林波 楊潔 陳向陽(yáng)

摘要： 以熱點(diǎn)時(shí)事“碳達(dá)峰”“碳中和”為背景，在高三二輪化學(xué)反應(yīng)原理專題復(fù)習(xí)中開(kāi)展“二氧化碳加氫制甲醇”項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，從認(rèn)識(shí)反應(yīng)入手，進(jìn)一步探究提高反應(yīng)速率、CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性的方法，優(yōu)化設(shè)計(jì)反應(yīng)適宜條件。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中體驗(yàn)科研過(guò)程，以大概念為核心，建構(gòu)反應(yīng)焓變、催化劑、反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像等認(rèn)識(shí)模型，提高信息理解與整合應(yīng)用能力，提升抽象概括與演繹推理思維水平，發(fā)展化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞： 項(xiàng)目式學(xué)習(xí); 認(rèn)識(shí)模型; 二氧化碳加氫; 碳治理

文章編號(hào)： 1005-6629（2021）12-0058-07

中圖分類號(hào)： G633.8

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： B

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》[1]指出，“真實(shí)、具體的問(wèn)題情境是學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)形成和發(fā)展的重要平臺(tái)，也為學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)提供了真實(shí)的表現(xiàn)機(jī)會(huì)”。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)是一種建構(gòu)性的教學(xué)方式，教師將學(xué)習(xí)任務(wù)項(xiàng)目化，指導(dǎo)學(xué)生基于真實(shí)情境提出問(wèn)題，并利用相關(guān)知識(shí)與信息資料開(kāi)展研究、設(shè)計(jì)和實(shí)踐操作，最終解決問(wèn)題并展示和分享項(xiàng)目成果[2]。在項(xiàng)目式學(xué)習(xí)過(guò)程中，學(xué)生綜合利用所學(xué)知識(shí)解決陌生而復(fù)雜的真實(shí)問(wèn)題，促進(jìn)學(xué)生學(xué)科核心知識(shí)和學(xué)科思維的結(jié)構(gòu)化，自主構(gòu)建具有遷移價(jià)值、應(yīng)用價(jià)值的認(rèn)識(shí)模型，彰顯學(xué)科特色，促進(jìn)學(xué)生化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)發(fā)展。

化學(xué)反應(yīng)原理是化學(xué)學(xué)科的重要主題之一，涵蓋反應(yīng)與能量、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等二級(jí)主題。在高三復(fù)習(xí)教學(xué)中常以獨(dú)立小專題形式開(kāi)展化學(xué)反應(yīng)原理二級(jí)主題復(fù)習(xí)，但長(zhǎng)此以往，導(dǎo)致化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)碎片化、脫情境化。隨著“素養(yǎng)為本”新課程理念的推廣，高考化學(xué)反應(yīng)原理大題多以真實(shí)化學(xué)反應(yīng)為載體，以大概念為核心設(shè)問(wèn)考查，突顯高考化學(xué)命題的基礎(chǔ)性、綜合性、應(yīng)用性和創(chuàng)新性。本節(jié)課以熱點(diǎn)時(shí)事“碳達(dá)峰”“碳中和”為背景，以CO2轉(zhuǎn)化制備甲醇為學(xué)習(xí)項(xiàng)目。學(xué)生在體驗(yàn)真實(shí)科研的過(guò)程中學(xué)以致用，促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)原理專題知識(shí)和能力體系的結(jié)構(gòu)化，實(shí)現(xiàn)學(xué)科核心價(jià)值、學(xué)科素養(yǎng)、關(guān)鍵能力、必備知識(shí)的同步發(fā)展。

1 項(xiàng)目學(xué)習(xí)規(guī)劃

1.1 項(xiàng)目主題分析

CO2減排策略主要有三種： 減少排放、捕集封存、轉(zhuǎn)化利用。其中CO2轉(zhuǎn)化利用，生產(chǎn)高能燃料和高附加值化學(xué)品，有利于實(shí)現(xiàn)碳資源的有效循環(huán)。甲醇是學(xué)生熟悉的有機(jī)化合物，是燃料電池的常用燃料，也是有機(jī)合成的重要化工原料。由CO2制備甲醇具有重要的經(jīng)濟(jì)效益。CO2加氫制甲醇是CO2轉(zhuǎn)化制甲醇的重要方法，是CO2轉(zhuǎn)化利用的研究熱點(diǎn)。研究者對(duì)該反應(yīng)的研究主要包括熱力學(xué)與動(dòng)力學(xué)研究、催化劑研究，例如探究不同金屬元素、不同元素配比、不同載體、不同反應(yīng)條件對(duì)催化反應(yīng)的影響。

