

[學(xué)生]總結(jié)物質(zhì)的分離方法（表2）。

2. 模型建構(gòu)——海水中提取溴單質(zhì)

[資料1]溴及其化合物的用途、金屬鎂的用途、碘單質(zhì)的用途、期貨價(jià)格。

[資料2]海水中溴元素以Br-形式存在，海水中Br-的濃度約為8.38×10-4 mol/L。

[資料3]通常狀況下，Br2是深紅棕色、密度比水大的液體，易揮發(fā)，沸點(diǎn)為58.8 ℃。

[資料4]海水由于弱酸性陰離子的水解作用而呈弱堿性。pH一般在8.0～8.5之間，表層海水通常穩(wěn)定在8.l±0.2左右，中、深層海水一般在7.8～7.5之間變動。

[教師]從氧化還原角度考慮，如何將Br-轉(zhuǎn)化為Br2？

[學(xué)生]需要加氧化劑。

[教師]你覺得可以加哪些氧化劑？

[學(xué)生1]H2O2。

[學(xué)生2]Cl2。

[學(xué)生3]KMnO4。

[教師]從氧化還原角度，大家說的氧化劑都可以將Br-轉(zhuǎn)化為Br2。接下來請同學(xué)們以同桌為小組單位，從原料獲得難易、價(jià)格等方面選擇合適的氧化劑，利用資料確定Br2的分離方法，初步畫出從海水中獲取Br2的流程。

[教師]轉(zhuǎn)化：選擇一些化學(xué)方法將原料轉(zhuǎn)化為目標(biāo)物質(zhì)。

[教師]提供腳手架如圖2。

[學(xué)生]展示畫的流程圖，見圖3、圖4。

蒸發(fā)再收集就是蒸餾。

[教師]分離：根據(jù)物質(zhì)的性質(zhì)選擇合適的分離方法分離出目標(biāo)物質(zhì)。

[教師]請同學(xué)們對比教材101頁圖8-4工業(yè)提取Br2的流程，找到我們畫的流程圖和教材中流程圖的區(qū)別，完成其中涉及的化學(xué)反應(yīng)方程式或離子反應(yīng)方程式，并思考為什么工業(yè)生產(chǎn)要這樣設(shè)計(jì)？

[學(xué)生1]用氯氣去氧化溴離子，但是后面又用SO2還原Br2，最后又用Cl2去氧化前一步生成的溴離子。

[學(xué)生2]在第一次用氯氣氧化Br-之后，用空氣把Br2吹出來了。

[教師]海水中的c（Br-）約為8.38×10-4mol/L。

[教師]1.向海水中直接通入Cl2得到的c（Br2）濃度大嗎？如果直接蒸餾含有Br2的海水會有什么問題？

[學(xué)生]大量的能耗，但是最后溴單質(zhì)的產(chǎn)量很少。

[教師]大家覺得在進(jìn)入蒸餾塔中的HBr的濃度是高還是低？

[學(xué)生]肯定高，為了節(jié)約能耗。

[教師]大家覺得為什么工業(yè)生產(chǎn)要用SO2吸收第一次Cl2氧化得到的Br2呢？

[學(xué)生觀點(diǎn)]是為了提高Br-的濃度，降低后續(xù)蒸餾的能耗。

[教師]富集：通過一些方法提高某物質(zhì)濃度的過程。

[教師]在實(shí)際生產(chǎn)中，將溴單質(zhì)從水溶液中分離出來用了哪些分離方法？

[學(xué)生觀點(diǎn)]蒸餾，吹出。

[教師]呈現(xiàn)工業(yè)提取化學(xué)物質(zhì)基本模型（見圖5）。

3.模型運(yùn)用——海水中提取鎂單質(zhì)

[教師]如何從海水中獲取金屬M(fèi)g？請前后4人為小組，討論并畫出工業(yè)制取金屬M(fèi)g的流程圖。其中，箭頭、方框、橢圓可以根據(jù)需要增加或刪除（見圖6）。

[資料1]海水中Mg2+濃度為0.05 mol/L。

[資料2]鎂的化合物的熔融溫度，一些試劑的價(jià)格（見表3、表4）。

[教師]

①富集：如何提高海水中Mg2+的濃度？

②分離：如何將鎂元素從海水中分離出來？

③轉(zhuǎn)化：應(yīng)該用什么樣的方法冶煉得到金屬鎂？

[學(xué)生]展示畫的流程圖，見圖7、圖8。

[教師]兩個小組設(shè)計(jì)的流程圖有相同之處也有不同之處，請兩個小組各派一個代表說明自己的設(shè)計(jì)理由。

[小組代表1]海水中Mg2+濃度太低，所以我們選擇蒸發(fā)提高濃度;氫氧化鈣的價(jià)格比較低，所以我們選擇用氫氧化鈣溶液來沉淀Mg2+。對比另一小組的流程，我們忘記了加鹽酸后得到的是MgCl2溶液，應(yīng)該要將MgCl2固體分離出來。

