葉建偉 劉汝亭

核心素養(yǎng)是個(gè)體在解決復(fù)雜現(xiàn)實(shí)問(wèn)題過(guò)程中體現(xiàn)出來(lái)的綜合性品質(zhì)，聚焦學(xué)生未來(lái)發(fā)展必備品格和關(guān)鍵能力的培育，著力于提升學(xué)生應(yīng)對(duì)復(fù)雜的、不確定的現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的綜合能力?；瘜W(xué)學(xué)科是培育學(xué)生核心素養(yǎng)不可或缺的載體。

項(xiàng)目式學(xué)習(xí)以真實(shí)問(wèn)題情境為基礎(chǔ)，以創(chuàng)設(shè)獨(dú)特又相互聯(lián)系的任務(wù)為前提，借助現(xiàn)有的資源，師生通力合作達(dá)成任務(wù)目標(biāo)。在教學(xué)中項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)采取合作、遷移等方式，過(guò)程中學(xué)生積極挑戰(zhàn)未知領(lǐng)域，經(jīng)歷了目標(biāo)導(dǎo)向下解決任務(wù)的全過(guò)程并獲取新的知識(shí)，對(duì)知識(shí)遷移和創(chuàng)新能力的提升具有重要的功能，對(duì)于化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)的培育具有特殊的意義。于此同時(shí)，該種教學(xué)方式能達(dá)到知行合一的效果，讓學(xué)生在完成任務(wù)的同時(shí)，體會(huì)到化學(xué)學(xué)科的魅力，從而激發(fā)學(xué)習(xí)化學(xué)的興趣。

現(xiàn)以人教版高二化學(xué)選修《化學(xué)反應(yīng)原理》第三章第四節(jié)“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”中的“沉淀反應(yīng)的應(yīng)用”一課為例，就如何基于項(xiàng)目式學(xué)習(xí)培育化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)展開(kāi)探討。

一、關(guān)注學(xué)科本質(zhì)的知識(shí)分析

“沉淀反應(yīng)的應(yīng)用”是“難溶電解質(zhì)的溶解平衡”的第二課時(shí)，內(nèi)容包括沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化三個(gè)方面，這三個(gè)方面的內(nèi)容聯(lián)系密切，與所學(xué)的溶解度、化學(xué)平衡、電解質(zhì)、電離和水解等概念相互交織。高考對(duì)于該部分知識(shí)的考察均是基于真實(shí)問(wèn)題情境，學(xué)生在面對(duì)該部分知識(shí)時(shí)往往難以理順幾組概念間的關(guān)系，導(dǎo)致不知從何入手。

沉淀溶解平衡是一類特殊的化學(xué)平衡，在進(jìn)行教學(xué)時(shí)應(yīng)始終貫徹“平衡觀”的建構(gòu)，通過(guò)宏微結(jié)合、定性和定量等多維度系統(tǒng)分析難溶電解質(zhì)的溶解平衡和影響平衡的因素，幫助學(xué)生深入理解難溶電解質(zhì)的溶解平衡也是動(dòng)態(tài)平衡，可以通過(guò)改變條件使得平衡移動(dòng)，并掌握如何通過(guò)Q-K關(guān)系判斷沉淀的生成、溶解和轉(zhuǎn)化［1］。

二、課程學(xué)習(xí)的認(rèn)知障礙分析

1.知識(shí)遷移存在困難 學(xué)生習(xí)慣將沉淀溶解平衡視為獨(dú)立的知識(shí)體系，難以與學(xué)過(guò)的化學(xué)平衡建立聯(lián)系，無(wú)法遷移運(yùn)用學(xué)過(guò)的相關(guān)知識(shí)解決溶解平衡問(wèn)題。

2.概念辨析存在困惑 溶解平衡體系中往往會(huì)涉及到電解質(zhì)在水溶液中的電離和水解等行為，面對(duì)多組概念、多種行為同時(shí)存在的情況下學(xué)生理不順關(guān)系。

