解构真实情景，培育学生核心素养—以“探秘蒸汽眼罩”项目式教学为例

解构真实情景，培育学生核心素养—以“探秘蒸汽眼罩”项目式教学为例

凌娟

常州经开区实验初级中学，江苏 常州 213000

摘要：以真实情境为载体，确定“探秘蒸汽眼罩”为项目主题，引导初中学生深入开展金属的性质与应用的专题复习。详细阐述了教师对该部分内容教学的课前分析，如何确立、规划和实施项目。学生通过完成 “识成分”、“明原理”、“悟应用”三个任务，提升了学科兴趣，对铁的性质进行了系统性再造。通过数字化手持技术监测氧浓度和温度变化探究眼罩成分的作用，学生的科学探究能力从定性过渡到定量，实现了科学探究素养的深化与进阶，拓宽了学生的生涯认知，培育学生核心素养。

关键词：真实情境；项目式教学；蒸汽眼罩

探索有效的教学模式来提高教育教学质量，一直以来是教师教学努力的方向，项目式教学［1］顺应了时代发展的需求以达到深度学习的目标，有利于培养学生的综合素养。［2］项目式教学中教师不再是负责传授知识、无所不知的专家，而是见多识广的指导教练、学习的引导者，以及整个探究过程的向导，而学生也从被动接受知识转变为主动探索、主动发现和主动获取知识。因此，利用初中化学学科知识来解决真实情境问题的项目式教学，是提升复习效率和学科素养的有效途径。［3］以探秘蒸汽眼罩为例，探讨基于真实问题情境下开展项目式学习，［4］与传统的知识梳理与习题巩固的传统方法相比更有利于调动学生的学习热情。本案例让学生以“探秘蒸汽眼罩”为研究主题，开展以“金属的性质与应用”相关重要知识为依托的数字化创新性实验设计，可培养化学学科知识的迁移应用与实践能力。

一、项目主题内容分析

1、教材内容分析

本节内容出自沪教版初中化学教材上册第五单元《金属的性质与应用》的重要内容，“科学探究”模块的核心内容之一就是深入研究金属的物理、化学、耐蚀等特点，以及如何有效地保护它们免受损害。此外，该教材还将着眼于培养学生的科研思维，提升他们的创新思维、实践操作能力以及综合的知识储备。通过培养学生的价值观，我们希望他们能够更好地理解化学，并且培养他们的团队协作能力、创造力和实际操作能力。

2、项目确立与拆解

蒸汽眼罩的成分主要有铁粉、活性炭、氯化钠吸水树脂、蛭石等，其中吸水 树脂具有良好的保水性能，为蒸汽眼罩提供水蒸气；蛭石是一种优良的保温材料，可以减缓蒸汽眼罩的热量散失；铁粉、活性炭、氯化钠与空气中的氧气构成了原电池，加快了铁生锈的速率，所以蒸汽眼罩打开后接触空气就能迅速升温。蒸汽眼罩利用铁生锈产生热量，使材料内部的水分稳定蒸发并在眼部周围遇冷液化，利用蒸汽眼罩的热度和湿度缓解眼部疲劳。［5］显而易见，蒸汽眼罩的主要成分就是铁粉，那么，我们该怎样才能确认它的存在？又有哪种方式使它快速加热？通过对铁的特点、应用、耐蚀和抗菌的特点的深入了解，我们就有望培养学生的实验验证、实验设计和实验技术的综合运用。

二、项目教学目标

（1）根据铁的性质，设计方案并进行实验操作证明蒸汽眼罩中铁的存在，培养实验方案设计能力及实验操作能力，发展学生的证据推理学科核心素养。

（2）了解加快铁生锈的方法，认识到铁生锈在生产生活中的正面作用，发展学生的学科辩证思维。

（3）通过设计并优化实验方案探究蒸汽眼罩中活性炭和氯化钠的作用，加深对多因素影响的对比实验的理解。采用传感器定量检测温度、氧气浓度等变化，利用数据、图表进行结果分析，强化对定量实验的认识。在学生经历完整科学探究环节的过程中发展学生科学探究核心素养，实现学生科学探究能力从定性到定量，从性质印证到问题研究的深化与进阶。

