高中化学总复习目的在于帮助学生复习、整理平时学习的内容,提高理解和掌握程度,能在陌生、复杂程度不等的、密切联系实际的问题情景中,运用化学核心基础知识和化学观念、方法,说明、解释或分析解决化学实际问题。运用项目式学习方式,可以有效地帮助学生综合运用必修课程、选择性比修课程的学习内容,分析解答问题。 项目式学习(Project-BasedLearning, 项目式学习,是在教师的指导下,选择、确定一个和现实问题密切相关的学习研究项目,以小组合作方式协作完成一个或若干个与项目研究相关的任务,并用某种形式呈现项目研究的成果,通过探究学习过程的表现和项目成果评价学习目标的达成度。项目式学习对学生自主学习的能力要求较高。学习项目的选择、规划,具体探究问题的提出、学习资源的选择、利用,成果的呈现,都由学生自己进行。在项目完成的过程中,学生不仅可以学习、掌握跨学科的知识和技能,还可以体会个个学科独特的观念和思维方式,发展关键能力,强化社会参与意识,对相关的社会热点问题做出正确的价值判断,促进学生学科核心素养的形成与发展。 完成一个现实的研究项目,需要的知识、方法、技能、观念,思维方式,往往不只涉及一个专业课程的学习内容,而是跨专业款学科的,为了让学生在解决问题中习惯于一个完整的思考和解决方式,所设置的“项目”的完成往往也都包含多门课程的知识。 研究在课堂上如何发挥支持、建议、指导,帮助学生更有效的学习。典型的项目式学习,应该包括阅读,写作、数学和科学(包括人文科学)课程的最基础核心内容的学习。项目式学习的课题应该源于当前的社会问题;项目式学习的结果是对一个主题的更深入的了解、更深入的学习,体现更高层次的阅读、调查、思考、探究,提升学生的核心素养。 项目式学习,要求每个学生在小组里都承担一定的责任,担任一个角色,确立自己的学习目标和要完成的责任,在独立思考的基础上开展小组讨论,沟通、协作。在学习活动过程中,学生应该有独立进行计划、组织、开展活动的机会,让学生能在一定时间范围内自行组织、安排自己的学习行为;自己克服、处理在项目工作中出现的困难和问题。这些固然都需要教师的指导和帮助。但教师不能包办代替。 项目式学习要避免囿于某个学科学习内容,要尽可能发挥综合运用跨学科的知识、技能、观念,进行项目式学习在发展学生核心素养的作用。 “跨学科的项目式学习打破了学科之间的界限, 项目式学习活动,以项目的研究、完成为学习情景和载体,组织指导元素化合物的复习,可以有效率提高知识的理解和掌握程度,提高灵活运用知识的能力,提高复习效果和效率,促进学习能力、分析解决问题能力的发展。下面以探究草酸组成结构与性质的项目式学习活动组织化学总复习的一个教学设计为例作简单介绍。 草酸是一种有机酸,组成结构相对简单,草酸又是一种重要的化工原料,广泛运用于有机合成,还可以作为提炼稀有金属的溶剂、还原剂、鞣革剂,生产抗菌素和冰片等药物,在催化剂制备上也有重要用途。自然界中有不少富含草酸的植物,如菠菜、苋菜、甜菜等。对高中学生而言,在日常生活和学习的作业练习中也有涉及,并不生疏。本节课的教学设计从元素化合物结构、性质探究所需要的观念、方法出发、引导学生运用化学基础知识、基本技能帮助学生运用已学化学基础知识、科学方法,探究、了解草酸晶体组成的测定、草酸分子结构的推断、草酸与草酸盐的溶解性、草酸的酸性、草酸晶体的热分解反应、草酸在简单的有机合成中的应用,旨在提高学生探究意识、提高运用化学知识和方法进行科学探究的能力。 以草酸的结构、性质探究为题,组织项目式学习活动,目的不在于学习草酸的性质,而在于借这一学习活动,学习如何运用高中化学课程学习的核心内容,加深知识技能的理解、掌握程度,提高知识的运用能力。应该从复习的目标出发,设计符合设定项目的课题来设计组织复习课。 项目式学习,要引导学生通过小组的学习活动,在合作交流中,完成项目,达成复习的目标。要强调学生的自主学习活动,不能用老师的讲解代替学生的学习。项目式学习,需要学生从完成项目的各个方面,规划、实施学习活动,完成项目,获得成果。因此,不能把一个大项目,分割成许多小问题,分配学生各自完成一个小问题,“只见树木不见森林;更不宜用提问、纠错、补充讲解的方式来取代学生的自主学习活动。 