通過(guò)文獻(xiàn)檢索，整合相關(guān)資料，根據(jù)高中生的認(rèn)知特點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)學(xué)習(xí)項(xiàng)目，以文獻(xiàn)原始數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，為學(xué)生再現(xiàn)真實(shí)的科研過(guò)程。本學(xué)習(xí)項(xiàng)目分為認(rèn)識(shí)反應(yīng)的基本特點(diǎn)、提高反應(yīng)速率的方法、提高CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性的方法、合理選擇適宜反應(yīng)條件四個(gè)子項(xiàng)目。

1.2 項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

（1） 從反應(yīng)與能量、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等視角探究反應(yīng)，發(fā)展宏微結(jié)合、證據(jù)推理、科學(xué)探究等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)，提高解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

（2） 建構(gòu)反應(yīng)焓變認(rèn)識(shí)模型、催化劑模型、反應(yīng)速率與化學(xué)平衡“拋物線”圖像認(rèn)識(shí)模型，發(fā)展證據(jù)推理與模型認(rèn)知素養(yǎng)。

（3） 通過(guò)探究CO2轉(zhuǎn)化利用、體驗(yàn)碳達(dá)峰行動(dòng)等項(xiàng)目學(xué)習(xí)，培養(yǎng)社會(huì)責(zé)任感與學(xué)科價(jià)值觀。

1.3 項(xiàng)目任務(wù)與教學(xué)流程

二氧化碳加氫制甲醇項(xiàng)目學(xué)習(xí)流程如圖1所示。

2 項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施及認(rèn)識(shí)模型構(gòu)建

2.1 情境引入： 二氧化碳加氫制甲醇的研究背景

工業(yè)革命以來(lái)CO2的排放量逐年升高，溫室效應(yīng)不斷加劇?！栋屠铓夂騾f(xié)定》為應(yīng)對(duì)全球氣候變化而提出溫室氣體CO2治理“碳達(dá)峰”“碳中和”目標(biāo)。我國(guó)在2020年聯(lián)合國(guó)大會(huì)上向世界宣布我國(guó)碳治理目標(biāo)，在2021年兩會(huì)上首次將碳達(dá)峰、碳中和寫(xiě)入政府工作報(bào)告，力爭(zhēng)2030年前實(shí)現(xiàn)碳達(dá)峰，2060年前實(shí)現(xiàn)碳中和。CO2轉(zhuǎn)化利用是碳治理的重要方法，有利于實(shí)現(xiàn)碳資源的有效循環(huán)。在本學(xué)習(xí)項(xiàng)目中，我們是甲醇制備廠的工程師，嘗試?yán)肅O2生產(chǎn)甲醇。為了提高生產(chǎn)效率，應(yīng)如何控制條件呢？

2.2 項(xiàng)目準(zhǔn)備： 認(rèn)識(shí)反應(yīng)的基本特點(diǎn)

[學(xué)習(xí)任務(wù)1]請(qǐng)嘗試根據(jù)甲醇、氫氣燃燒熱等數(shù)據(jù)書(shū)寫(xiě)CO2與H2反應(yīng)生成CH3OH（g）和H2O（g）的熱化學(xué)方程式。

[研究思路交流·學(xué)生1]1mol CO2與3mol H2完全反應(yīng)生成1mol CH3OH氣體和1mol水蒸氣，反應(yīng)焓變?yōu)?49.5kJ·mol-1。

[教師追問(wèn)]具體是如何計(jì)算反應(yīng)焓變的呢？

[研究思路交流·學(xué)生1]由三倍氫氣燃燒熱ΔH[H2（g）]減甲醇燃燒熱ΔH[CH3OH（l）]，再減去水蒸氣液化與甲醇蒸氣液化的焓變。

[教師追問(wèn)]根據(jù)熱化學(xué)方程，你發(fā)現(xiàn)反應(yīng)具有哪些特點(diǎn)？

[研究思路交流·學(xué)生1]這是一個(gè)氣體分子數(shù)變小的放熱的純氣體反應(yīng)。

[建構(gòu)“反應(yīng)焓變”認(rèn)識(shí)模型]結(jié)合蓋斯定律歸納反應(yīng)焓變計(jì)算方法，修正“反應(yīng)焓變”認(rèn)識(shí)模型，如圖2所示。

