李俊紅

摘要： ?從生活問題“每袋含鈣500mg是真的嗎”出發(fā)，確立“測定碳酸鈣D3顆粒中的鈣含量”為項目式學習主題，通過“實驗探究： 測出碳酸鈣D3顆粒和足量鹽酸反應生成二氧化碳的質(zhì)量或體積”“數(shù)據(jù)處理： 計算碳酸鈣D3顆粒中的鈣含量”“模型建構(gòu)： 圖示實驗法進行科學探究的基本過程”等三個學習任務(wù)，融化學知識復習于真實問題解決的探究實踐，有效提升了復習效果。

關(guān)鍵詞： ?鈣含量測定; 項目式學習; 復習教學; 實驗探究

文章編號： ?1005 6629（2022）08 0060 07

中圖分類號： ?G633.8

文獻標識碼： ?B

傳統(tǒng)復習課教學往往以知識再現(xiàn)歸納、習題講練促學為基本方式，不利于激發(fā)學生學習興趣、培養(yǎng)學生解決真實問題的能力[1]。而項目式學習能夠使學生經(jīng)歷成果導向下的綜合任務(wù)完成過程，形成真實情境下的復雜問題解決思路，對培養(yǎng)學生的實踐應用及遷移創(chuàng)新能力有獨特的功能和價值[2]?！皽y定碳酸鈣D3顆粒中的鈣含量”項目式學習，從真實問題“每袋碳酸鈣D3顆粒含鈣500mg是真的嗎”出發(fā)，讓學生親身經(jīng)歷確立項目主題、規(guī)劃項目方案、實施項目方案和交流項目成果的全過程，“用中學”促進學生對實驗室制取二氧化碳的原理、裝置氣密性檢查、質(zhì)量守恒定律以及根據(jù)化學式、化學方程式計算等化學核心知識技能的深刻理解，在探究實踐中形成設(shè)計方案、進行實驗、證據(jù)推理、反思評價等關(guān)鍵能力，感受化學從抽象的符號背誦到解決實際問題的“有用”和“有趣”。

1 項目主題和目標

項目主題確立思路如圖1所示。

項目學習目標如下：

（1） 根據(jù)補鈣劑包裝和使用說明書，計算補鈣劑中含鈣的質(zhì)量和鈣含量。

（2） 根據(jù)解決項目核心問題的實驗原理，規(guī)劃出解決定量實驗問題的方案（質(zhì)量法和體積法）。

（3） 基于實驗目的評價： 選擇實驗裝置，檢查裝置氣密性，通過實驗探究測出1袋碳酸鈣D3顆粒與足量鹽酸反應生成二氧化碳的質(zhì)量或體積，在對比實驗中發(fā)展收集證據(jù)、解釋結(jié)論、反思評價、合作溝通、創(chuàng)新實踐等關(guān)鍵能力。

（4） 根據(jù)實驗數(shù)據(jù)算出碳酸鈣D3顆粒中的鈣含量，形成用反應中物質(zhì)比例關(guān)系解決問題的定量思維。

（5） 評價結(jié)果的可靠性，培養(yǎng)審辯意識和科學態(tài)度，建構(gòu)用實驗探究解決化學問題的基本方法和思路。

2 項目學習流程

項目學習過程主要包括四個核心環(huán)節(jié)： 確立項目主題（抽提驅(qū)動性問題）→規(guī)劃項目方案（梳理問題進階和解決方案）→實施項目方案（實驗探究和證據(jù)推理）→交流項目成果（成果展示和模型建構(gòu)）。確立項目主題和規(guī)劃項目方案為第1課時[對應學習目標（1）（2）]，實施項目方案和交流項目成果為第2課時[對應學習目標（3）（4）（5）]。項目學習流程及課時分配如圖2所示。