3.觀念建構(gòu)存在障礙 學(xué)生容易將沉淀的溶解、生成和轉(zhuǎn)化概念相互割裂，無(wú)法建立沉淀溶解平衡模型，理解溶解平衡是“平衡觀”的一種新的應(yīng)用。

三、教學(xué)實(shí)踐過(guò)程

1.教學(xué)思路 本節(jié)課選用真實(shí)問(wèn)題情境“水垢的形成和去除”，課程設(shè)計(jì)緊緊圍繞核心素養(yǎng)培育，聚焦學(xué)生能力的提升，通過(guò)設(shè)置連續(xù)性問(wèn)題，讓學(xué)生完成理論知識(shí)與現(xiàn)實(shí)問(wèn)題的整合，進(jìn)而幫助學(xué)生深入理解沉淀溶解平衡的本質(zhì)，建構(gòu)沉淀溶解平衡模型，完成“平衡觀”的建立，提升解決實(shí)際問(wèn)題的綜合素養(yǎng)。為達(dá)成以上目標(biāo)，將教學(xué)內(nèi)容分解成六個(gè)項(xiàng)目式任務(wù)，見(jiàn)表一。

表一 沉淀反應(yīng)的應(yīng)用教學(xué)的項(xiàng)目式任務(wù)

2.教學(xué)過(guò)程 采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，以“水垢的形成和去除”為情境，將教學(xué)內(nèi)容進(jìn)行編排整合，始終貫徹核心素養(yǎng)培育，圍繞課程教學(xué)的核心內(nèi)容，通過(guò)創(chuàng)設(shè)不同的情境任務(wù)，引導(dǎo)學(xué)生運(yùn)用學(xué)過(guò)的知識(shí)，解決實(shí)際問(wèn)題，促進(jìn)理論與實(shí)際相融合，提高學(xué)生學(xué)科核心素養(yǎng)。

項(xiàng)目一：沉淀的形成

［資料展示］水垢的危害及其每年給我國(guó)造成的經(jīng)濟(jì)損失。

［情境素材］水中含有多種礦物質(zhì)和微量元素，利用水中含有的鈣、鎂離子含量將水分為軟水和硬水。硬水在加熱時(shí)，容易形成水垢，水垢大多為碳酸鈣、氫氧化鎂和硫酸鈣等。

［實(shí)驗(yàn)1］利用氯化鈣和碳酸氫鈉溶液反應(yīng)模擬碳酸鈣生成。提示：自來(lái)水中含有Ca2＋和HCO-3離子。

在燒杯中加入氯化鈣和碳酸鈉溶液，無(wú)明顯現(xiàn)象；再對(duì)燒杯進(jìn)行加熱，有白色沉淀產(chǎn)生。通過(guò)手持技術(shù)演示加熱前后溶液電導(dǎo)率的變化，從微觀角度理解沉淀生成過(guò)程。

［問(wèn)題1］水垢中的碳酸鈣如何形成？

HCO3-在水溶液中同時(shí)存在電離和水解兩個(gè)平衡：HCO3-?H＋＋CO32-，HCO3-＋H2O?H2CO3＋OH-，其中水解程度大于電離，但是由于電離程度小，CO32-濃度低，故無(wú)沉淀形成。在加熱情況下兩個(gè)平衡均正向移動(dòng)，電離和水解產(chǎn)生的H＋和OH-反應(yīng)，進(jìn)一步促進(jìn)了上訴平衡的正移，導(dǎo)致CO32-溶度增大，當(dāng)溶度達(dá)到一定程度時(shí)，發(fā)生Ca2＋＋CO32-=CaCO3↓。