2.3 項(xiàng)目開(kāi)展： 提高反應(yīng)速率的方法

[學(xué)習(xí)任務(wù)2（1）]從理論而言，我們可通過(guò)控制溫度、壓強(qiáng)、濃度、催化劑等條件來(lái)提高CO2加氫制甲醇的反應(yīng)速率。其中，高效催化劑對(duì)反應(yīng)速率的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其他因素。通過(guò)計(jì)算機(jī)分析，我們可從勢(shì)能圖認(rèn)識(shí)CO2加氫制甲醇在不同催化條件下存在的兩種反應(yīng)路徑，如圖3所示。以甲酸鹽路徑為例，對(duì)該反應(yīng)的反應(yīng)速率影響最大的基元反應(yīng)是哪一個(gè)呢？

[研究思路交流·學(xué)生2]甲酸鹽路徑的決速步應(yīng)該是活化能最高的一步，活化能為1.23eV，是HCOO*+H*H2COO*。

[教師追問(wèn)]根據(jù)勢(shì)能圖，下列這些說(shuō)法對(duì)嗎？

A. 提高CO2分壓、增大催化劑表面積可提高CO2在催化劑表面的吸附速率

B. 不考慮H3COH*，兩種路徑中產(chǎn)生的含碳中間體種類均有5種

C. 中間體HCOO*比COOH*更穩(wěn)定

D. 使用高活性催化劑可降低反應(yīng)焓變，加快反應(yīng)速率

[研究思路交流·學(xué)生2]BC兩項(xiàng)正確;D選項(xiàng)不正確，催化劑通過(guò)降低反應(yīng)活化能來(lái)加快反應(yīng)速率;A選項(xiàng)不確定。

[教師拓展補(bǔ)充]判斷吸附速率的影響因素，同樣也可從溫度、壓強(qiáng)和濃度分析。升溫、加壓或增大濃度都可以加快反應(yīng)速率，而CO2的吸附主要在催化劑表面的活性位點(diǎn)上進(jìn)行，因此這一類催化劑表面積越大，吸附速率越快。

[教師點(diǎn)評(píng)]正是因?yàn)橹虚g體HCOO*比COOH*更穩(wěn)定，甲酸鹽路徑更容易進(jìn)行，應(yīng)選擇合適的催化劑、載體有利于CO2與氫氣按照甲酸鹽路徑反應(yīng)。由此可見(jiàn)，從分子水平上探究反應(yīng)機(jī)理可為設(shè)計(jì)高效催化劑提供理論指導(dǎo)。

[學(xué)習(xí)任務(wù)2（2）]不同催化劑有不同催化活性，也有不同最佳反應(yīng)溫度。研究者向恒壓（3.0MPa）密閉裝置中通入反應(yīng)物混合氣混合比例V（CO2）V（H2）=1∶2，測(cè)定甲醇時(shí)空收率隨溫度的變化曲線，如圖4所示。什么是甲醇時(shí)空收率？

根據(jù)物理量單位可知甲醇時(shí)空收率與時(shí)間有關(guān)，表示單位物質(zhì)的量催化劑表面甲醇的平均生成速率。甲醇時(shí)空收率為什么會(huì)呈“拋物線”形狀？又應(yīng)如何選擇催化劑最佳配比、最佳反應(yīng)溫度？

[研究思路交流·學(xué)生3]隨溫度升高，反應(yīng)速率加快，Ni5Ga3、NiGa催化下甲醇時(shí)空收率曲線上升。過(guò)曲線拐點(diǎn)，甲醇時(shí)空收率降低的原因可能是催化劑活性降低，也可能是放熱反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)，使甲醇平均生成速率降低。因此，反應(yīng)最佳條件為使用Ni5Ga3催化劑在210℃下進(jìn)行反應(yīng)，在這個(gè)條件下甲醇時(shí)空收率最高。

[教師追問(wèn)]使用1mol活性Ni5Ga3催化劑時(shí)，若反應(yīng)溫度由169℃升高到223℃，嘗試計(jì)算反應(yīng)速率之比v223℃v169℃，以及223℃時(shí)氫氣的平均反應(yīng)速率。

[研究思路交流·學(xué)生3]速率之比等于甲醇時(shí)空收率之比，v223℃v169℃=2;相同條件下，氫氣反應(yīng)速率與甲醇生成速率之比等于方程式計(jì)量數(shù)之比，v（H2）=0.60mol·h-1。

