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        初中化學(xué)“溶液的濃度”項(xiàng)目式教學(xué)的設(shè)計(jì)與實(shí)施

        2022-03-16 01:25:31李俊紅
        化學(xué)教與學(xué) 2022年5期
        關(guān)鍵詞:化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)項(xiàng)目式教學(xué)

        李俊紅

        摘要:確立項(xiàng)目“自制生理鹽水”,規(guī)劃4個(gè)子任務(wù)“定性認(rèn)識生理鹽水”“定量認(rèn)識生理鹽水”“自制生理鹽水”“構(gòu)建配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的思維模型”,引發(fā)學(xué)生思維進(jìn)階和遷移。項(xiàng)目融具體知識“溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其簡單計(jì)算”的學(xué)習(xí)于實(shí)際問題的解決過程中,在“做中學(xué)”中培養(yǎng)學(xué)生的定量思維和實(shí)踐能力,促進(jìn)學(xué)生對溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)概念的學(xué)習(xí)理解,形成定量觀和科學(xué)的物質(zhì)觀,發(fā)展“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度”“模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。

        關(guān)鍵詞:溶液的濃度;項(xiàng)目式教學(xué);自制生理鹽水;定量思維;化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)

        文章編號:1008-0546(2021)03-0046-05???? 中圖分類號:G632.41???? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼:B

        doi:10.3969/j.issn.1008-0546.2022.03.010

        一、項(xiàng)目背景及內(nèi)容分析

        “溶液的濃度”是人教版九年級《化學(xué)》(2011年)(以下簡稱教材)下冊第九單元“溶液”課題3的教學(xué)內(nèi)容,“認(rèn)識溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含義,能進(jìn)行溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的簡單計(jì)算”是義務(wù)教育化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)(2011年版)[1](以下簡稱課標(biāo))對本節(jié)課的要求。福建省近幾年的中考化學(xué)試題對學(xué)生學(xué)習(xí)“溶液的濃度”是否達(dá)到課標(biāo)要求進(jìn)行了考查,例如:2020年福建省中考化學(xué)13題的第2小題,題目提供了某84消毒液產(chǎn)品的部分說明,依據(jù)信息,要求計(jì)算將有效氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為6.0%的 84消毒液與水的質(zhì)量為1 比多少時(shí)進(jìn)行稀釋,即可用于餐具消毒(有效氯的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.04%的消毒液),結(jié)果顯示:廈門市該小題的均分為0.15分(滿分1 分)。反思平時(shí)的教學(xué),學(xué)生有可能聽講很認(rèn)真,但提不出有價(jià)值的問題;學(xué)生有可能獲得的知識點(diǎn)較為全面,但碰到實(shí)際問題仍不會(huì)解決;學(xué)生有可能掌握了很多解題套路,但遇到陌生情境還是不知道如何遷移應(yīng)用。因此,教學(xué)如何實(shí)現(xiàn)知識學(xué)習(xí)和問題解決的關(guān)聯(lián),在解決問題的過程中探查學(xué)生對原有知識的掌握程度,促進(jìn)學(xué)生學(xué)習(xí)更多新的知識,探索將具體知識學(xué)習(xí)融入到真實(shí)世界實(shí)際問題解決過程的教學(xué)方式,有可能破解以上教學(xué)難題。因?yàn)閷W(xué)生的學(xué)習(xí)在經(jīng)歷和解決真實(shí)世界的問題中最容易發(fā)生,這是項(xiàng)目化學(xué)習(xí)秉持的學(xué)習(xí)理念[2]。