三、项目实施过程及学生学习成果

我们的教室由42名学生组成，根据他们的成绩、特长和性别，我们将他们分成6个小组。每个小组都有自己的任务和职责。在项目的过程中，我们鼓励学生通过独立思考、小组讨论和交流来提高他们的能力。 

1、设计实验方案证明铁粉的存在

[情境]观看视频蒸汽眼罩的介绍。

[教师设问]根据图所示的蒸汽眼罩的相关资料，其中含有铁粉，怎样用实验证明铁粉的存在呢？

[学生活动]通过对铁的物理和化学特性的研究，我们使用物理和化学方法来证明铁的存在。

设计实验方案 （见下表1）

表1  验证铁的存在的实验方案

[学生活动]根据方案进行实验操作。将蒸汽眼罩粉末倒在表面皿上，用磁铁吸引，为了便于粉末和磁铁的分离，在粉末和磁铁间隔一张滤纸。实验发现粉末能被磁铁吸引。

[教师追问]被磁铁吸引的黑色粉末一定是铁粉吗？

[学生回答]不一定，四氧化三铁也是黑色的，也能被磁铁吸引。

[教师追问]怎样进一步证明被磁铁吸引的物质含有铁粉呢？

[学生回答]根据黑色粉末能否与稀盐酸、硫酸铜溶液反应以及反应的现象来判断。

[学生活动]根据方案、进行实验操作。取适量被磁铁吸引出来的样品，分别加入试管中，然后向试管中分别加入适量稀盐酸和硫酸铜溶液。

[教师提问]同学们观察到了什么现象？根据现象推理出什么结论？

[学生回答]粉末和稀盐酸反应产生大量气泡；粉末与硫酸铜溶液反应析出红色固体。这说明黑色粉末是铁粉。

[教师追问]除了与酸和盐的反应，我们还学过铁和氧气的反应，能不能利用该反应证明铁的存在呢？

[学生回答]可以，模仿铁丝与氧气的反应，将分离出来的黑色粉末烧至红热伸入装满氧气的集气瓶中。

[教师追问]如果在空气中能完成该实验吗？

[学生回答]不能，因为铁在空气中不能燃烧。

[教师引导]有一种历史悠久的传统民俗——— “铜梁火龙”，铁水洒向空中，发出绚丽的火花，配合着龙灯，宛如火龙在空中飞舞，它其实利用的就是铁在空气中的燃烧。

结合该原理，请同学们选择合适的仪器和药品设计相应的实验方案，利用铁和氧气的反应证明铁的存在。

[学生活动]设计方案进行操作并根据现象推理结论：在蒸发皿中加入少量酒精并点燃，取适量被磁铁吸引的黑色粉末，撒向火焰。观察到火星四射的现象，这既说明铁粉在空气中可以燃烧，也证明了黑色粉末中存在铁粉。

[教师追问]为什么铁丝在空气中不能燃烧，铁粉在空气中却可以燃烧呢？

[学生回答]铁粉与空气的接触面积大。

[教师追问]怎么证明蒸汽眼罩发热消耗了氧气？

[教师演示]运用威尼尔氧气传感器定量检测蒸汽眼罩发热过程中的氧气含量的变化。

[学生交流]从数据上直观观察到氧气含量不断减少，得出蒸汽眼罩发热确实消耗了氧气。

[教师引导]在上述的实验中铁粉燃烧也放出了热量，但是蒸汽眼罩中的铁粉并没有燃烧起来，热量从何而来呢？请同学们观察蒸汽眼罩内的粉末在使用前后的变化。

[学生回答]固体由黑色变为红棕色，结合铁生锈的物质变化和能量变化，热量来源于铁粉生锈。

[教师追问]铁粉生锈是缓慢氧化，放热并不明显，但是蒸汽眼罩打开后与空气接触会迅速升温，这是为什么呢？

[学生活动]再次研究成分表，学生发现除了铁粉外还有其他成分，通过查阅资料，学生发现：蛭石起保温作用，可以减缓热量散失；吸水树脂有良好的保水性能，为眼罩提供水蒸气。