项目式学习方式往往会要求综合运用多种学科的知识技能,运用不同的方法来研究、完成项目,获得并用适当的方式展现项目完成的成果。利用项目式学习方式目进行单一课程学习内容的复习,不可有太多联系其他学科的学习内容,但可以运用“点到为止”的策略,引导学生认识从多角度学习和探究,可以更好完成项目,取得更丰硕的成果,学到更多知识。例如,学习研究草酸的性质,会涉及流传的食用含草酸较多的菠菜是否会影响食物中钙的吸收,引起体内结石的问题。这个问题与草酸性质有关,还与食物的烹调方式、食物在体内的消化、吸收、生命活动的新陈代谢有关,从不同视角出发,认识不尽相同。以复习为目的的项目式学习设计,只是引出问题,点到为止,引起学生的思考和进一步学习的欲望。 【教学目标确定】 通过探究草酸组成、结构、性质探究的项目式学习,复习、应用已学的物质组成测定、结构分析、性质的实验探究等知识和研究方法;进一步理解物质结构与性质的关系、性质于用途的联系;提高运用实验方法定性定量地测定物质组成,探究物质性质的能力。通过复习和实验探究活动,进一步提高实验能力、基于实验事实进行推理判断的能力,提高运用实验探究,学习、研究物质变化的兴趣和能力,培养科学精神,提高对科学本质的认识,体会化学科学的价值。 【教学设计组织】 [教学流程] 说明项目式学习课题的背景,帮助学生明确项目式学习要达到的复习目标;帮助学生规划围绕项目完成需要进行的学习活动,并组织实施;指导学生呈现项目完成的成果;总结评价自己的学习(复习)成效和尚存在的问题。 鼓励组织学生自主开展学习活动。让学习活动成为课堂的主旋律,是完成项目式学习、获得成果并达到学习目标的灵魂。要放手让学生自主开展学习活动,教师要观察学生的学习活动,做点拨、指导,帮助学生顺利完成项目,在项目完成之后进行反思评价,。 [学习活动] “草酸是一种组成结构比较简单的有机化合物,草酸的化学式是H2C2O4,化学名称是乙二酸。草酸晶体中含有结晶水。自然界中有不少富含草酸的植物,如菠菜、苋菜、甜菜等。草酸及其衍生物是有机化工产品,也是有机化工原料、试剂。广泛运用于有机合成,还可以作为提炼稀有金属的溶剂、还原剂、鞣革剂,生产抗菌素和冰片等药物,在催化剂制备上也有重要用途。例如草酸二乙酯就是一种常见有机溶剂。 草酸晶体的组成是H2C2O4•xH2O。草酸、草酸的钠盐和钾盐易溶于水,钙盐难溶于水。草酸晶体无色,熔点为101,易溶于水,受热脱水、升华,170以上分解。生成水蒸气、二氧化碳和一氧化碳。草酸受热脱水、升华,170以上分解生成为气态物质。查化学手册,常温下,草酸的电离平衡常数常数是:K1=5.4×10-2,K2=5.4×10-5。 自然界不少植物中含有草酸。菠菜中就含有草酸钾。营养师普遍认为菠菜是营养价值非常高的绿色蔬菜。但有人认为菠菜中草酸钾含量比较高,摄入过多草酸或者菠菜与含钙较多的食物(如豆腐)同吃,会影响食物中钙的吸收,草酸会和血液中的钙离子结合生成草酸钙,会在肾脏和尿道形成结石。有人主张,菠菜在煮之前先用沸水焯一焯,就会大大减少草酸的含量,食用不会对人体发生不好影响,吃菠菜利大于弊。” 2.以小组为单位,围绕草酸的组成、结构、性质探究的若干课题,通过自主合作学习,运用元素化合物结构性质的基础知识和基本方法,规划围绕下述问题,开展草酸结构、性质的探究的显项目式学习活动,复习并体会如何利用化学知识和化学方法探究物质的结构性质,提高对知识的例结合运用能力。 (1)推断草酸的结构,写出它的结构式。 如何用试验证明它是二元弱酸,酸性比碳酸强?从草酸的组成与结构,推断它应具有氧化性还是还原性?说明理由。 (2)化学工作者用实验测定草酸晶体H2C2O4•xH2O中结晶水的含量,不用热分解的方法,为什么? 常用的测定草酸晶体中的结晶水含量的方法是:称取Wg草酸晶体,配成100.00mL水溶液,取25.00mL所配制的草酸溶液置于锥形瓶内,加入适量稀硫酸,用浓度为a mol•L-1的KMnO4溶液滴定,发生反应2KMnO4+5H2C2O4+3H2SO4=K2SO4+10CO2↑+2MnSO4+8H2O 滴定结束后依据滴定所使用的KMnO4溶液的体积,求出x的数值。 若某次测定实验中滴定进行了三次,使用的KMnO4溶液的体积分别是:15.02mL、15.36mL、14.98mL。