        生理鹽水是學(xué)生日常生活中熟悉的素材,通過訪談了解到:生活中學(xué)生大多見過生理鹽水,知道生理鹽水可用于輸液,想知道生理鹽水更廣泛的用途;知道生理鹽水的定性組成,想知道生理鹽水的定量組成;知道溶液有濃稀,想知道怎樣調(diào)控溶液濃稀及其實(shí)際意義?;诖耍_立項(xiàng)目“自制生理鹽水”,項(xiàng)目貼近生活,真實(shí)有意義,學(xué)生感興趣,項(xiàng)目完成能驗(yàn)證學(xué)生知道“溶液是由溶質(zhì)和溶劑組成以及溶質(zhì)、溶劑的判斷”,驅(qū)動(dòng)學(xué)生想知道“溶液組成的定量表示以及如何配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的溶液”,發(fā)展學(xué)生的定量思維,培養(yǎng)學(xué)生的實(shí)踐能力,同時(shí)完成課標(biāo)規(guī)定的基礎(chǔ)學(xué)生實(shí)驗(yàn)“一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液的配制”[1],項(xiàng)目設(shè)計(jì)節(jié)約教學(xué)課時(shí)又能賦實(shí)驗(yàn)以實(shí)際意義(以前實(shí)驗(yàn)配制的溶液倒掉了,現(xiàn)在配制生理鹽水能實(shí)際應(yīng)用)。此外,本項(xiàng)目承載著“幫助學(xué)生從化學(xué)的角度認(rèn)識和理解人與自然的關(guān)系,初步形成科學(xué)的物質(zhì)觀和合理利用物質(zhì)的意識”[1]的素養(yǎng)發(fā)展功能。根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知邏輯和完成項(xiàng)目的路徑,規(guī)劃4個(gè)子任務(wù)“定性認(rèn)識生理鹽水”“定量認(rèn)識生理鹽水”“自制生理鹽水”“構(gòu)建配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的思維模型”,并制訂了具體的教學(xué)目標(biāo)。

        二、項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

        1.認(rèn)識溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含義,定量認(rèn)識生理鹽水的組成,根據(jù)某溫度下物質(zhì)的溶解度,會(huì)算出該物質(zhì)飽和溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。發(fā)展定量思維和科學(xué)的物質(zhì)觀(重點(diǎn));

        2.根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含義,會(huì)算出配制一定質(zhì)

        量生理鹽水所需溶質(zhì)、溶劑的質(zhì)量和溶劑的體積,會(huì)選擇儀器、藥品配制生理鹽水,對實(shí)驗(yàn)結(jié)果有評價(jià)意識。提高學(xué)生運(yùn)用知識解決實(shí)際問題的能力,發(fā)展“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)(重點(diǎn));3.會(huì)用較濃的氯化鈉溶液稀釋成一定質(zhì)量的生理鹽水,構(gòu)建配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的思維模型。發(fā)展定量計(jì)算、分析推理能力以及“模型認(rèn)知”等化學(xué)核心素養(yǎng)(難點(diǎn))。

        三、項(xiàng)目任務(wù)及教學(xué)流程

        根據(jù)本項(xiàng)目要解決的核心問題“自制生理鹽水”,拆解成4個(gè)子任務(wù)和若干個(gè)學(xué)科問題。

        項(xiàng)目任務(wù)、學(xué)科問題、學(xué)生活動(dòng)和設(shè)計(jì)意圖[3]的邏輯關(guān)系即教學(xué)流程如圖1所示。

        四、項(xiàng)目實(shí)施過程及學(xué)生學(xué)習(xí)成果

        1.任務(wù)1:定性認(rèn)識生理鹽水

        【設(shè)疑】展示一瓶生理鹽水(見圖2),談?wù)勀愕恼J(rèn)識。

        【學(xué)生】無色透明液體;溶液;溶質(zhì)是氯化鈉,溶劑是水;氯化鈉以氯離子和鈉離子形式存在;均一性、穩(wěn)定性;混合物;用于輸液。

        【設(shè)疑】播放視頻:生理鹽水的作用和功效。歸納生理鹽水在日常生活中的實(shí)際應(yīng)用。

        【學(xué)生】用于過敏性鼻炎、慢性鼻炎、鼻竇炎患者清理鼻腔;外傷創(chuàng)口的清潔消毒;祛痘后的美容敷膜;夏天出汗太多補(bǔ)充體液;醫(yī)療上作溶劑用等。

        【設(shè)疑】播放視頻:某男子注射“自制生理鹽水”進(jìn)急診室。分析原因,提出要探究的問題。

        【學(xué)生】沒有控制氯化鈉和水的量。提出問題:在家如何調(diào)控氯化鈉和水的量到0.9%?0.9%指的是什么?在家里如何自制安全的生理鹽水?

        【小結(jié)】可見,生活中不僅需要定性認(rèn)識溶液的組成,還需要定量認(rèn)識溶液的組成,同一種溶液,溶液濃稀不同,性質(zhì)不同。溶液中溶質(zhì)、溶劑的質(zhì)量決定著物質(zhì)的使用,物質(zhì)使用不當(dāng),有可能發(fā)生安全隱患甚至對生命造成危險(xiǎn)。

        2.任務(wù)2:定量認(rèn)識生理鹽水

        【設(shè)疑】演示實(shí)驗(yàn)1(見圖3),哪個(gè)更濃?演示實(shí)驗(yàn)2(見圖4),哪個(gè)更濃?為什么?