3 項目實施過程

以第2課時為例，呈現(xiàn)項目活動過程中的部分師生關(guān)鍵行為，從學生課堂表現(xiàn)、成果展示和后測分析，可看出活動實施的效果。

3.1 任務(wù)引入

[布置任務(wù)]上節(jié)課同學們規(guī)劃了項目方案： 測出1袋碳酸鈣D3顆粒中含碳酸鈣的質(zhì)量，算出1袋碳酸鈣D3顆粒中含鈣的質(zhì)量以及鈣含量;梳理出要解決的核心問題： 測出1袋碳酸鈣D3顆粒中含碳酸鈣的質(zhì)量;厘清了實驗原理： 測出碳酸鈣和足量鹽酸反應生成二氧化碳的質(zhì)量或體積，根據(jù)化學方程式即可求出碳酸鈣的質(zhì)量及鈣含量。本節(jié)課我們將通過實驗探究的方法解決該問題，首先根據(jù)實驗原理確定實驗裝置。下面展示幾位同學用稱質(zhì)量（法）和量體積（法）設(shè)計的實驗裝置（見圖3和圖5），請談?wù)勗O(shè)計意圖，設(shè)計者的想法是否合理？如何改進？說明理由。

3.2 裝置確定

3.2.1 質(zhì)量法

[交流與討論]

學生1： 用向上排空氣法[見圖3（a）]把二氧化碳收集到瓶內(nèi)，蓋好，用電子天平稱重，扣除原集氣瓶（含蓋）的質(zhì)量，即為生成二氧化碳的質(zhì)量。

學生2： ?這不是二氧化碳的質(zhì)量，是二氧化碳和瓶內(nèi)空氣的質(zhì)量差。除非收集氣體前把瓶內(nèi)抽成真空。

學生3： ?抽成真空也不行，在收集過程中能保證空氣不進入瓶內(nèi)嗎？還有，萬一集氣瓶規(guī)格小，不夠收集氣體，換瓶收集也會造成誤差。這個方法不可行。

[評價與設(shè)問]考慮到集氣瓶的規(guī)格問題，這是定量實驗需要注意的。多數(shù)同學設(shè)計此方案，忽略了原集氣瓶并不“空”，抽成真空的做法可操作性不強。用其他裝置怎么測出二氧化碳的質(zhì)量？

[交流與討論]

學生1： 我模仿課本設(shè)計裝置[見圖3（b）]，先稱出反應前反應物和裝置的總質(zhì)量m1，把試管中的鹽酸倒入燒杯內(nèi)，等天平示數(shù)穩(wěn)定，反應后剩余物和裝置的總質(zhì)量為m2，m1減m2即為生成二氧化碳的質(zhì)量。

學生2和3： 我們設(shè)計的裝置[見圖3（c）（d）]和圖3（b）的實驗原理相同，優(yōu)點是： 通過分液漏斗或注射器可以控制反應速率，同時避免試管底部粘上固體藥品，傾倒鹽酸時藥品掉在外面，造成誤差。

學生4： 我想用無水硫酸銅[見圖3（e）]吸水，干燥二氧化碳，水蒸氣不會跟著二氧化碳一起跑掉，數(shù)據(jù)更準確。

[評價與追問]利用質(zhì)量守恒定律解決問題，設(shè)計巧妙。設(shè)計圖3（e）的同學考慮到二氧化碳潮濕引起的誤差，用干燥劑對裝置作了改進，思維縝密。本節(jié)課老師提供的實驗裝置是圖3（d）和（e），請推測改進后的實驗數(shù)據(jù)是變大還是變?。啃枰獧z查裝置氣密性嗎？如何檢查？說明理由。

[交流與討論]

學生1： 干燥劑吸水，相比不吸水，跑出去的更少了，所以改進后的數(shù)據(jù)比改進前應更小。

學生2： 不用查氣密性，就是要讓二氧化碳跑出去的。

學生3： 圖3（d）不用查。圖3（e）要查，因為要讓生成的二氧化碳經(jīng)過干燥劑，如果進干燥劑之前氣體已經(jīng)漏了，干燥劑沒啥作用。

學生4： 可以把干燥管出口堵住，向下推壓注射器活塞，若注射器活塞能復位，則氣密性好。

學生5： 可以在干燥管出口接導管放入水中，加熱錐形瓶，導管口有氣泡，則氣密性好。

[評價與設(shè)問]同學們分析得很到位，可見是否檢查裝置氣密性，因?qū)嶒災康亩?，不能一概而論。除了實驗室提供的裝置，第5小組用兩支注射器也能測出二氧化碳的質(zhì)量，他們是怎么做到的？

