張引娣

摘 要：文中以“檸檬酸亞鐵的制備與測定”為主題，分析了“檸檬酸亞鐵的制備與純化”“產(chǎn)品中有效成分的檢測”兩個(gè)項(xiàng)目任務(wù)，探索遵循發(fā)現(xiàn)問題→論證推理→實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證→模型建構(gòu)的認(rèn)知發(fā)展過程，旨在項(xiàng)目化學(xué)習(xí)中實(shí)現(xiàn)知識(shí)功能化，彰顯化學(xué)學(xué)科價(jià)值，培育學(xué)生關(guān)鍵能力。

關(guān)鍵詞：項(xiàng)目化學(xué)習(xí)；關(guān)鍵能力；化學(xué)實(shí)驗(yàn)

《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》指出：高中化學(xué)學(xué)科核心素養(yǎng)是學(xué)生通過化學(xué)學(xué)習(xí)而逐步形成的正確化學(xué)學(xué)科理念、必備品格和關(guān)鍵能力[1]。高考評(píng)價(jià)以立德樹人為核心，聚焦“關(guān)鍵能力”和“思維品質(zhì)”，關(guān)鍵能力主要從理解與辨析、分析與推測、歸納與論證、探究與創(chuàng)新能力四個(gè)維度構(gòu)建。關(guān)鍵能力[2]可以通過學(xué)會(huì)做事的項(xiàng)目來實(shí)現(xiàn)，必備品格與價(jià)值觀念可以通過學(xué)會(huì)做人的項(xiàng)目來培養(yǎng)。項(xiàng)目式學(xué)習(xí)本質(zhì)上是一種教與學(xué)的方式，更強(qiáng)調(diào)對(duì)知識(shí)的深度理解，在做事中形成專家思維，引發(fā)跨情境的遷移[3]。項(xiàng)目化學(xué)習(xí)既可以提升教師的教學(xué)能力，也能“實(shí)現(xiàn)知、情、意、行相統(tǒng)一的學(xué)科育人，切實(shí)提高核心素養(yǎng)”[4]。目前，項(xiàng)目化教學(xué)被認(rèn)為是最具有核心素養(yǎng)融合發(fā)展效力的教學(xué)方式[5]。本文以“檸檬酸亞鐵的制備與測定”的項(xiàng)目實(shí)踐為例，探討如何彰顯化學(xué)學(xué)科價(jià)值，培育學(xué)生關(guān)鍵能力這一重要議題。

一、項(xiàng)目主題分析

（一）項(xiàng)目內(nèi)容分析和功能價(jià)值分析

“檸檬酸亞鐵的制備與測定”是基于《普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）》中主題1：基礎(chǔ)實(shí)驗(yàn)圍繞“物質(zhì)性質(zhì)和反應(yīng)規(guī)律的研究”“物質(zhì)的制備、分離與提純”“物質(zhì)的檢測”等實(shí)驗(yàn)活動(dòng)來確定主題。本項(xiàng)目包括兩個(gè)任務(wù)驅(qū)動(dòng)，任務(wù)一是檸檬酸亞鐵的制備與純化，任務(wù)二是產(chǎn)品中有效成分的檢測；分3個(gè)課時(shí)實(shí)施，第1課時(shí)制備檸檬酸亞鐵并純化，第2課時(shí)探尋檢驗(yàn)Fe3+試劑的選擇模型，第3課時(shí)檢測檸檬酸亞鐵產(chǎn)品中的Fe2+。

項(xiàng)目以檸檬酸亞鐵為研究對(duì)象，研究了物質(zhì)的制備、提純、檢驗(yàn)和測定等實(shí)驗(yàn)方法，承載了物質(zhì)轉(zhuǎn)化與應(yīng)用、實(shí)驗(yàn)原理與方法等必備知識(shí)，深化學(xué)生類價(jià)二維、微粒觀、平衡觀、定量觀等學(xué)科觀念認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)“理解與辨析，分析與推測、歸納與論證、探究與創(chuàng)新”等關(guān)鍵能力，發(fā)展“宏觀辨識(shí)與微觀探析”“變化觀念與平衡思想”“證據(jù)推理與模型認(rèn)知”“科學(xué)探究與創(chuàng)新意識(shí)”“科學(xué)態(tài)度與社會(huì)責(zé)任”等核心素養(yǎng)，促進(jìn)學(xué)生德智體美勞全面發(fā)展。

