初中化学“水族箱草缸的研究”项目式教学——制作绿色草缸气体发生器.pdf
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1、SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第9期实验教学研究初中化学“水族箱草缸的研究”项目式教学制作绿色草缸气体发生器郑婷婷1,徐立堂2,陈文斌3(1.东侨经济技术开发区中学,福建宁德 352000;2.屏南县教师进修学校,福建宁德 352300;3.福安市第八中学,福建宁德 355012)摘要:基于生活真实情境,以“水族箱草缸的研究”为项目,该项目中分解出:草缸过滤系统、草缸气体系统、草缸日常护理3个子项目进行研究,选取其中子项目二“草缸气体系统”,引导学生通过“认识分析草缸气体系统”“评价改进气体装置原型”“制作绿色装置分享成果”3项任务开展初中化学气体发生装置改进的教学内容
2、,提升学生对化学价值观、绿色化学观念的认识,培养实验探究和创新能力,锻炼学生表达交流能力,建构改进装置思维模型。关键词:项目式教学;气体发生装置;装置改进;初中化学DOI:10.19935/ki.1004-2326.2023.09.004在多年一线教学中发现,教师在授课过程中往往注重知识层面的讲解,忽略知识的实际应用价值和知识背后所承载的育人功能。长此以往,会造成学生所学的知识停留浅层、迁移应用能力薄弱等问题,不利于学生核心素养的培育。学生核心素养的培育需要在解决真实问题过程中内化学科观念,逐步形成能运用最基础的概念原理来分析真实问题、综合考虑复杂问题、解决实际问题的能力1。为使知识提升到素养
3、层面,实现深度学习,义务教育化学课程标准(2022年版)明确提出教师要创设基于真实情境的教学,让学生在解决具有挑战性的真实问题的过程中,获得必备知识和关键能力2。基于以上分析,针对学生比较薄弱的实验改进、溶液等相关内容,开发“水族箱草缸的研究”项目式学习,激发学生学习兴趣,提高学生将知识应用于生活的能力和从生活中获取化学知识的能力。1项目主题内容分析为体现化学课程的基础性、时代性,实现以“素养为本”的教学,本项目将聚焦水族箱草缸系统研究,以“草缸过滤系统、草缸气体系统、草缸日常护理”为子项目展开教学3。子项目一:草缸过滤系统。安排1课时,主要以自制草缸过滤系统为主线,完成“了解草缸过滤装置结构
4、”“分析草缸过滤装置各成分作用”“进行吸附、过滤实验操作”“自制草缸过滤装置”“展示交流成果”任务,旨在帮助学生能够从沉降、吸附、过滤等方法原理来净化自然界中的水,同时通过动手实验、设计制作、交流讨论培养学生解决实际问题的能力。子项目二:草缸气体系统。安排1课时,以设计自制草缸气体发生装置为主线,将子项目拆分为:“认识分析草缸气体系统”“评价改进气体装置原型”“制作绿色装置分享成果”3项任务,将草缸气体系统真实问题转化为初中化学中气体发生装置的改进问题。通过学生设计自制装置过程,体会从理论模型到实际应用过程的思路方法,构建实验原型装置到绿色改进装置的一般思维模型。子项目三:草缸日常护理。安排3
5、课时,分为“分析水质”“水草肥料”“除藻防治”3项任务,第1课时主要内容为通过阅读资料了解水质化学指标,并检测草缸水质化学指标 pH、KH(指水体的暂时硬度,水体中HCO3-的浓度指数。HCO3-是水质中重要的缓冲物质,可以中和水质中任何增加或减少的游离的二氧化碳,抑制H+的波动,以维持水质恒定的pH)、GH(指水体的硬度,衡量水体中可溶性钙镁化合物含量),对比二氧化碳-KH-pH对照表,分析二氧化碳在草缸中的作用,82023 年第9期实验教学研究利用二氧化碳、小苏打等一些常见物质简单调节溶液中的酸碱度。第2课时主要内容为寻找水草所需肥料,通过认识氮肥、钾肥等几种肥料及其作用,实验鉴别肥料,学
6、会物质的检验方法。第3课时认识草缸常用除藻剂过氧化氢、硫酸铜、硝酸钾等,计算配制相关浓度溶液。2项目式教学目标义务教育化学课程标准(2022年版)提出初中化学教学要实现教育与时俱进,坚持创新导向,培养创新型人才1。在多年教学中发现学生缺乏创新精神,特别对实验的改进这方面比较薄弱。究其原因有:对实验装置原理理解不到位;学生缺乏创新思维;难以解决改进装置的问题。通过课堂发展学生创新思维,关键在于引导学生学会如何进行创新的思路与方法,即构建一种模型让学生进行模仿3。以子项目二草缸气体发生器的制作为例,通过小组合作项目学习方式开展教学过程,利用问题引导拆解出复杂的草缸气体装置,引导学生回顾已有气体装置
7、知识,深度理解气体发生装置原理,构建改进装置思维模型,提高学生解决真实问题的能力4,需要达成的教学目标如下。(1)能对教材中已有固液不加热型发生装置进行分析和评价,初步学会如何改进发生装置以及能对改进后的装置进行气密性检查。(2)以制作草缸气体发生装置为例,从分析实验装置到改进发生装置再到利用生活物品替代发生装置,初步建构改进装置思维模型。(3)通过小组合作从分析实物原型到自制装置,提升合作交流和动手操作能力,培养创新思维与合理利用资源的意识。3教学实施过程根据设定的该项目教学目标,具体设计项目任务及教学流程如表1所示。3.1认识分析草缸气体系统为打造草缸中水草优质景观,人们常常在草缸外加入草