[教师追问]那活性炭和无机盐的作用是什么呢？它们对铁生锈有怎样的影响呢？请同学们组内讨论，根据老师提供的药品设计探究方案。

[学生活动]组内讨论，形成方案见表2

表2 活性炭和无机盐的作用的实验方案设计

[教师引导]受多因素影响的对比实验要注意控制变量法的使用，在方案中还需要对各物质的质量或体积进行控制，所以方案还需要进一步优化。

[教师演示]将温度传感器与电脑连接好，在电脑打开软件。根据实验方案，将药品装入锥形瓶中，然后将传感器伸入锥形瓶并保证气密性，点击开始，收集数据并生成曲线。见图1

图1温度传感器测量四组设计实验数据记录

[学生回答]对比四组曲线可以看出，在氧气和水存在的情况下，氯化钠和活性炭共同作用加快了铁生锈，所以蒸汽眼罩能在短时间内迅速升温。

[教师引导]同学们得出的结论是完全正确的，那为什么加了氯化钠和活性炭的铁粉生锈速度变快了呢？我们将在高中深入学习其中的原理，同学们也可以在课后的研究性学习中探索该问题。

[教师设问]铁生锈除了用于蒸汽眼罩，在生活中还有哪些用途呢？从这些用途中你能得到什么启示呢？

[学生回答]暖宝宝、热敷剂、脱氧剂等都利用了铁生锈的原理，这说明铁生锈是有利有弊的，我们要学会扬长避短，辩证看待问题，让科学服务于生活。

[教师点评]同学们总结得都很有条理，也比较全面，老师还要给大家介绍一种前沿除锈科技———激光除锈。它利用激光产生的高温使钢铁表面的杂质瞬间气化，由于下层金属对光的反射率高，因此不会对钢铁本身造成影响，请同学们观看视频。

[师生分享]通过本节课的学习活动，你有哪些收获和特别的学习体验呢？ 

五、项目教学反思

1、通过采用项目式教学，有效地激发学生的学习动力，并且帮助他们更好地理解和掌握知识，从而提高他们的学习能力。这种方法可以让学生成为项目探究的主体，从而使他们更加深入地理解和掌握知识，从而提高他们的学习效率。

2、通过这次复习课，我们发现学生们的参与度和积极性都得到了显著提升。任务是这次课程的重头戏，它不仅让学生们更好地理解了铁生锈的条件，还让他们通过实验更加深入地了解了铁生锈的机理，以及物质的变化和能量的转变。本任务旨在将教材中的重要实验思想迁移到本次任务中，以探究氧气和水对铁生锈的影响，以及氯化钠和活性炭对铁生锈速度的影响。

3、通过本次任务，学生能更好地理解并运用所学知识，从而提高自身的知识迁移能力。通过完成任务，学生不仅体验了全面的科学探索，而且还提升了他们的问题解决能力和科学素养。

4、通过数字化实验氧气传感器和温度传感器的使用，我们从定性的角度来探究教材，并将其转换为定量的评估，这样不仅能够提高推理的效率，还能够更好地提升效果。通过使用项目式教学，我们不仅能够给复习课带来新颖的内容，也能增加课堂的乐趣。

5、通过对化学专题的研究，使用这种方法，我们把原本抽象的、零星的知识组合起来，并运用到具体的场景和任务当中，帮助我们理清物质的变换，培养我们的科学探索精神，并增强我们应对实际问题的能力。

6、通过采用项目式教学，我们让学生更好地参与课堂活动，从而激发他们的创造力。然而，由于课堂时间的限制，许多问题无法被及时解决，因此，我们必须努力搜索和整合学生的观点，建立更加完善的互动环境，才能让他们能够更好地参与到课堂的活动之中。

参考文献

［1］岳可芬，王小芳.外界条件对化学平衡的影响在物理化学中的内容［A］.中国化学会第十五届全国化学热力学和热分析学术会议论文摘要［C］.中国化学会化学热力学和热分析专业委员会：中国化学会，2010.2.

［2］杨晓琳，高修库，赵浏.运用能斯特方程定量分析影响物质氧化性与还原性的因素［J］.高中数理化，2020（Z2）：123-126.

［3］郑长龙.化学学科理解与“素养为本”的化学课堂教学［J］.课程·教材·教法，2019.39（09）：120-125.

［4］周薇，王兆龙.特殊电化学现象的热力学分析［J］.中学化学，2020（07）：39-40.［5］侯肖，胡久华.教育学报，2016.12（4）：39-44.