［設(shè)計(jì)意圖］通過(guò)水垢中碳酸鈣的形成過(guò)程，引導(dǎo)學(xué)生從濃度角度重新審視沉淀的生成；并通過(guò)電導(dǎo)率的測(cè)定，定量呈現(xiàn)在沉淀形成過(guò)程中微觀粒子濃度的變化情況，提高學(xué)生宏觀辨識(shí)和微觀探析素養(yǎng)。通過(guò)分析HCO3-在水溶液當(dāng)中的行為，復(fù)習(xí)化學(xué)平衡相關(guān)的概念。

項(xiàng)目二：沉淀平衡的建立

［問(wèn)題2］碳酸鈣形成后水中是否還存在Ca2＋？

［實(shí)驗(yàn)2］取實(shí)驗(yàn)1的上層清液于試管中，往試管中滴加碳酸鈉溶液。

往上層清液滴加碳酸鈉溶液后，溶液重新變渾濁。利用濁度計(jì)定量測(cè)量反應(yīng)前后的溶液渾濁程度的變化。

［追問(wèn)］為什么還存在Ca2＋？

因?yàn)槿芤褐写嬖谌芙馄胶釩aCO3?Ca2＋＋CO32-。

［設(shè)計(jì)意圖］通過(guò)實(shí)驗(yàn)從定性和定量?jī)蓚€(gè)角度突破學(xué)生認(rèn)識(shí)障礙：難溶不等于不溶，難溶電解質(zhì)在水中也能溶解，存在溶解平衡；借助手持技術(shù)，提高學(xué)生科學(xué)探究素養(yǎng)。

項(xiàng)目三：沉淀的溶解

［問(wèn)題3］如何除掉水垢中的碳酸鈣？

可通過(guò)加入酸，例如鹽酸或醋酸。碳酸鈣在水中存在：CaCO3?Ca2＋＋CO32-，當(dāng)加入酸，此時(shí)CO32-＋H＋?HCO3-，HCO3-＋H＋?H2CO3=H2O＋CO2↑，溶解平衡正向移動(dòng)，碳酸鈣溶解。

［問(wèn)題4］如何除掉水垢中的氫氧化鎂？

氫氧化鎂在水中存在：Mg（OH）2?Mg2＋＋2OH-，加入酸后，OH-溶度降低，平衡正向移動(dòng)，Mg（OH）2溶解。

［追問(wèn)］除了利用加酸除氫氧化鎂，從平衡移動(dòng)的角度思考是否可以加入鹽溶液溶解氫氧化鎂？

［實(shí)驗(yàn)3］向盛有少量氫氧化鎂沉淀的試管中加入氯化銨溶液。

［追問(wèn)］為什么氯化銨可以除氫氧化鎂？

氯化銨溶液中的NH4＋與OH-發(fā)生：NH4＋＋OH-?NH3·H2O，促進(jìn)氫氧化鎂溶解平衡向正向移動(dòng)。

［設(shè)計(jì)意圖］通過(guò)思考如何除去水垢中的碳酸鈣和氫氧化鎂，促進(jìn)深入理解難溶電解質(zhì)的溶解平衡也是動(dòng)態(tài)平衡，可以通過(guò)改變條件使平衡移動(dòng)。

項(xiàng)目四：沉淀的轉(zhuǎn)化

［問(wèn)題5］水垢中的硫酸鈣如何除去？

［實(shí)驗(yàn)4］兩根盛有少量硫酸鈣沉淀的試管，其中一根加入鹽酸，另一根先加碳酸鈉再加鹽酸。

在水溶液中硫酸鈣存在溶解平衡：CaSO4?Ca2＋＋SO42-，只加鹽酸對(duì)上述平衡沒(méi)有影響。加入碳酸鈉后，Ca2＋＋CO32-?CaCO3，促進(jìn)CaSO4的溶解平衡正向移動(dòng)變?yōu)镃aCO3，再加鹽酸后，沉淀溶解。