[教師追問(wèn)]二氧化碳加氫制甲醇的速率方程可表示為： v=k·pm（CO2）·pn（H2），其中k為速率常數(shù)，各物質(zhì)起始分壓的指數(shù)為各物質(zhì)的反應(yīng)級(jí)數(shù)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，速率常數(shù)與反應(yīng)級(jí)數(shù)均受反應(yīng)溫度的影響。使用Ni5Ga3催化劑時(shí)，反應(yīng)溫度由169℃升高到223℃，若CO2反應(yīng)級(jí)數(shù)m223℃m169℃=2，H2反應(yīng)級(jí)數(shù)不變，嘗試計(jì)算速率常數(shù)之比k223℃k169℃。

[研究思路交流·學(xué)生3]根據(jù)投料比，p（CO2）為1.0MPa，p（H2）為2.0MPa。根據(jù)升溫后反應(yīng)級(jí)數(shù)的變化，列式v223℃v169℃=k223℃×1.0MPa2m×2.0MPank169℃×1.0MPam×2.0MPan=2， k223℃k169℃為2。

[教師點(diǎn)評(píng)]在計(jì)算速率常數(shù)時(shí)，可以巧用數(shù)學(xué)方法解決問(wèn)題。

[建構(gòu)“催化劑”認(rèn)識(shí)模型]結(jié)合“催化劑”定義和其他相關(guān)概念，學(xué)生修正“催化劑”認(rèn)識(shí)模型，如圖5所示。

師生合作繪制CO2加氫制甲醇的甲酸鹽路徑反應(yīng)機(jī)理圖（如圖6所示），歸納異相催化機(jī)理的一般過(guò)程，提煉反應(yīng)物、生成物、催化劑、中間體的特點(diǎn)。反應(yīng)物“只進(jìn)不出”;生成物“只出不進(jìn)”;催化劑與中間體“進(jìn)進(jìn)出出”，催化劑在反應(yīng)起始時(shí)與反應(yīng)物反應(yīng)，又伴隨反應(yīng)產(chǎn)物的生成而產(chǎn)生。

2.4 項(xiàng)目開(kāi)展： 提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性的方法

[學(xué)習(xí)任務(wù)3（1）]探究提高CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性的方法。在CO2催化加氫制甲醇過(guò)程中也存在競(jìng)爭(zhēng)性的反應(yīng)產(chǎn)生CO[5]：

CO2（g）+H2（g）CO（g）+H2O（g）

ΔH=+41kJ·mol-1

在恒溫密閉容器中，維持壓強(qiáng)和投料不變，將CO2和H2按一定流速通過(guò)反應(yīng)器，二氧化碳轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性χ（CH3OH）%=n（生成CH3OH）×100%n（消耗CO2） 隨溫度變化關(guān)系如圖7所示。若233～251℃時(shí)催化劑活性受溫度影響不大，嘗試分析235℃后圖中曲線下降的原因。

[研究思路交流·學(xué)生4]主反應(yīng)放熱，副反應(yīng)吸熱。升溫使主反應(yīng)平衡逆向移動(dòng)程度大于副反應(yīng)平衡正向移動(dòng)程度，因而使CO2轉(zhuǎn)化率、甲醇選擇性下降。

[教師點(diǎn)評(píng)]由此可見(jiàn)，從平衡移動(dòng)角度講，適當(dāng)降溫利于提高CO2平衡轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性。

[學(xué)習(xí)任務(wù)3（2）]定量分析該多重平衡體系中主反應(yīng)的平衡狀態(tài)。在恒溫恒壓裝置中加入1mol CO2（g）和3mol H2（g）反應(yīng)并達(dá)到平衡狀態(tài)，CO2平衡轉(zhuǎn)化率為20%，甲醇選擇性為50%，計(jì)算主反應(yīng)在該溫度下的分壓平衡常數(shù)Kp。

[研究思路交流·學(xué)生4]展示學(xué)案，分享分析過(guò)程，如圖8所示。

[教師追問(wèn)]根據(jù)三段式找出平衡體系氣體成分及其平衡量。這位同學(xué)分析得對(duì)嗎？

[研究思路交流·學(xué)生4]水、CO2與H2是兩個(gè)反應(yīng)的共同物質(zhì)，它們的平衡物質(zhì)的量應(yīng)該為0.2mol、0.8mol、2.6mol，計(jì)算主反應(yīng)分壓平衡常數(shù)時(shí)應(yīng)該使用這些數(shù)據(jù)。

