【摘" 要】 文章凸顯素養(yǎng)導向的課改理念，促進學生化學學科的核心素養(yǎng)，以“汽車尾氣與環(huán)境保護”為例的項目式教學設(shè)計，引領(lǐng)學生進行項目式學習。文章利用價類二維圖分析氮及其化合物的轉(zhuǎn)化關(guān)系，深入探討汽車尾氣的危害與處理，使學生感受到“學以致用，回饋社會”的理念與價值，并在解決問題的過程中發(fā)展學生的高階化學核心素養(yǎng)。

【關(guān)鍵詞】 項目式學習；化學學科核心素養(yǎng)；汽車尾氣

項目式學習（Project-Based Learning，簡稱PBL），來源于美國教育家杜威的教育理念——“從做中學”，是一種建構(gòu)性的教和學的方式。項目式學習是指在教師的指導下，創(chuàng)設(shè)真實問題情境，讓學生自己動手解決項目。學生最開始要收集關(guān)于這個項目的信息，然后設(shè)計方案，最后進行項目實施，整個過程以項目為主線、教師起引導作用、體現(xiàn)了學生的主體地位。《普通高中化學課程標準（2017年版）》（以下簡稱《標準》）提出化學教學要立足于學生的社會生活實際和未來發(fā)展的需求，基于生活中的真實情境提出問題，開展探究活動，培養(yǎng)學生的創(chuàng)新精神和動手解決問題的能力。項目式學習的教育理念和我國當前的教育改革相一致，有利于學生化學學科核心素養(yǎng)的落實，是未來中學化學課堂教學的必然趨勢。

一、項目式學習教學設(shè)計的原則與要素

（一）教學設(shè)計的原則

根據(jù)《標準》，項目式學習教學設(shè)計有利于化學學科核心素養(yǎng)的落實，體現(xiàn)“做中學”的教育理念。項目式學習教學設(shè)計充分體現(xiàn)了整體化學習，學生從頭到尾經(jīng)歷整個項目的全過程，從頭到尾完整地做一件事情。由項目作品驅(qū)動，學生通過小組合作完成一系列子任務，然后進行整體性展示，整個項目實施過程充分體現(xiàn)“自主探究”“合作交流”“匯報展示”等活動要素。

最后，師生共同確定評價目標，項目式學習注重過程性評價，在主要節(jié)點上要設(shè)計相應的評價量規(guī)和評價量表，使定性與定量兼顧、綜合。

（二）教學設(shè)計的要素

確立項目，明確目標。培養(yǎng)學生能力素養(yǎng)的發(fā)展，教師設(shè)置一系列的驅(qū)動性問題，學生小組合作完成項目。

項目拆解。教師根據(jù)學生問題解決的思路、相關(guān)的核心知識以及能力素養(yǎng)的發(fā)展融合進行項目拆解。學生在問題的解決過程中自然地融入知識、技能的學習，因此相關(guān)的知識以及技能都有了相應的提升。

活動設(shè)計。教學設(shè)計的活動有各種各樣的類型，比如導引課、探究課、展示課等。

學習環(huán)境、資源、素材。在進行教學設(shè)計時要考慮到學生學習的場所、物品、實驗以及資料等。

評價設(shè)計。項目式教學設(shè)計時教師不僅要確立好項目，還要考慮教學評價設(shè)計，比如評價的內(nèi)容、評價的任務、評價的標準以及評價的方式等。教師在進行評價設(shè)計時要根據(jù)外顯學生的做事過程與思維進行診斷，促進學生的發(fā)展。

二、項目主題內(nèi)容分析

本課例教學主題選自高中化學人教版必修2第5章 “化工生產(chǎn)中的重要非金屬元素”第2節(jié)“氮及其化合物”。主要內(nèi)容包括氮及氮的固定、一氧化氮和二氧化氮、氨和銨鹽、硝酸、酸雨及其防治。根據(jù)物質(zhì)類別研究氮的化合物，應用氧化還原反應原理，設(shè)計含氮化合物的轉(zhuǎn)化，提升學生“變化觀念”的化學學科核心素養(yǎng)。酸雨及其防治以及測定雨水的pH的研究與實踐活動，有意識地滲透資源的合理利用和環(huán)境保護的意識，促進學生“科學態(tài)度與社會責任”核心素養(yǎng)的發(fā)展。