［追問(wèn)］溶液中碳酸根濃度最少為多少時(shí)硫酸鈣可轉(zhuǎn)化為碳酸鈣？（提供：KSP［CaSO4］=9.1×10-6，KSP［CaCO3］=2.8×10-9，計(jì)算時(shí)取KSP［CaSO4］=10-6，KSP［CaCO3］=10-9）CaSO4?Ca2＋＋SO42-，［Ca2＋］=［SO42-］=10-3mol／l；欲使硫酸鈣轉(zhuǎn)化為碳酸鈣，需滿足Q［CaCO3］≥KSP［CaCO3］=10-9，此時(shí)［CO32-］≥10-6。由計(jì)算可知，硫酸鈣容易轉(zhuǎn)化為碳酸鈣。

［設(shè)計(jì)意圖］以水垢中硫酸鈣的去除為背景，引導(dǎo)學(xué)生利用Q-K關(guān)系判斷沉淀的轉(zhuǎn)化，幫助學(xué)生從定量的角度理解難溶電解質(zhì)的溶解平衡，提升學(xué)生證據(jù)推理能力。

項(xiàng)目五：模型建構(gòu)

［問(wèn)題6］思考沉淀溶解平衡與學(xué)過(guò)的化學(xué)平衡有什么關(guān)系？研究方法有什么相同的地方？

［設(shè)計(jì)意圖］引導(dǎo)學(xué)生通過(guò)歸納課堂內(nèi)容，深入理解溶解平衡是“平衡觀”的一種新的應(yīng)用，建立沉淀溶解平衡模型，提高模型認(rèn)知素養(yǎng)。

三、總結(jié)

本節(jié)課采用項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的教學(xué)方式，以貼近生產(chǎn)生活的真實(shí)問(wèn)題情境“水垢的形成和去除”為教學(xué)線索，對(duì)沉淀反應(yīng)的生成、溶解和轉(zhuǎn)化等相關(guān)知識(shí)進(jìn)行有機(jī)整合，力爭(zhēng)讓學(xué)生通過(guò)解決具體的任務(wù)目標(biāo)，完成理論知識(shí)和真實(shí)問(wèn)題解決相結(jié)合，從而培養(yǎng)學(xué)生解決實(shí)際文題的綜合品質(zhì)，達(dá)到學(xué)科核心素養(yǎng)的有效提高。

四、實(shí)施建議

進(jìn)行項(xiàng)目式學(xué)習(xí)教學(xué)，應(yīng)始終圍繞核心素養(yǎng)培育和學(xué)科本質(zhì)展開(kāi)，建議做到：

1.項(xiàng)目選取應(yīng)服務(wù)教學(xué) 項(xiàng)目選擇前提需符合教學(xué)實(shí)際，需適合學(xué)生的認(rèn)知發(fā)展水平，可以從課程內(nèi)容對(duì)化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展的價(jià)值或者學(xué)科本體知識(shí)在生產(chǎn)生活領(lǐng)域中的應(yīng)用等視角切入。

2.環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)應(yīng)聚焦素養(yǎng) 在教學(xué)環(huán)節(jié)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)緊密結(jié)合學(xué)科本質(zhì)要求，深入挖掘課程背后所蘊(yùn)含的學(xué)科核心素養(yǎng)，每一個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)的設(shè)計(jì)應(yīng)該時(shí)刻與核心素養(yǎng)對(duì)標(biāo)。

3.實(shí)施過(guò)程應(yīng)關(guān)注學(xué)生 項(xiàng)目式學(xué)習(xí)實(shí)施過(guò)程當(dāng)中應(yīng)以學(xué)生為主體，以任務(wù)為目標(biāo)，以理論為指導(dǎo)，整個(gè)教學(xué)環(huán)節(jié)始終圍繞學(xué)生進(jìn)行展開(kāi)，時(shí)刻關(guān)注學(xué)生在解決真實(shí)問(wèn)題中的認(rèn)知的發(fā)展，并適當(dāng)予以引導(dǎo)。