[構(gòu)建“反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像”認(rèn)識(shí)模型]在本學(xué)習(xí)項(xiàng)目中，測(cè)定反應(yīng)物轉(zhuǎn)化率或生成物含量隨溫度變化曲線都呈“拋物線”形狀，這是為什么？

以放熱反應(yīng)為例，拋物線拐點(diǎn)之前，反應(yīng)不在平衡狀態(tài)，主要從四大反應(yīng)速率影響因素討論速率變化，例如升溫加快反應(yīng)速率，增大催化活性，使相同時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)化率增大。拋物線拐點(diǎn)以后，反應(yīng)可能處于平衡狀態(tài)，從化學(xué)平衡影響因素來(lái)討論平衡移動(dòng)。但是，大家要注意拐點(diǎn)之后，反應(yīng)可能也處于未平衡狀態(tài)，應(yīng)從反應(yīng)速率的角度推測(cè)可能的原因，例如催化劑活性降低使反應(yīng)速率降低。

2.5 成果分享： 合理選擇適宜反應(yīng)條件

[學(xué)習(xí)任務(wù)4]研究者通過(guò)控制變量實(shí)驗(yàn)，測(cè)定物質(zhì)平衡體積分?jǐn)?shù)φ（CH3OH）與φ（CO2）、甲醇選擇性χ（CH3OH）， CO2平衡轉(zhuǎn)化率α（CO2）隨溫度、壓強(qiáng)、投料比的變化曲線[7]（如圖9、圖10、圖11所示）。分小組討論有利于提高甲醇平衡體積分?jǐn)?shù)、甲醇選擇性的方法，并進(jìn)一步確定工業(yè)生產(chǎn)的適宜反應(yīng)條件。

[研究思路交流·小組1]我們選擇200℃、10MPa、n（H2）n（CO2）為4的反應(yīng)條件，還可使用Ni5Ga3催化劑。

[研究思路交流·小組2]我們覺(jué)得可進(jìn)一步降低溫度，提高壓強(qiáng)，提高n（H2）n（CO2）。

[教師拓展補(bǔ)充]通過(guò)資料搜索發(fā)現(xiàn)，不同國(guó)家、不同公司的實(shí)際生產(chǎn)條件與同學(xué)們?cè)O(shè)計(jì)的反應(yīng)條件不盡相同，如表1所示。這是為什么？嘗試分析設(shè)計(jì)實(shí)際生產(chǎn)條件，還需關(guān)注哪些因素？

[研究思路交流·小組3]降低n（H2）n（CO2）可能是因?yàn)闅錃獬杀靖呋蛸Y源稀缺。降低溫度、壓強(qiáng)可能是為了節(jié)約能源，減小對(duì)生產(chǎn)設(shè)備的要求。每個(gè)公司使用的催化劑都不相同，可能發(fā)現(xiàn)了更高效的催化劑。

[研究思路交流·小組4]升溫不利于提高甲醇平衡產(chǎn)率，但可提高速率。

[教師點(diǎn)評(píng)]同學(xué)們分析得非常到位！制定生產(chǎn)條件，應(yīng)該將理論分析與生產(chǎn)實(shí)際相結(jié)合，要注重生產(chǎn)效率，要關(guān)注產(chǎn)品成本、設(shè)備條件、節(jié)能環(huán)保，綜合方方面面設(shè)計(jì)最佳的生產(chǎn)方案。

[教師拓展補(bǔ)充]我國(guó)自主開(kāi)展了二氧化碳加氫制甲醇關(guān)鍵技術(shù)開(kāi)發(fā)及中試放大研究，2020年在海南省建成年產(chǎn)5000噸工業(yè)試驗(yàn)裝置，成為全球最大規(guī)模二氧化碳加氫制甲醇的工業(yè)裝置，標(biāo)志著我國(guó)在二氧化碳資源化利用領(lǐng)域已經(jīng)走在了世界前列，對(duì)推動(dòng)我國(guó)開(kāi)展碳達(dá)峰行動(dòng)具有重要意義。

[建構(gòu)化學(xué)反應(yīng)探究模型]在本項(xiàng)目中，為了探究CO2加氫制甲醇的適宜生產(chǎn)條件，從認(rèn)識(shí)反應(yīng)入手，進(jìn)一步探究提高反應(yīng)速率、CO2轉(zhuǎn)化率和甲醇選擇性的方法，實(shí)際上緊緊圍繞反應(yīng)與能量、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡三大主題來(lái)開(kāi)展。在反應(yīng)原理專題復(fù)習(xí)中，我們要結(jié)合真實(shí)反應(yīng)情境，通過(guò)知識(shí)梳理建構(gòu)認(rèn)識(shí)模型，深刻體會(huì)知識(shí)的價(jià)值和學(xué)習(xí)的意義。