“汽車尾氣與環(huán)境保護”這一項目主題是源于真實的生活情境，與學生的生活息息相關(guān)，這個項目主題包含“氮及其化合物”的性質(zhì)及其相互之間的轉(zhuǎn)化關(guān)系，體現(xiàn)了研究物質(zhì)性質(zhì)及其相互之間轉(zhuǎn)化的思路，彰顯綠色化的教學思想與可持續(xù)發(fā)展的理念，承載“科學態(tài)度與社會責任”“變化觀念”的化學學科核心素養(yǎng)。

三、項目教學及評價目標

（一）教學目標

從物質(zhì)的類別、元素的價態(tài)方面論證汽車尾氣是否會形成霧霾，掌握氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，培養(yǎng)學生的科學探究意識與證據(jù)推理能力。學生通過對凈化尾氣技術(shù)的了解，意識到化學科學為環(huán)境保護貢獻出巨大的力量，樹立可持續(xù)發(fā)展理念，培養(yǎng)學生“科學態(tài)度與社會責任”的化學學科素養(yǎng)。同時，利用“價類二維圖”研究氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，發(fā)展學生“變化觀念”的化學學科核心素養(yǎng)。

（二）評價目標

教師通過對學生收集信息，診斷學生認識物質(zhì)的水平；觀察學生對氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化的討論，診斷并發(fā)展學生對物質(zhì)及其轉(zhuǎn)化思路的認識水平；通過學生對汽車尾氣與環(huán)境保護的探討，診斷并發(fā)展學生解決實際問題的能力及其對化學價值的認識水平。

四、項目教學流程

【情境引入】 隨著我國工業(yè)化進程的迅猛發(fā)展，汽車已經(jīng)悄悄地走進了人們的家中，越來越多的人在享受汽車帶來方便的同時，也面臨著一個前所未有的環(huán)境問題——汽車尾氣。霧霾天氣越來越嚴重，許多城市出臺了汽車限行的政策。面對汽車限行，你持怎樣的觀點呢？

【學生回答】 學生對于和生活緊密相關(guān)的問題非常感興趣，各抒己見。有的學生支持限行，可以減輕環(huán)境污染，還人們一片藍天；而有的同學不贊成限行，他們認為這樣做給出行帶來了不便，認為霧霾天氣不完全是由汽車尾氣造成的。

項目一：了解汽車尾氣的構(gòu)成

【信息資料】汽車尾氣是汽車使用時產(chǎn)生的廢氣，其中的污染物有固體懸浮顆粒、CO、CO₂、碳氫化合物、氮氧化物、鉛及硫氧化合物等。尾氣在直接危害人體健康的同時，還會對人類生活的環(huán)境產(chǎn)生深遠影響。尾氣中的二氧化硫具有強烈的刺激性氣味，達到一定濃度時容易導致“酸雨”的發(fā)生，造成土壤和水源酸化，影響農(nóng)作物和森林的成長。霧霾主要由可吸入顆粒物（PM）、硫酸鹽、硝酸鹽、銨鹽和碳氫化合物（CXHY）組成，它能使大氣渾濁，視野模糊并導致能見度降低。

【教師提問】汽車尾氣中的氮氧化物是怎么形成的？

【學生回答】 氮氧化物是空氣中的N₂在氣缸的高溫條件下被O₂氧化所形成。汽油的成分是碳氫化合物，不完全燃燒產(chǎn)生的是CO。

項目二：探究霧霾的形成

【交流討論】 從元素守恒、價態(tài)變化和物質(zhì)類別變化思考，預測汽車尾氣如何轉(zhuǎn)化為霧霾中的硝酸鹽、銨鹽？并寫出相關(guān)的化學方程式。

【學生思考】 N₂+O₂高溫2NO

2NO+O₂=2NO₂

3NO₂+H₂O=2HNO₃+NO

【學生疑問】 硝酸如何轉(zhuǎn)化為硝酸鹽呢？

【大膽猜想】 從物質(zhì)類別的轉(zhuǎn)化角度思考，酸轉(zhuǎn)化為鹽需要加堿或堿性氧化物。空氣中存在堿性氣體NH₃，NH₃+HNO₃=NH₄NO₃。

【學生疑問】 空氣中為什么會存在NH₃呢？

【大膽猜想】 汽車尾氣中的CO和H₂O在發(fā)動機高溫的條件下會反應生成H₂。從化合價變化角度的出發(fā)，N₂需要加還原劑才能轉(zhuǎn)化成NH₃，H₂具有還原性，因此能反應產(chǎn)生NH₃。