小組5： 實驗用藥品是1袋碳酸鈣D3顆粒（3g）和稀鹽酸20mL，注射器可以從底部把殘留氣體頂出，減小誤差。開始用兩個30mL的注射器到實驗室試做，發(fā)現(xiàn)鹽酸容易噴出，然后把一個30mL的注射器換成100mL。實驗步驟如圖4所示。

[小結(jié)]根據(jù)質(zhì)量守恒定律，利用氣體的發(fā)生裝置能測出生成二氧化碳的質(zhì)量;實驗數(shù)據(jù)并非越大越準確，視具體情況而定;實驗裝置除了實驗室提供，也可以用生活替代品自制，裝置需要在實踐中不斷完善和改進。

3.2.2 體積法

[交流與討論]

學生1： 我設(shè)計的裝置是圖5（a）。在量筒的每一個大刻度處放一支燃著的小蠟燭，二氧化碳通入量筒內(nèi)，二氧化碳密度大于空氣，蠟燭熄滅時對應的刻度示數(shù)即為生成二氧化碳的體積。

學生2： 量筒那么窄，蠟燭怎么放進去。且量筒不能受熱，可以用集氣瓶。

學生3： 集氣瓶也不行，因為蠟燭燃燒會生成二氧化碳，增加了變量。

[評價與設(shè)問]對，同學們分析得都有道理。再者，氧氣濃度低于一定值，可燃物燃燒會停止，即蠟燭熄滅時對應的刻度也不一定是收集二氧化碳到達的高度。其他裝置可以達成實驗目的嗎？

[交流與討論]

學生1： ?我想利用生成的二氧化碳往外推注射器活塞[見圖5（b）]，注射器前后刻度差即為二氧化碳的體積。

學生2： 不行，二氧化碳會從長頸漏斗跑走，應換成分液漏斗。還得預估一下生成二氧化碳的體積，準備足夠容量的針筒。

學生3： ?我利用二氧化碳產(chǎn)生的氣壓把水壓入量筒[見圖5（c）]，量筒內(nèi)水的體積即為二氧化碳的體積。

學生4： 不行，水根本壓不過去，因為產(chǎn)生二氧化碳的導管口在液面下，一部分二氧化碳溶于水，溶不了的沿導管跑入量筒。須改進裝置如圖5（d）所示。

學生5： 水會吸收一部分二氧化碳，有誤差，可以加一層植物油阻隔二氧化碳碰到水[見圖5（e）]。

[評價與追問]很好。定量實驗一定要有“量”的意識。本節(jié)課老師提供的實驗裝置是圖5（d）和（e）， 請推測裝置改進后，測得二氧化碳的體積是增大還是減??？此實驗成功的關(guān)鍵是什么？怎么操作？說明理由。

[交流與討論]

學生1： 有油封的裝置，二氧化碳碰不到水，水吸收不了二氧化碳，壓進量筒的水應更多，即改進后比改進前數(shù)據(jù)更大。

學生2： 水要導流，裝置必須不能漏氣。

學生3： 可利用熱脹冷縮原理，用熱毛巾捂住錐形瓶，若水導流入量筒，則氣密性良好。

學生4： 也可推壓注射器活塞，若水導流，則氣密性良好。

[評價與追問]推壓注射器活塞，沒有外加設(shè)備，操作更為簡便。若提拉注射器活塞，預測有什么現(xiàn)象能證明裝置氣密性好？若注射器活塞從20mL處開始推壓到底，即壓縮空氣20mL，則導流過來水的體積應是多少？本實驗所用鹽酸的體積是20mL，請問反應產(chǎn)生氣體排出水的體積就是生成二氧化碳的體積嗎？若不是，應作怎樣的處理？

[演示實驗]檢查裝置[圖5（d）]的氣密性。

[交流與討論]

學生1： 提拉注射器活塞，相當于增大裝置內(nèi)氣體體積，裝置內(nèi)氣壓減小， 大氣壓會把空氣沿著量筒內(nèi)的導管壓入水中，水中導管口冒出氣泡，說明氣密性良好。