3 項(xiàng)目教學(xué)反思

3.1 還原科研過(guò)程，促進(jìn)綜合化的有意義學(xué)習(xí)

結(jié)合時(shí)事熱點(diǎn)“碳達(dá)峰”“碳中和”，探究CO2制備高能燃料、高附加值化學(xué)品甲醇，運(yùn)用反應(yīng)與能量、反應(yīng)速率、化學(xué)平衡等化學(xué)反應(yīng)原理知識(shí)，解決生產(chǎn)實(shí)際問(wèn)題。以“學(xué)習(xí)任務(wù)1”為例，通過(guò)微觀探究反應(yīng)機(jī)理，認(rèn)識(shí)不同的催化原理，學(xué)生深刻體會(huì)反應(yīng)機(jī)理研究對(duì)設(shè)計(jì)高效催化劑的重要性。在課堂上，學(xué)生甚至感慨“原來(lái)反應(yīng)機(jī)理是這么應(yīng)用的！”。在此基礎(chǔ)上，學(xué)生自主建構(gòu)催化劑認(rèn)識(shí)模型。創(chuàng)設(shè)真實(shí)問(wèn)題情境，使學(xué)生體驗(yàn)科研過(guò)程、體驗(yàn)化學(xué)反應(yīng)原理在實(shí)際生產(chǎn)研究中的功能價(jià)值，促進(jìn)學(xué)生綜合化的有意義學(xué)習(xí)。

3.2 理論結(jié)合實(shí)際，提高解決真實(shí)問(wèn)題的能力

真實(shí)問(wèn)題有別于理想模型，情境復(fù)雜性使問(wèn)題解決的難度驟增。以“學(xué)習(xí)任務(wù)4”為例，學(xué)生基于控制變量實(shí)驗(yàn)總結(jié)有利于提高甲醇平衡體積分?jǐn)?shù)、甲醇平衡選擇性的方法。當(dāng)課堂展示多個(gè)國(guó)家或公司的二氧化碳加氫制甲醇生產(chǎn)條件時(shí)，學(xué)生產(chǎn)生了強(qiáng)烈的認(rèn)知沖突：“為什么選用n（H2）n（CO2）為23”“為什么設(shè)置溫度超過(guò)300℃……”。此時(shí)，授課教師引導(dǎo)學(xué)生結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際條件，從原料成本與來(lái)源、生產(chǎn)設(shè)備、節(jié)能環(huán)保等角度解釋選擇這些“特殊”條件的原因。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)際解決真實(shí)問(wèn)題，促進(jìn)了學(xué)生學(xué)科核心價(jià)值、學(xué)科核心素養(yǎng)的發(fā)展。

3.3 建構(gòu)認(rèn)識(shí)模型，促進(jìn)知識(shí)和能力的結(jié)構(gòu)化

在傳統(tǒng)的獨(dú)立小專題教學(xué)中，學(xué)生的思維大多停留在單點(diǎn)結(jié)構(gòu)、多點(diǎn)結(jié)構(gòu)水平上，知識(shí)關(guān)聯(lián)與抽象拓展的思維能力不足，在解決實(shí)際問(wèn)題時(shí)難以拓展思維廣度和深度[9]。在高三化學(xué)反應(yīng)原理專題復(fù)習(xí)中開(kāi)展“二氧化碳加氫制甲醇”的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)，有機(jī)整合了反應(yīng)與能量專題、催化劑專題、反應(yīng)速率與化學(xué)平衡圖像專題，讓學(xué)生在真實(shí)的科研情境中學(xué)以致用，自主建構(gòu)具有遷移價(jià)值、應(yīng)用價(jià)值的認(rèn)識(shí)模型，有效促進(jìn)化學(xué)反應(yīng)原理專題相關(guān)知識(shí)和能力的結(jié)構(gòu)化。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)改變了傳統(tǒng)高三復(fù)習(xí)課“滿堂灌”狀態(tài)，突出了學(xué)生的主體性，啟發(fā)并引導(dǎo)學(xué)生解決真實(shí)的科研生產(chǎn)問(wèn)題，提高了歸納與論證、探究與創(chuàng)新的能力。

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