（二）項(xiàng)目主體學(xué)情分析

本項(xiàng)目適合高二下學(xué)生的項(xiàng)目化學(xué)習(xí)或高三學(xué)生的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)，要求學(xué)生儲(chǔ)備元素化合物、氧化還原反應(yīng)、離子反應(yīng)、元素周期律和表、化學(xué)平衡等核心知識(shí)，具備一定認(rèn)識(shí)問題的視角和分析問題的方法。

核心知識(shí)方面，學(xué)生已學(xué)習(xí)了Na、Cl、Fe、S、N等元素化合物的性質(zhì)和轉(zhuǎn)化，掌握了學(xué)習(xí)化合物的思路和方法，通過“物質(zhì)結(jié)構(gòu)與性質(zhì)”“化學(xué)反應(yīng)原理”“有機(jī)化學(xué)基礎(chǔ)”等選修學(xué)習(xí)，深化認(rèn)識(shí)了元素化合物的轉(zhuǎn)化條件，具有一定的化學(xué)觀念和理論基礎(chǔ)，積累了一定的實(shí)驗(yàn)方法。

關(guān)鍵能力方面，通過必修和選修教學(xué)內(nèi)容的開展，學(xué)生已初步掌握了科學(xué)研究的一般過程與方法，掌握了一些實(shí)驗(yàn)操作，可以進(jìn)行簡單的實(shí)驗(yàn)探究和證據(jù)推理，形成了良好的實(shí)驗(yàn)習(xí)慣和嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的科學(xué)態(tài)度。但在真實(shí)復(fù)雜的情境中做出合理預(yù)測和科學(xué)探究，還需教師的支持。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)思路

以“檸檬酸亞鐵的制備與測定”為主題，學(xué)生在完成“檸檬酸亞鐵的制備與純化”“產(chǎn)品中有效成分的檢測”兩個(gè)項(xiàng)目任務(wù)過程中，運(yùn)用“類價(jià)二維”預(yù)測轉(zhuǎn)化路徑，分析評(píng)價(jià)選出合理的途徑。學(xué)生基于“證據(jù)推理”論證轉(zhuǎn)化的可能性，通過實(shí)驗(yàn)探究轉(zhuǎn)化的可行性，自主構(gòu)建出物質(zhì)制備與測定的思維模型，以期提升學(xué)生的關(guān)鍵能力，見圖1。

三、項(xiàng)目教學(xué)目標(biāo)

通過“檸檬酸亞鐵的制備與檢測”項(xiàng)目，幫助學(xué)生復(fù)習(xí)核心知識(shí)，建立核心知識(shí)與化學(xué)觀念的聯(lián)系，使知識(shí)與認(rèn)識(shí)思路結(jié)構(gòu)化，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)思維能力，提升關(guān)鍵能力，促進(jìn)德智體美勞全面發(fā)展。為此制訂本項(xiàng)目的教學(xué)目標(biāo)如下：

（一）通過“設(shè)計(jì)檸檬酸亞鐵的制備與純化”，復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)知識(shí)，形成物質(zhì)轉(zhuǎn)化的認(rèn)識(shí)視角，掌握科學(xué)探究的一般思維方法，提升構(gòu)建物質(zhì)制備與純化的思維模型的能力。

（二）通過“設(shè)計(jì)產(chǎn)品中有效成分的檢測”，深化對(duì)學(xué)科本質(zhì)的理解，系統(tǒng)認(rèn)識(shí)物質(zhì)制備、純化與檢測的構(gòu)建思路和方法。

四、項(xiàng)目教學(xué)流程

五、項(xiàng)目學(xué)習(xí)實(shí)施

本項(xiàng)目在廈門大學(xué)附屬科技中學(xué)高三創(chuàng)新班進(jìn)行教學(xué)實(shí)踐，由于篇幅有限，在此僅以第1課時(shí)為例具體闡述項(xiàng)目實(shí)施過程。