學生2： ?實驗觀察導流到量筒內(nèi)水的體積是13mL。

學生3： 生成二氧化碳的體積應是排出水的體積減去13mL。

學生4： ?觀察導管內(nèi)水有殘留，不能全部進入量筒。

[評價與設(shè)問] 對于比較復雜裝置的氣密性檢查，一是不能改變裝置，二是操作簡便，三是現(xiàn)象明顯，且和結(jié)論有邏輯關(guān)聯(lián)。導管內(nèi)殘留水的體積加13mL約為20mL。這說明即使沒有開始反應，擠壓裝置內(nèi)多少體積的空氣就會導流出多少體積的水，

所以生成二氧化碳的體積應是排出水的體積減去20mL。除了實驗室提供的裝置，第10小組還用兩個礦泉水瓶和吸管等設(shè)計了測量生成二氧化碳體積的裝置（見圖6），請他們分享做法。

小組10： 改進前，把碳酸鈣D3顆粒和鹽酸依次加入瓶子，用

排水法收集二氧化碳，礦泉水瓶原體積減去瓶內(nèi)剩下水的體積，即

二氧化碳的體積;改進后，鹽酸改用注射器注入瓶內(nèi)，我們想對比

改進前后二氧化碳體積的變化。

[小結(jié)]除了實驗室提供的裝置，利用注射器和礦泉水瓶等自主設(shè)計裝置，經(jīng)濟環(huán)保也很有創(chuàng)意。裝置確定好了，下面開始分組實驗。

3.3 實驗探究（測出1袋碳酸鈣D3顆粒和足量鹽酸反應生成二氧化碳的質(zhì)量或體積）

[分組實驗]全班53人，每5～6人一組共10個組，其中5個組做稱質(zhì)量（法），5個組做量體積（法）。每個組在組長負責下分成2個小組（同時完成改進前和改進后），數(shù)據(jù)本組共享。教師巡視指導。

[展示]小組實驗數(shù)據(jù)見表1（由于數(shù)據(jù)較大，允許學生使用計算器）。

3.4 數(shù)據(jù)處理

[展示]小組處理數(shù)據(jù)過程（見圖7）和小組實驗結(jié)論（見表2）。圖7中的對勾和劃圈是學生展示和評價時教師所做的記號。

[評價與設(shè)問]同學們實驗認真，如實記錄并處理數(shù)據(jù)，嚴謹?shù)目茖W態(tài)度值得肯定。第1、 6、 7、 8、 10組實驗數(shù)據(jù)（見表1）和第4組實驗結(jié)論（見表2）出現(xiàn)異常，請作說明。其他小組實驗過程中有何新發(fā)現(xiàn)？

[交流與匯報]

小組1： 我們組做含干燥劑的實驗，稱反應前的質(zhì)量時，忘記把電子天平去皮調(diào)到0，造成反應前質(zhì)量小于反應后質(zhì)量，實驗沒多余藥品不能重做。

小組6： 我們組改進前數(shù)據(jù)比改進后大，可能是數(shù)據(jù)有偶然性，實驗只做了一次。

小組7和8： 我們組做改進后實驗時，水一滴不導流，可能塞子沒塞緊，裝置漏氣。

小組10： 油封改進后，實驗數(shù)據(jù)和預測相反。我們發(fā)現(xiàn)油封后，水倒流速度明顯減慢，是不是油的阻力較大，對實驗有影響。還有用自制裝置做實驗，發(fā)現(xiàn)改進前后的數(shù)據(jù)相差很大，說明裝置的氣密性確實很重要。

小組4： 我們組算成1包碳酸鈣D3顆粒中碳酸鈣的含量，忘記乘以碳酸鈣中鈣的質(zhì)量分數(shù)（40%）。

小組9： 我們組在用改進前裝置實驗時，由于過快推壓注射器活塞，較快的反應速率造成廣口瓶的橡皮塞沖開，馬上塞好繼續(xù)實驗，造成了較大實驗誤差。

小組2： 我們組加碳酸鈣D3顆粒時，發(fā)現(xiàn)藥品一加進去就有氣泡，可能錐形瓶內(nèi)原先有殘留鹽酸，造成實驗誤差。

[評價與追問]按照商家提供的標簽，碳酸鈣D3顆粒中鈣含量應為16.7%。體積組做的數(shù)據(jù)較為接近這個數(shù)據(jù)，看來廠家有良心和社會責任感。老師的疑問是： 為什么稱質(zhì)量（法）和量體積（法）相比有較大誤差？小組5用兩個注射器自制的裝置，相比實驗室提供的裝置明顯減小了實驗誤差？

