陳垮垮

摘要：以“造紙工藝中的化學(xué)”為項目主題，學(xué)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(wù)，復(fù)習(xí)鞏固了堿的相關(guān)知識以及檢驗物質(zhì)成分的一般思路，形成應(yīng)用學(xué)科知識解決實際問題的思路和方法，滲透分類表征的化學(xué)觀念，證據(jù)推理與模型認知、定性定量相結(jié)合的科學(xué)思維，科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)。關(guān)鍵詞：項目式學(xué)習(xí);化學(xué)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(xué)科知識向?qū)W科核心素養(yǎng)轉(zhuǎn)化的教學(xué)策略?！读x務(wù)教育化學(xué)課程標準（2022年版）》中要求：注重啟發(fā)式、互動式、探究式教學(xué)，開展以化學(xué)實驗為主的多樣化探究活動，創(chuàng)設(shè)真實問題情境，倡導(dǎo)“做中學(xué)”“用中學(xué)”“創(chuàng)中學(xué)”，開展項目式學(xué)習(xí)，重視跨學(xué)科實踐活動。[1]項目式學(xué)習(xí)基于真實情境或問題，引導(dǎo)學(xué)生通過小組合作開展探究活動，在活動中進行設(shè)計、計劃調(diào)查、問題解決、作品創(chuàng)作及展示、評價交流等任務(wù)。[2]與傳統(tǒng)教學(xué)相比，項目式學(xué)習(xí)強調(diào)學(xué)生的主體地位，讓學(xué)生經(jīng)歷成果導(dǎo)向下的項目任務(wù)解決過程，提煉解決實際問題的思路和方法，發(fā)展學(xué)生的科學(xué)思維和實踐探究能力，促進學(xué)生核心素養(yǎng)的發(fā)展。因此項目式教學(xué)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(xué)中，教師應(yīng)重視選取和組織體現(xiàn)科學(xué)、技術(shù)、社會、環(huán)境相互聯(lián)系的內(nèi)容，密切聯(lián)系生活實際，使學(xué)生真切感受到化學(xué)為創(chuàng)造更美好生活的貢獻，促使學(xué)生自覺應(yīng)用所學(xué)化學(xué)知識解釋相關(guān)現(xiàn)象和解決現(xiàn)實問題。生產(chǎn)生活中與化學(xué)關(guān)聯(lián)的事例多不勝數(shù)，受制于學(xué)生現(xiàn)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(xiàn)和開發(fā)生活資源，從中挑選、提煉、整合出適合初三學(xué)生探究的內(nèi)容。

紙是日常生活中的常用物品，學(xué)生每天讀書、寫字都離不開紙。造紙術(shù)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(jié)晶。這些是學(xué)生耳熟能詳?shù)闹R，但是紙是怎么被制造出來的，學(xué)生卻知之甚少，恰好可以以此為契機，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，開展探究造紙工藝中的化學(xué)的項目式學(xué)習(xí)。圍繞“造紙工藝中的化學(xué)”，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(chǎn)情境下復(fù)習(xí)了堿的相關(guān)知識以及檢驗物質(zhì)成分的一般思路，形成應(yīng)用學(xué)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(xué)觀念，證據(jù)推理與模型認知、定性定量相結(jié)合的科學(xué)思維，科學(xué)探究與實踐、科學(xué)態(tài)度與責(zé)任等化學(xué)核心素養(yǎng)。

二、項目規(guī)劃及教學(xué)流程

實際生產(chǎn)中的項目常常是綜合的、復(fù)雜的，需要教師根據(jù)教學(xué)內(nèi)容和教學(xué)目標對項目進行拆解規(guī)劃，分離出相應(yīng)的子任務(wù)。本次項目式學(xué)習(xí)，提前布置學(xué)生網(wǎng)上搜索古代和現(xiàn)代造紙的資料，思考想要研究的問題。學(xué)生的問題集中表現(xiàn)為“造紙過程中發(fā)生的化學(xué)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(jīng)過協(xié)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(xué)習(xí)活動應(yīng)該聚焦項目學(xué)習(xí)中關(guān)鍵問題的解決來考慮，即活動內(nèi)容應(yīng)體現(xiàn)學(xué)科思想方法的應(yīng)用，活動組織順序應(yīng)遵循項目成果達成或關(guān)鍵問題解決的邏輯順序。[3]基于以上設(shè)計思路，師生合作，制定項目計劃及教學(xué)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(shù)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(jié)晶。同學(xué)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(xué)習(xí)造紙工藝中的化學(xué)。

1.初識造紙流程

【投影】古代造紙流程見圖2、現(xiàn)代造紙流程見圖3。[4]

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

【學(xué)生】書寫方程式

【教師】造紙反應(yīng)中涉及到的堿性物質(zhì)有哪些？

【學(xué)生】Ca（OH）2、K2CO3、KOH

【教師】造紙過程中加入堿性物質(zhì)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(zhì)素等成分。

【學(xué)生】與油脂、木質(zhì)素反應(yīng)，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(zhì)？

【學(xué)生】NaOH、Na2CO3

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

【學(xué)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(zhì)。

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

【教師】以上的堿性物質(zhì)都是堿嗎？什么是堿？

【學(xué)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(zhì)有什么聯(lián)系和差別？

【學(xué)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(chǎn)生的黑液含有木質(zhì)素、半纖維素等有機物，呈黑褐色，故稱作黑液。結(jié)合過程中發(fā)生的化學(xué)反應(yīng)判斷黑液除了上述有機物外還有哪些成分？