8、缸气体系统设备,利用多媒体展示草缸气体系统,引导学生分析原有实物模型,从原有模型中获得自制该装置的启发和思路。该环节主要通过设置问题链,引发学生对原有系统装置的分析与思考、激发学生对氧气、二氧化碳等气体相关性质的回顾,通过检验气体,思考气体制取原理和气体发生装置,具体思维进阶见图15。学生提出解决问题思路主要有:将干冰直接放在瓶中,连接一根导管,将气体直接通入草缸;把稀盐酸和大理石,直接放到反应容器中,连接导管,将产生的气体通入草缸;在装置中加入水,并放入泡腾片,然后将导出的气体通入草缸;摇晃碳酸饮料,将产生的气体通入草缸。学生对各组提出的方案进行分析评价,直接通入过量二氧化碳会导致草缸中的水
9、草腐化,因此,必须控制装置中排出二氧化碳的量,不管是什么原理都必须制备一套能够控制气体速率的发生装置。加干冰、泡腾片单位时间内产生的二氧化碳量较多,导致装置中的压强过大,若要控制速率则对装置抗压能力有较高要求。利用碳酸饮料要进行振荡,操作起来不太方便。大理石与稀盐酸的反应速率相对比较慢,可利用该方法将产生的气体表1项目任务及教学流程项目任务认识分析草缸气体系统评价改进气体装置原型设计制作绿色装置作品学生活动分析草缸气体装置;验证通入气体成分;选择气体制取原理回顾制取二氧化碳装置,对比、评价装置;小组合作对气体发生装置进行改进,控制反应速率、控制反应的发生与停止,并组装出改进装置利用教师提供的生
10、活用品设计并改进气体发生装置;利用仪器制作气体 发 生 装 置 并 分享、评价成果教师支持提供草缸气体 装 置,提供检验常见气体的药品和仪器利用希沃多媒 体,提 供相关实验仪器,实 现 仪器拖拽组装改进装置提供塑料瓶等生活用品,与学生一起分析装置,归纳建构装置、改进模型设计意图剖析水族箱草缸气体设备原有模型,激发学生设计思路,分析原有装置和气体成分,从实验装置、原理、步骤三要素来解决草缸气体系统问题。体会化学在解决生活真实问题中发挥的重要作用通过对比、评价发生装置,学会分析、评价装置的一般方法,进一步理解固液常温型的发生装置的优缺点。分析改进思路,理解改进装置的核心本质引导学生将前面设计好的模
11、型迁移到实际问题中,体会利用化学知识解决生活问题的乐趣,建构装置、改进模型 9SHIYAN JIAOXUE YU YIQI2023年第9期实验教学研究见图3。图3-a装置操作简单,但不易添加药品、不便控制反应速度,适合制取少量气体;图3-b装置易添加药品,不便控制反应速率且反应时长颈漏斗末端要浸没在液面以下,该装置适合制取较多气体。图3-c装置优点是能控制反应的速率,但不能控制反应停止,适合制取较多气体。abc图3学生连接教材中装置原型学生分析草缸气体装置主要通过阀门来控制反应速率和反应的发生与停止。为了控制发生装置气体流量问题,通过小组讨论后设计的方案主要有以下几种(图4)。分组讨论各装置的
12、优缺点,归纳分类改进发生装置:图4-a、图4-c、图4-e通过间接改变压强使固液分离,达到控制反应的停止与发生,图4-b、图4-d、图4-f通过直接加入液体或固体使液体与固体物质接触发生反应,通过控制加入药品的量来控制反应速率,其中图 4-c、图 4-e、图 4-f不仅能控制反应速率,同时还可控制反应的发生和停止。装置的气密性检验法:图4-a、图4-b、图4-c、图4-e与大气连接有两个出口,可在导管口处连接针筒,进行抽气、吹气法检验;图4-d、图4-f与大气压连接仅一个出口,可采用微热升温法或连接针筒使用抽气、吹气法检验。3.3设计制作绿色装置作品引导学生以改进装置模型为目标,利用教师提供的
13、材料,绘制出绿色改进装置设计图,动手制作实物成品,分享成果。具体教学过程如图5所示。制作绿色装置准备物品:矿泉水瓶、热熔胶枪、铁钉(加热后用于扎孔)、美工刀、吸管、橡胶管、酒精灯。部分小组绘制的绿色改进装置设计图见图6。问题1:这是一个草缸气体系统,应该从哪些方面进行认识分析学生思维进阶1从原模型中要分析装置的结构、装入的药品、产生的气体是什么问题2:如何检验草缸气体系统产生的气体是什么学生思维进阶2可能是空气、氧气、二氧化碳,回顾检验这几种气体的方法问题 4:分析这个草缸气体装置有什么特点学生思维进阶4草缸气体装置用金属制作,有开关可以控制气体产生的速度问题 3:通过验证气体是CO2,那要选
14、择什么药品来制取CO2呢学生思维进阶3利用石灰石与稀盐酸、泡腾片、干冰等制取CO2图1认识分析草缸气体系统思维进阶过程问题3:如何改进装置达到控制气体流量,绘制出改进装置图学生思维进阶3绘制改进的装置图,并对改进装置进行气密性检验、交流评价问题1:固液不加热型发生装置有哪些?利用白板连接装置学生思维进阶1学生回顾固液不加热型发生装置并连接 3种常见发生装置问题2:对比连接装置的优缺点,各适合在什么情况下制取气体学生思维进阶2分析评价装置优缺点,怎样的装置可以方便加入液体、控制反应速率图2评价改进气体装置原型教学过程通入饱和碳酸氢钠溶液,再通入草缸。为此,选择学生比较熟悉的实验室制取二氧化碳实验
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