陳垮垮

摘要：以“造紙工藝中的化學”為項目主題，學生通過完成“初識造紙流程”“探究造紙黑液”“處理造紙黑液”三個任務，復習鞏固了堿的相關知識以及檢驗物質成分的一般思路，形成應用學科知識解決實際問題的思路和方法，滲透分類表征的化學觀念，證據推理與模型認知、定性定量相結合的科學思維，科學探究與實踐、科學態(tài)度與責任等化學核心素養(yǎng)。關鍵詞：項目式學習;化學核心素養(yǎng);堿;造紙黑液

文章編號：1008-0546（2022）10-0022-05中圖分類號：G632.41文獻標識碼：B

在新課程理念的指引下，教師都積極探索由學科知識向學科核心素養(yǎng)轉化的教學策略?！读x務教育化學課程標準（2022年版）》中要求：注重啟發(fā)式、互動式、探究式教學，開展以化學實驗為主的多樣化探究活動，創(chuàng)設真實問題情境，倡導“做中學”“用中學”“創(chuàng)中學”，開展項目式學習，重視跨學科實踐活動。[1]項目式學習基于真實情境或問題，引導學生通過小組合作開展探究活動，在活動中進行設計、計劃調查、問題解決、作品創(chuàng)作及展示、評價交流等任務。[2]與傳統教學相比，項目式學習強調學生的主體地位，讓學生經歷成果導向下的項目任務解決過程，提煉解決實際問題的思路和方法，發(fā)展學生的科學思維和實踐探究能力，促進學生核心素養(yǎng)的發(fā)展。因此項目式教學不失為新課程改革的一種有益嘗試。

一、項目主題確立

在教學中，教師應重視選取和組織體現科學、技術、社會、環(huán)境相互聯系的內容，密切聯系生活實際，使學生真切感受到化學為創(chuàng)造更美好生活的貢獻，促使學生自覺應用所學化學知識解釋相關現象和解決現實問題。生產生活中與化學關聯的事例多不勝數，受制于學生現有知識和技能儲備，適合課堂探究的問題并不多。這就需要教師擁有一雙慧眼，善于發(fā)現和開發(fā)生活資源，從中挑選、提煉、整合出適合初三學生探究的內容。

紙是日常生活中的常用物品，學生每天讀書、寫字都離不開紙。造紙術是中國古代四大發(fā)明之一，由蔡倫發(fā)明，是古代勞動人民智慧的結晶。這些是學生耳熟能詳的知識，但是紙是怎么被制造出來的，學生卻知之甚少，恰好可以以此為契機，激發(fā)學生的學習興趣，開展探究造紙工藝中的化學的項目式學習。圍繞“造紙工藝中的化學”，以初識造紙流程、探究造紙黑液、處理造紙黑液為項目主線，在真實生產情境下復習了堿的相關知識以及檢驗物質成分的一般思路，形成應用學科知識和方法解決實際問題的思維方式。在探究活動中，小組交流討論檢驗造紙黑液成分和處理黑液的方案，然后小組互評完善方案，通過實驗探究進行成果展示，從中滲透分類表征的化學觀念，證據推理與模型認知、定性定量相結合的科學思維，科學探究與實踐、科學態(tài)度與責任等化學核心素養(yǎng)。

二、項目規(guī)劃及教學流程

實際生產中的項目常常是綜合的、復雜的，需要教師根據教學內容和教學目標對項目進行拆解規(guī)劃，分離出相應的子任務。本次項目式學習，提前布置學生網上搜索古代和現代造紙的資料，思考想要研究的問題。學生的問題集中表現為“造紙過程中發(fā)生的化學變化及加堿的目的”“造紙后的黑液含有哪些成分”“如何處理造紙黑液”，經過協商討論，最終確定將核心項目分解為三個子項目：①初識造紙流程②探究造紙黑液③處理造紙黑液。項目學習活動應該聚焦項目學習中關鍵問題的解決來考慮，即活動內容應體現學科思想方法的應用，活動組織順序應遵循項目成果達成或關鍵問題解決的邏輯順序。[3]基于以上設計思路，師生合作，制定項目計劃及教學流程，見圖1。

三、項目實施過程

【情境】展示生活中用到的紙及紙制品圖片。造紙術是我國古代四大發(fā)明之一，是中國古代勞動人民智慧的結晶。同學們，你們想知道紙是怎么制造出來的嗎？今天我們就一起來學習造紙工藝中的化學。

1.初識造紙流程

【投影】古代造紙流程見圖2、現代造紙流程見圖3。[4]