[交流與討論]

學生1： 質(zhì)量法誤差較大，可能是因為二氧化碳密度大于空氣，反應后二氧化碳把密度較小的氣體排出，錐形瓶內(nèi)殘留了密度較大的二氧化碳。

學生2： 小組5自制裝置所用注射器的體積比錐形瓶體積小很多，反應前后注射器內(nèi)氣體質(zhì)量差值沒那么大，誤差就小。

[小結(jié)]同學們分析得很到位，實驗誤差來自實驗的每一個環(huán)節(jié)，比如，實驗方案是否合理、 實驗操作是否規(guī)范、證據(jù)收集是否全面、數(shù)據(jù)處理是否正確等等。如果用同一套裝置，平行實驗做三次，實驗結(jié)果可能更科學。小組10提到的關(guān)于油的阻力對導流水體積的影響，需要更多的材料佐證，課后同學們可以繼續(xù)探究。

3.5 成果展示

學生展示歸納解決問題的思路（見圖8）。

[小結(jié)]由具體學科問題解決方案的思維體系，抽象概括出實驗探究法解決現(xiàn)實問題的一般思路，有助于遷移和創(chuàng)新。

4 教學反思

從學生課堂參與表現(xiàn)以及結(jié)合課后訪談，學生首先認為這種復習方式更能吸引他們的注意力，他們不再感到化學和生活的隔離，把實驗搬進課堂，讓每個學生都融入其中，從設(shè)計裝置到親手做實驗，親身經(jīng)歷解 決問題的全過程，通過實驗結(jié)論 對比和問題解決思 路展示，學生覺得很有獲得感和成就感。其次，通過實驗來推進復習過程，促進了學生學科思想和實驗思維的發(fā)展。課后有學生提出除了質(zhì)量法、體積法，能不能用石灰水吸收二氧化碳增重的方法得出二氧化碳的質(zhì)量;也有學生提出不用化學方程式，利用二氧化碳和碳酸鈣中碳元素質(zhì)量相等也可以算出碳酸鈣的質(zhì)量;還有學生提出，體積法中如果把油封水的裝置里全部換成油，和排水法做對照結(jié)果會怎樣以及提出碳酸鈣D3顆粒中其他成分能否和鹽酸反應生成二氧化碳……在以往傳統(tǒng)的復習課后學生很難提出如此頗具思維含量的問題。再次，通過小組合作完成項目式學習，學生普遍認為提升了組長的領(lǐng)導協(xié)調(diào)能力，促進了組員之間的人際關(guān)系和溝通交流，這些收獲將超越知識，獲益終生。

當然，教師在課堂實施本案例時也遇到了一些困難。比如，學生座位由傳統(tǒng)列隊改成圓圈式分組合作，學生對這種學習方式的轉(zhuǎn)變一開始不太適應，有些學生因為座位的改變沒有融入到學習團隊中。因此如何分組、合作什么、怎么合作，需要教師事先對各組組長進行一定的培訓，因為學生的合作效率直接影響項目進程的有序推進，這樣勢必增加了教師的工作負擔。此外，根據(jù)實驗原理自主設(shè)計、裝置選擇，學生的作業(yè)表現(xiàn)等提供了豐富的教學資源，而課堂展示時間有限和教學環(huán)節(jié)優(yōu)化的矛盾突顯出來。對于課堂上如何選擇展示的作品，激發(fā)學生的認知沖突，鼓勵學生積極發(fā)言，迫于時間，教師課堂上有時來不及轉(zhuǎn)化學生全部的前概念，總有一些教學滑過的現(xiàn)象發(fā)生。針對學生提出的用吸收法測二氧化碳質(zhì)量的建議為教師打開了教學思路，準備在酸堿鹽學完之后，將對此項目再作進一步的改進與完善。

參考文獻：

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