[小組代表2]雖然Ca（OH）2 的價(jià)格低，但是我們小組考慮到Ca（OH）2 溶解度低，實(shí)際操作產(chǎn)量低，所以我們選擇NaOH。

[教師]其他同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該選擇Ca（OH）2 還是NaOH？

[學(xué)生1評價(jià)]考慮成本，可以選擇渾濁石灰水。

[小組代表2]那會引入沉淀Ca（OH）2 。

[學(xué)生2]可以選擇加入適量渾濁石灰水。

[教師]為什么選擇電解熔融MgCl2？

[學(xué)生]MgCl2熔點(diǎn)低，熔化時耗能小。

4.思維發(fā)散——海洋資源的綜合利用

[教師]海島上已有曬鹽工廠，請同學(xué)們考慮能否將制鎂項(xiàng)目和制溴項(xiàng)目進(jìn)行聯(lián)合建廠，使得化工生產(chǎn)綠色化，讓物質(zhì)、能源的循環(huán)利用最大化。

[學(xué)生]交流討論，繪制海水綜合利用圖（見圖9、圖10）。

[小結(jié)]工業(yè)生產(chǎn)需要考慮反應(yīng)進(jìn)行的可能性、原料來源、成本高低、設(shè)備要求和環(huán)境保護(hù)等因素，因此可以聯(lián)系工業(yè)生產(chǎn)的原料和產(chǎn)品，充分利用各種海洋資源以達(dá)到物能循環(huán)、綜合效益最大化和綠色化學(xué)的目的。

[作業(yè)]利用所學(xué)知識，開發(fā)海洋資源，設(shè)計(jì)生產(chǎn)其他化學(xué)物質(zhì)。

五、反思與展望

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以建構(gòu)主義理論為指導(dǎo)，用小組合作方式進(jìn)行規(guī)劃和解決項(xiàng)目任務(wù)，可以有效地促進(jìn)學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展，對學(xué)生模型建構(gòu)、能力提高和學(xué)習(xí)動機(jī)有著良好的促進(jìn)作用[3]。基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)思路，本課一方面選取海島實(shí)際情況為真實(shí)情境，將海洋資源的開發(fā)作為項(xiàng)目任務(wù)，提高學(xué)生項(xiàng)目設(shè)計(jì)的學(xué)習(xí)動機(jī)，認(rèn)識化學(xué)對創(chuàng)造物質(zhì)財(cái)富、改善人民生活的重大貢獻(xiàn);另一方面應(yīng)用氧化還原反應(yīng)知識和物質(zhì)分離方法初步設(shè)計(jì)理想的工業(yè)提取溴流程，對比工業(yè)實(shí)際提取溴的流程，優(yōu)化完善工業(yè)提取化學(xué)物質(zhì)的基本模型，并通過小組合作和交流，自行設(shè)計(jì)工業(yè)提取鎂的流程，深化模型的應(yīng)用，形成工業(yè)流程設(shè)計(jì)的思路和方法[4]。在完成項(xiàng)目的過程中，學(xué)生一方面能夠初步構(gòu)建工業(yè)提取物質(zhì)的模型，聯(lián)系無機(jī)化合物的性質(zhì)與應(yīng)用，另一方面學(xué)生也能夠體驗(yàn)化學(xué)知識創(chuàng)造美好生活的喜悅。

在開展項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中應(yīng)以發(fā)展學(xué)生核心素養(yǎng)為指導(dǎo)，挖掘生產(chǎn)生活中與化學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象與事實(shí)，精心設(shè)計(jì)能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)動機(jī)的項(xiàng)目任務(wù)，提供起引導(dǎo)作用的信息資料和階梯問題，提示學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識解決實(shí)際問題。讓學(xué)生在完成項(xiàng)目任務(wù)的同時達(dá)成教學(xué)目標(biāo)，落實(shí)核心素養(yǎng)。在開展項(xiàng)目學(xué)習(xí)的過程中會發(fā)現(xiàn)很多與預(yù)設(shè)不同的地方，例如：在本項(xiàng)目中，在選擇氫氧化鈣還是氫氧化鈉沉淀鎂離子的討論中，學(xué)生會因?yàn)槿狈θ芙馄胶庀嚓P(guān)知識考慮氫氧化鈣溶解性的問題，贊同選擇氫氧化鈉，教師應(yīng)給予肯定，并作為課后研究問題，激發(fā)學(xué)生研究熱情或讓其他學(xué)生討論與評價(jià)，從而了解學(xué)生的學(xué)習(xí)心理，為之后的教學(xué)奠定基礎(chǔ)。在挖掘與化學(xué)有關(guān)的現(xiàn)象和事實(shí)的過程中，需要教師自身保持好奇心與研究意識，只有教師自身有著研究的心思，那么項(xiàng)目式學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)才會有引人入勝的學(xué)習(xí)魅力。