【教師】造紙過程中出現了一些我們熟悉的化學物質，它們之間會發(fā)生怎樣的化學反應呢？請你寫出反應方程式。

【學生】書寫方程式

【教師】造紙反應中涉及到的堿性物質有哪些？

【學生】Ca（OH）2、K2CO3、KOH

【教師】造紙過程中加入堿性物質的目的是什么？

資料卡：（1）紙的主要成分是纖維素：（2）樹木中含有纖維素、油脂、木質素等成分。

【學生】與油脂、木質素反應，提煉植物中的纖維素。

【教師】是的，為了更好地提煉其中的纖維素，古人同時加入了生石灰和草木灰，以便生成堿性更強、溶解能力更好的KOH。你還知道哪些呈堿性的物質？

【學生】NaOH、Na2CO3

【教師】現代造紙用的就是碳酸鈉和氫氧化鈉。（展示現代造紙流程）為什么古代不用碳酸鈉和氫氧化鈉呢？

【學生】那時候沒有碳酸鈉和氫氧化鈉，只能用生石灰、草木灰之類比較易得的物質。

【教師】同學們分析得很好，直到近現代隨著氯堿、聯合制堿工業(yè)的發(fā)展，氫氧化鈉、碳酸鈉才開始廣泛應用。對比古今造紙，現代造紙在原料和工序上都有了一定的改進，說明科學技術的發(fā)展促進了化學工藝演變與進步。

【教師】以上的堿性物質都是堿嗎？什么是堿？

【學生】堿的組成可表示為：金屬陽離子（或NH）+OH-

【教師】那么堿和堿性物質有什么聯系和差別？

【學生】堿溶液一定顯堿性，但顯堿性的不一定是堿溶液。

2.探究造紙黑液

【教師】造紙工業(yè)的堿法制漿工藝產生的黑液含有木質素、半纖維素等有機物，呈黑褐色，故稱作黑液。結合過程中發(fā)生的化學反應判斷黑液除了上述有機物外還有哪些成分？

【學生】一定有生成物KOH，反應物中的一種可能有剩余，因此可能存在以下三種猜想：（1）KOH（2）KOH、Ca（OH）2（3）KOH、K2CO3

【教師】有了猜想，怎樣設計實驗驗證猜想呢？

【學生】首先應弄清楚需要檢驗哪些物質。三者的共同點KOH無需檢驗，區(qū)分三者應聚焦在不同點上，所以本設計即簡化為檢驗是否含Ca（OH）2或K2CO3。根據堿和鹽的性質，選擇試劑，小組討論檢驗Ca（OH）2和K2CO3方法，從中歸納出物質檢驗的條件：（1）具有明顯現象（2）考慮共存物的干擾，具體分析過程見圖4，圖5。

【教師點撥】如果選擇加酸檢驗K2CO3的話，應該注意什么？酸會優(yōu)先與KOH發(fā)生中和反應，如果酸少，即時有K2CO3也觀察不到明顯現象，必須加足量的酸。

【匯報方案】取樣，加入碳酸鈉溶液或吹氣，若有白色沉淀，則說明含Ca（OH）2，即為猜想2。若無現象則可能為1或3。另取樣，加入過量鹽酸，若有氣泡，（或加石灰水、氯化鋇，有沉淀）則含K2CO3說明是猜想3，無氣泡（或無沉淀）則為猜想1。（先檢驗K2CO3后檢驗Ca（OH）2也可以。）

【布置任務】動手實驗，完成表1。

【實驗提醒】采用傾倒法加1-2mL左右的模擬黑液，鹽酸1滴管，其他試劑2-3滴即可。

檢驗氫氧化鈣和碳酸鉀的方法有多種，選擇一種檢驗方法即可。

【匯報結論】黑液中含有KOH和K2CO3，猜想3正確。

【教師】猜想3中KOH和K2CO3同時存在，如何檢驗其中的KOH？

【學生】利用堿的通性推測KOH化學性質，結合上面總結的物質檢驗條件，篩選出具有明顯現象的三條性質進一步分析論證，考慮共存物K2CO3是否對檢驗有干擾，向K2CO3溶液中分別滴加酚酞、氯化鐵、硫酸銅溶液，結果與KOH反應現象相同（見表2），由此得出結論K2CO3的存在干擾KOH的檢驗，檢驗KOH必須先除去K2CO3。根據K2CO3性質，最初提出以下三種方法：（1）加酸HCl/H2SO4（2）加堿Ca（OH）2/Ba（OH）2（3）加鹽BaCl2/CaCl2，然后分析可行性，（1）中酸優(yōu)先與KOH反應，除掉待檢驗的KOH，不可行;（2）中反應生成待檢驗的KOH，不可行;只有（3）既能除掉K2CO3，又不會引入待檢物質KOH，可行。排除干擾的思路：只除去干擾物，不引入待檢驗的物質。

【匯報方案】方案一：取樣，加入過量氯化鈣溶液，有白色沉淀，向上層清液中再加幾滴酚酞（或氯化鐵、硫酸銅溶液），若變紅（紅褐色或藍色沉淀），說明含KOH，反之，則不含。方案二：先加酚酞，溶液變紅，再加過量氯化鈣溶液，有白色沉淀產生，紅色不退去，則含KOH，若有白色沉淀產生，紅色退去，則不含KOH。