【情境導(dǎo)入】檸檬酸亞鐵作為高效補(bǔ)鐵劑，無論是從吸收率、口感，還是從生物學(xué)效價(jià)更高方面看，都是值得采用的一種補(bǔ)鐵劑。在實(shí)驗(yàn)室中如何制備檸檬酸亞鐵？

任務(wù)一：檸檬酸亞鐵的制備與純化（第1課時(shí)）

子任務(wù)1：檸檬酸亞鐵粗品的制備

【活動(dòng)1】基于“類價(jià)二維”預(yù)測轉(zhuǎn)化路徑

設(shè)計(jì)意圖：通過此活動(dòng)引發(fā)學(xué)生回憶元素化合物的學(xué)習(xí)方法，構(gòu)建鐵元素及其化合物的“類價(jià)二維圖”?；凇邦悆r(jià)二維圖”探尋轉(zhuǎn)化路徑，結(jié)合查閱資料和已有原料選擇合適的轉(zhuǎn)化路徑：原料→FeSO4→FeCO3→檸檬酸亞鐵。

【學(xué)生匯報(bào)】

【學(xué)生評(píng)價(jià)】

學(xué)生1：鐵、氧化鐵、四氧化三鐵、氧化亞鐵均可能轉(zhuǎn)化；這位同學(xué)設(shè)計(jì)的轉(zhuǎn)化路徑可以優(yōu)化為鐵與稀硫酸反應(yīng)生成硫酸亞鐵。

學(xué)生2：依據(jù)現(xiàn)有原料選擇轉(zhuǎn)化路徑，在原料選擇中運(yùn)用物質(zhì)循環(huán)的思想。

學(xué)生3：根據(jù)資料顯示，檸檬酸亞鐵是可溶性鹽。類比上述轉(zhuǎn)化，將路徑中硫酸替換為檸檬酸即可。

【教師評(píng)價(jià)】同學(xué)們成功地從“類價(jià)二維”視角預(yù)測了合理的轉(zhuǎn)化路徑，還采用了物質(zhì)循環(huán)，有很好的綠色化學(xué)思想。在本項(xiàng)目中所用原料是硫酸工業(yè)的廢渣，成分復(fù)雜。對(duì)于上述轉(zhuǎn)化路徑如何優(yōu)化？如何實(shí)現(xiàn)鐵元素與其他元素的分離呢？

學(xué)生：將鐵元素轉(zhuǎn)化為氫氧化亞鐵沉淀析出。

【教師評(píng)價(jià)】鐵元素的氫氧化物沉淀為絮狀、顆粒小、易吸附其他成分，故轉(zhuǎn)化為碳酸亞鐵沉淀效果良好，對(duì)產(chǎn)率和純度影響較小。為了節(jié)省原料，可以將硫酸亞鐵溶液結(jié)晶再轉(zhuǎn)化為碳酸亞鐵。

【學(xué)生成果】

【活動(dòng)2】基于“熱力學(xué)”理論，論證FeSO4轉(zhuǎn)化FeCO3的可能性

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生通過化學(xué)反應(yīng)原理的學(xué)習(xí)，已建立起水溶液中的平衡觀，形成了熱力學(xué)論證的認(rèn)識(shí)視角。在本活動(dòng)中引導(dǎo)學(xué)生從定性和定量兩個(gè)視角認(rèn)識(shí)離子反應(yīng)，促進(jìn)學(xué)科觀念建構(gòu)，提升學(xué)生的證據(jù)推理能力。

【學(xué)生匯報(bào)】FeSO4→FeCO3轉(zhuǎn)化的試劑和評(píng)價(jià)：

學(xué)生1：碳酸鈉溶液堿性過強(qiáng)，認(rèn)為欠妥。

學(xué)生2：碳酸氫鈉溶液堿性稍弱，可能可行。

學(xué)生3：碳酸氫銨溶液略偏堿性，應(yīng)該可行。

【學(xué)生論證】（說明：本計(jì)算超出高中學(xué)生的能力范圍，論證計(jì)算為競賽學(xué)生完成）

【活動(dòng)3】基于“實(shí)證”探究FeSO4轉(zhuǎn)化FeCO3的可行性

設(shè)計(jì)意圖：學(xué)生基于探究目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化方案、動(dòng)手操作，體驗(yàn)探究過程，準(zhǔn)確觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。與此同時(shí)，引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)收集證據(jù)，并基于證據(jù)進(jìn)行分析推理，能解釋證據(jù)與結(jié)論之間的關(guān)系。