【教師總結(jié)】 氨氣很大程度上推進了硫酸銨、硝酸銨等二次無機顆粒物的生成，所以氨氣是形成霧霾的重要物質(zhì)。

【設(shè)計意圖】 結(jié)合具體的生活情境，增強學生探索未知知識的好奇心，雖然部分學生分析能力稍有欠缺，但是通過團隊協(xié)作，互幫互助，引導學生合理猜想，讓學生充分感受氧化還原反應與生活息息相關(guān)。

【信息資料】 大量工廠燃煤燃燒排放二氧化硫，而工業(yè)和汽車尾氣排放的氮氧化物能夠促進二氧化硫向硫酸鹽的快速轉(zhuǎn)變，在沙塵的作用下，氣體就變成了顆粒物，造成了重霧霾污染。

【小組合作探究】 利用“價類二維圖”探討NO2將SO2轉(zhuǎn)化為硫酸鹽的可能途徑。

途徑一：SO₂→H₂SO₃→H₂SO₄→（NH₄）₂SO₄

途徑二：SO₂→SO₃→H₂SO₄→（NH₄）₂SO₄

【教師總結(jié)】 大多數(shù)學生在學習氮及其化合物的相關(guān)知識，能夠梳理出途徑一。由于學生缺乏知識背景，少數(shù)同學能夠梳理出途徑二。根據(jù)信息情境，創(chuàng)設(shè)有梯度的學習任務，引導學生利用氧化還原反應的相關(guān)知識，推導氮及其化合物之間的相互轉(zhuǎn)化，意識到汽車尾氣給人的生活帶來了危害。

項目三：科學探究汽車尾氣的轉(zhuǎn)化

【學習任務】 利用“價類二維圖”思考能否將汽車尾氣中的氮氧化物轉(zhuǎn)變成沒有危害的物質(zhì)再排放。

【學生分析】 根據(jù)氧化還原反應，氮氧化物具有氧化性，需要在還原劑的作用下可以轉(zhuǎn)化為N2，N2無污染可以排放在空氣中。汽車尾氣中有還原劑CO，反應方程式如：2NO+2CO=2CO₂+N₂。

【教師講解】這個氧化還原反應的反應程度很大，但是反應速率極慢。

【學生交流】根據(jù)信息查詢和生活中的日常經(jīng)驗可知：汽車排氣系統(tǒng)中安裝了三元催化器，三元催化器可以加快尾氣處理的速率。

【交流討論】 三元催化器能夠把汽車尾氣排出的CO在高溫條件下轉(zhuǎn)變?yōu)闊o污染的CO₂，碳氫化合物轉(zhuǎn)化為無污染的H₂O和CO₂，氮氧化物轉(zhuǎn)化為N₂。三元催化器內(nèi)部結(jié)構(gòu)呈現(xiàn)蜂窩狀，表面涂了鉑、鈀、銠等貴金屬涂層，目的是增大氣體與催化劑的接觸面積，加快化學反應速率。

【學習任務】 根據(jù)催化劑的特點，分析汽車尾氣三元催化器有可能存在的缺點。

【交流討論】 鉑、鈀、銠等貴金屬成本高；催化劑有可能會失效，面臨更換的問題。

【資料證據(jù)】 三元催化器能夠處理90%的廢氣，但是不能控制氨氣的形成；催化劑使用時間長了會老化、失活。所以，盡管有三元催化器處理汽車尾氣，但還是會對環(huán)境造成污染。

【教師歸納總結(jié)】 通過對汽車尾氣的成分以及造成霧霾的學習，讓學生更加懂得保護環(huán)境的重要性。呼吁學生保護環(huán)境，人人有責。

通過上述課例可以看出，在真實的情境中探討與化學相關(guān)的社會熱點問題，學生都能夠積極參與到項目活動中，通過小組合作、主動思考，共同尋找解決問題的辦法，最后完成整個項目的任務。根據(jù)真實情境能夠有效地調(diào)動學生學習的積極性，通過對汽車尾氣的成分和處理方法的探究，既能夠加強學生對氧化還原反應的綜合運用，加深變化觀念與平衡的思想，還可以培養(yǎng)學生基于“證據(jù)推理與模型認知”的核心素養(yǎng)。對尾氣處理原理的深入分析能夠幫助學生形成嚴謹求實的科學態(tài)度；加強學生的社會責任感。在教學中，教師應該更多地引導學生把所學的知識運用到與生產(chǎn)、生活緊密聯(lián)系中去，從而真正落實化學學科核心素養(yǎng)培養(yǎng)。

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