【布置任務】動手實驗，完成表3。

【實驗提醒】采用傾倒法加1-2mL左右的模擬黑液，氯化鋇1滴管，其他試劑2-3滴即可。

【匯報結論】黑液中含有KOH。

【教師】實際黑液處理的時候，除了要知道黑液的成分，還應明確各成分的具體含量，那么如何測定黑液中碳酸鉀和氫氧化鉀的具體含量呢？數字化實驗可以輕松解決上面的難題。圖6和圖7是我們即將用到的儀器和裝置，這是數據采集器，這是泵動式二氧化碳傳感器，可以測定二氧化碳濃度。

【演示實驗】打開數字化信息系統操作界面，點擊“開始”，打開活塞，向燒瓶內注入硫酸，直至二氧化碳濃度不再發(fā)生變化，點擊“結束”停止加酸，如圖8所示。

【教師】將最終的二氧化碳濃度轉化為質量，代入方程式就可以算出樣品中碳酸鉀的質量，以及碳酸鉀消耗酸的質量。測定樣品中氫氧化鉀的質量還需知道哪些數據？

【學生】反應消耗的酸的總量，酸的總量減去碳酸鉀消耗的量即為氫氧化鉀消耗的量，代入方程式即可求出氫氧化鉀的質量。如果黑液的質量也已知，即可算出碳酸鉀和氫氧化鉀的質量分數。

3.處理造紙黑液

【教師】通過以上探究證實造紙后的黑液呈堿性，不能直接排放到水中。如果你是造紙廠的技術人員，你打算如何處理黑液呢？

【學生】加酸中和，調節(jié)pH至接近中性再排放，生成的鹽還可以用作鉀肥。

【教師】是的，我國現代造紙工業(yè)處理黑液，就是向黑液中加入硫酸進行中和。我國的《制漿造紙工業(yè)水污染排放標準》中要求廢水的pH為6-9，那么如何監(jiān)測廢水的pH？

【學生】使用pH試紙或pH計。

【教師】黑液處理還有其他方法嗎？

【學生】回收其中的堿，循環(huán)利用

【PPT展示】造紙廠黑液的處理方法

【教師】同學們的想法都非常實用！而且都已用于實際生產了。處理黑液的方法有多種，我們應根據實際情況選擇高效的黑液處理技術，更應研究開發(fā)更加環(huán)保的造紙工藝。

【教師總結】本節(jié)課，我們通過初識造紙流程，溫故了堿性物質，復習了堿的概念，應用堿的性質探究了黑液的成分，數形結合定量測定含量，分析了處理造紙黑液的方法，滲透綠色化學思想。希望同學們有機會去造紙廠實地參觀，在參觀的過程中用化學的眼睛看，用化學的思維思考如何節(jié)約原料，減少污染，提高生產效益！

四、項目教學反思

1.以學生為主體，推動學習發(fā)生

應用項目式教學從化學角度認識造紙工藝，重構堿的相關知識。通過造紙主題情境下的問題解決，激發(fā)學生的探究欲，通過課前查閱資料、小組討論、實驗設計和探究，讓學生進入一種有意義的學習狀態(tài)，親身經歷真實問題解決過程的體驗和感悟，學生從傳統課堂的被動接受者變身為主動探索者，積極調用化學學科知識解決問題并自覺提煉問題解決的思路與方法，提升陌生情境下遷移應用的能力。在項目學習中教師是學生學習的促進者，必要時候為學生搭建解決問題的支架，學生才是學習的主體，最終問題解決取決于學生，由此強化學生學習的內驅力和責任意識，增強自我成就感。

2.依托化學實驗，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

項目式教學讓學生自主設計并動手實驗，不僅可以促進學生對知識的理解而且有助于發(fā)展學生的核心素養(yǎng)。實驗是釋放化學魅力的一種重要途徑，具有顯著的實踐屬性和證據功能，因此依托化學實驗開展證據推理的科學探究活動大有裨益。探究黑液成分環(huán)節(jié)，學生需要不停地思考和動手實踐，在培養(yǎng)觀察能力、實踐技能的基礎上，還有助于培養(yǎng)學生的證據與推理、模型與解釋的科學思維，促進化學核心素養(yǎng)的發(fā)展。定量測定黑液成分含量時引入數字化實驗，體現現代信息技術與化學實驗的深度融合，創(chuàng)新實驗檢測方法，進一步彰顯實驗的深層價值，引領學生從定性走向定量，進入高階思維活動，滲透科學探究與實踐、創(chuàng)新意識、科學態(tài)度等核心素養(yǎng)。

參考文獻

[1]中華人民共和國教育部.義務教育化學課程標準（2022年版）[S].北京：北京師范大學出版社，2022.

[2]周蕾.基于項目式學習的高中化學教學的設計與設施[D].昆明：云南師范大學，2020.

[3]侯肖.胡久華.在常規(guī)課堂教學中實施項目式學習——以化學教學為例[J].教育學報，2016，12（4）：39-44.

[4]陳悅，吳波，李光全.促進學生核心素養(yǎng)發(fā)展的情境教學——“以堿的化學性質”復習課為例[J].化學教與學，2021（2）：57-61.