【學(xué)生匯報(bào)】

【學(xué)生評(píng)價(jià)】

學(xué)生1：滴加碳酸氫鈉溶液時(shí)，觀察到略顯茶色沉淀。其他現(xiàn)象一致。

學(xué)生2：滴加碳酸鈉溶液和碳酸氫鈉溶液時(shí)，出現(xiàn)灰綠色沉淀，滴加碳酸氫銨溶液出現(xiàn)白色沉淀，一段時(shí)間后會(huì)略顯茶色。

學(xué)生3：滴加碳酸鈉溶液沒有觀察到白色沉淀，滴加碳酸氫鈉溶液和碳酸氫銨溶液均出現(xiàn)白色沉淀。大家的實(shí)驗(yàn)結(jié)果都合理，三種溶液堿性不同，OH-和CO32-的濃度不同，現(xiàn)象不太一致。

學(xué)生4：發(fā)現(xiàn)滴加碳酸氫銨出現(xiàn)現(xiàn)象與預(yù)期一致，其他不一定。

【教師追問】實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一方法。綜合以上分析，你會(huì)選擇哪種試劑？

【學(xué)生成果】

【活動(dòng)4】制備檸檬酸亞鐵粗品

設(shè)計(jì)意圖：了解物質(zhì)制備的一般過程，自主建構(gòu)物質(zhì)制備的思維模型。

【學(xué)生成果】

子任務(wù)2：檸檬酸亞鐵粗品的純化

【活動(dòng)1】純化檸檬酸亞鐵粗品

設(shè)計(jì)意圖：復(fù)習(xí)物質(zhì)分離提純的原理與方法，學(xué)生能根據(jù)產(chǎn)品性質(zhì)選擇合適的提純方法。

【學(xué)生成果】

學(xué)生：若溶質(zhì)溶解度隨溫度升高而降低，則采用蒸發(fā)結(jié)晶；若溶質(zhì)溶解度隨溫度升高而升高，則采用降溫結(jié)晶。根據(jù)資料可知，降溫結(jié)晶可以制得檸檬酸亞鐵晶體，后重結(jié)晶即可。

【活動(dòng)2】構(gòu)建物質(zhì)制備與純化的思維模型

設(shè)計(jì)意圖：基于本項(xiàng)目的開展，學(xué)生能提取出物質(zhì)制備與純化的思維模型。

【學(xué)生成果】

六、項(xiàng)目教學(xué)反思

實(shí)踐證明，項(xiàng)目式學(xué)習(xí)中教師圍繞項(xiàng)目主題來系統(tǒng)地設(shè)計(jì)驅(qū)動(dòng)性問題和學(xué)生活動(dòng)，讓學(xué)生在真實(shí)情境中發(fā)現(xiàn)問題，在項(xiàng)目活動(dòng)中設(shè)計(jì)方案、交流討論、改進(jìn)實(shí)施，能體會(huì)科學(xué)研究的過程，可以培養(yǎng)關(guān)鍵能力。

（一）在情境中培育理解與辨析能力

學(xué)生在活動(dòng)1回憶元素化合物的學(xué)習(xí)方法，繪制鐵元素及其化合物的“類價(jià)二維圖”。類比硫酸亞鐵與檸檬酸亞鐵的性質(zhì)特點(diǎn)，順利地將硫酸亞鐵的轉(zhuǎn)化路徑遷移至檸檬酸亞鐵。學(xué)生獲取原料為工業(yè)廢渣的信息，分析含有多種成分，利用綠色化學(xué)思想判斷可能會(huì)影響產(chǎn)品純度和產(chǎn)率，聯(lián)想海水提溴的工藝加工過程進(jìn)而提出解決策略：先分離、富集鐵元素，再根據(jù)預(yù)測轉(zhuǎn)化路徑具體實(shí)施。