        【學(xué)生】實(shí)驗(yàn)1加5 g的更濃,因?yàn)榈攘咳芤褐泻苜|(zhì)越多的越濃。實(shí)驗(yàn)2不能直接比較出溶液濃稀,得算一下溶質(zhì)和溶液的質(zhì)量比或溶質(zhì)和溶劑的質(zhì)量比。

        【小結(jié)】表示溶液濃稀即溶液濃度的方法有多種。溶質(zhì)和溶液質(zhì)量的比值可以表示溶液的濃稀,比值越大說明溶液中溶質(zhì)的相對含量越大,溶液越濃。溶質(zhì)和溶液質(zhì)量的比值是溶液定量組成的一種表示方法,叫溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。

        【追問】生理鹽水(見圖2)標(biāo)簽上的0.9%,表示氯化鈉溶液的濃度即溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)。試從定量表示溶液組成的角度,解釋0.9%的含義,計(jì)算生理鹽水中溶質(zhì)、溶劑、溶液的質(zhì)量比。

        【學(xué)生】0.9%是溶質(zhì)質(zhì)量和溶液質(zhì)量之比,指的是每 100 g氯化鈉溶液中含0.9 g氯化鈉,根據(jù)溶液的質(zhì)量=溶質(zhì)的質(zhì)量+溶劑的質(zhì)量,所以100 g氯化鈉溶液中水的質(zhì)量:100 g-0.9 g=99.1 g,故氯化鈉、水、氯化鈉溶液的質(zhì)量比=0.9 g∶99.1 g ∶100 g=9∶991∶1000。

        【小結(jié)】圖2所示氯化鈉溶液中溶質(zhì)、溶劑、溶液的質(zhì)量比符合9∶991∶1000,即溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)為0.9%,符合這種溶液組成的才是生理鹽水,才有生理鹽水的功效,否則就不是生理鹽水??梢姡空J(rèn)識溶液的組成,能更好地調(diào)控溶液中溶質(zhì)、溶劑的質(zhì)量,配制出人們需要濃度的溶液,服務(wù)生活,造福人類。

        【設(shè)疑】已知20℃時(shí),氯化鈉的溶解度是36 g。有人說:“20℃時(shí)氯化鈉飽和溶液中溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)為36%?!闭埥忉屽e(cuò)誤原因并幫他訂正。

        【學(xué)生】若溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)是36%,表示的是溶質(zhì)質(zhì)量 36 g 和溶液質(zhì)量100 g 的比值。而20℃時(shí),氯化鈉的溶解度是36 g,意思是100 g溶劑中含溶質(zhì)36 g,溶液達(dá)到飽和狀態(tài),此時(shí)飽和溶液質(zhì)量是136 g,故錯(cuò)誤在于把溶劑質(zhì)量當(dāng)作溶液質(zhì)量。應(yīng)該改為:36 g/136 g×100%≈26.5%。

        【設(shè)疑】溶質(zhì)的質(zhì)量分?jǐn)?shù)=溶質(zhì)質(zhì)量/溶液質(zhì)量×100%,根據(jù)溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)、溶質(zhì)質(zhì)量、溶液質(zhì)量三者的關(guān)系,若知道任意2個(gè),可以求出第3個(gè)。在家里怎么自制一定質(zhì)量的生理鹽水呢?

        3.任務(wù)3:自制生理鹽水

        【設(shè)疑】某同學(xué)鼻炎發(fā)作,需要自制100 g 0.9%的生理鹽水清理鼻腔。需要氯化鈉和水的質(zhì)量各多少?水的體積是多少?

        【學(xué)生】氯化鈉的質(zhì)量=溶液質(zhì)量×溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)=100 g×0.9%=0.9 g,水的質(zhì)量=100 g-0.9 g=99.1 g,水的體積=m/ρ=99.1 g/1 g.cm-3=99.1 cm-3。

        【設(shè)疑】需要哪些儀器和藥品?實(shí)驗(yàn)步驟是什么?

        【學(xué)生】氯化鈉是固體需要稱量,用托盤天平或電子天平;水是液體,一般用量筒量取,用膠頭滴管定容;藥品放燒杯用玻璃棒攪拌至完全溶解就好了。

        【追問】用什么取氯化鈉?量筒用50 mL 還是100 mL 的?這里用到的水是自來水、礦泉水、蒸餾水還是三種都行?為什么?配制好的生理鹽水放在敞口燒杯可以嗎?怎么做更好?