【學(xué)生】一定有生成物KOH，反應(yīng)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(shè)計實驗驗證猜想呢？

【學(xué)生】首先應(yīng)弄清楚需要檢驗?zāi)男┪镔|(zhì)。三者的共同點KOH無需檢驗，區(qū)分三者應(yīng)聚焦在不同點上，所以本設(shè)計即簡化為檢驗是否含Ca（OH）2或K2CO3。根據(jù)堿和鹽的性質(zhì)，選擇試劑，小組討論檢驗Ca（OH）2和K2CO3方法，從中歸納出物質(zhì)檢驗的條件：（1）具有明顯現(xiàn)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(yīng)該注意什么？酸會優(yōu)先與KOH發(fā)生中和反應(yīng)，如果酸少，即時有K2CO3也觀察不到明顯現(xiàn)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(xiàn)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(wù)】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(jié)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(xué)生】利用堿的通性推測KOH化學(xué)性質(zhì)，結(jié)合上面總結(jié)的物質(zhì)檢驗條件，篩選出具有明顯現(xiàn)象的三條性質(zhì)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(jié)果與KOH反應(yīng)現(xiàn)象相同（見表2），由此得出結(jié)論K2CO3的存在干擾KOH的檢驗，檢驗KOH必須先除去K2CO3。根據(jù)K2CO3性質(zhì)，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(yīng)，除掉待檢驗的KOH，不可行;（2）中反應(yīng)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(zhì)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(zhì)。

【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(chǎn)生，紅色不退去，則含KOH，若有白色沉淀產(chǎn)生，紅色退去，則不含KOH。

【布置任務(wù)】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(jié)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(yīng)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(shù)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(shù)據(jù)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(shù)字化信息系統(tǒng)操作界面，點擊“開始”，打開活塞，向燒瓶內(nèi)注入硫酸，直至二氧化碳濃度不再發(fā)生變化，點擊“結(jié)束”停止加酸，如圖8所示。

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

【學(xué)生】反應(yīng)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(zhì)量。如果黑液的質(zhì)量也已知，即可算出碳酸鉀和氫氧化鉀的質(zhì)量分數(shù)。

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(shù)人員，你打算如何處理黑液呢？

【學(xué)生】加酸中和，調(diào)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(xiàn)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(xué)生】使用pH試紙或pH計。

【教師】黑液處理還有其他方法嗎？

【學(xué)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(xué)們的想法都非常實用！而且都已用于實際生產(chǎn)了。處理黑液的方法有多種，我們應(yīng)根據(jù)實際情況選擇高效的黑液處理技術(shù)，更應(yīng)研究開發(fā)更加環(huán)保的造紙工藝。

【教師總結(jié)】本節(jié)課，我們通過初識造紙流程，溫故了堿性物質(zhì)，復(fù)習(xí)了堿的概念，應(yīng)用堿的性質(zhì)探究了黑液的成分，數(shù)形結(jié)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(xué)思想。希望同學(xué)們有機會去造紙廠實地參觀，在參觀的過程中用化學(xué)的眼睛看，用化學(xué)的思維思考如何節(jié)約原料，減少污染，提高生產(chǎn)效益！

四、項目教學(xué)反思

1.以學(xué)生為主體，推動學(xué)習(xí)發(fā)生

應(yīng)用項目式教學(xué)從化學(xué)角度認識造紙工藝，重構(gòu)堿的相關(guān)知識。通過造紙主題情境下的問題解決，激發(fā)學(xué)生的探究欲，通過課前查閱資料、小組討論、實驗設(shè)計和探究，讓學(xué)生進入一種有意義的學(xué)習(xí)狀態(tài)，親身經(jīng)歷真實問題解決過程的體驗和感悟，學(xué)生從傳統(tǒng)課堂的被動接受者變身為主動探索者，積極調(diào)用化學(xué)學(xué)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(yīng)用的能力。在項目學(xué)習(xí)中教師是學(xué)生學(xué)習(xí)的促進者，必要時候為學(xué)生搭建解決問題的支架，學(xué)生才是學(xué)習(xí)的主體，最終問題解決取決于學(xué)生，由此強化學(xué)生學(xué)習(xí)的內(nèi)驅(qū)力和責(zé)任意識，增強自我成就感。

2.依托化學(xué)實驗，培養(yǎng)核心素養(yǎng)

項目式教學(xué)讓學(xué)生自主設(shè)計并動手實驗，不僅可以促進學(xué)生對知識的理解而且有助于發(fā)展學(xué)生的核心素養(yǎng)。實驗是釋放化學(xué)魅力的一種重要途徑，具有顯著的實踐屬性和證據(jù)功能，因此依托化學(xué)實驗開展證據(jù)推理的科學(xué)探究活動大有裨益。探究黑液成分環(huán)節(jié)，學(xué)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(chǔ)上，還有助于培養(yǎng)學(xué)生的證據(jù)與推理、模型與解釋的科學(xué)思維，促進化學(xué)核心素養(yǎng)的發(fā)展。定量測定黑液成分含量時引入數(shù)字化實驗，體現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與化學(xué)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(lǐng)學(xué)生從定性走向定量，進入高階思維活動，滲透科學(xué)探究與實踐、創(chuàng)新意識、科學(xué)態(tài)度等核心素養(yǎng)。

參考文獻

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