（二）在活動(dòng)中發(fā)展歸納與論證能力

項(xiàng)目活動(dòng)中，學(xué)生面臨兩個(gè)挑戰(zhàn)：一是如何有效富集鐵元素；二是如何實(shí)現(xiàn)硫酸亞鐵轉(zhuǎn)化為碳酸亞鐵。學(xué)生通過查閱資料獲知，鐵的氫氧化物從溶液中析出多以絮狀形態(tài)，顆粒小，易吸附其他成分，從而將轉(zhuǎn)化路徑調(diào)整為：FeSO4轉(zhuǎn)化FeCO3為此迎來第二個(gè)挑戰(zhàn)，選擇什么試劑可以高效轉(zhuǎn)化？學(xué)生通過分析，F(xiàn)e2+、OH-和CO32-微粒之間存在作用，做出預(yù)測：碳酸亞鐵沉淀和氫氧化亞鐵沉淀都有可能產(chǎn)生，但這需定量數(shù)據(jù)來佐證。學(xué)生請教化學(xué)競賽選手完成了計(jì)算論證，證實(shí)了預(yù)測的科學(xué)性，形成了熱力學(xué)論證的認(rèn)識(shí)視角，加深了學(xué)科觀念理解，發(fā)展了學(xué)生歸納與論證的能力。

（三）在合作中提升探究與建構(gòu)能力

學(xué)生基于探究目的設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、優(yōu)化方案、動(dòng)手操作，準(zhǔn)確觀察、記錄實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論。學(xué)生在預(yù)測與實(shí)證過程中，既體驗(yàn)了科學(xué)探究的一般過程，又體會(huì)到真實(shí)實(shí)驗(yàn)環(huán)境的復(fù)雜性，培養(yǎng)了科學(xué)研究的思維能力。在項(xiàng)目梳理中，學(xué)生用實(shí)驗(yàn)流程圖表示實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)，抽提出物質(zhì)制備的思維模型和純化的一般方法，有力地提升學(xué)生模型建構(gòu)與認(rèn)知能力。

結(jié)束語

總之，本項(xiàng)目要求學(xué)生有高中必修和選修的知識(shí)儲(chǔ)備，熟練掌握實(shí)驗(yàn)原理和方法，對(duì)能力要求較高，在項(xiàng)目實(shí)施過程中如何設(shè)計(jì)高效的驅(qū)動(dòng)性問題，如何診斷、評(píng)價(jià)關(guān)鍵能力發(fā)展的層級(jí)仍需要繼續(xù)探索。

參考文獻(xiàn)

[1]教育部.普通高中化學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020修訂）[M].北京：人民教育出版社，2020：5.

[2]單旭峰.科學(xué)命題，深化改革：2018年高考化學(xué)試題解析[J].中學(xué)化學(xué)教育參考，2018（7）：62-65.

[3]夏雪梅.項(xiàng)目化學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)：學(xué)習(xí)素養(yǎng)視角下的國際與本土實(shí)踐[M].北京：教育科學(xué)出版社，2021.

[4]王磊，胡久華，魏銳，等.化學(xué)項(xiàng)目式學(xué)習(xí)的課程、教學(xué)與評(píng)價(jià)系統(tǒng)研究：北京師范大學(xué)化學(xué)教育研究團(tuán)隊(duì)20年研究歷程與成果[J].化學(xué)教育（中英文），2022，43（16）：24-29.

[5]王磊，陳光巨.外顯學(xué)科核心素養(yǎng)促進(jìn)知識(shí)向能力和素養(yǎng)的轉(zhuǎn)化：北京師范大學(xué)“新世紀(jì)”魯科版高中化學(xué)新教材的特點(diǎn)[J].化學(xué)教育，2019（17）：9-19.

本文系廈門市第六批基礎(chǔ)教育課程改革研究課題“高中化學(xué)主題式項(xiàng)目化實(shí)驗(yàn)教學(xué)模式改革研究”（課題批準(zhǔn)號(hào)：Z675）。