如何依据实验数据求得x的数值?。 (4)常温下,某种菠菜汁中含有的C2O42-浓度是2.0×10-3mol/L,把Ca2+浓度是5.0×10-5mol/L的氯化钙溶液和的草酸钾溶液混合,是否会有草酸钙沉淀生成?已知,常温下(25)CaC2O4 (5)草酸二乙酯的结构试怎样的,写出它的结构式。用乙烯为原料,可以合成草酸二乙酯。试写出各步反应的化学方程式和必要的反应条件。 (6)营养师普遍认为菠菜是营养价值非常高的绿色蔬菜。但有人认为菠菜中草酸含量比较高,摄入过多草酸或者菠菜与含钙较多的食物(如豆腐)同吃,会影响食物中钙的吸收,草酸会和血液中的钙离子结合生成草酸钙,会在肾脏和尿道形成结石。有人主张,菠菜在煮之前先用沸水焯一焯,就会大大减少草酸的含量,食用不会对人体发生不好影响,吃菠菜利大于弊。对这些看法,你是怎么想的? 3.分小组全面完成各项学习活动任务,用适当方式呈现项目成果。 3.小结显目完成过程中,复习、运用了哪些化学基础知识和基本技能、化学学习的基本方法?发现自己在哪些方面掌握的较好,哪些方面理解和掌握还存在问题? [讲评要点] 在小组讨论实施项目学习的活动过程中,结合学生在解决问题的过程中存在的问题、疑惑或模糊认识,适在小组或全班用适当方式做点拨、指导,在活动结束,通过学习活动的反馈小结和补充讲解。 (1)指导学生依据草酸的系统命名和组成判断草酸是二元羧酸,正确的书写出结构式。指导学生从不同酸的电离平衡常数,理解“相对较强的酸可以与相对较弱的酸的盐反应生成较弱的弱酸”的经验规律,设计用草酸和碳酸钠或碳酸氢钠反应,可以新出二氧化碳气体的实验证明草酸比碳酸强,但不宜使用草酸溶液和碳酸钙的反应。利用酸液碱的中和反应的定量关系,设计用一元强碱中和草酸溶液的实验,从一元强碱中和相同草酸虽需要2倍物质的量的碱,证明草酸是二元酸。 (2)运用化学计算方法,解答化学问题,是当前化学学习的薄弱环节。要着力帮助学生理解基于计算化学原理。例如,用酸性高锰酸钾滴定含一定量草酸的溶液来测定草酸晶体所含结晶水的量,要帮助学生理清下列数量关系: 滴定采操作中高锰酸钾、草酸间的数量关系 草酸晶体(H2C2O4•xH2O)与H2C2O4的质量关系(90+18x) :90 滴定中得到的用于滴定的酸性高锰酸钾溶液体积有三个数据,其中一个数据偏差较大,应舍去,只能采用接近的两个数据的平均值,即(14.98+15.02)/2 = 15.00(mL) (3)通过实验检验草酸晶体分解产物,中有许多能考察学生实验能力的细节,往往是学生容易忽视的,要注意考察学生的掌握程度面做针对性指导。例如,是加热草酸晶体,有水蒸气生成、有少量草酸升华,因此,需要一个冷凝分解产物的装置A,冷凝水蒸汽,证明水的生成,冷凝草酸蒸汽,以免干扰二氧化碳的检验;反应装置C的现象,除了澄清石灰水变浑浊外,还能观察到有气泡逸出,因为生成物还有不溶于水的一氧化碳气体。利用一氧化碳的还原性检验一氧化碳的实验,氧化铜变红证明有铜单质生成,从还原氧化铜装置出来的气体能使石灰水变浑浊,证明生成二氧化碳气体。为此,要保证进入燃烧管的气体不含水蒸气和二氧化碳,使实验安全成功。实验排出的尾气还含有一氧化碳,为防止空气污染物,要有尾气处理装置。因此实验装置,应该依序连接A、B、C、F(用浓氢氧化钠溶液吸收除去二氧化碳)、D(验证二氧化碳已除尽)、G(用无水氯化钙干燥除去水蒸气)、H(用一氧化碳还原氧化铜使之转化为二氧化碳)、D(检验生成的二氧化碳)、I(收集尾气)。 (4)在学生应用草酸的溶度积常数,判断氯化钙溶液与草酸溶液混合是否有草酸钙沉淀生成的问题时,有些学生会忽略两种溶液混合,溶液中离子浓度的降低,导致计算判断出现错误。要做纠错指导。 (5)从乙烯合成草酸二乙酯的问题,要求学生能正确认识草酸二乙酯的结构(CH3CH2OOCCOOCH2CH3),而后,思考如何利用乙烯(CH2=CH2)建构它的碳骨架,如何生成酯基。利用逆合成分析法,可以分析得到如下合成反应的逆过程: 学生在复习有机化学反应的基础上,能掌握乙烯水合制乙醇的反应、乙烯和卤素的加成反应、卤代烃水解生成醇的反应、醇氧化生成羧酸的反应以及需要的条件,问题的解答就不会有问题。