        【學(xué)生】用藥匙取氯化鈉。為減小實(shí)驗(yàn)誤差,量筒量程選擇用最接近量取體積的規(guī)格,即100 mL 量筒。用蒸餾水配溶液,防止其他水中含雜質(zhì)改變?nèi)芤旱亩拷M成,進(jìn)而改變性質(zhì),影響使用功效。溶液敞口放置容易被污染,溶劑水也容易蒸發(fā),會(huì)改變?nèi)芤航M成,所以裝到試劑瓶比較好。

        【追問】配好的溶液不僅要裝瓶還要貼標(biāo)簽,標(biāo)簽上的信息應(yīng)怎么寫?

        【學(xué)生】評價(jià)3位同學(xué)的標(biāo)簽,見圖5。a是定性表示溶液,沒有標(biāo)出溶液濃度;b沒必要寫100 g,因?yàn)榕渲迫芤菏菫榱耸褂?,這個(gè)數(shù)字會(huì)變小;c是正確的。

        【追問】數(shù)字 100 g 是動(dòng)態(tài)變化的,0.9%不會(huì)變嗎?為什么?

        【學(xué)生】不會(huì)變,因?yàn)槿芤壕哂芯恍缘奶卣鳌?/p>

        【設(shè)疑】為減小實(shí)驗(yàn)誤差,實(shí)驗(yàn)時(shí)還應(yīng)注意什么?

        【學(xué)生】稱量、量取準(zhǔn)確;托盤天平要調(diào)零,兩邊放等質(zhì)量稱量紙;量筒讀數(shù)要平視;藥品完全轉(zhuǎn)移到燒杯;玻璃棒攪拌不碰燒杯壁;藥品全部溶解再裝瓶。

        【學(xué)生】分組實(shí)驗(yàn):配制100 g 0.9%的生理鹽水。

        【追問】回顧實(shí)驗(yàn)過程,哪些環(huán)節(jié)可能導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差?

        【學(xué)生】氯化鈉轉(zhuǎn)移到燒杯時(shí)有灑在外面;量筒里的水有殘留,無法全部倒進(jìn)燒杯;量筒讀數(shù)時(shí)忘記平放在桌面,拿在手上仰視;配好的溶液裝瓶時(shí)有滴灑。

        【追問】量筒讀數(shù)時(shí)仰視,量取水的體積比實(shí)際偏大還是偏小?配制溶液的濃度是偏大還是偏小?配好的溶液裝瓶時(shí)有滴灑,如何影響所配溶液的濃度?

        【學(xué)生】仰視,水量多了,濃度偏小;裝瓶時(shí)溶液滴灑,只是溶液總質(zhì)量沒有100 g,溶液濃度不會(huì)變。

        【小結(jié)】實(shí)驗(yàn)誤差來源于實(shí)驗(yàn)步驟的每一個(gè)環(huán)節(jié),包括溶質(zhì)、溶劑的選擇、溶質(zhì)質(zhì)量、溶劑體積計(jì)算是否準(zhǔn)確等??梢?,實(shí)驗(yàn)過程中,具有像科學(xué)家那樣“勤于思考、敢于質(zhì)疑、嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)、善于合作”[1]的科學(xué)態(tài)度和品質(zhì)是實(shí)驗(yàn)成功的前提和保障。

        4.任務(wù)4:構(gòu)建配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的思維模型

        【設(shè)疑】現(xiàn)用16%的氯化鈉溶液,配制160 g 0.9%的生理鹽水。需要16%的氯化鈉溶液和水的質(zhì)量各多少?實(shí)驗(yàn)步驟是什么?

        【學(xué)生】160 g 0.9%的生理鹽水中含溶質(zhì):160 g×0.9%=1.44 g。所需 16%氯化鈉溶液的質(zhì)量:1.44 g/16%=9 g。加水的質(zhì)量=160 g-9 g=151 g。把9 g 16%的氯化鈉溶液和151 g水放燒杯,攪拌混合均勻即可。

        【追問】以上關(guān)于溶液稀釋,計(jì)算的依據(jù)是什么?液體一般量取體積比較方便,把質(zhì)量折算成體積還缺什么數(shù)據(jù)?

        【學(xué)生】加水前后溶質(zhì)質(zhì)量不變。缺16%氯化鈉溶液的密度。

        【設(shè)疑】體積換算下節(jié)課將繼續(xù)探討。你認(rèn)為配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的步驟是什么?

        【師生】共同構(gòu)建配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的思維模型(見圖6)

        五、項(xiàng)目教學(xué)反思

        1.有助于發(fā)現(xiàn)學(xué)生潛在錯(cuò)誤和教學(xué)盲點(diǎn)

        在任務(wù)3“自制生理鹽水”計(jì)算環(huán)節(jié),有的學(xué)生認(rèn)為水的質(zhì)量就是水的體積,出現(xiàn)算式“99.1 g=99.1 mL”;實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié),實(shí)驗(yàn)前師生共同梳理了實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng),實(shí)際操作時(shí),發(fā)現(xiàn)學(xué)生存在以下錯(cuò)誤:托盤天平調(diào)零后,左盤放了稱量紙,右盤沒放;稱量時(shí)氯化鈉放多了,多余的藥品放回原試劑瓶或調(diào)節(jié)平衡螺母使天平平衡;稱量完畢游碼沒有及時(shí)歸零;量筒量水時(shí)拿在手上進(jìn)行讀數(shù);滴管用完直接放桌上;稱好的氯化鈉直接倒進(jìn)量筒,用玻璃棒攪拌;氯化鈉往燒杯轉(zhuǎn)移時(shí)有滴灑;玻璃棒攪拌聲響較大等。在任務(wù)4“溶液稀釋”計(jì)算環(huán)節(jié),部分學(xué)生認(rèn)為加水的質(zhì)量為160 g-9 g ×16%=158.56 g。動(dòng)手做的時(shí)候,學(xué)生容易暴露原來不易發(fā)現(xiàn)的、潛在的錯(cuò)誤[4],老師據(jù)此能及時(shí)引導(dǎo)修正,培養(yǎng)定量思維和科學(xué)態(tài)度。

        2.有助于科學(xué)精神和人文精神的養(yǎng)成

        項(xiàng)目式學(xué)習(xí)強(qiáng)調(diào)在“做中學(xué)”中習(xí)得新知識,化學(xué)學(xué)科的“做”多是以化學(xué)實(shí)驗(yàn)為主的探究活動(dòng)。本項(xiàng)目“自制生理鹽水”的完成主要通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)促進(jìn)學(xué)生理解溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的含義并進(jìn)行溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的簡單計(jì)算,實(shí)驗(yàn)過程中養(yǎng)成了質(zhì)疑審辯、合作溝通、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。同時(shí),項(xiàng)目本身蘊(yùn)含對健康、生命的關(guān)懷,通過課堂上師生、生生等多邊互動(dòng),讓學(xué)生體驗(yàn)探究活動(dòng)的樂趣和學(xué)習(xí)成功的喜悅以及小組表達(dá)交流、善于傾聽他人意見的包容開放態(tài)度,旨在全面發(fā)展的理想人格的肯定和塑造,實(shí)現(xiàn)科學(xué)精神和人文精神融合的項(xiàng)目式學(xué)習(xí)基本價(jià)值取向[5]。

        3.有助于學(xué)科素養(yǎng)和跨學(xué)科素養(yǎng)的融合

        本項(xiàng)目設(shè)計(jì)一方面基于課標(biāo)要求,項(xiàng)目涵蓋了課標(biāo)規(guī)定的“溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其簡單計(jì)算,配制一定溶 質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)的氯化鈉溶液”,項(xiàng)目承載著發(fā)展學(xué)生定 量觀、科學(xué)的物質(zhì)觀等化學(xué)學(xué)科觀念和“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度”“模型認(rèn)知”等化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)。另一 方面,本項(xiàng)目設(shè)計(jì)注重學(xué)生在解決問題的過程中,從 擁有知識(溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)及其計(jì)算)、運(yùn)用知識(自制生理鹽水)到創(chuàng)造知識(構(gòu)建配制配制一定溶質(zhì)質(zhì)量分?jǐn)?shù)溶液的思維模型),指向創(chuàng)造性、批判性思維、探究與問題解決、合作等重要的跨學(xué)科素養(yǎng)[6]。

        當(dāng)然,本項(xiàng)目教學(xué)實(shí)施過程中遇到了“時(shí)間緊迫與環(huán)節(jié)優(yōu)化”“項(xiàng)目評價(jià)與時(shí)機(jī)反饋”“小組合作與改進(jìn)優(yōu)化”等問題,還需要進(jìn)一步學(xué)習(xí)項(xiàng)目學(xué)習(xí)理論,在教學(xué)實(shí)踐中持續(xù)研究并改進(jìn)。

        參考文獻(xiàn)

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